EP0468891B1 - Ensemble de mesure dynamométrique pour tige de forage muni de moyens de transmission radio - Google Patents

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EP0468891B1 EP91402073A EP91402073A EP0468891B1 EP 0468891 B1 EP0468891 B1 EP 0468891B1 EP 91402073 A EP91402073 A EP 91402073A EP 91402073 A EP91402073 A EP 91402073A EP 0468891 B1 EP0468891 B1 EP 0468891B1
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dynamometric
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Societe National Elf Aquitaine
Societe Nationale Elf Aquitaine Production SA
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    • G08C17/00—Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link
    • G08C17/02—Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link using a radio link
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B47/00—Survey of boreholes or wells
    • E21B47/007—Measuring stresses in a pipe string or casing
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B47/00—Survey of boreholes or wells
    • E21B47/12—Means for transmitting measuring-signals or control signals from the well to the surface, or from the surface to the well, e.g. for logging while drilling
    • E21B47/13—Means for transmitting measuring-signals or control signals from the well to the surface, or from the surface to the well, e.g. for logging while drilling by electromagnetic energy, e.g. radio frequency

Definitions

  • the present invention relates to a dynamometric measurement assembly for a drill pipe.
  • French patent application No. 89 08649 of June 28, 1989 describes a dynamometric measurement device for drill pipe which is connected to a data acquisition assembly by an electric cable.
  • the use of such a cable requires that the device be provided with a rotating collector assembly disposed around the rod.
  • the outer casing of the device must be immobilized by a rotating stop arm. Besides a delicate installation and consistent maintenance of the umbilical cables, this type of device seriously compromises the adaptability of one drilling mast to another.
  • An object of the present invention is to overcome these drawbacks.
  • Document US-A-4,285,236 describes a device for signaling the speed of rotation of a drill string.
  • a directional signal is sent from a radio transmitter, integral with the lining, to a receiver mounted on the floor of the drill mast, so that the receiver detects the signal each time the lining is rotated.
  • This device makes it possible to send signals only from the lining to the receiver and does not plan to send control signals from the receiver to the measuring device mounted on the lining.
  • the invention provides a dynamometric measurement assembly for a drill pipe comprising, integral with the rotary pipe, sensors and a first electronic circuit for conditioning the signals supplied by these sensors, the signals being sent to a remote acquisition unit.
  • a radio transmitter fixedly mounted on the rotating rod, characterized in that the device further comprises a radio receiver intended to receive signals transmitted by the acquisition unit and in that the radio receiver comprises means intended for set up or adjust the measurement device in response to signals from the acquisition unit.
  • a dynamometric measuring device generally represented at 5 is placed on a drill rod 10 in a space delimited by an upper flange 12 fixedly mounted on the rod 10.
  • a sheath 14 is placed on the upper flange 12 to form a sealed volume around the rod 10.
  • Each of these sensors constitutes a measurement channel.
  • An electronic circuit 42 for processing the signals supplied by these various sensors is mounted integral with the drill pipe 10 inside the volume delimited by the sheath 14.
  • the dynamometric measurement assembly comprises a radio transmitter 44 and a radio receiver 46 fixedly mounted on the rod 10 and connected to the electronic processing circuit 42.
  • Two sets of batteries 48 and 50 are mounted on the rod 10 and ensure a range of 200 hours for the measuring device, time which corresponds to the maximum time separating two changes of drilling tools.
  • the upper flange 12 is provided with a radio antenna 52 as well as a backup antenna 54 and a multiple electrical outlet 56 intended to allow charging of the batteries. Socket 56 also allows an operator to test electronic circuits or program equipment if the two-way radio option is not selected.
  • the dynamometric measuring device 5 is mounted on the upper end of a drill rod attached to a mast 58.
  • a unit 60 for acquiring the data transmitted by the transmitter 44 is arranged at a certain distance, for example 100 m, from the mast 58.
  • the dynamometric measurement assembly according to the invention allows a transmission between a remote unit and the radio receiver 46, which makes it possible to configure the measurement device remotely without the need to dismantle it.
  • the assembly according to the invention also complies with the anti-deflagration standards which apply to drilling sites.
  • the assembly does not use electric cables, its installation on a drill pipe is very simple, requiring only about 5 minutes to mount the pipe 10 between a conventional motorized injection head and the gasket. For a mast fitted with a rotation table, the assembly time is around 45 min.
  • the device As regards the configuration of the device, one can cite as an example the choice of measurement channels by multiplexing, which makes it possible to provide more sensors than transmissible measurements. It is also possible to adjust the conditioning stages, using programmable gain amplifiers, or to modify the characteristics of the band-pass or anti-aliasing filters. The advantage is to artificially increase the quality of the analog / digital conversion allowing, for example, a gain of 1000 + 12 bits equivalent to 22 bits of resolution, the dynamics naturally remaining 12 bits. In addition, the device can be adjusted in accordance with the capacity of the transmission channels, either of the bandwidth (sampling frequency) of each channel, or of the digital / analog conversion resolution.
  • the dynamometric measurement device can include means allowing it to transmit on several radio frequencies in order to overcome a very congested radio environment.
  • the device comprises means enabling it to search by scanning the frequencies which, at a given time, best meet the concern for transmission quality, both from the point of view of the level of radioelectric fields, for example, as the operating environment or as instantaneous or continuous electromagnetic disturbances.

Description

  • La présente invention concerne un ensemble de mesure dynamométrique pour tige de forage.
  • Pour réaliser un dispositif dynamométrique de mesure des accélérations et forces exercées sur la tige de forage, le problème majeur n'est pas de prélever la mesure mais de la transmettre dans des conditions optimales vers l'ensemble d'acquisition chargé de la traiter. Ainsi, il est capital de prévenir toutes les causes de dégradation des signaux à transmettre.
  • Par ailleurs, il est nécessaire de transmettre les signaux électriques de l'ensemble en rotation constitué par la garniture de forage vers un repère fixe éloigné du mât.
  • La demande de brevet français n° 89 08649 du 28 Juin 1989 décrit un dispositif de mesure dynamométrique pour tige de forage qui est relié à un ensemble d'acquisition de données par un câble électrique. L'utilisation d'un tel câble nécessite que le dispositif soit muni d'un ensemble collecteur tournant disposé autour de la tige. De plus, il faut immobiliser l'enveloppe extérieure du dispositif par un bras d'arrêt en rotation. Outre une mise en place délicate et un entretien conséquent des câbles ombilicaux, ce type de dispositif compromet sérieusement l'adaptabilité d'un mât de forage à un autre.
  • L'usage d'un câble ombilical où chaque mesure transite par une paire de contacts électriques soulève également des difficultés pour assurer la sécurité anti-déflagration.
  • Un but de la présente invention est de pallier ces inconvénients.
  • Le document US-A-4.285.236 décrit un dispositif de signalisation de la vitesse de rotation d'une garniture de forage. Un signal directionnel est envoyé d'un émetteur radio, solidaire de la garniture, à un récepteur monté sur le plancher du mât de forage, de manière que le récepteur détecte le signal à chaque rotation de la garniture.
  • Ce dispositif ne permet d'envoyer des signaux que de la garniture vers le récepteur et ne prévoit pas d'envoyer des signaux de commandes du récepteur vers l'appareil de mesure monté sur la garniture.
  • Aussi, l'invention propose un ensemble de mesure dynamométrique pour tige de forage comprenant, solidaires de la tige tournante, des capteurs et un premier circuit électronique de conditionnement des signaux fournis par ces capteurs, les signaux étant envoyés à une unité d'acquisition éloignée par un émetteur radio monté fixe sur la tige tournante, caractérisé en ce que le dispositif comprend, de plus, un récepteur radio destiné à recevoir des signaux émis par l'unité d'acquisition et en ce que le récepteur radio comprend des moyens destinés à paramétrer ou à régler le dispositif de mesure en réponse aux signaux émis par l'unité d'acquisition.
  • D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après faite en référence aux dessins annexés dans lesquels :
    • la figure 1 représente un dispositif de mesure dynamométrique ; et
    • la figure 2 représente le schéma d'un ensemble de mesure dynamométrique selon la présente invention.
  • Comme représenté sur la figure 1, un dispositif de mesure dynamométrique représenté généralement en 5 est placé sur une tige de forage 10 dans un espace délimité par une collerette supérieure 12 montée fixe sur la tige 10.
  • Un fourreau 14 vient se mettre en place sur la collerette supérieure 12 pour former un volume étanche autour de la tige 10.
  • A l'intérieur du volume annulaire compris entre le fourreau 14 et la tige 10, on dispose, dans une gorge 16 de cette tige, des jauges de traction 18, 20, des jauges de torsion 22, 24 , une jauge de température 26, un couple d'accéléromètres longitudinaux 28, 30, trois accéléromètres transversaux 32, 34, 36 et deux accéléromètres radiaux 38-40. Chacun de ces capteurs constitue une voie de mesure. Un circuit électronique 42 de traitement des signaux fournis par ces différents capteurs est monté solidaire de la tige de forage 10 à l'intérieur du volume délimité par le fourreau 14.
  • Selon l'invention, l'ensemble de mesure dynamométrique comprend un émetteur radio 44 et un récepteur radio 46 montés fixes sur la tige 10 et reliés au circuit électronique 42 de traitement. Deux ensembles de batteries 48 et 50 sont montés sur la tige 10 et assurent une autonomie de 200 heures au dispositif de mesure, temps qui correspond à la durée maximale séparant deux changements d'outils de forage. La collerette supérieure 12 est munie d'une antenne radio 52 ainsi que d'une antenne de secours 54 et d'une prise électrique multiple 56 destinée à permettre le chargement des batteries. La prise 56 permet également à un opérateur de procéder à des tests des circuits électroniques ou une programmation de l'équipement si l'option radio bidirectionnelle n'est pas retenue.
  • Comme il est représenté schématiquement sur la figure 2, le dispositif de mesure dynamométrique 5 est monté sur l'extrémité supérieure d'une tige de forage accrochée à un mât 58. Une unité d'acquisition 60 des données transmises par l'émetteur 44 est disposée à une certaine distance, par exemple 100 m, du mât 58.
  • L'ensemble de mesure dynamométrique selon l'invention permet une transmission entre une unité éloignée et le récepteur radio 46, ce qui permet de paramétrer le dispositif de mesure à distance sans qu'il soit nécessaire de le démonter. L'ensemble selon l'invention respecte, en plus, les normes d'anti-déflagration qui s'appliquent aux sites de forage.
  • Comme l'ensemble n'utilise pas de câbles électriques, son installation sur une tige de forage est très simple, ne demandant que 5 minutes environ pour monter la tige 10 entre une tête d'injection motorisée classique et la garniture. Pour un mât muni d'une table de rotation, le temps de montage est de l'ordre de 45 mn.
  • Comme exemples de signaux qui peuvent être transmis entre le dispositif 5 et l'unité d'acquisition 60, on peut citer :
    • signaux représentatifs de mesures,
    • échos, accusés de réception, ordres de l'utilisateur,
    • renvoi de messages erronés,
    • retour auto-diagnostic (défaillance partielle).
  • En ce qui concerne les transmissions entre l'unité d'acquisition 60 et le dispositif 5, on peut assurer :
    • la mise en service ou veille à distance,
    • le paramétrage ou le réglage du dispositif ou
    • la téléprogrammation ou la télé-maintenance du dispositif.
  • En ce qui concerne le paramétrage du dispositif, on peut citer comme exemple le choix des voies de mesure par multiplexage, ce qui permet de prévoir plus de capteurs que de mesures transmissibles. On peut également assurer le réglage des étages de conditionnement, utilisant des amplificateurs à gain programmable, ou modifier les caractéristiques des filtres passe-bandes ou anti-repliement. L'intérêt en est d'accroître artificiellement la qualité de la conversion analogique/numérique permettant, par exemple, un gain de 1000 + 12 bits équivalent à 22 bits de résolution, la dynamique restant naturellement de 12 bits. De plus, on peut assurer le réglage du dispositif conformément à la capacité des voies de transmission, soit de la bande passante (fréquence d'échantillonnage) de chaque voie, soit de la résolution de conversion numérique/analogique.
  • Selon un autre aspect de l'invention, le dispositif de mesure dynamométrique peut comporter des moyens lui permettant d'émettre sur plusieurs fréquences radio afin de s'affranchir d'un environnement radio très encombré. A cette fin, le dispositif comprend des moyens lui permettant de rechercher par scanning les fréquences qui, à un moment donné, répondent le mieux au souci de qualité de transmission, tant du point de vue du niveau des champs radio-électriques, par exemple, que de l'environnement des opérations ou que des perturbations électromagnétiques instantanées ou continues.

Claims (2)

  1. Dispositif de mesure dynamométrique pour tige de forage comprenant, solidaires de la tige tournante (10), des capteurs (18-40) et un premier circuit électronique (42) de conditionnement des signaux fournis par ces capteurs, les signaux étant envoyés à une unité d'acquisition (60) éloignée par un émetteur radio (44) monté fixe sur la tige tournante (10), caractérisé en ce que le dispositif comprend, de plus, un récepteur radio (46) destiné à recevoir des signaux émis par l'unité d'acquisition (60), et en ce que le récepteur radio comprend des moyens destinés à paramétrer ou à régler le dispositif de mesure en réponse aux signaux émis par l'unité d'acquisition.
  2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend, de plus, des moyens lui permettant de rechercher par scanning la plus adaptée des fréquences de transmission.
EP91402073A 1990-07-27 1991-07-25 Ensemble de mesure dynamométrique pour tige de forage muni de moyens de transmission radio Expired - Lifetime EP0468891B1 (fr)

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EP0468891A1 EP0468891A1 (fr) 1992-01-29
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