FR2846365A1 - Procede et dispositif de localisation d'une interface par rapport a un trou fore - Google Patents
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Abstract
Il s'agit d'un procédé de localisation, dans une formation (1) contenant au moins un liquide électrolytique, d'une interface (6) par rapport à un trou (2).On stimule à un premier instant l'interface (6) avec un signal d'excitation, on détecte à un second instant (t2) un signal réponse converti par effet de couplage électro-osmotique ou électrocinétique, et éventuellement le signal d'excitation après réflexion à un troisième instant (t3). Avec les trois instants et les vitesses de propagation des signaux, on calcule la distance entre l'interface (6) et le trou (2).Application notamment à la prospection pétrolière.
Description
PROC D ET DISPOSITIF DE LOCALISATION D'UNE INTERFACE PAR RAPPORT A UN
TROU FORE
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention est relative à un procédé et un dispositif de localisation d'une interface dans une formation géologique par rapport à
un trou foré dans la formation.
Un tel procédé et un tel dispositif sont particulièrement adaptés pour déterminer autour du trou, le profil de la zone de la formation géologique envahie par de la boue de forage, ainsi que le profil le long du trou foré des distributions des fractures. 15 Dans la suite l'expression formation géologique est
souvent appelée formation.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
Durant une opération de forage dans une 20 formation géologique, on utilise un fluide de forage (connu sous la dénomination boue de forage), c'est un fluide généralement aqueux ou huileux qui sert à refroidir et à lubrifier l'outil de forage, à évacuer les déblais, à maintenir les parois du trou foré (ou 25 forage) par formation d'un cake de boue (connu sous la dénomination anglo-saxonne de mud cake) et à équilibrer par son propre poids la pression des fluides, tels que de l'eau, des hydrocarbures gaz et/ou pétrole, contenus dans la formation traversée par le puits. Le cake de 30 boue correspond au dépôt que les éléments solides de la boue de forage forment sur les parois du trou après
l'absorption du fluide par la formation.
Ce fluide de forage envahit une zone située autour du trou et la profondeur de pénétration dépend 5 de plusieurs facteurs notamment de la nature du cake de boue, de la perméabilité et de la porosité de la formation environnante. il existe une rupture d'impédance à l'interface entre la zone envahie et la
zone non envahie.
Les caractéristiques de la zone envahie sont importantes pour déterminer des paramètres physiques de la formation et différentes méthodes peuvent être utilisées pour acquérir lesdites caractéristiques. Ces caractéristiques' permettent 15 notamment d'évaluer le comportement et la capacité à
produire de la formation. Elles permettent par exemple d'apporter une correction à des mesures de densité faites par émission neutronique. Certains aspects de mesures d'étalonnages faites par résonance magnétique 20 nucléaire peuvent bénéficier de ces caractéristiques.
Le profil de la zone envahie se trouvant autour du trou est généralement considéré comme étant de forme cylindrique. L'extension radiale de la zone envahie transversalement au trou peut varier de 25 quelques centimètres' à quelques dizaines de centimètres. Cette extension radiale n'est pas constante, elle peut varier en fonction de la profondeur et peut évoluer dans le temps, après la fin
de l'opération de forage.
Pour évaluer l'extension radiale de la zone envahie ou ce que l'on appelle la distance d'invasion c'est-à-dire la distance séparant la paroi du puits à la fin de la zone envahie, on peut réaliser des mesures de résistivité. On utilise bien souvent des électrodes placées à différentes profondeurs dans le puits. On 5 injecte du courant à partir d'une des électrodes et on mesure une tension entre deux électrodes encadrant l'électrode ayant injecté du courant. On en déduit une valeur de résistivité. Plus les électrodes sont éloignées plus la mesure correspond à une zone éloignée 10 des électrodes. En effectuant plusieurs mesures avec des électrodes de mesure de tension de plus en plus éloignées, on obtient plusieurs valeurs de résistivité qui après inversion permettent de déduire la distance d'invasion. Lorsqu'on réalise de telles mesures de 15 résistivité, une connaissance précise de la zone
envahie n'est pas possible. On réalise seulement des mesures dans un espace proche du trou foré et on en déduit des valeurs de résistivité dans la zone envahie.
Ces valeurs sont ensuite généralement employées pour 20 corriger des valeurs de résistivité faites dans une zone d'intérêt de la formation éloignée de la zone envahie. On peut également faire des mesures de potentiel spontané entre l'intérieur du trou et 25 l'infini pour évaluer le diamètre d'invasion. Mais cette méthode ne permet pas non plus d'obtenir la
distance d'invasion avec précision.
Lorsqu'on veut analyser des hydrocarbures provenant d'un gisement à partir d'échantillons de 30 fluide pompé dans le puits, il est intéressant de connaître avec précision la part que représente la boue de forage dans l'échantillon, et une connaissance, à priori, des limites spatiales de la zone d'invasion est très appréciable pour évaluer la contamination. En effet, la boue à base d'huile fausserait les analyses si elle n'était pas prise en compte.
EXPOS DE L'INVENTION
La présente invention a justement comme but de proposer un procédé de localisation d'une interface, 10 dans une formation contenant un liquide électrolytique, par rapport à un trou foré dans la formation, ce procédé ne possédant pas les inconvénients mentionnés ci-dessus. Un but de la présente invention est de 15 connaître de manière précise, au moins localement, la
distance séparant le trou de l'interface.
Un autre but de la présente invention est de connaître de manière rapide, au moins localement, la
distance séparant le trou de l'interface.
Encore un autre but de la présente invention est d'établir un profil en profondeur de
l'interface de manière à en avoir une véritable image.
Pour atteindre ces buts, le procédé selon l'invention comporte les étapes suivantes: ao) stimulation, à partir du trou, à une première profondeur, de l'interface, à un premier instant, avec un premier signal d'excitation, correspondant à une énergie d'un premier type, de manière à ce que ce premier signal d'excitation soit 30 converti au niveau de l'interface en un premier signal réponse correspondant à une énergie d'un second type, l'une des énergies étant une énergie de type mécanique et l'autre une énergie de type électromagnétique, b0) détection du premier signal réponse à un second instant, à l'aide d'un premier dispositif de 5 détection placé dans le trou et, si le premier signal réponse est supérieur ou égal à un premier seuil, calcul de la distance entre l'interface et le premier dispositif de détection, à partir de la durée séparant le premier instant du second instant et de la 10 connaissance de la vitesse de propagation du son dans la formation, co) au moins dans le cas o le premier signal réponse est inférieur au premier seuil, détection du premier signal d'excitation, après une 15 réflexion contre l'interface, à un troisième instant, à l'aide d'un second dispositif de détection placé dans le trou, et si nécessaire calcul de la distance entre l'interface et le second dispositif de détection, à partir de la durée séparant le premier instant du 20 troisième instant et de la connaissance de la vitesse de propagation, dans la formation, du premier signal d'excitation. De manière additionnelle, le procédé peut comporter les étapes suivantes do) stimulation, à sensiblement la première profondeur, de l'interface, à un quatrième instant, avec un second signal d'excitation correspondant à l'énergie de second type de manière à ce que, ce second signal d'excitation soit converti, au niveau de 30 l'interface, en un second signal réponse correspondant à l'énergie de premier type, eo) détection du second signal réponse, à un cinquième instant, à l'aide d'un troisième dispositif de détection, placé dans le trou, et si le second signal réponse est supérieur ou égal à un second 5 seuil, calcul de la distance entre l'interface et le troisième dispositif de détection, à partir de la durée séparant le quatrième instant du cinquième instant et de la connaissance de la vitesse de propagation du son dans la formation, fo) au moins dans le cas o le second signal réponse est inférieur au second seuil, détection, à un sixième instant, du second signal d'excitation après une réflexion contre l'interface, à l'aide d'un quatrième dispositif de détection placé 15 dans le trou, et si nécessaire calcul de la distance
entre l'interface et le quatrième dispositif de détection, à partir de la durée séparant le quatrième instant du sixième instant et de la connaissance de la vitesse de propagation, dans la formation, du second 20 signal d'excitation.
1 Il est possible de répéter les étapes a, b, et éventuellement l'étape c à au moins une autre profondeur dans le trou, pour obtenir un profil de l'interface. De la même manière, il est possible répéter les étapes d et e, et éventuellement l'étape f à au moins une autre profondeur dans le trou, pour obtenir
un profil de l'interface.
Dans une variante, il est possible de 30 répéter les étapes a, b, et éventuellement l'étape c en continu le long du trou, de manière à obtenir un profil
continu de l'interface.
De la même manière, il est possible de
répéter au moins les étapes d et e, et éventuellement 5 l'étape f en continu le long du trou, de manière à obtenir un profil continu de l'interface.
L'interface ayant une fréquence de résonance, le premier signal d'excitation et/ou le second signal d'excitation peuvent posséder une 10 fréquence qui est sensiblement la fréquence de
résonance de l'interface.
L'interface peut correspondre à la frontière d'une zone de la formation envahie par un
fluide de forage injecté dans le trou.
Dans une variante, l'interface peut se trouver entre deux fluides dont au moins un est électrolytique ou entre deux milieux rocheux différents de la formation ou bien au niveau d'une fracture dans
la formation.
La présente invention concerne également un dispositif de localisation, dans une formation contenant au moins un liquide électrolytique, d'une interface par rapport à un trou. Il comporte: un premier dispositif d'excitation pour 25 stimuler, à un premier instant, l'interface avec un premier signal d'excitation correspondant à une énergie d'un premier type de manière à ce que ce premier signal d'excitation soit converti, au niveau de l'interface en un premier signal réponse correspondant à une énergie 30 d'un second type, l'une des énergies étant une énergie de type mécanique et l'autre une énergie de type électromagnétique, un premier dispositif de détection pour détecter le premier signal réponse, à un second instant, des premiers moyens de calcul pour calculer la distance entre l'interface et le premier dispositif de détection à partir de la durée séparant le premier instant du second instant et de la connaissance de la 10 vitesse de propagation du son dans la formation, éventuellement, d'une part, un second dispositif de détection pour détecter, à un troisième instant, le premier signal d'excitation après une réflexion contre l'interface, et d'autre part, des 15 seconds moyens de calcul pour calculer la distance
entre l'interface et le second dispositif de détection à partir de la durée séparant le premier instant du troisième instant et de la connaissance de la vitesse de propagation, dans la formation, du premier signal 20 d'excitation.
Il peut comporter en outre un second dispositif d'excitation pour stimuler, à un quatrième instant, l'interface avec un second signal d'excitation correspondant à l'énergie de 25 second type, de manière à ce que ce premier signal d'excitation soit converti au niveau de l'interface en un second signal réponse, un troisième dispositif de détection pour détecter le second signal réponse, à un cinquième 30 instant, des troisièmes moyens de calcul pour calculer la distance entre l'interface et le troisième dispositif de détection à partir de la durée séparant le quatrième instant du cinquième instant et de la 5 connaissance de la vitesse de propagation du son dans la formation, éventuellement, d'une part, un quatrième dispositif de détection pour détecter, à un sixième instant, le second signal d'excitation après une 10 réflexion contre l'interface, et d'autre part des quatrièmes moyens de calcul pour calculer la distance entre l'interface et le quatrième dispositif de détection à partir de la durée séparant le quatrième instant du sixième instant et de la connaissance de la 15 vitesse de propagation, dans la formation, du second
signal d'excitation.
Le premier dispositif d'excitation peut être formé par un élément d'un premier groupe comprenant un générateur de pression, un transducteur 20 acoustique ou d'un second groupe comprenant au moins une paire d'électrodes, au moins une bobine, le second dispositif d'excitation étant formé par un élément du
second groupe ou du premier groupe respectivement.
Le premier dispositif de détection peut 25 être formé par un élément d'un groupe comprenant au moins une paire d'électrodes, au moins une bobine ou par au moins un capteur acoustique, le second dispositif de détection étant formé par le capteur
acoustique ou par un élément du groupe respectivement.
De manière analogue, le troisième dispositif de détection peut être formé par un élément d'un groupe comprenant au moins une paire d'électrodes, au moins une bobine ou par au moins un capteur acoustique, le quatrième dispositif de détection étant formé par le capteur acoustique ou par un élément de groupe respectivement. Pour réduire le nombre d'éléments, le premier dispositif d'excitation peut être confondu avec
le second dispositif de détection.
De manière similaire, le second dispositif 10 d'excitation peut être confondu avec le quatrième
dispositif de détection.
Dans le même but, le premier dispositif de détection peut être confondu avec le quatrième
dispositif de détection.
Le second dispositif de détection peut être
confondu avec le troisième dispositif de détection.
On peut également regrouper au sein d'un unique calculateur, les premiers, seconds, troisièmes,
quatrièmes moyens de calcul.
Pour faciliter la localisation, le premier dispositif d'excitation, le premier dispositif de détection et le second dispositif de détection peuvent
être portés par un même support.
De même, le second dispositif d'excitation, 25 le troisième dispositif de détection et, le quatrième dispositif de détection peuvent être portés par un même
support. Ces supports peuvent être confondus.
BR VE DESCRIPTION DES DESSINS
La présente invention sera mieux comprise à
la lecture de la description d'exemples de réalisation
donnés, à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels: - les figures lA, 1B montrent à des 5 instants différents un premier exemple d'un dispositif de localisation selon l'invention; - les figures 2A, 2B montrent à des instants, un autre exemple de dispositif de localisation selon l'invention; - les figures 3A, 3B montrent, de manière partielle, encore deux exemples de dispositif de
localisation selon l'invention.
Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures décrites ci-après 15 portent les mêmes références numériques de façon à
faciliter le passage d'une figure à l'autre.
Les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus 20 lisibles. L'espacement entre les dispositifs d'excitation et les dispositifs de détection est très petit par rapport à la distance entre le trou et l'interface.
EXPOS D TAILL DE MODES DE R ALISATION PARTICULIERS
Le procédé selon l'invention est basé sur les effets de couplage électrocinétique ou électroosmotique. Ces effets de couplage peuvent être
expliqués de la manière suivante.
Dans un milieu solide, des ions d'un premier type appartenant au milieu, ont tendance à se concentrer en surface même si le milieu est globalement neutre électriquement. Il existe une charge naturelle en surface. Il s'agit généralement d'une charge négative pour des roches argileuses. Pour d'autres roches, c'est l'inverse. Dans une formation géologique poreuse, c'est à dire avec des parties rocheuses solides mélangées avec des espaces poreux, contenant au moins un fluide électrolytique, les ions du fluide ayant un 10 second type opposé au premier type sont attirés par la surface des parties rocheuses et il y a formation de liaisons électrochimiques ou dipôles à l'interface roche-fluide. Le potentiel électrochimique interfacial est appelé potentiel Zêta 4, il caractérise la surface 15 roche-fluide, et sa valeur est d'environ quelques dizaines de millivolts. Il y a donc séparation des ions du fluide, les ions de l'autre type du fluide restant
dans les pores.
Le fluide électrolytique peut être de 20 l'eau, salée ou non, un hydrocarbure tel que du pétrole ou du gaz mais plus généralement, il s'agit d'un
mélange d'eau et d'hydrocarbure.
Lorsqu'on applique un signal d'excitation mécanique tel qu'une onde acoustique ou sismique dans 25 la formation géologique poreuse, cela génère un mouvement relatif entre le fluide et la formation géologique, ce qui a pour effet de modifier ou de rompre les liaisons électrochimiques, de créer une densité de courant électrique et d'induire un champ 30 électromagnétique pouvant être mesuré. Ce phénomène est principalement sensible. à une interface de rupture
d'impédance, par exemple à l'interface entre des roches de natures différentes, à l'interface entre des zones de porosités différentes, à l'interface entre deux fluides de natures différentes car les discontinuités 5 réfléchissent une partie des ondes acoustiques. Une autre partie de ces ondes acoustiques est transmise audelà de la discontinuité. La couche d'ions du fluide à la surface des parties rocheuses joue le rôle d'une couche élastique que l'on peut comparer, de manière 10 imagée, à la membrane d'un tambour.
Il y a donc une conversion entre une énergie mécanique appliquée, par exemple sous forme d'une pression appliquée, et une énergie
électromagnétique détectée, par exemple sous forme 15 d'une tension électrique.
A l'inverse lorsqu'on fait interagir un signal d'excitation sous forme d'une énergie électromagnétique avec la formation géologique poreuse, on modifie la polarisation du fluide dans les pores, ce 20 qui induit des micro mouvements sismiques dans la formation géologique et plus particulièrement à une interface de rupture d'impédance. Ces mouvements induits sont détectables par tout moyen approprié par exemple un ou plusieurs géophones, hydrophones, 25 accéléromètres etc. Il y a donc une conversion entre une énergie électromagnétique appliquée et une énergie
mécanique détectée.
On va se référer maintenant aux figures lA, 1B qui montrent, à divers instants, un exemple de 30 dispositif, conforme à l'invention, utilisé pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. On
distingue sur cette figure une formation géologique 1 poreuse dont les pores (non représentés), saturés en fluide contiennent au moins un fluide électrolytique.
Ce fluide électrolytique peut être de l'eau, salée ou 5 non, un hydrocarbure tel que du pétrole ou du gaz, ou un mélange d'un ou plusieurs de ces fluides.' Un trou 2 a été creusé dans la formation 1 en utilisant lors du forage, un fluide de forage. Ce fluide de forage, en s'infiltrant dans la formation 1 a 10 formé un cake de boue 3 sur la paroi 7 intérieure du trou 2. Lorsqu'on s'éloigne sensiblement transversalement du trou 2, on trouve après le cake de boue 3, une zone 4 de la formation géologique 1, qui n'a pas été attaquée par le forage, mais qui est 15 envahie par le fluide de forage. En s'éloignant encore du trou 2, on arrive dans une zone non contaminée 5. La zone non contaminée 5 est supposée saturée en fluide électrolytique. La zone envahie 4 possède depuis le trou 2 une extension radiale de quelques centimètres à 20 plusieurs dizaines de centimètres. Une interface 6 existe entre la zone envahie 4 et la zone non contaminée 5 et le procédé selon l'invention va permettre de localiser, avec précision, cette interface 6 par rapport au trou 2. Cette interface 6 correspond à 25 la frontière de la zone envahie 4. Cette interface 6 peut être considérée comme un saut d'impédance pour certains paramètres pétrophysiques. Par exemple, lorsqu'un fluide de forage aqueux envahit une couche de formation géologique saturée en au moins un fluide pris 30 parmi de l'eau, de la saumure, du pétrole, du gaz, la pénétration du fluide de forage dépend de la perméabilité de la formation, des caractéristiques du fluide de la formation 1, des caractéristiques du fluide de forage. L'interface 6 est un lieu de contraste, elle peut être par exemple un lieu de 5 changement de conductivité électrique, de changement de
constante diélectrique, de changement de mobilité (rapport de la perméabilité de la roche sur la viscosité du fluide), de changement d'impédance acoustique (produit de la densité du fluide par la 10 célérité d'ondes acoustiques).
On pourrait bien sr chercher à localiser une autre interface 6 dans la formation 1, par exemple située entre deux fluides de la formation 1, correspondant à une fracture dans la formation 1 15 rocheuse ou à la frontière entre deux roches de natures différentes. C'est ce qui est illustré sur la figure 3A. Dans le trou 2 que l'on suppose non tubé sont descendus un premier dispositif d'excitation 8, un 20 premier dispositif de détection 9 et éventuellement un second dispositif de détection 10. Ces premiers dispositifs 8, 9, 10 peuvent faire partie d'un même outil 11 et être montés sur un même support 12 en forme de patin que l'on vient appliquer sur la paroi 7 du 25 trou 2. Leur espacement mutuel est considéré comme
négligeable par rapport aux distances à détecter. Leur position par rapport à la paroi 7 dépend de leur nature, ils peuvent être placés contre la paroi 7 du trou 2 ou en être légèrement éloigné. Le patin 12 n'a 30 pas besoin d'être appliqué fortement contre la paroi 7.
Le premier dispositif d'excitation 8 est destiné à stimuler l'interface 6 avec un premier signal d'excitation 20 (figure lA) correspondant à une énergie d'un premier type. Le premier dispositif d'excitation 8 5 émet le premier signal d'excitation 20 à un premier instant tl. L'énergie de premier type est une énergie mécanique ou une énergie électromagnétique. On suppose dans ce premier exemple que le premier signal d'excitation 20 est un signal mécanique. Le premier 10 dispositif d'excitation 8 est alors de type mécanique et peut être un transducteur acoustique destiné à émettre un signal acoustique dans la formation 1 à travers le cake de boue 3. Les transducteurs acoustiques sont des dispositifs bien connus dans les 15 techniques de prospection sismique. Ils peuvent être à
magnétostriction ou piézoélectriques par exemple.
L'avantage des transducteurs acoustiques est qu'ils
peuvent être réversibles.
Dans une variante, le premier dispositif 20 d'excitation 8 pourrait être réalisé, par exemple, par un générateur de pression destiné à injecter un signal de pression dans la formation 1 à travers le cake de boue 3, sensiblement perpendiculairement à la paroi 7 du trou 2. Un tel dispositif pourrait par exemple 25 projeter un fluide sous pression contre la paroi 7 du
trou 2.
Le premier dispositif d'excitation pourrait
aussi fonctionner avec une énergie électromagnétique.
Il pourrait être similaire au second dispositif 30 d'excitation décrit ultérieurement.
Sur les figures lA, 1B, on suppose que le premier dispositif d'excitation 8 est un transducteur acoustique. Ce dispositif est relié à des premiers moyens de commande MC1 qui peuvent se trouver en 5 surface et qui l'excitent périodiquement. La fréquence du premier signal d'excitation 20 est choisie, de préférence, pour être la plus proche possible de la fréquence de résonance de l'interface 6. Cette interface 6, qui a une certaine épaisseur, va entrer en 10 résonance. Sa réponse à l'excitation sera plus
importante que si elle ne résonnait pas.
Le premier signal d'excitation 20 se propage depuis le cake de boue 3 dans la zone envahie vers l'interface 6. Quand ce premier signal 15 d'excitation 20 arrive au niveau de l'interface 6, à un instant T que l'on ne connaît pas et qui est fonction de la distance recherchée entre l'interface 6 et le trou 2, une partie 21 du premier signal d'excitation 20 est transmise au-delà de l'interface 6, une partie 22 20 est réfléchie et à cause du phénomène de couplage électrocinétique, un champ électromagnétique est induit. Ce champ électromagnétique correspond à un premier signal réponse 23. Les références 21, 22, 23 sont illustrées sur la figure 1B. La composante 25 principale du champ électromagnétique est rayonnée dans une direction sensiblement normale à l'interface 6 et se propage de part et d'autre de l'interface 6 à la vitesse de propagation des ondes électromagnétiques
dans le milieu.
Le premier dispositif de détection 9 est destiné à détecter le premier signal réponse 23. Cette
détection ne peut se faire que si le premier signal réponse 23 a un niveau suffisant, c'est à dire s'il est supérieur ou égal à un premier seuil. Ce premier seuil dépend de la sensibilité du premier dispositif de 5 détection 9. Cette détection se produit à un second instant t2 qui lui peut être mesuré.
Le premier dispositif de détection 9 peut détecter la composante électrique du champ électromagnétique induit ou bien sa composante 10 magnétique. On suppose que dans l'exemple des figures lA, 1B, il détecte sa composante magnétique et qu'il est formé d'au moins une bobine placée à proximité de la paroi 7 du trou 2 (pas forcément en contact avec elle), orientée avec son axe de bobinage sensiblement 15 normal à la paroi 7 du trou 2 ou bien sensiblement vertical. Si on utilise plusieurs bobines elles peuvent être montées en réseau. En présence de la composante magnétique du champ électromagnétique, un courant est induit dans la bobine et ce courant peut être recueilli 20 par tout moyen approprié. La bobine peut par exemple être reliée électriquement à un premier circuit de traitement Cl qui peut se trouver en surface. Le circuit de traitement peut comprendre un amplificateur
par exemple.
Pour détecter la composante électrique, on pourrait utiliser au moins une paire d'électrodes, espacées l'une de l'autre, reliées électriquement au premier circuit de traitement Cl. La paire d'électrodes peut être sensiblement verticale ou azimutale dans le 30 trou 2. Avec cette paire d'électrodes, on va détecter une tension qui va être recueillie par le premier circuit de traitement Cl. L'utilisation d'un réseau
d'électrodes serait aussi possible.
On prévoit également des premiers moyens de calcul 13 de la distance dl entre l'interface 6 et le 5 premier dispositif de détection 9. Le calcul se fait à partir de la durée séparant le second instant t2 du premier instant tl et de la vitesse de propagation du son Vp dans la formation 1. Cette vitesse est déterminée par ailleurs, par exemple de manière 10 traditionnelle, par exemple à l'aide d'outils soniques
ou acoustiques.
Les premiers moyens de calcul 13 peuvent être inclus dans un calculateur C qui est relié au premier circuit de traitement Cl et aux premiers moyens 15 de commande MC1 pour acquérir le premier instant tl et
le second instant t2.
La distance dl entre l'interface 6 et le premier dispositif de détection 9 est sensiblement égale à: dl = (t2-tl)/Vp puisque la durée t2-T et 20l'espace entre le premier dispositif d'excitation 8 et le premier dispositif de détection 9 sont considérés
comme négligeables.
Il se peut que, selon la nature des milieux situés de part et d'autre de l'interface 6, le premier 25 signal réponse 23 soit trop faible pour être détecté par le premier dispositif de détection 9. Cela se produit par exemple, si l'interface 6 correspond à un défaut ou une fracture dans un milieu rocheux homogène saturé avec un seul fluide ou si le fluide de forage 30 est de la boue à l'huile et que la formation 1 est saturée en gaz. On a alors un faible contraste électromagnétique. Au contraire, lorsqu'il n'y a pas de gaz à l'interface 6, le contraste d'impédance acoustique est 5 faible. Le contraste d'impédance acoustique représente le transfert d'énergie entre deux milieux. Il est fort
par exemple à une interface gaz-liquide.
Le fait de ne pouvoir détecter avec précision le premier signal réponse 23 n'est pas 10 inintéressant comme on pourrait le croire, cela donne des indications sur la nature des roches de la formation 1 et/ou sur le ou les fluides qu'elles contiennent. En conséquence, le dispositif de localisation d'une interface 6 selon l'invention peut prévoir en outre, d'une part, un second dispositif de détection 10 pour détecter, à un troisième instant t3, le premier signal d'excitation réfléchi 22 par l'interface et d'autre part, des seconds moyens de 20 calcul 14 pour calculer la distance d2 entre l'interface 6 et le second dispositif de détection 10 à partir de la durée séparant le premier instant tl et du troisième instant t3 et de la vitesse de propagation du premier signal d'excitation 20 dans la formation 1. Un 25 second circuit de traitement C2 est prévu entre le second dispositif de détection 10 et les seconds moyens de calcul 14. Il peut être analogue au premier circuit
de traitement.
Les seconds moyens de calcul 14 peuvent 30 être inclus dans le calculateur C qui est aussi relié au second circuit de traitement C2 et aux premiers moyens de commande MC2 pour acquérir le premier instant
ti et le troisième instant t3.
La distance d2 entre l'interface 6 et le second dispositif de détection 10 est sensiblement 5 égale à: d2 = (t3-tl)/2V. V représente la vitesse de propagation du premier signal d'excitation 20 dans la formation 1. Dans l'exemple des figures lA, lB, dans lequel le premier dispositif d'excitation 8 et le second dispositif de détection 10 sont mécaniques, V 10 est égal à la vitesse du son Vp. Les deux distances dl et d2 sont sensiblement égales puisqu'on suppose que l'espacement entre le premier dispositif de détection 9 et le second dispositif de détection 10 est négligeable. Dans certains cas, il est judicieux d'effectuer les deux calculs de distance même si le premier calcul de distance est significatif. Cela
renforce la précision de la localisation.
Le second dispositif de détection 10, dans 20 le cas des figures lA, 1B, peut être réalisé par un capteur acoustique par exemple de type hydrophone ou géophone. Lorsque le premier dispositif d'excitation 8 est de type transducteur acoustique, il peut également servir de second dispositif de détection 10. Le second 25 dispositif de détection 10 est alors confondu avec le premier dispositif d'excitation 8. Un transducteur piézoélectrique détecte sous forme électrique des
vibrations mécaniques.
Sur les figures lA, lB, le premier 30 dispositif d'excitation 8, formé d'un transducteur acoustique, se trouve dans la partie centrale du patin
12, le second dispositif de détection 10, formé d'un géophone ou d'un hydrophone, se trouve d'un côté du premier dispositif d'excitation 8 et le premier dispositif de détection 9, formé d'une bobine, est 5 situé de l'autre côté du premier dispositif d'excitation 8.
Lorsque l'on veut établir un profil de l'interface 6, on effectue plusieurs fois de telles détections, à des profondeurs différentes. Ces 10 détections peuvent être discrètes, mais puisque les
dispositifs de détection ont un temps d'acquisition très court par exemple de l'ordre de quelques millisecondes, il est possible de faire les détections de manière continue pendant une seule passe du patin 12 15 dans le trou 2.
Pour améliorer encore la précision de la localisation de l'interface 6, il est possible de prévoir, de manière additionnelle, un second dispositif d'excitation 15, un troisième dispositif de détection 20 16 et éventuellement un quatrième dispositif de détection 17. Ces trois dispositifs 15, 16, 17 sont comparables à ceux décrits précédemment à l'exception du fait qu'ils fonctionnent avec des énergies de type opposé à celles du premier dispositif d'excitation 8, 25 du premier dispositif de détection 9 et du second
dispositif de détection 10 respectivement.
Le second dispositif d'excitation 15 est destiné à stimuler l'interface 6 avec un second signal d'excitation 30 (figure 2A), correspondant à l'énergie 30 de second type et non plus de premier type. Le second dispositif d'excitation 15 émet le second signal
d'excitation 30 à un quatrième instant t4.
De la même manière que précédemment, le
second signal d'excitation 30 se propage depuis le cake 5 de boue 3 dans la zone envahie 4 vers l'interface 6.
Quand ce second signal d'excitation 30 arrive au niveau de l'interface 6, à un instant T' que l'on ne connaît pas et qui est fonction de la distance recherchée entre l'interface 6 et le trou 2, une partie 31 du second 10 signal d'excitation est transmise au-delà de l'interface 6, une partie 32 est réfléchie et à cause du phénomène de couplage électrocinétique, un champ électromagnétique est induit. Ce champ électromagnétique correspond à un second signal réponse 15 33. Les références 31, 32, 33 sont illustrées sur la
figure 2B.
Dans cet exemple, le second signal d'excitation 30 est électromagnétique et le second dispositif d'excitation 15 peut prendre la forme d'au 20 moins une bobine dans laquelle on fait circuler, au quatrième instant t4, un courant périodique, alternatif, pulsé ou similaire. La circulation de ce courant est pilotée par des seconds moyens de commande MC2 qui peuvent se trouver en surface. Cette bobine, 25 placée à proximité de la paroi 7 du trou 2 et orientée
convenablement, par exemple avec son axe de bobinage sensiblement vertical ou normal à la paroi 7 du trou 2.
On pourrait prévoir plusieurs bobines montées en réseau. Dans une variante, le second dispositif d'excitation 15 pourrait comprendre moins une paire d'électrodes à partir desquelles on peut injecter, dans le cake de boue 3, au quatrième instant t4, un courant périodique alternatif, pulsé ou similaire. Elles seraient plaquées contre la paroi 7 du trou 2 et 5 seraient espacées l'une de l'autre. La paire
d'électrodes peut être sensiblement verticale ou azimutale. Elles seraient reliées à une source d'alimentation appropriée via les seconds moyens de commande MC2. Plus de deux électrodes pourraient être 10 utilisées, on pourrait les monter en réseau.
Le second dispositif d'excitation pourrait bien sur fonctionner avec une énergie mécanique et être
similaire au premier dispositif d'excitation.
Avec un tel second dispositif d'excitation 15 15, le troisième dispositif de détection 16 serait par exemple acoustique formé par au moins un hydrophone ou un géophone par exemple, placé en contact avec la paroi 7 du trou 2. De la même manière, le troisième dispositif de détection 16 est relié à un troisième 20 circuit de traitement C3 qui peut se trouver en surface. Il peut être analogue au premier circuit de traitement. Le troisième dispositif de détection 16 est destiné à détecter le second signal réponse 33. Cette 25 détection se produit à un cinquième instant t5 qui lui peut être mesuré. Si ce second signal réponse 33 est suffisant, c'est à dire s'il est supérieur ou égal à un second seuil, on va pouvoir calculer la distance d3 entre l'interface 6 et le troisième dispositif de 30 détection 16. Ce second seuil dépend de la sensibilité
du troisième dispositif de détection.
Pour le calcul de la distance, on prévoit des troisièmes moyens de calcul 18 de la distance d3 à partir de la durée séparant le cinquième instant t5 du quatrième instant t4 et de la vitesse Vp de propagation 5 du son dans la formation 1. La distance d3 entre l'interface 6 et le troisième dispositif de détection 16 est sensiblement égale à: d3 = (t5-t4)/Vp puisque l'intervalle de temps T'-t3 est considéré comme négligeable. Les troisièmes moyens de calcul 18 peuvent être inclus dans le calculateur C qui est aussi relié au troisième circuit de traitement C3 et aux seconds moyens de commande MC2 pour acquérir le quatrième
instant t4 et le cinquième instant t5.
Le quatrième dispositif de détection 17 est destiné à détecter, à un sixième instant t6, le second
signal d'excitation réfléchi 32 par l'interface 6.
Dans cet exemple le quatrième dispositif de détection 17 serait électromagnétique, formé par 20 exemple d'au moins une paire d'électrodes el, e2. Au
moins une bobine serait utilisable.
De la même manière, le quatrième dispositif
de détection 17 est relié à un quatrième circuit de traitement C4 qui peut se trouver en surface. Il peut 25 être analogue au premier circuit de traitement.
On pourrait prévoir en outre, des quatrièmes moyens de calcul 19 pour calculer la distance d4 entre l'interface 6 et le quatrième dispositif de détection 17, à partir de la durée 30 séparant le quatrième instant t4 et du sixième instant t6 et de la vitesse de propagation V du second signal d'excitation 30. Dans ce cas, cette vitesse V est la vitesse propagation des ondes électromagnétiques dans le milieu. La distance d4 entre l'interface 6 et le quatrième dispositif de détection est sensiblement 5 égale à: d4 = (t6-t4)/2V. Cette mesure nécessiterait des temps d'échantillonnage et de discrimination très petits. Les quatrièmes moyens de calcul 19 pourraient être inclus dans le calculateur C qui est 10 aussi relié au quatrième circuit de traitement C4 et aux seconds moyens de commande MC2 pour acquérir le
quatrième instant t4 et le sixième instant t6.
A l'aide du second dispositif d'excitation , du troisième et du quatrième dispositifs de 15 détection 16, 17, on peut faire également des mesures à plusieurs profondeurs, ces mesures étant soit discrètes
soit continues.
Sur les figures 2A, 2B, le premier dispositif d'excitation 8, le second dispositif 20 d'excitation 15, et les quatre dispositifs de détection 9, 10, 16, 17 ont été représentés distincts. Il est possible que cela ne soit pas le cas comme sur la figure 3A, 3B. Les dispositifs d'excitation 18, 15 fonctionnent successivement et les détections se font 25 également successivement. Cette configuration permet d'économiser des composants et donc de réduire les cots. Le premier dispositif d'excitation 8 peut être confondu avec le second dispositif de détection 30 10. Le second dispositif d'excitation 15 peut être
confondu avec le quatrième dispositif de détection 17.
La figure 3A illustre cette configuration. Sur cette
figure les circuits de traitement, les moyens de commande et les moyens de calcul n'ont pas été représentés pour ne pas la surcharger. Tous les moyens 5 de calcul 13, 14, 18, 19 peuvent être regroupés au sein d'un unique calculateur.
La figure 3B montre que le premier dispositif de détection 9 est confondu avec le quatrième dispositif de détection 17 et que le second 10 dispositif de détection 10 est confondu avec le
troisième dispositif de détection 16.
Le dispositif ainsi décrit est réversible au niveau des premiers et seconds dispositifs d'excitation ainsi qu'au niveau des premiers et 15 troisièmes dispositifs de détection et des seconds et
quatrièmes dispositifs de détection.
En ayant à disposition un dispositif qui, en un point donné du trou de forage 2, est capable de réaliser au moins un couple de mesures à l'aide de 20 signaux correspondant aux deux types d'énergie, on peut mieux évaluer la position de l'interface 6 et les caractéristiques de la formation 1 de part et d'autre de l'interface 6. Avec des mesures faites à partir de deux dispositifs d'excitation de natures différentes, 25 les résultats sont encore meilleurs. Cela permet de vérifier par recoupement la distance mesurée et d'agrandir la gamme des distances pouvant être détectées. Bien que plusieurs modes de réalisation de 30 la présente invention aient été représentés et décrits de façon détaillée, on comprendra que différents
changements et modifications puissent être apportés sans sortir du cadre de l'invention, notamment au niveau des structures des dispositifs d'excitation et des dispositifs de détection.
Claims (23)
1. Procédé de localisation, dans une formation (1) contenant au moins un liquide 5 électrolytique, d'une interface (6) par rapport à un trou (2), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: a0) stimulation, à partir du trou (2) à une première profondeur, de l'interface (6), à un premier instant (tl) avec un premier signal d'excitation (20) 10 correspondant à une énergie d'un premier type de manière à ce que ce premier signal d'excitation (20) soit converti au niveau de l'interface (6) en un premier signal réponse (23) correspondant à une énergie d'un second type, l'une des énergies étant une énergie 15 de type mécanique et l'autre une énergie de type électromagnétique, bo) détection du premier signal réponse (23) à un second instant (t2) à l'aide d'un premier dispositif de détection (9) placé dans le trou (2) et, 20 si le premier signal réponse (23) est supérieur ou égal à un premier seuil, calcul de la distance (dl) entre l'interface (6) et le premier dispositif de détection (9) à partir de la durée séparant le premier instant (tl) du second instant (t2) et de la connaissance de la 25 vitesse (Vp) de propagation du son dans la formation (1), c0) au moins dans le cas o le premier signal réponse (23) est inférieur au premier seuil détection, détection du premier signal d'excitation 30 (20) après une réflexion contre l'interface (6) à un troisième instant (t3) à l'aide d'un second dispositif de détection (10) placé dans le trou (2), et si nécessaire calcul de la distance (d2) entre l'interface (6) et le second dispositif de détection (10) à partir de la durée séparant le premier instant (tl) du 5 troisième instant (t3) et de la connaissance de la vitesse de propagation (V), dans la formation (1), du
premier signal d'excitation (20).
2. Procédé de localisation selon la 10 revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: d0) stimulation, à sensiblement la première profondeur de l'interface (6), à un quatrième instant (t4) avec un second signal d'excitation (30) 15 correspondant à l'énergie de second type de manière à ce que ce second signal d'excitation (30) soit converti au niveau de l'interface (6) en un second signal réponse (33) correspondant à l'énergie de premier type, e0) détection du second signal réponse (33) 20 à un cinquième instant (t5) à l'aide d'un troisième dispositif de détection (16) placé dans le trou (2) et si le second signal réponse (33) est supérieur ou égal à un second seuil, calcul de la distance (d3) entre l'interface (6) et le troisième dispositif de détection 25 (16) à partir de la durée séparant le quatrième instant (t4) du cinquième instant (t5) et de la connaissance de la vitesse (Vp) de propagation du son dans la formation (1), f0) au moins dans le cas o le second 30 signal réponse (32) est inférieur au second seuil, détection, à un sixième instant (t6), du second signal d'excitation (32) après une réflexion contre l'interface (6) à l'aide d'un quatrième dispositif de détection (17) placé dans le trou 2, et si nécessaire calcul de la distance (d4) entre l'interface (6) et le 5 quatrième dispositif de détection (17) à partir de la durée séparant le quatrième instant (t4) du sixième instant (t6) et de la connaissance de la vitesse (V) de propagation, dans la formation (1), du second signal
d'excitation (30).
3. Procédé selon l'une des revendications 1
ou 2, caractérisé en ce qu'il consiste, à répéter les étapes a, b, et éventuellement l'étape c à au moins une autre profondeur dans le trou (2) pour obtenir un 15 profil de l'interface (6).
4. Procédé selon l'une des revendications 1
à 3, caractérisé en ce qu'il consiste, à répéter les étapes d et e, et éventuellement l'étape f à au moins 20 une autre profondeur dans le trou (2) pour obtenir un
profil de l'interface (6).
5. Procédé selon l'une des revendications 1
ou 2, caractérisé en ce qu'il consiste, à répéter les 25 étapes a, b, et éventuellement l'étape c en continu le long du trou (2) de manière à obtenir un profil continu
de l'interface (6).
6. Procédé selon l'une des revendications 1 30 ou 2, caractérisé en ce qu'il consiste, à répéter au
moins les étapes d et e, et éventuellement l'étape f en continu le long du trou (2) de manière à obtenir un
profil continu de l'interface (6).
7. Procédé selon l'une des revendications 1 5 à 6, dans lequel l'interface (6) a une fréquence de résonance, caractérisé en ce que le premier signal d'excitation (20) et/ou le second signal d'excitation (30) possèdent une fréquence qui est sensiblement la
fréquence de résonance de l'interface (6).
8. Procédé selon l'une des revendications 1
à 7, caractérisé en ce que l'interface (6) correspond à la frontière d'une zone de la formation envahie par un fluide de forage injecté dans le trou (2). 15
9. Procédé selon l'une des revendications 1
à 7, caractérisé en ce que l'interface (6) se trouve entre deux fluides dont au moins un est électrolytique, ou entre deux milieux rocheux différents de la 20 formation (1), au niveau d'une fracture dans la
formation (1).
10. Dispositif de localisation, dans une formation (1) contenant au moins un liquide 25 électrolytique, d'une interface (6) par rapport à un trou (2), caractérisé en ce qu'il comporte un premier dispositif d'excitation (8) pour stimuler à un premier instant (tl) l'interface (6) avec un premier signal d'excitation (20) correspondant à une 30 énergie d'un premier type de manière à ce que ce premier signal d'excitation (20) soit converti au niveau de l'interface (6) en un premier signal réponse (23) correspondant à une énergie d'un second type, l'une des énergies étant une énergie de type mécanique et l'autre une énergie de type électromagnétique, un premier dispositif de détection (9) pour détecter le premier signal réponse (23) à un second instant (t2), des premiers moyens de calcul (13) pour calculer la distance (dl) entre l'interface (6) et le 10 premier dispositif de détection (9) à partir de la durée séparant le premier instant (tl) du second instant (t2) et de la connaissance de la vitesse (Vp) de propagation du son dans la formation (1), éventuellement, d'une part, un second 15 dispositif de détection (10) pour détecter à un troisième instant (t3) le premier signal d'excitation (20) après une réflexion contre l'interface (6), et d'autre part des seconds moyens de calcul (14) pour calculer la distance (d2) entre l'interface (6) et le 20 second dispositif de détection (10) à partir de la durée séparant le premier instant (tl) du troisième instant (t3) et de la connaissance de la vitesse de propagation (V), dans la formation (1), du premier
signal d'excitation (20).
11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comporte: un second dispositif d'excitation (15) pour stimuler, à un quatrième instant (t4), l'interface (6) 30 avec un second signal d'excitation (30) correspondant à l'énergie de second type de manière à ce que ce premier signal d'excitation (30) soit converti au niveau de l'interface (6) en un second signal, un troisième dispositif de détection (16) pour détecter le second signal réponse (33) à un cinquième instant (t5), des troisièmes moyens de calcul (18) pour calculer la distance (d3) entre l'interface (6) et le troisième dispositif de détection (16) à partir de la durée séparant le quatrième instant (t4) du cinquième 10 instant (t5) et de la connaissance de la vitesse (Vp) de propagation du son dans la formation (1), éventuellement, d'une part, un quatrième dispositif de détection (17) pour détecter, à un sixième instant (t6), le second signal d'excitation 15 (30) après une réflexion contre l'interface (6), et d'autre part des quatrièmes moyens de calcul (19) pour calculer la distance (d4) entre l'interface (6) et le quatrième dispositif de détection (17) à partir de la durée séparant le quatrième instant (t4) du sixième 20 instant (t6) et de la connaissance de la vitesse de propagation (V), dans la formation (1), du second
signal d'excitation (20).
12. Dispositif selon l'une des
revendications 10 ou 11, caractérisé en ce que le
premier dispositif d'excitation (10) est formé par un élément d'un premier groupe comprenant un générateur de pression, un transducteur acoustique ou d'un second groupe comprenant au moins une paire d'électrodes, au 30 moins une bobine, le second dispositif d'excitation étant formé par un élément du second groupe ou du
premier groupe respectivement.
13. Dispositif selon l'une des
revendications 10 à 12, caractérisé en ce que le
premier dispositif de détection (9) est formé par un élément d'un groupe comprenant au moins une paire d'électrodes, au moins une bobine ou par au moins un capteur acoustique et en ce que le second dispositif de 10 détection (10) est formé par le capteur acoustique ou
par un élément du groupe respectivement.
14. Dispositif selon l'une des
revendications 11 à 13, caractérisé en ce que le 15 troisième dispositif de détection (16) est formé par un
élément d'un groupe comprenant au moins une paire d'électrodes, au moins une bobine ou par au moins un capteur acoustique et en ce que le quatrième dispositif de détection (17) est formé par le capteur acoustique 20 ou par un élément du groupe respectivement.
15. Dispositif selon l'une des
revendications 11 à 14, caractérisé en ce que le premier dispositif d'excitation (8) est confondu avec 25 le second dispositif de détection (10).
16. Dispositif selon l'une des
revendications il à 15, caractérisé en ce que le second dispositif d'excitation (15) est confondu avec le 30 quatrième dispositif de détection (17).
17. Dispositif selon l'une des
revendications 11 à 16, caractérisé en ce que le premier dispositif de détection (9) est confondu avec
le quatrième dispositif de détection (19).
18. Dispositif selon l'une des
revendications 11 à 17, caractérisé en ce que le second dispositif de détection (10) est confondu avec le
troisième dispositif de détection (16).
19. Dispositif selon l'une des
revendications 11 à 18, caractérisé en ce que les premier, second, troisième, quatrième moyens de calcul
sont regroupés au sein d'un unique calculateur (C). 15
20. Dispositif selon l'une des
revendications Il à 19, caractérisé en ce que l'interface (6) ayant une fréquence de résonance, le premier signal d'excitation (20) et/ou le second signal 20 d'excitation (30) possèdent une fréquence qui est
sensiblement la fréquence de résonance de l'interface (6).
21. Dispositif selon l'une des
revendications 10 à 20, caractérisé en ce que le
premier dispositif d'excitation (8), le premier dispositif de détection (9), le second dispositif de
détection (10) sont portés par un même support (12).
22. Dispositif selon l'une des
revendications 11 à 21, caractérisé en ce que le second
dispositif d'excitation (15), le troisième dispositif de détection (16), le quatrième dispositif de détection
(17) sont portés par un même support (12).
23. Dispositif selon l'une des
revendications 21 ou 22, caractérisé en ce que les
supports sont confondus.
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| FR0213370A FR2846365B1 (fr) | 2002-10-25 | 2002-10-25 | Procede et dispositif de localisation d'une interface par rapport a un trou fore |
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