III-2-1-Définition d'un capteur:
Un capteur est un instrument de mesure physique permettant de
transformer une variation physique ou chimique, du milieu dans lequel il est
installé en une différence de potentiel ou de résistance
électrique du circuit sur lequel il est branché.
Le capteur doit être alimenté par un circuit
électrique. Le signal émis par le capteur peut être
analogique (variation continue du signal) ou en pulses.
Suivant le type, les capteurs sont classés comme suit:
· Capteurs de pression hydraulique (HKLD, SPP, CSP...);
· Capteurs torque électriques;
· Capteur de la densité de boue;
· Capteur de la température de la boue;
· Capteur de H2S;
· Capteur de débit entrée et sortie de boue,
etc.
Les capteurs sont installés d'une manière
ordonnée dans un chantier de forage. Les ingénieurs mud logging
peuvent contrôler et mésurer dans un temps réel, les
paramètres de boue de forage.
III-2-2-Types de capteurs et Principe de
fonctionnement:
Capteur de pression Stand pipe et dans l'annulaire:
· Définition :
La pression SPP est mesurée à l'aide de capteurs
sur le manifold de plancher pour obtenir la valeur d'entrée (Stand Pipe
Pressure) et sur le choke manifold pour obtenir la valeur de sortie (casing
pressure ou well head pressure) pour la pression en tête d'annulaire
utilisée surtout lors des contrôle des venues et des
éruptions.
Le capteur à injection doit être compatible avec
la pression maximum de fonctionnement du système de refoulement (400
bars). Le capteur annulaire doit être aussi compatible avec la
série de la tête de puits pour permettre des mesures correctes
(750bars).
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? Principe de fonctionnement:
Les jauges utilisées transforment la pression en signal
électrique
Figure 40: Capteur pression d'injection sur stand pipe «
SPP » (M. BANZOUZI, 2015)
? Emplacement sur le rig
WHP/Capteur de pression de tubage
installé sur le choke manifold (Casing Pressure)
SPP/Capteur installé sur le manifold
du plancher pour obtenir la pression de refoulement (Stand Pipe Pressure)
? Intérêt de mesure :
- Perte ou bouchage d'une duse;
- Siflure ou rupture de garniture;
- Contrôle de kick;
- Déplacement de bouchon de cementation;
- Déroulement des opérations lorsque le puits est
mis sous pression (étanchéité d'un
packer);
- Surveillance de déplacement des bouchons de
densités différentes (ciment, boue
lourde, venue...);
- Manoeuvre hydraulique d'équipements de fond (gonflement
de packer, cisaillement
des goupilles);
- Détection des pertes importantes dans le
découvert par surveillance de la chute de
pression.
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Capteur de Poids au crochet/ Poids sur l'outil :
? Principe de fonctionnement :
On assimile la différence de poids mesuré au
crochet, la différence entre le poids de la garniture suspendue dans la
boue et le poids avec l'outil posé (Hook Load=String Weight-Weight on
Bit).
Ceci est approximativement exact dans les puits verticaux, mais
certainement faux dans les puits très déviés. La mesure du
poids au crochet est effectuée à partir des mesures de tension du
brin mort par une cellule à pression hydraulique.
En général, le capteur utilisé (50 bars) est
directement branché sur le circuit de mesure du foreur. La traction
exercée sur le câble est transformée en une pression dans
un circuit hydraulique.
Le capteur constitué par une jauge hydraulique de
contrainte Installée sur ce circuit, donne un signal électrique
que l'on peut calibrer en poids.
Figure 41: Capteur de poids «WOH » (M. BANZOUZI
2015)
? Intérêts de mesure :
- Détecter les frottements de la garniture;
- Les coincements;
- Suivre les consignes;
- Rechercher les paramètres d'avancement optimal (par
exemple drill-off test) :
Au cours des tractions exercées pour dégager la
garniture, le poids sera surveillé pour respecter la limite de traction
des tiges.
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? En cas de rupture de la garniture, la variation de poids au
crochet donne une indication sur la longueur de garniture perdue;
? En manoeuvre des outils de fond en tubage.
Il existe un grand nombre d'outils de fond dont le fonctionnement
est assuré en partie par une modification du poids appliqué sur
l'outil, donc par une variation du poids au crochet (par exemple: pose de
packer, de hanger, d'outils de test, de repêchage...).
La mésure du poids au crochet au moment de la pose sur les
coins de la tête de tubage permet la mise en tension du tubage en
fonction de hauteur non cimentée.
Capteur de rotation RMP :
? Définition :
Une pulsation électrique est générée
à chaque rotation de la table par un leurre solidaire de celle-ci ou de
l'arbre d'attaque: c'est un détecteur de proximité.
L'intégration du nombre de pulsation électriques en un temps
donné, indique la vitesse de rotation.
Bien entendu, dans le cas d'un moteur de fond, la vitesse de
rotation peut être déduite des mesures de débit pour les
moteurs volumétriques.
? Emplacement sur le rig :
Le capteur est placé sur un leurre de l'arbre de la table
de rotation
Figure 42: Position du capteur RMP (M. BANZOUZI 2015)
Intérêt de mesure:
- Recherche de paramètre d'avancement optimum;
- Corrélation de vitesse d'avancement entre
différents puits; - Interprétation de lithologie.
Capteur de densité de la boue :
La mesure est faite en comparant la différence dans la
pression hydrostatique à deux points verticalement séparés
dans la boue de forage et en convertissant la valeur en lecture de
densité. On peut placer un capteur sur le bac actif et un second
à la sortie du puits, dans le <Mud Box > du tamis vibrant, et
avoir ainsi un enregistrement permanent.
Les mesures permettent:
- La détermination d'un enrichissement en solides
entraînant une augmentation de la densité;
- La mise en évidence des bouchons de gaz
entraînant une chute très importante de la densité;
- La mise en évidence de venue d'eau ou d'huile
provoquant en général, une diminution de la densité;
- La seule exception, est le cas d'une venue d'eau
salée (d < 1.20) dans une boue légère;
- La détermination et le contrôle rapide des
durées de cycles au moyen des bouchons d'ajout de tige;
- Le contrôle continu du traitement de la boue.
Figure 43: Mud density sensor (M. BANZOUZI 2015)
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Capteur de température de la
boue
Il existe deux types des capteurs de température, un
pour la température de boue entrée et l'autre pour la sortie. La
température mesure à l'aide de Cannes thermométriques
à filament de platine protégé par une gaine inoxydable
d'acier. La température de boue est faite en résistance de fil de
platine. La résistance changera, quand sa température change.
Le capteur de température de boue entrée,
devrait être installé dans le réservoir d'aspiration,
près de la prise de pompe où s'effectue un bon écoulement
et dont, la boue ne stagne pas ; mais le capteur de température de boue
sortie est installé dans les tamis, dans un domaine actif de boue qui ne
contient pas de cuttings. Le capteur renseigne également sur les venues
de gaz qui se manifestent par une baisse de la température due à
la détente du gaz, ou par les venues d'eau, se caractérisant par
une augmentation de la température sortie.
Figure 44: Mud temperature sensor (M. BANZOUZI 2015)
Capteur de conductivité de la boue
:
Il y a deux types de capteurs de conductivité de la
boue: un utilisé pour la boue entrée et l'autre, pour la boue
sortie.
Ce capteur adopte un inducteur
électromagnétique, de non contact pour mesurer la
résistivité. Il y a deux bobines, quand la première bobine
envoie un courant alternatif, la deuxième produira un potentiel. Ce
potentiel est en rapport directement avec la capacité transmise du
fluide de forage.
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La mesure permet de détecter tous les
phénomènes faisant varier la teneur en ions dans la boue, en
particulier:
- la présence des formations salifères;
- Venues d'eau de formation, de gaz ou acides.
Les capteurs mesurent la conductivité entre (0 et 300 m
Siemens/cm), mais cette dernière est facilement convertie en
résistivité qui est plus utilisée en
interprétation.
Figure 45: Mud conductivity sensor (M. BANZOUZI 2015)
Capteur de débit entrée et sortie
:
La mesure des débits est très importante. Elle
permet en effet de:
- Connaître les pertes ou les venues qui peuvent se
produire en cours de forage; - Calculer le temps de remontée des
informations (lag time).
Capteur de débit entré
:
La méthode la plus simple consiste à compter le
nombre de coups de pompe. Connaissant le volume injecté à chaque
coup et le rendement de la pompe, le débit pourra être
calculé. Il est facile de mesurer le nombre de coups de pompe par des
détecteurs de proximité ou des contacteurs électriques.
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Débit de sortie :
C'est un paramètre difficile à mesurer de
manière précise. Les débitmètres existants,
mesurent le pourcentage de passage du fluide en fonction de changement de la
direction de la palette (0-100%).
Si, la section de passage au droit du débitmètre
est partiellement obstruée par des dépôts de
déblais, la mesure est erronée. La mesure combinée du
débit d'entrée et du débit de sortie, permet d'obtenir une
mesure de débit différentiel.
Figure 46: Capteur flow out (M. BANZOUZI 2015)
Capteur de Torque :
? Définition :
Le torque représente la résistance de la
formation à l'arrachement ajouté à cela les frictions, la
garniture/parois du puits. Comme le poids, le couple en surface n'est pas
transmis intégralement pour l'outil de forage, mais la mesure de surface
est la seule possible actuellement. Un capteur effet à hall est
installé autour du conducteur pour connecter le courant (mesure de
consommation du courant électrique par le moteur de table de
rotation).
? Principe de fonctionnement:
Si un matériau conducteur est placé dans un
champ magnétique perpendiculaire à un champ électrique
(courant d'excitation), alors un voltage perpendiculaire au courant et au
champ
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magnétique se produira. Ce voltage est appelé
Voltage Hall. Il résulte de la déflection des
charges mobiles constituant le courant.
Les types de Torque :
Figure 47: Capteur de Torque à effet Hall (M. BANZOUZI
2015)
? Emplacement sur le rig :
Placé sur le câble d'alimentation du moteur
d'entrainement de câble de rotation.
? Intérêt de mesure :
- Changements de lithologie;
- Transmission du couple lors d'un back-off;
- Molette coincée;
- L'état de l'outil et surtout de ses roulements;
- Tentative de décoincement;
- Eboulement sur l'outil.
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