Mécanisme de l'outil gyroscopique

Un gyroscope est une roue qui tourne autour d'un axe, mais qui peut également pivoter autour d'un ou deux autres axes grâce à son montage sur cardan. L'inertie de la roue tend à maintenir son axe pointant dans une direction donnée. C'est pourquoi les instruments gyroscopiques utilisent cette roue en rotation pour déterminer la direction du puits. Il existe quatre types d'outils gyroscopiques : le gyroscope conventionnel, le gyroscope à dérive magnétique (ou gyroscope de recherche du nord), le laser annulaire et le gyroscope inertiel. Dans les situations où les instruments de prospection magnétique ne conviennent pas, comme dans les puits tubés, le gyroscope peut constituer une alternative.

L'outil de levé utilisé dans l'industrie pétrolière et gazière fait tourner un gyroscope grâce à un moteur électrique à environ 40 000 tours par minute. Cet outil s'aligne sur le nord géographique en surface et garantit que le gyroscope reste pointé dans cette direction lors de sa descente dans le forage, quelles que soient les forces susceptibles de le dévier.

Une rose des vents est fixée à l'axe du gyroscope et alignée avec celui-ci ; elle sert de direction de référence pour tous les levés directionnels. Une fois que l'outil a atteint la position requise dans lecolliers de forage, la procédure est très similaire à celle decoup magnétique uniqueComme la rose des vents est liée à l'axe du gyroscope, elle enregistre un cap vers le nord géographique, qui ne nécessite aucune correction pour la déclinaison magnétique.

Gyroscope conventionnel à base de film

Comme mentionné précédemment, un gyroscope conventionnel à film est disponible en tant qu'instrument à prise unique. Dans les zones où des interférences magnétiques sont présentes, comme dans les puits tubés ou à proximité d'autres puits, les gyroscopes à film ne sont plus couramment utilisés pour les levés et le positionnement des outils de déviation dans l'industrie pétrolière et gazière. De nos jours, les gyroscopes fonctionnent généralement en mode multi-prises sur un câble électrique. De plus, un ordinateur assure le traitement des informations en surface. Les outils de déviation peuvent également être orientés par des gyroscopes de câble. Des gyroscopes sont également disponibles enmesure pendant le perçageoutils.

Forces de fonctionnement de l'outil gyroscopique

Pour comprendre les forces qui s'exercent sur les gyroscopes, commençons par analyser des gyroscopes simplifiés. Ces gyroscopes simplifiés possèdent des cadres appelés cardans qui supportent le gyroscope et lui permettent de pivoter librement.

Lorsque la sonde se déplace dans le puits selon différentes directions et inclinaisons, le cardan permet au gyroscope de tenter de maintenir une orientation horizontale dans l'espace.

Lors d'un levé de puits, le gyroscope est orienté dans une direction connue avant d'être descendu dans le puits. Ainsi, tout au long du levé, son axe de rotation tend à conserver son orientation en surface. Notez qu'une rose des vents est alignée avec l'axe de rotation horizontal du gyroscope. Les données du levé sont collectées au fond du puits à l'aide d'un fil à plomb fixé sur le compas.

À chaque station de levé, une photo de la direction du fil à plomb par rapport à la rose des vents est prise, ce qui permet de déterminer l'azimut et l'inclinaison du puits. Le fil à plomb pointe toujours vers le centre de la Terre, tel un pendule. Lorsqu'il est incliné verticalement, il indique l'inclinaison du puits sur les anneaux concentriques et l'azimut par corrélation avec la direction connue de l'axe de rotation du gyroscope établi en surface. (Remarque : Les systèmes électroniques à lecture de surface sans gyroscope s'affranchissent également du fil à plomb.)

Application de l'outil gyroscopique dans les levés de forage directionnel

Lors des levés magnétiques, on utilise généralement la méthode du compas pour déterminer l'orientation d'un puits. Cependant, cette méthode peut s'avérer peu fiable dans les puits tubés ou à ciel ouvert situés à proximité de puits tubés. Dans ce cas, une autre méthode est nécessaire pour évaluer précisément l'orientation du puits. Un compas gyroscopique permet d'évaluer l'inclinaison du puits de la même manière que les outils magnétiques, mais en s'affranchissant des effets magnétiques susceptibles de nuire à la précision des mesures.

L'inclinomètre gyroscopique de Vigor utilise un capteur gyroscopique à semi-conducteurs pour les mesures. La microstructure complexe de ce capteur exige un choix rigoureux des matériaux, un processus de fabrication précis et une grande maîtrise de l'usinage. Ce procédé permet d'obtenir des capteurs gyroscopiques à semi-conducteurs plus performants, moins énergivores et plus intelligents. Les inclinomètres gyroscopiques résistent aux environnements de fond de puits les plus extrêmes, notamment aux chocs et vibrations importants. De plus, ils offrent des performances de mesure optimales même en présence de perturbations magnétiques.

L'inclinomètre gyroscopique de Vigor répond à diverses exigences en matière d'orientation et de trajectoire des puits de pétrole et de gaz, notamment en termes de haute précision, de vitesse élevée, de haute température, de petits forages, de puits à rayon court, de puits horizontaux, de traversée de tunnels, etc. De plus, il peut être utilisé dans des domaines tels que le contrôle anti-collision à proximité des puits et la perméabilité magnétique, ce qui permet de réduire les risques de collision entre puits dans les zones à forte densité de puits, d'optimiser les trajectoires de forage et de diminuer les coûts d'ingénierie.

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