Types d'outils gyroscopiques utilisés dans les opérations de forage pétrolier et gazier

Un gyroscope est un appareil conçu pour mesurer ou maintenir l'orientation d'un objet selon le principe de conservation du moment cinétique. Ce principe stipule qu'un objet en rotation résiste intrinsèquement aux modifications de son orientation en raison du moment cinétique généré par sa rotation. Un gyroscope est généralement constitué d'une masse en rotation centrale, souvent appelée rotor, qui conserve son axe de rotation lorsqu'elle est soumise à des forces extérieures. Cette résistance intrinsèque permet de détecter les mouvements de rotation autour de son axe, autorisant ainsi des mesures précises de direction et d'orientation.

L'efficacité opérationnelle d'un gyroscope est fondamentalement liée à sa masse en rotation. Lors de sa rotation, cette masse produit un moment angulaire qui contrebalance tout couple externe tentant de modifier son orientation. En analysant ces forces de résistance, le gyroscope peut mesurer avec précision la vitesse et le sens de rotation. Les gyroscopes trouvent des applications dans de nombreux domaines grâce à leur capacité à déterminer l'orientation sans être affectés par des références externes, telles que les champs magnétiques.

Les outils gyroscopiques offrent une précision supérieure car ils utilisent la technologie gyroscopique pour mesurer le nord géographique, évitant ainsi les erreurs dues aux interférences magnétiques. Les outils de mesure en cours de forage (MWD) reposent souvent sur des capteurs magnétiques, qui peuvent être imprécis à proximité des puits tubés ou autres puits où les champs magnétiques sont perturbés. Les outils MWD utilisent des magnétomètres pour l'azimut et nécessitent une correction de la déclinaison magnétique, contrairement aux outils de levé gyroscopiques.

Gyroscope à prise unique

Un gyroscope à prise unique est utilisé dans le forage pétrolier et gazier pour mesurer l'orientation d'un puits à une profondeur spécifique. Il effectue une seule mesure d'inclinaison et d'azimut du puits à un point prédéterminé. Un gyroscope à prise unique se concentre sur un emplacement précis par déploiement. Il est utilisé lorsqu'une mesure rapide et ponctuelle suffit. C'est un outil utile pour les vérifications rapides de trajectoire, la vérification des déviations et l'orientation de l'outil dans les zones d'interférences magnétiques. Les levés gyroscopiques à prise unique présentent l'avantage d'une installation simple, facilitant un déploiement et une récupération rapides. Ils sont moins coûteux que les outils gyroscopiques multi-prises ou continus plus avancés, ce qui en fait un choix économique pour des situations spécifiques.

L'outil est descendu dans le puits de forage de deux manières différentes.

Câble : Le gyroscope est fixé à un câble, lui-même descendu à l'intérieur de la colonne de forage jusqu'à la profondeur souhaitée. Une fois la profondeur atteinte, le gyroscope s'active manuellement ou automatiquement pour mesurer l'inclinaison et l'azimut. Après l'enregistrement des données, l'outil est remonté à la surface à l'aide du câble.

Méthode de goutte : Dans cette méthode de déploiement, l'outil est descendu dans la garniture de forage, en chute libre à travers le fluide de forage, jusqu'à un point d'atterrissage à la profondeur souhaitée. Cette méthode est avantageuse lorsque l'accès par câble traditionnel est difficile ou long, comme dans les puits à forte déviation ou horizontaux où les outils de forage peuvent avoir du mal à atteindre le fond, ou lorsqu'une étude rapide est nécessaire sans le temps d'installation requis pour l'équipement de forage. Un anneau d'atterrissage est installé dans la garniture de forage où l'outil gyroscopique se dépose. Une fois à la profondeur souhaitée, le gyroscope mesure l'inclinaison et l'azimut du puits. Après l'étude, l'outil est récupéré en tirant sur la garniture de forage ou en utilisant un câble pour le remonter du puits.

Gyroscope multi-prises

Un gyroscope multi-tirs est un outil de levé topographique de pointe utilisé dans le forage pétrolier et gazier pour mesurer la trajectoire d'un puits à différentes profondeurs lors d'une seule opération. Contrairement à un gyroscope mono-tir, qui capture des données en un point précis, un gyroscope multi-tirs effectue des mesures à intervalles réguliers, fournissant ainsi un profil détaillé de la trajectoire du puits. Il enregistre des paramètres clés tels que l'inclinaison et l'azimut afin de garantir un positionnement précis du puits.

L'outil est généralement descendu dans le puits à l'aide d'un câble. Dans certains cas, il peut également être déployé sur un tube flexible ou un câble lisse. Lors de sa progression dans le puits, l'outil effectue des mesures à intervalles prédéterminés, par exemple tous les 9 mètres (30 pieds). À chaque point, le gyroscope calcule l'inclinaison et l'azimut. Certains gyroscopes multi-mesures peuvent également mesurer des paramètres supplémentaires, tels que l'orientation de la face de l'outil ou la température. L'outil stocke les données en interne pour les récupérer une fois remonté en surface, ou les transmet en temps réel à la surface via le câble. Ce processus permet au gyroscope multi-mesures de générer une série de « tirs » ou points de données, cartographiant ainsi la trajectoire du puits en une seule opération.

Les gyroscopes multi-mesures sont utilisés lorsqu'une compréhension précise de la trajectoire du puits est essentielle. C'est le cas, par exemple, des trajectoires complexes nécessitant de multiples mesures pour garantir que le puits reste sur sa trajectoire prévue, ou lors des levés post-forage pour confirmer la trajectoire finale du puits après le forage et s'assurer de sa conformité aux spécifications de conception. Le gyroscope multi-mesures offre plusieurs avantages par rapport aux outils à mesure unique ou aux autres méthodes de levé. Il effectue plusieurs mesures en une seule passe, réduisant ainsi le temps et les coûts opérationnels par rapport aux levés à mesure unique répétés. Il fournit un profil de trajectoire détaillé, améliorant la précision du positionnement du puits tout en minimisant le risque d'erreurs dues à d'éventuelles interférences magnétiques.

Gyroscope continu

Un gyroscope continu est un outil de levé topographique de pointe utilisé dans le forage pétrolier et gazier pour fournir des mesures en temps réel et sans interruption de la trajectoire d'un puits. Contrairement aux outils traditionnels, tels que les gyroscopes multi-coups qui effectuent des mesures ponctuelles à intervalles réguliers, un gyroscope continu fournit un flux constant de données lors de son déplacement dans le puits. Il mesure l'inclinaison et l'azimut du puits, offrant ainsi un profil très détaillé et précis de sa trajectoire. Cette précision garantit un positionnement précis du puits, notamment dans les environnements de forage complexes.

Les gyroscopes continus modernes utilisent souvent des technologies à semi-conducteurs, comme les gyroscopes à fibre optique, qui mesurent la vitesse angulaire par la lumière, ou les gyroscopes laser annulaires, qui utilisent l'interférence laser pour des mesures de haute précision. Ces technologies sont plus durables et précises que les gyroscopes à masse tournante traditionnels. Le gyroscope continu est monté dans la garniture de fond de puits (BHA), au sein de la colonne de forage. Au fur et à mesure du forage, il transmet des données en temps réel à la surface, permettant des ajustements immédiats de la direction de forage. L'outil peut également être utilisé avec un câble de forage après le forage d'une section du puits. Il est descendu dans le puits et les données sont enregistrées en continu lors de sa remontée ou de sa descente. Dans les deux configurations, l'outil transmet les données en temps réel ou les stocke pour une analyse ultérieure, selon la configuration.

En tant qu'outil technologique de pointe, le gyroscope continu et ses capacités en temps réel sont plus onéreux que les outils conventionnels tels que les gyroscopes multi-tirs. L'analyse des données requiert également un équipement spécialisé et un logiciel sophistiqué. Par conséquent, une analyse coûts-avantages approfondie est indispensable avant de décider du déploiement de cette technologie. Un gyroscope continu est une option pertinente dans les scénarios exigeant une haute précision et un contrôle en temps réel des trajectoires de puits complexes, comme les puits fortement déviés, horizontaux ou à portée étendue, où le maintien de la trajectoire optimale est crucial. Les champs forés à forte densité, présentant de multiples zones d'interférence magnétique et des marges de manœuvre étroites pour les puits, exposent ces derniers à un risque élevé de collision. Ils constituent d'excellents candidats pour le déploiement de gyroscopes continus et de capacités en temps réel afin de garantir un positionnement précis des puits.

Gyroscope MWD

L'outil de mesure gyroscopique en cours de forage (Gyro MWD) est un instrument de levé avancé utilisé dans les opérations de forage pétrolier et gazier pour mesurer en temps réel la trajectoire du puits. Contrairement aux outils de mesure en cours de forage (MWD) traditionnels qui utilisent des capteurs magnétiques, le Gyro MWD intègre la technologie gyroscopique pour fournir des données d'orientation précises, notamment dans les environnements où les interférences magnétiques compromettent la fiabilité des systèmes MWD standard. L'outil Gyro MWD améliore la précision du forage en intégrant des capteurs gyroscopiques au système MWD afin de garantir un positionnement précis du puits dans les champs complexes ou à forte densité de forage.

Le système Gyro MWD intègre des capteurs gyroscopiques au système MWD, qui mesure la vitesse de rotation de la Terre afin de déterminer l'inclinaison et l'azimut du puits. Contrairement aux capteurs magnétiques, les gyroscopes sont insensibles aux champs magnétiques, ce qui les rend idéaux pour les zones sujettes aux interférences, comme à proximité des tubages en acier ou dans les champs comportant plusieurs puits. L'outil Gyro MWD est monté dans la garniture de fond de puits (BHA) et positionné près du trépan. Les données sont transmises à la surface par télémétrie d'impulsions de boue ou par signaux électromagnétiques, permettant ainsi aux foreurs d'ajuster instantanément la trajectoire de forage.

Le système gyroscopique MWD est utile lorsque les outils magnétiques MWD traditionnels sont peu fiables et insuffisants. Le forage dans des zones de fortes interférences magnétiques, comme à proximité des sorties de tubage en acier ou dans des champs de puits rapprochés où les champs magnétiques perturbent les mesures, peut nécessiter des outils plus fiables afin de minimiser le risque de collision avec les puits voisins. Les puits à forte inclinaison ou horizontaux aux trajectoires complexes requièrent des données en temps réel pour un contrôle précis et un positionnement exact. L'outil gyroscopique MWD peut basculer entre les modes gyroscopique et MWD selon les besoins. Il accroît ainsi l'efficacité opérationnelle et réduit les temps d'arrêt en éliminant les levés gyroscopiques par câble nécessaires à la confirmation de la trajectoire du puits dans les zones de fortes interférences magnétiques.

Gyroscope pendant le forage (GWD) :

Un système de forage gyroscopique (GWD) est un instrument de levé spécialisé utilisé dans le forage pétrolier et gazier pour mesurer en temps réel la trajectoire du puits. Intégré à l'ensemble de forage, plus précisément à la garniture de fond de puits (BHA), le GWD est utilisé pendant le forage. Conçu pour fonctionner en temps réel, il collecte des données au fur et à mesure du forage. Son déploiement repose généralement sur des méthodes de communication sans fil, telles que les systèmes à impulsions de boue ou électromagnétiques, pour transmettre les données à la surface sans interrompre les opérations de forage.

Le forage gyroscopique (GWD) permet d'acquérir des données précises d'inclinaison et d'azimut, même dans les zones de fortes interférences magnétiques à proximité des tubages en acier ou dans les champs multipuits, où les champs magnétiques perturbent les mesures des outils magnétiques comme le MWD. ​​Il évite également les collisions entre puits. De plus, il est utile lors du forage de trajectoires complexes, telles que les puits à forte inclinaison, horizontaux ou à portée étendue (ERD), en fournissant des données en temps réel pour un contrôle précis de la trajectoire.

Différence entre le gyroscope pendant le forage (GWD) et le gyroscope continu :

Bien que le Gyro While Drilling (GWD) et le Gyro MWD soient similaires en termes d'avantages, de collecte de données et de communication, ils diffèrent à bien des égards :

Déploiement: Le GWD est intégré à l'ensemble de forage, plus précisément à l'ensemble de fond de puits (BHA) utilisé pendant le forage actif. Le Gyro continu peut quant à lui être déployé de différentes manières, selon son application : sur des câbles, des lignes lisses, des tubes flexibles, ou même, dans certains cas, directement dans le BHA.

Application: GWD se concentre sur le pilotage et le guidage en temps réel pendant le forage, tandis que Continuous Gyro met l'accent sur le relevé détaillé de la trajectoire, généralement pour l'analyse post-forage ou dans des applications non temps réel.

Fréquence des données : Le gyroscope continu fournit des points de données plus fréquents grâce à sa capacité de mesure ininterrompue, tandis que les limites de transmission en temps réel contraignent le GWD.

Précision: Le gyroscope continu est généralement plus précis, notamment dans des conditions contrôlées, bien que le GWD offre une haute précision adaptée aux exigences de forage.
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