La présente invention se rapporte à un dispositif de traitement et d'interprétation de données de forage gui est disposé au fond d'un puits et, plus particulièrement, à un tel dispositif destiné à être utilisé dans un forage pétrolier.

La présente invention se rapporte également à un procédé permettant la mise en oeuvre de ce dispositif.

Lors du forage d'un puits, par exemple d'un puits pétrolier, il est souhaitable que le maître-foreur connaisse le comportement de la garniture et de l'outil au fond du puits afin de mieux contrôler les paramètres du forage. Il est préférable de connaître ces conditions en temps réel, ce qui nécessite des moyens de transmission des données du fond du puits à la surface. Connaître les conditions en fond de puits permet de forer de façon plus sûre et de réduire les coûts du forage. De plus, le maître-foreur aura la possibilité de réagir rapidement à tout événement en fond de puits, par exemple, changement de type de roche, usure de l'outil ou instabilité mécanique.

Plusieurs moyens de transmission des données du fond à la surface ont été proposées. Parmi ces moyens se trouve la transmission par conducteur électrique, ou par ondes électromagnétiques. La transmission de données par ondes de pression dans la boue de forage a également été proposée. Dans un tel système, la pression de la boue circulant le long du train de tiges est modulée par exemple par l'intermédiaire d'une servovalve montée dans un sous-ensemble disposé dans le train de tiges adjacent à l'outil. Les ondes de pression se propagent à environ

1500 m/s ; entre fond et surface, elles subissent de nombreuses réflections.

Compte tenu de la détérioration des limitations inhérentes à la modulation de la pression de la boue, et de la nécessité de préserver la qualité des données, le débit de données reste faible. Actuellement, le débit de transmission de données n'excède pas quelques bits par seconde.

A l'avenir, quelles que soient les améliorations dans les systèmes de transmission de données dans la boue, la vitesse de transmission des données du fond vers la surface restera limitée.

Afin de pallier cet inconvénient, il convient de prétraiter les données au fond, réduisant ainsi très significativement le volume des signaux à transmettre vers la surface. Le document GB-A-2.216.661 décrit un dispositif de mesure des vibrations d'un train de tiges, disposé au fond du puits, et qui comporte un processeur destiné à enregistrer les données fournies par un accéléromètre. Le dispositif détecte les niveaux d'accélération qui excèdent une valeur prédéterminée et seuls ces niveaux sont signalés à la surface. Dans ce dispositif, donc, des données, qui sont fonction d'un seul paramètre, sont envoyées à la surface, uniquement quand un seuil prédéterminé est dépassé, et ceci sans qu'aucune analyse de comportements physiques n'ait été entreprise.

La présente invention a pour objet un dispositif de traitement de données de forage disposé au fond d'un puits qui est capable d'élaborer, au fond, divers diagnostics propres aux comportements global ou individuels de l'outil de forage, du train de tiges, de la boue de forage, et/ou du puits lui-même, et de signaler ces diagnostics à la surface par un des moyens de transmission de données habituels.

Pour ce faire, l'invention propose un dispositif de traitement et d'interprétation de données de forage destiné à être monté à l'extrémité inférieure d'un train de tiges disposé dans un puits de forage, le train de tiges étant muni d'un outil de forage, d'un ensemble de mesure et de moyens de transmission des données du fond vers la surface, caractérisé

en ce que le dispositif est adapté pour envoyer à la surface uniquement des messages abrégés après interprétation des mesures prises par l'ensemble de mesure.

La présente invention a également pour objet un procédé permettant la mise en oeuvre du dispositif de traitement précité.

Ledit procédé comporte les étapes suivantes :

- prise de mesures fonction du comportement de l'outil de forage, et génération de signaux représentant ces mesures, - prétraitement des signaux,

- application d'algorithmes de dysfonctionnement aux signaux,

- application des observateurs aux signaux, et

- envoi à la surface de messages abrégés indicatifs des mesures prises au fond. Le procédé selon l'invention permet d'optimiser le traitement des données et de sortir des indications qui, une fois transmises à la surface, permettent d'améliorer les conditions du forage.

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :

- la figure 1 est une vue schématique en coupe d'un ensemble de forage, - la figure 2 représente sché atiquement un circuit de traitement et d'interprétation, selon l'invention, et

- les figures 3 à 7 sont, chacune, des logigrammes permettant la mise en oeuvre du procédé selon l'invention.

Sur la figure 1, est représenté un ensemble de forage comprenant un mât 10 muni, de façon connue en soi, d'un crochet 12 auquel est suspendu un train de tiges, représenté généralement en 14. Le train de tiges 14 comprend un outil de forage 16, des masse-tiges 18 et des tiges de forage 20. Dans l'exemple illustré, le train de tiges 14 est mis en rotation par une table de rotation 22 ou par une tête d'injection motorisée. Un conduit 24 introduit de la boue de forage sous pression à l'intérieur des tiges 20. Cette boue sort à l'outil et circule dans l'espace entre la paroi du puits et

le train de tiges 14. Elle est récupérée au niveau d'un conduit 26, recyclée puis dirigée vers des réservoirs de stockage (non représentés) .

Selon l'invention, un dispositif de traitement et d'interprétation de données de forage 28 est disposé à l'intérieur de la garniture, aussi près que souhaité de l'outil, entre les masse-tiges 18 et l'outil 16. Comme il sera décrit plus en détail ci-après, le dispositif comprend un circuit de traitement et d'interprétation 30 et des moyens de transmission des données à la surface. Les moyens de transmission des données peuvent comprendre un câble électrique, un système de tiges câblées, un émetteur électromagnétique ou, dans l'exemple illustré, un système de transmission par des pulsions générées dans la boue. Dans ce moyen de transmission, une servovalve montée dans un sous-ensemble 30 disposé adjacent à l'outil 16 est destinée à moduler sélectivement l'écoulement de la boue sous pression afin de créer des ondes de pression dans la boue. Des dispositifs de mesure et de contrôle sont disposés dans le sous-ensemble 30 permettant, de façon connue, de générer des ondes de pression dans la boue qui sont représentatives des messages transmis depuis le fond. Ces ondes de pression sont détectées à la surface par un capteur de pression 32, monté sur le conduit 24. Le dispositif de traitement et d'interprétation de données de forage 28 ainsi que le procédé permettant sa mise en oeuvre permettent de traiter les diverses mesures prises au fond et d'envoyer vers la surface divers diagnostics, par exemple diagnostics de dysfonctionnement de l'ensemble de forage (la précession, les rebonds de l'outil, les ondes de torsion ou les bourrages) et de l'état de l'outil (usure des dents et roulements des tricônes, usure des outils de coupe) . En plus de ces diagnostics, le procédé de traitement selon l'invention permet d'avoir une quantification des différentes mesures dynamiques permettant d'avoir une échelle dans la sévérité des vibrations, permettant ainsi d'apprécier l'efficacité des actions entreprises en surface par le maître-foreur.

Comme il est représenté sur la figure 2, le circuit de traitement et d'interprétation 30 reçoit des données prises par divers dispositifs de mesure qui sont disposés dans un ensemble de mesure 36 (voir la figure 1) situé à côté de l'outil 16. Des données provenant de divers ponts de jauges de traction 38, torsion 40, ou flexion 42, de' divers magnétomètres 46, d'accéléromètres axiaux 48, radiaux 50 et transverses 51 rejoignent au travers- de filtres anti¬ repliement 52 un multiplexeur 54. Après conversion analogique/numérique 56, les signaux sont traités par autant de processeurs 58 et de processeurs de signal 57 que nécessaires. Une entrée auxiliaire 60 permet de paramétrer entièrement le dispositif en surface (ou au fond dans le cas d'une transmission bidirectionnelle) . Le circuit de traitement et d'interprétation 34 est alimenté par un sous-ensemble 62 qui comporte un alternateur 64 entraîné par la boue de forage au niveau d'une entrée 66, un circuit de régulation électrique 68 et des accumulateurs 70. Un bus de commande 74 pilote entre autre le système de transmission 76 relié à une servovalve de modulation 72.

Une mémoire 59 non-volatile est destinée à stocker de l'information de façon temporaire ; cette information est réservée à une interprétation au retour de l'outil en surface. D'autres dispositifs de mesure peuvent être utilisés pour permettre de déterminer les paramètres suivants : poids sur l'outil, couple, pressions interne et externe, températures interne et externe et débit de la boue.

Avec les mesures de fond de l'ensemble de mesure 36, le circuit de traitement 34 permet de signaler à la surface divers états, dysfonctionnements ou défaillances ou sévérité de vibration de l'ensemble de forage.

Un procédé mettant en oeuvre le dispositif de la présente invention est représenté schématiquement sur la figure 3.

Les signaux provenant des divers ponts de jauges 38 à 51 formant l'ensemble de mesure 36 sont prétraités, le cas échéant, en 80 afin d'enlever les décalages (offsets) ,

remettre les mesures à l'échelle physique et les replacer dans un repère fixe. Ce prétraitement est représenté plus en détail sur la figure 4. La signification des sigles représentant les signaux est donnée ci-dessous : DBNX : Moment de flexion au fond, selon l'axe X DBNY : Moment de flexion au fond, selon l'axe Y DMGX : Mesures magnetometriques selon l'axe X DMGY : Mesures magnetometriques selon l'axe Y D OB : Poids sur l'outil DACZ : Accélération selon l'axe Z

DTOB : Couple sur l'outil.

Cette étape de prétraitement permet de vérifier que l'ensemble des mesures est correct et permet également de calculer la vitesse de rotation de l'outil à partir de mesures magnetometriques DMGX et DMGY. Les mesures étant faites dans un repère mobile, il convient de les replacer dans le repère fixe.

Ensuite, comme représenté sur la figure 3, les signaux émanant directement des capteurs 36, ainsi que les signaux prétraités, passent par des algorithmes de dysfonctionnement 82 et des observateurs 84.

Les algorithmes de dysfonctionnements 82 sont représentés plus en détail sur les figures 5 et 6. Ces algorithmes permettent de quantifier l'entropie des différentes mesures dynamiques (DWOB ; DTOB ; DBNX ; DBNY) .

A partir de ces mesures, on peut détecter les états suivants de la garniture de forage :

- niveau de rebonds de l'outil,

- présence et caractérisation d'instabilités de rotation, - présence et caractérisation de vibrations latérales chaotiques,

- usure de l'outil (roulements, dents, ...),

- perte de duse dans l'outil,

- fuites au niveau du moteur du fond, - qualification de fonction des shock-sub,

- bourrage à l'outil,

- bourrage ou coincement aux stabilisateurs.

L'étape du procédé représentée sur la figure 6 permet de détecter tous les types de précession et de les quantifier en fonction de leurs sens.

Sur la figure 7 est représentée la dernière étape de traitement des données, celle des observateurs 84. Cette étape permet de déterminer l'énergie consommée par l'outil par unité de roche détruite. Avec ces données, on peut préparer un bilan énergétique de l'outil- qui constitue, pour le foreur, un bon indicateur du fonctionnement de l'outil et de son avancement.

Avec l'évolution de l'état de compréhension des phénomènes mécaniques en fond de puits, le dispositif tiendra compte des nouvelles capacités de diagnostics.

Le capteur de pression 32, destiné à détecter les pulsions générées dans la boue, est relié à un décodeur de trame et à une station d'interprétation (non représentés) que réalise avantageusement un calculateur de bureau.

Ainsi, selon l'invention, le circuit de traitement 30, au lieu d'envoyer à la surface de nombreuses données, fonction de chacune des mesures prises au fond, n'envoie à la surface que des signaux qui illustrent l'état de fonctionnement de l'ensemble de forage. Bien évidemment, le débit nécessaire à ces transmissions reste compatible avec l'état de la technique. Même après élaboration de messages abrégés, le débit peut s'avérer encore trop faible. Le dispositif de traitement et d'interprétation est capable de définir la priorité dans l'envoi de ces messages.

Afin d'assurer un champ d'investigation plus large, le dispositif de traitement et d'interprétation de données de forage de l'invention peut être utilisé en combinaison avec un dispositif de mesures dynamiques pour tige de forage tel que décrit dans le document EP-A-0431136, ou dans les demandes de brevet français 90 09638 ou 90 12978.