CA1255783A

CA1255783A - Procede de diagraphie acoustique instantanee dans un puits de forage

Info

Publication number: CA1255783A
Application number: CA000482384A
Authority: CA
Inventors: Philippe Staron; Pierre Gros; Georges Arens
Original assignee: Societe National Elf Aquitaine
Current assignee: Societe National Elf Aquitaine
Priority date: 1984-05-25
Filing date: 1985-05-24
Publication date: 1989-06-13
Also published as: GB8600721D0; NO169261B; NL8520124A; NL192224B; FR2564980B1; IT8520878A0; NO169261C; NO860205L; IT1209634B; FR2564980A1; US4718048A; GB2173596B; GB2173596A; NL192224C; OA09012A; AU4357285A; AU575654B2; WO1985005696A1

Abstract

PROCEDE DE DIAGRAPHIE ACOUSTIQUE INSTANTANEE DANS UN PUITS DE FORAGE Procédé de diagraphie acoustique instantanée dans un puits de forage. Le procédé est caractérisé en ce qu'il consiste à repérer sur des enregistrements tige et sol, des enregistrements élémentaires correspondant à une même cote de l'outil de forage, à grouper par paires ces enregistrements élémentaires, puis à intercorréler lesdits enregistrements des paires de manière à produire, pour chaque paire, un signal corrélé représentatif de l'énergie acoustique créée et de la différence des temps de trajet des ondes reçues sur des capteurs à partir desquels la paire d'enregistrements a été obtenue . Applications notamment à la détermination d'un profil sismique de puits.

Description

5 7~3 Procédé de ~ hie acoustique instantanée dans un _ _ puits de forage.
La présente invention concerne un procedé de diagraphie acoustique instantanée dans un puits de forage, et plus généralement un procédé de mesure con-tinue des caractéristiques acoustiques des couches sou-terraines entourant le puits de forage.
Au cours d'opérations de forage, on effectue un certain nombre de mesures physiques appelées diagra-phies sur les couches souterraines, dénommées égalementformations, traversées par un outil de forage.
Certaines de ces diagraphies sont effectuées pendant l'opération du forage proprement dite, ce sont des diagraphies instantanées, alors que d'autres sont effectuées lors d'interruptions des opérations de fora-ge, et ce sont des diagraphies différées.
Les diagraphies ainsi réalisées permettent d'améliorer la connaissance des formations traversées et ceci, à la fois, pour une meilleure conduite du forage et une contribution directe à l'exploration des gisements d'hydrocarbure et autres.
Certaines diagraphies sont du type acoustique, c'est-à-dire qu'au moyen d'un émetteur, on crée une énergie acoustique qui traverse tout ou partie des formations avant d'atteindre des récepteurs, les signaux re~us étant enregistrés puis éventuellement traités,de 1~5 7~

manière à pouvoir séparer, notamment, les ondes de compression ou ondes P, des ondes de cisaillement ou ondes S.
Parmi les diagraphies acoustiques auxquelles on s'intéresse plus particulièrement on peut citer celles dénommées "Sonic", réalisées seulement en différé, et celles plus directement sismiques, produi-sant ce qu'on appelle un profil sismique vertical ou de puits, et réalisées également en différé.
Une diagraphie "Sonic" est généralement effectuée au moyen d'un outil spécial qui est descendu dans un puits foré, ledit outil comprenant à sa partie supérieure au moins un émetteur d'impulsions (impul-sions ultra-courtes se répétant à des intervalles très courts) et un récepteur a sa partie inférieure.
On enregistre au fur et a mesure de la remontée de l'outil, le temps que met l'onde créée par les impul-sions a se propager à travers les formations proches et autour du puits foré, sur une tranche d'épaisseur constante; un intégrateur permet de connaitre le temps de parcours depuis la cote origine de l'enregis-trement.
Le profil sismique vertical peut être obtenu au moyen d'outils spécifiques, tels que ceux décrits dans les demandes de brevet canadiennes nos. 473.614 et 469.080 déposées au nom de la demanderesse, res-pectivement le 5 février 1985 et le 30 novembre 1984.
Bien que les diagraphies différées présen-tent une utilité certaine meme si elles nécessitent de libérer le puits foré en remontant l'outil de forage pour y disposer, à la place, un outil de dia-graphie, il est également utile de procéder à des diagraphies instantanées, ne serait-ce que pour amé-liorer la conduite du forage et vérifier, en temps réel, les caractéristiques et le contenu en fluide des formations.
~ee diagraphies instantanées qui sont toujours réalisées pendant les opérations de forage mèttent en t . ;~

i;~5 1 ~3 .

oeuvre soit des mesures de surface, par exemple mesure du débit différentiel du fluide de forage, de la vitesse de rotation et/ou d'avancement de l'outil de forage,de la teneur en hydrocarbures du fluide de forage, soit des mesures de fond qui sont faites au voisinage de l'outil de forage et qui sont remontées en surface par divers moyens, dont une transmission acoustlque dans la boue de forage.
Pour les diagraphies instantanées, on a proposé
d'utiliser comme source de vibrations non pas un émet-teur acoustique spécifique, mais l'outil de forage lui-meme ou plus exactement sa partie extrê~le inférieure qui, pour plus de commodite, sera appel8e outil de tra-vail. En effet, les outils de travail a molettes par exemple, travaillent sur le front de taille d'un puits de forage par percussion, la rotation de la molette d'une dent sur la dent suivante assurant la destruc-tion de la roche.
Dans les brevets français Nos.l 587 350, 1 590 327 et son addition 96 617, on propose d'utili-ser l'énergie vibratoire émise par l'outil de travail et se propageant dans l'outil de forage, le long du train de tiges, puis de traiter, après enregistrement, le signal reçu en surface à la partie supérieure de l'outil de forage, sur des capteurs de contraintes et d'accélérations, de manière à déduire des informations sur les caractéristiques de la roche attaquée par l'outil de travail, lesdites informations etant égale-ment utilisées pour l'asservissement des paramètres de forage à certaines caractéristiques mécaniques de la roche attaquée.
De telles informations ne donnent pas directe-ment à elles seules de renseignements relatifs à la vitesse de propagation des ondes dans les formations traversées par l'outil de forage.

5t~ ~

Dans les brevets US Nos. 3 817 345 et 4 003 017, il est décrit un dispositif et un procédé pour la dé-termination de la position d'un outil de travail dans un puits de forage incliné. Le dispositif somprend des moyens pour produire des ondes élastiques dans la for-mation située autour et près du fond du puits ; un capteur-tige du type accéléromètre ou vélocimètre, disposé à la partie supérieure du train de tiges ; et des capteurs-sol tels que des géophones disposés à la surface suivant des directions appropriées. Dans le brevet US No. 4 003 017, les ondes élastiques sont pro-duites par la chute de l'outil de travail dans le fond du puits, ou par une séparation brusque dudit outil de travail du fond de puits.
Dans le brevet US No. 3 817 345, les ondes élastiques sont produites par la chute de la partie supérieure du train de tige de manière à créer dans ledit train de tige une onde qui se propage ensuite dans la formation entourant le puits de forage.
Les instants d'~mission desdites ondes sont re~us sur le capteur-tige, puis enregistrés, tandis que les premières arrivées des ondes élastiques direc-tes, après traversée des formations situées entre le fond du pUIts et la surface, sont reçues sur les cap-teurs-sol et enregistrées. Les enregistrements de ces diférents instants permettent de calculer les temps de trajet des ondes se propageant dans la ou les forma-tions et dans le train de tiges.
A partir d'un certain nombre de paramètres connus, on déduit par la résolution d'un système d'équations donné dans le brevet US No.3 739 871 la position de l'outil de travail.
Il est également précisé dans ces brevets US, que les enregistrements des premières arrivées sont utilisés pour le calcul des vitesses moyennes des 1~5~

ondes élastiques se propageant dans la ou les forma-tions du sous-sol.
De l'analyse de ces brevets, on peut admettre qu'on est en présence d'une diagraphie instantanée, car les mesures sont effectuées pendant le forage du puits.
Toutefois, le traitement des signaux enregis-trés, en considérant le brevet US No. 3 739 871 qui est mentionné comme faisant partie intégrante des bre-vets US Nos. 3 817 345 et 4 003 017, concerne la déter-mination exacte des instants d'emission et la differen-ce des temps de trajet des ondes élastiques se propa-geant suivant deux chemins distincts. Comme dans les diagraphies classiques, un temps d'écoute est nécessai-re entre deux emissions acoustiques, faute de quoi il serait impossible de faire la separation entre les premieres arrivees directes et les arrivées secondai-res dues ~ la réflexion des ondes sur des réflecteurs situés aux interfaces des formations géologiques.
En définitive, il s'agit d'un procédé discon-tinu dans lequel deux instants d'émission consécutifs des ondes élastiques sont séparés par un temps d'écoute qui doit être au moins égal au temps de trajet simple suivi par lesdites ondes entre les moyens d'émission et les capteurs-sol.
Il faut noter également que le procédé décrit dans cet art antérieur met en oeuvre une méthode im-pulsionnelle, puisqu'a chaque chute de la partie supé-rieure du train de tige ou de l'outil de travail, une impulsion est émise et produit le ondes classiques qui sont enregistrées sous forme de signaux électri-ques après réception sur le capteur-tige et les cap-teurs-sol.
Enfin, dans le brevet US No. 3 739 871 rela-tif au traitement des signaux, il est précisé que les 3S'7~

enregistrements associés aux capteurs-sol peuvent être additionnés, apres calage par rapport a une ori-gine des temps, de manière à mettre en évidence un même evenement reçu sur les capteurs-sol et ameliorer le rapport signal sur bruit.
Parmi les inconvenients que presentent les dispositifs et le procede decrits dans ces brevets, il faut citer qu'il est necessaire d'interrompre, de temps en temps, le forage pour creer des ondes elasti-ques et surtout qu'on ne prend en consideration queles arrivees premières, ecartant de ce fait les nom-breuses reflexions sur les differents reflecteurs. En fait, la seule onde qu'on favorise est l'onde de com-pression ou onde P, alors que, toutes les recherches actuelles l'attestent, les ondes de cisaillement ou ondes S sont egalement très importantes pour une meilleure connaissance des caracteristiques du sous-sol.
La presente invention a pour but de proposer un procedé dans lequel l'outil de forage ou plus exactement l'outil de travail tel que defini précédem-ment constitue une source acoustique, et qui utilise les signaux produits par l'abrasion ou la destruction de la roche pour, après réception sur des capteurs judicieusement disposés et traitement des signaux reçus, obtenir des informations similaires ~ celles fournies par les diagraphies acoustiques et les mesu-res de type sismique dans les puits.
Pour atteindre notamment ce but, la présente invention a pour objet un procédé de diagraphie ins-tantanée dans un puits de forage, du type selon le-quel il consiste ~ enregistrer, 50US forme de signaux, des ondes ~lastiques créées par la partie inférieure d'un outil de forage désagrégeant les roches dans le puits de forage, une première serie d'ondes se propa-l;~S5~78;3 geant dans ledit outil de forage etant reçue sur aumoins un premier capteur monté ~ la partie supérieure dudit outil de forage de manière à produire au moins un premier enregistrement dénommé enregistrement tige, tandis qu'unedeuxième série d'ondes se propageant depuis la partie inférieure de l'outil de forage jus-qu'en surface du puits et à travers les couches de terrain entourant ledit puits est reçue sur au moins un deuxième capteur, de manière à produire au moins un deuxième enregistrement dénommé enregistrement sol, caractérisé en ce qu'il consiste à repérer sur chacun desdits premier et deuxième enregistrements les par-ties des signaux correspondant à une même position de la partie inférieure de l'outil dans le puits, chacune desdites parties constituant ainsi des enregistrements élémentaires ; en ce qu'il consiste à grouper les enre-gistrements élémentaires par paires, chaque paire com-portant un enregistrement élémentaire tige et un enre-gistrement él~mentaire sol, puis à intercorréler entre eux les enregistrements élémentaires de chaque paire, de manière à produire, pour chaque paire, un signal corrélé représentatif de l'énergie acoustique créée par la partie inférieure de l'outil de forage et de la diff~rence des temps de trajet des ondes reçues sur les capteurs à partir desquels la paire d'enregistre-ments a été obtenue.
Un avantage de la présente invention réside dans le fait qu'on peut estimer en temps réel, à par-tir des deux enregistrements tige et sol, les caracté-ristiques acoustiques des formations traversées, lacomparaison visuelle des deux enregistrements entre eux étant susceptible de permettre une première véri-fication de la nature des formations traversées.
Bien évidemment, ce qu'il est important de connaitre, ce sont les caractéristiques de chaque l;~SSt~ 8~
.

formation traversee. Les informations nécessaires à
cet effet sont fournie~ par les signaux corrélés et représentatifs des parties d'enregistrements élémen-taires choisies.
Selon une autre caractéristique, le procédé
consiste, en outre, à déterminer pour chaque position considérée de la partie inférieure de l'outil dans le puits, le temps de trajet des ondes se propageant entre la partie inférieure de l'outil et le capteur monté à la partie supérieure dudit outil de forage, puis ~ décaler le signal corrélé correspondant à la position considérée d'une quantité égale audit temps de trajet ainsi déterminé.
Cela permet de recaler les deux enregistre-ments entre eux de manière ~ mettre en phase les mêmes événements enregistrés et de permettre d'obtenir pour chaque événement un pic de corrélation qui soit rela-tivement important par rapport aux résidus de corréla-tion.
Selon une autre caractéristique, l'enregistre-ment tige est soumis à un prétraitement consistant à
éliminer des événements secondaires pour conserver uniquement sur ledit enregistrement des événements principaux d'intérêt.
L'effet parasite sur la mesure des temps de pics de corrélation dû aux rajouts de tiges pendant le forage est alors éliminé par la détermination du temps de propagation des ondes dans le train de tiges. Un tel temps de propagation peut être déterminé par diver-ses méthodes qui sont mentionnées dans la description et les revendications.
D'autres avantages et caractéristiques ressor-tiront ~ la lecture de la description d'un procédé
selon l'invention, donnée à titre indicatif mais non limitatif, ainsi que du dessin annexé, sur lequel :

5'~

La figure l est une représentation schemati-que en coupe du sous-sol et des moyens mis en oeuvre dans le procede selon l'invention.
La figure 2 est une representation schemati-que et dllatee d'une partie d'enregistrement du signalreçu sur un geophone et resultant de l'émission par l'outil de travail d'une impulsion elementaire.
Les figures 3a et 3b sont, pour une profondeur donnee, des representations simulees de parties d'enre-gistrement des signaux reçus respectivement sur un cap-teur monte sur l'outil de forage et sur un geophone, tandts que la figure 3c est le resultat de la correla-tion des parties d'enregistrement representees sur les figures 3a et 3b.
Les figures 4a ~ 4c sont analogues aux figures 3a à 3c, à la m8me profondeur donnée mais après rajout d'une tige dans le train de tiges de l'outil de forage.
La figure 5 est une representation très schema-tique d'un profil sismique de puits tel qu'obtenu sui-vant l'invention.
La figure 6 est le resultat de la correlation des deux fonctions d'intercorrélation representees sur les figures 3c et 4c.
Dans un sous-sol l materialise par la surface

2, on fore un puits 3 à l'aide d'une tour de forage 4. Un outil de forage representé schématiquement par un train de tiges 5 et un outil de travail 6 est également représenté dans le puits 3, ainsi qu'un capteur-tige 7 monte, sur la partie supérieure du train de tiges 5, au-dessus de la table de rotation, c'est-à-dire au-dessus de la surface 2. Des capteurs 8, 9 tels que des géophones sont disposés sur la surfa-ce 2 et suivant des directions appropriées en fonction des résultats recherchés. Pour plus de commodité dans S ~ ~33 les explications qui vont suivre, les géophones 8 et 9 sont représentés de chaque côté du puits 3 mais peu-vent etre aussi situés tous du même côté. Le capteur 7 et les géophones 8, 9 sont reliés par des conduc-teurs 10 à 12, ou par télémesure, à un amplificateur13 qui est connecté à un enregistreur 14 équipé ou non de moyens d'affichage.
L'outil de travail 6, par exemple du type a molettes, est bien connu des foreurs et ne sera donc pas décrit dans le detail. La rotation-percussion de l'outil de travail 6 sur la roche du fonds du puits 3 engendre des ondes élastiques qui se propagent, de façon continue ou tout au moins pendant le fonctionne-ment dudit outil de travail 6, suivant deux chemins principaux.
Le premier chemin est constituë par le train de tiges S et le signal reçu sur le capteur 7 qui peut 8tre un accéléromètre, un vélocimètre ou tout autre type de transducteur approprié, est enregistre sur l'enregistreur 14, après amplification. Pour une posi-tion donnée de l'outil de travail 6 dans le puits 3, c'est-à-dire à une certaine profondeur dans le puits

3, les caractéristiaues du signal re,cu sur le capteur 7 ne varient pas beaucoup et peuvent être considérées comme une référence des vibrations émises par l'outil de travail 6. Pour plus de facilité, les différentes positions de l'outil de travail 6, dans le puits 3, seront définies par le terme cote. Ainsi, sur la figure 1, l'outil de travail, dans la position supé-rieure, est dit etre à la cote Zl tandis que Z4 estla cote de l'outil de travail 6 dans la position inférieure, à une profondeur plus grande que la posi-tion sup~rieure.
Sur un enregistreur 14', distinct ou intégre dans l'enregistreur 14, on enregistre la cote de 5','~3 l'outil de travail 6 en fonction du temps, donné, par exemple, en minutes.
Le deuxi~me chemin est constitu~ par la ou les formations traversées et comprises entre l'outil de travail 6 et la surface du sol 2.
Entre la surface 2 et la cote Zl on suppose que la formation est homogene et presque isotrope, ou qu'en tout cas elle ne comporte pas de réflecteur, alors qu'aux cotes Z2 et Z3, se trouvent deux réflec-teurs Rl et R2.
L'énergie vibratoire transmise au géophone 9par l'outil de travail, a la cote Zl' qui est alors considéré comme une source sismique, peut suivre au moins trois trajets acoustiques différents, par exem-ple. Le premier trajet acoustique 15 est direct etcorrespond à une première arrivée sur le géophone 9.
Le deuxieme trajet acoustique 16 aboutit au même géophone 9 après réflexions sur les réflecteurs Rl et R2. Le troisième trajet acoustique 16a aboutit au même géophone 9 après une simple réflexion sur le réflec-teur Rl. Les instants auxquels sont enregistrés les signaux produits par les ondes élastiques se propageant suivant l'un des trajets acoustiques 15, 16, 16a, seront plus ou moins décalés dans le temps, selon le nombre de réflexions intervenant dans ces trajets.
Sur la figure 2, on a représenté une trace théorique sur laquelle on distingue un premier pic 17, enregis-tré au temps T1,correspondant au temps de trajet mis par une onde élastique suivant le trajet direct 15 ;
le pic 17 est donc la première arrivée.
La seconde arrivée 18 se produit à un autre ins-tant T2 et correspond à un trajet acoustique après une simple réflexion de ladite onde sur le réflecteur R
suivant le trajet acoustique 16a.
Le signal re~u sur le géophone 8 pour la cote >5'~ ~3 Z4 de l'outil de travail 6, peut également suivre au moins deux trajets acoustiques différents par exemple, l'un 19 direct et l'autre 20 après réflexions sur les réflecteurs Rl et R2-Une étape du procédé,selon l'invention, con-siste ~ enregistrer, de façon simultanée en continu ou en discontinu, les signaux reçus sur le capteur 7 d'une part et les géophones 8, 9, d'autre part, pen-dant le forage du puits 3, au fur et à mesure que l'outil de travail 6 avance dans les formations.
Sur les enregistrements bruts ainsi obtenus, l'un correspondant au capteur 7 et l'autre correspon-dant au géophone 8 ou 9, tous les événements caracté-ristiques ou non sont mélangés et ne pourraient etre dissociés sans un traitement particulier, constituant une autre étape originale du procédé selon l'invention.
En effet, sur un enregistrement brut, réel, et s'étalant sur plusieurs heures, il est impossible de distinguer les premières arrivées, aux cotes Zll Z2 ... Zn~ et encore moins les arrivées secondes dues aux réflexions.
Sur la figure 3a, on a représenté l'enregistre-ment brut de l'amplitude d'une partie d'un signal ~ resu sur le capteur 7 en fonction du temps mesuré
en millisecondes, pour une cote de 36 m de l'outil de travail 6 et une longueur Li du train de tiges.
Des événements 31, 32, 33 et 34 apparaissent plus ou moins clairement sur l'enregistrement 30.
Sur la figure 3b, on a représenté l'enregistre-ment brut de l'amplitude d'une partie d'un signal 35 resusur le géophone 8, 9 en fonction du temps mesuré en millisecondes, et dans les memes conditions que celles de la figure 3a. De facon analogue, un examen visuel décèle des événements 36 à 39 qui semblent correspon-dre aux evénements 31 à 34, mais ne permet pas de 5; ~

faire la distinction précise entre les arrivées duesaux réflexions sur les réflecteurs.
La seconde étape, selon la procédé de l'inven-tion, consiste à sélectionner sur les enregistrements bruts 30 et 35, des portions ou fenêtres d'enregistre-ments correspondant à une meme cote de l'outil de tra-vail 6, 36 m dans les exemples représentés, puis à
intercorréler entre elles lesdites fenêtres de manière à dissocier les événements entre eux. Le résultat (figure 3c) est une fonction d'intercorrélation primai-re 40 qui comprend quatre pics principaux gl ~ 44 dont les amplitudes sont importantes par rapport à celles des résidus de corrélation. Le premier pic 41 corres-pond à une arrivée directe tandis que les pics 42 à
44 correspondent aux arrivées des ondes réfléchies par des réflecteurs. Dans l'exemple donné et en se reportant à la figure 5, on constate que le pic 42 sé-paré du pic 41 de 28 ms correspond à une onde réflé-chie par un réflecteur situé à 60 m, le pic 43 étant 3 68 ms du pic 41 et correspondant à une réflexion sur un réflecteur situé à 120 m, tandis que le pic 44 est à 98 ms du pic 41 et correspond à une réflexion sur un réflecteur situé à 180 m.
La longueur de la fenetre de l'enregistrement brut 30 peut atre égale ou différente de celle de la fenetre de l'enregistrement brut 35. Il est également possible de prendre des fenatres qui se chevauchent les unes sur les autres.
La sélection des fenetres a intercorréler se fait de la façon suivante, pour une mame cote de l'outil de travail.
Etant donné que les enregistrements des si-gnaux reçus sur le capteur 7 et les géophones 8, 9 ont une mame origine des temps et une meme graduation qui peut etre en milliseconde, en seconde ou autre i~S';'~3 unité de temps, on sélectionne arbitrairement le début des fenêtres, par exemple 3 heures après le commencement des enregistrements. On se reporte en-suite a l'enregistrement de 1a cote de l'outil en fonction du temps pour déterminer la cote de lloutil correspondant à ce délai de 3 heures.
La cote Z et le début des fenatres étant défi-nis, on sélectionne, à l'intérieur de fenatres de grandes longueurs pour lesquelles on peut considérer que la cote Z de l'outil de travail n'a pratiquement pas varié, des fenetres plus petites de longueur de quelques secondes ou dizaines de secondes, par exemple de 50 secondes. Ces fenatres de plus petites longueurs sont utilisées pour les opérations de corrélation dont les résultats, analogues ~ celui représenté sur la figure 3c, sont ensuite sommés de manière ~ renforcer les événements caractéristiques 41 ~ 44, et obtenir une trace somme correspondant à une horizontale de la figure 5 de cote Z, sur laquelle le temps, en milli-seconde est en abscisse, et la profondeur, en mètres,est en ordonnée.
De ce qui précède, le traitement des signaux enregistrés sous la forme d'enregistrements bruts sur l'enregistreur 14, consiste donc à repérer sur les enregistrements bruts les parties des enregistrements correspondant ~ une meme cote de l'outil ; puis à
choisir dans lesdites parties des enregistrements des portions ou fenatres de corrélation, de manière ~
constituer des paires d'enregistrements dits élémen-taires ; puis à intercorréler entre eux les enregis-trements élémentaires tels que ceux 30 et 35 repré-sentés sur les figures 3a, 3b et produire, pour cha-que paire, une fonction d'intercorrélation analogue à celle de la figure 3c qui est représentative de l'énergie acousti~ue émise par l'outil de travail 6 5~f ~3 et de la différence des temps de trajet des ondes elastiques reçues sur le capteur 7 et les geophones 8, 9 , respectivement.
Les temps de trajet des ondes dans l'outil de forage sont representes sur la figure 5 par la ligne en marches d'escalier 45, chaque palier s, C, D ... J
correspondant à l'adjonction d'une nouvelle tige dans le train de tiges 5. Le palier negatif A tient compte du fait que le capteur 7 n'est pas au niveau de la surface du sol 2 mais au-dessus, comme cela apparait sur la figure 1. La distance separant l'axe des ordon-nées, donnant la profondeur en mètres, de la ligne 45 représente le temps de trajet des ondes produites par l'outil de travail 6 et se propageant dans le train de tiges 5.
La distance TB correspond à la première adjonc-tion ou rajout d'une tige dans le train de tiges et représente le temps de trajet des ondes acoustiques dans ledit rajout.
La distance TC est égale ~ la distance TB
plus le palier ClC2 qui correspond à un deuxième rajout de tiges. La longueur de chaque rajout de tiges étant constante, par exemple de 18 m, il est normal de constater que le palier C est égal au palier B aux erreurs près susceptibles d'être introduites par les raccords entre les tiges. De ce fait, le temps de trajet TC des ondes acoustiques dans le train de tiges est égal au temps de trajet TB + Cl C2.
De même le temps de trajet, au palier D est TD = TC + DlD2, et ainsi de suite pour les autres paliers.
Les sommes des fonctions d'intercorrélation primaires relatives à chaque cote de l'outil de travail pouvant avoir des origines tempore1les cifferentes, il est nécessaire de les caler ou de les repérer par rapport à une origine temporelle c o m m u n e .

'7~3 l6 Suivant l'invention, on cale les sommes des fonctions d'intercorrélation primaires par rapport ~ l'instant théorique 0 qui serait obtenu si le capteur 7 se trou-vait sur l'outil de travail 6.
A cet effet, le procédé consiste à ajouter à
la différence de temps de trajet sur la somme des fonctions d'intercorrélation primaires correspondant à chaque cote, un temps qui est égal au temps de tra-jet des ondes dans le train de tiges pour la cote considérée.
En se référant à nouveau à la figure 5, on voit que le signal corrélé pour la cote 80 m devra etre décalé de TD= 9 ms alors que le signal corrélé
pour la cote 180 m sera décalé de TJ = 25 ms.
Seul le temps de propagation dans le train de tiges, pour chaque cote considéree, est important à
connaitre pour le calage des sommes des fonctions d'in-tercorrelation primaires.
Plusieurs methodes de détermination des temps de propagation dans le train de tiges peuvent etre mises en oeuvre.
Une de ces méthodes est basée sur l'hypothèse que le train de tiges est homogène quelle que soit sa longueur. Dans ces conditions, on détermine sur un élément du train de tiges, et à l'extérieur du puits de forage, la vitesse de propagation d'une onde dans ledit élément. Connaissant ainsi la vitesse et la longueur du train de tiges, pour une cote donnée de l'outil de travail 6 dans le puits de forage, on cal-cule le temps de propagation des ondes se propageantdepuis ledit outil jusqu'au capteur 7.
Une autre méthode consiste à créer un ébranle-ment dans le train de tiges, ~ partir de la surface 2 ou au niveau du capteur 7, ~ chaque rajout de tige, et ~ mesurer sur le capteur 7 ou à l'aide d'un autre S~f~

capteur, le temps de propagation de l'ébranlement aller et retour, c'est-à-dire après réflexion sur l'outil de travail 6. Le temps de propagation simple en est alors déduit.
La première méthode est approximative car elle ne tient pas compte des changements qui peuvent apparaître dans la structure du train de tiges, chan-gements qui sont dus notamment aux variations de dia-mètre, aux éléments de jonction entre les différentes tiges.
La seconde méthode qui présente l'avantage d'être réalisée in situ nécessite une opération supplé-mentaire puisqu'à chaque rajout de tiges, il faut créer un ébranlement.
La présente invention se propose de donner une solution originale à ce problème de mesure in situ du temps de propagation d'une onde dans le train de tiges, pendant le forage du puits.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la mesure des temps de trajet TB à TJ (figure 5) est obtenue par un traitement particulier des fonctions d'intercorr~lation primaires ou de leurs sommes.
Un exemple de la mesure des temps de trajet va être donné pour le palier B uniquement, étant précisé
qu-'on fera de même pour les autres paliers C à J.
Lorsque l'outil de travail atteint la cote 36 m, un rajout d'une tige est effectué. La longueur du train de tiges qui était Li avant le rajout, se trouve être augmentée d'une quantité ~L égale à la longueur de la nouvelle tige ajoutée, à savoir 18 m, et devient Li + ~L. Toutefois, l'outil de travail 6 est toujours à la cote 36 m lorsqu'il fonctionne à
nouveau engendrant une autre série d'impulsions aléatoires qui donnent naissance ~ des ondes élasti-ques re~ues sur le capteur 7 et les géophones 8, 9.

>5~ 3 Les parties des enregistrements bruts 50 et51 du capteur 7 et des geophones 8, 9 sont représen-tées sur les figures 4a et 4b, pour la cote de 36 m mais après rajout d'une tige de 18 m, c'est-à-dire 5 pour la longueur Li + ~,L du train de tiges 5. La figu-re 4c représente la fonction d'intercorrélation primai-re 52 qui est le produit de la corrélation des signaux des enregistrements 50 et 51.
Ainsi, sur l'enregistrement brut du capteur 7 10 on peut déterminer pour la cote 36 m, les parties d'enregistrement 30 et 50 correspondant aux longueurs Li et Li + ~L respectivement. De même, sur l'enregis-trement ~rut du géophone 8, 9 on peut déterminer, pour la m8me cote 36 m, les parties d'enregistrement corres-15 pondant aux longueurs Li- et Li +,~L. Mais, dans ce dernier cas, le trajet acoustique depuis 1'outil de travail 6 jusqu'aux géophones 8, 9 n'a pratiquement pas ~rarié.
Une étape selon le procédé consiste à inter-20 corréler la partie de l'enregistrement brut 30 du cap-teur 7 pour la longueur Li avec la partie de l'enre-gistrement brut 35 du géophone 8, 9 pour la même lon-gueur Li, et à intercorréler la partie d'enregistrement brut 50 du capteur 7 pour la longueur Li + ~L avec la 25 partie de l'enregistrement brut 51 du géophone 8, 9 pour la m8me longueur Li + l~ L. On obtient alors deux fonctions d'intercorrélation primaires 40 et 52 corres-pondant aux points Bl et B2 respectivement (figure 5).
L'étape suivante consiste à intercorréler en-30 tre elles ces deux fonctions d'intercorrélation pri-maires dont le résultat est une fonction d'intercorré-lation secondaire 53 caractérisée par une différence de temps de trajet ~ qui est justement le temps de trajet BlB2 des ondes dans la tige rajoutée. Cette 35 fonction d'intercorrélation secondaire 53 est repré-i;~SS'78~
, sentee sur la figure 6 et le ~T mesure est de l'ordre de 3 ms.
De proche en proche, on détermine les temps de trajet Cl C2 à Jl J2 qui permet le calage par rapport à l'instant theorique 0.
Dans la description, on a fait reference aux geophones 8, 9 sans distinction car tous deux re~oivent chacun toutes les ondes elastiques dues à l'energie vibratoire emise par l'outil de travail, aux atténua-tions près. Les geophones 8, 9 peuvent être plus nom-breux et disposes sur la surface du sol 2, suivant une geometrie predeterminee permettant, en outre, de deter-miner les coordonnees de l'outil de travail 6 pendant le forage du puits.
Le profil sismique de puits qu'on obtient sui-vant l'invention est simule sur la figure 5 où le trait continu 60 de pente inclinée de:-la gauche vers la droite correspond aux premières arrivees (arrivees directes~ sur les géophones 8, 9 tandis que les traits continus 61, 62, 63, inclinés de la droite vers la gauche, correspondent aux arrivées réfléchies simples.
On peut voir facilement que les points de jonction des traits 61 ~ 63 avec le trait 60 précisent la position des différents réflecteurs du sous sol.
Ainsi le point de jonction 64 définit un réflecteur 64R situé à la cote 60 m tandis que les points de jonction 65 et 66 définissent des réflecteurs 65R et 66R situés respectivement aux cotes 120 et 180 m.
Le procédé selon l'invention permet d'obtenir des profils sismiques plus nets et plus précis qu'avec les procedes de diagraphie de l'art antérieur, surtout dans les couches lithologiques proches de la surface du sol où le bruit est très important. Avec les procédés classiques les résultats ne commencent à
être probants qu'a partir de 120 ms et donc lorsqu'on 1~5'7~

a foré quelques centaines de mètres.
L'intérêt de la présente invention est, en conséquence, très important non seulement pour la conduite des opérations de forage par une meilleure connaissance en temps réel, des interfaces ou réflec-teurs qui se succèdent dans le sous-sol, mais égale-ment en ce qui concerne les caractéristiques physiques des couches lithologiques traversées par le puits de forage.
La présente invention peut également être mise en oeuvre pour la détermination de temps de transit entre deux cotes relativement rapprochees, de l'ordre de quelques dizaines de centimètres.
Pour cela, on utilise les sommes de fonctions d'intercorrélation primaires correspondant à ces deux cotes, et dont seules les parties relatives aux pre-mières arrivées sont intercorrélées. L'abscisse du maximum de la fonction d'intercorrélation tertiaire ainsi obtenue est représentative du temps de transit de l'onde acoustique dans la portion de terrain entre lesdites cotes. Toutefois, il est à noter que ces in-formations sont obtenues en temps réel, contrairement aux procédés antérieurs.
Il va de soi que certains des géophones 8 et 9 peuvent etre sur la surface du sol 2 et d'autres dis-posés dans un autre puits de forage distinct du puits 3. Cela permet de connaitre le temps de trajet des ondes se propageant entre les deux puits, facilitant ainsi la connaissance des formations géologiques si-tuées entre les puits.
Bien entendu, l'invention n'est nullementlimitée aux modes de réalisation de l'exemple décrit et représenté, elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées et sans s'écarter pour cela du cadre de l'invention.

Claims

Les réalisations de l'invention, au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit:

1. Procédé de diagraphie instantanée dans un puits de forage, du type selon lequel il consiste à enregistrer, sous forme de signaux, des ondes élastiques créées par la partie inférieure d'un outil de forage désagrégeant les roches dans le puits de forage, une première série d'ondes se propageant dans ledit outil de forage étant reçue sur au moins un premier capteur monté à
la partie supérieure dudit outil de forage de manière à produire au moins un premier enregistre-ment dénommé enregistrement tige, tandis qu'une deuxième série d'ondes se propageant depuis la partie inférieure de l'outil de forage jusqu'en surface de puits et à travers les couches de terrain entourant ledit puits est reçue sur au moins un deuxième capteur, de manière à produire au moins un deuxième enregistrement dénommé enregis-trement sol, caractérisé en ce qu'il consiste à repérer sur chacun desdits premier et deuxième enregistrements les parties des signaux corres-pondant à une même position de la partie inférieure de l'outil dans le puits, chacune desdites parties constituant ainsi des enregistrements élémentaires;
en ce qu'il consiste à grouper les enregistrements élémentaires par paires, chaque paire comportant un enregistrement élémentaire tige et un enregistre-ment élémentaire sol, à intercorréler entre eux les enregistrements élémentaires de chaque paire, de manière à produire, pour chaque paire, un signal corrélé représentatif de l'énergie acoustique créée par la partie inférieure de l'outil de forage et de la différence des temps de trajet des ondes reçues sur les capteurs à partir desquels la paire d'enregistrements a été obtenue, à déterminer pour chaque position considérée de la partie inférieure de l'outil dans le puits, le temps de trajet des ondes se propageant entre la partie.
inférieure de l'outil et le capteur monté à la partie supérieure dudit outil de forage, le temps de trajet étant déterminé à partir d'une mesure de la vitesse de propagation d'une vibration dans l'outil de forage lorsqu'il est immobile, puis à décaler le signal corrélé correspondant à la position considérée d'une quantité égale audit temps de trajet ainsi déterminé.

2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que plusieurs enregistrements sol sont produits à partir de plusieurs capteurs disposés en surface suivant au moins une géométrie déterminée.

3. Procédé de diagraphie instantanée dans un puits de forage, du type selon lequel il consiste à enregistrer, sous forme de signaux, des ondes élastiques créées par la partie inférieure d'un outil de forage désagrégeant les roches dans le puits de forage, une première série d'ondes se propageant dans ledit outil de forage étant reçue sur au moins un premier capteur monté à
la partie supérieure dudit outil de forage de manière à produire au moins un premier enregistre-ment dénommé enregistrement tige, tandis qu'une deuxième série d'ondes se propageant depuis la partie inférieure de l'outil de forage jusqu'en surface de puits et à travers les couches de terrain entourant ledit puits est reçue sur au moins un deuxième capteur, de manière à produire au moins un deuxième enregistrement dénommé enregis-trement sol, caractérisé en ce qu'il consiste à repérer sur chacun desdits premier et deuxième enregistrements les parties des signaux correspon-dant à une même position de la partie inférieure de l'outil dans le puits, chacune desdites parties constituant ainsi des enregistrements élémentaires;
en ce qu'il consiste à grouper les enregistrements élémentaires par paires, chaque paire comportant un enregistrement élémentaire tige et un enregistre-ment élémentaire sol, à intercorréler entre eux les enregistrements élémentaires de chaque paire, de manière à produire, pour chaque paire, un signal corrélé représentatif de l'énergie acoustique créée par la partie inférieure de l'outil de forage et de la différence des temps de trajet des ondes reçues sur les capteurs à partir desquels la paire d'enregistrements à été obtenue, à déter-miner pour chaque position considérée de la partie inférieure de l'outil dans le puits, le temps de trajet des ondes se propageant entre la partie inférieure de l'outil et le capteur monté à la partie supérieure dudit outil de forage, le temps de trajet étant déterminé à partir des enregistre-ments primaires du capteur tige avant et après rajout d'un élément de train de tiges, puis à
décaler le signal corrélé correspondant à la position considérée d'une quantité égale audit temps de trajet ainsi déterminé.

4. Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce que plusieurs enregistrements sol sont produits à partir de plusieurs capteurs disposés en surface suivant au moins une géométrie déterminée.

5. Procédé de diagraphie instantanée dans un puits de forage, du type selon lequel il consiste à enregistrer, sous forme de signaux, des ondes élastiques créées par la partie inférieure d'un outil de forage désagrégeant les roches dans le puits de forage, une première série d'ondes se propageant dans ledit outil de forage étant reçue sur au moins un premier capteur monté A
la partie supérieure dudit outil de forage de manière à produire au moins un premier enregistre-ment dénommé enregistrement tige, tandis qu'une deuxième sorte d'ondes se propageant depuis la partie inférieure de l'outil de forage jusqu'en surface de puits et à travers les couches de terrain entourant ledit puits est reçue sur au moins un deuxième capteur, de manière a produire au moins un deuxième enregistrement dénommé enregis-trement sol, caractérisé en ce qu'il consiste à repérer sur chacun desdits premier et deuxième enregistrements les parties des signaux corres-pondant à une même position de la partie inférieure de l'outil dans le puits, chacune desdites parties constituant ainsi des enregistrements élémentaires;
en ce qu'il consiste à grouper les enregistrements élémentaires par paires, chaque paire comportant un enregistrement élémentaire tige et un enregistre-ment élémentaire sol, à intercorréler entre eux les enregistrements élémentaires de chaque paire, de manière à produire, pour chaque paire, un signal corrélé représentatif de l'énergie acoustique créée par la partie inférieure de l'outil de forage et de la différence des temps de trajet des ondes reçues sur les capteurs à partir desquels la paire d'enregistrements a été obtenue, à déter-miner pour chaque position considérée de la partie inférieure de l'outil dans le puits, le temps de trajet des ondes se propageant entre la partie inférieure de l'outil et le capteur monté à la partie supérieure dudit outil de forage, le temps de trajet étant déterminé à partir d'ondes produites par un ébranlement dans l'outil de forage, puis à décaler le signal corrélé correspondant à la position considérée d'une quantité égale audit temps de trajet ainsi déterminé.

6. Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce que plusieurs enregistrements sol sont produits à partir de plusieurs capteurs disposés en surface suivant au moins une géométrie déterminée.

7. Procédé de diagraphie instantanée dans un puits de forage, du type selon lequel il consiste à enregistrer, sous forme de signaux, des ondes élastiques créées par la partie inférieure d'un outil de forage désagrégeant les roches dans le puits de forage, une première série d'ondes se propageant dans ledit outil de forage étant reçue sur au moins un premier capteur monté à
la partie supérieure dudit outil de forage de manière à produire au moins un premier enregistre-ment dénommé enregistrement tige, tandis qu'une deuxième sorte d'ondes se propageant depuis la partie inférieure de l'outil de forage jusqu'en surface de puits et à travers les couches de terrain entourant ledit puits est reçue sur au moins un deuxième capteur, de manière à produire au moins un deuxième enregistrement dénommé enregis-trement sol, caractérisé en ce qu'il consiste à repérer sur chacun desdits premier et deuxième enregistrements les parties des signaux correspon-dant à une même position de la partie inférieure de l'outil dans le puits, chacune desdites parties constituant ainsi des enregistrements élémentaires;
en ce qu'il consiste à grouper les enregistrements élémentaires par paires, chaque paire comportant un enregistrement élémentaire tige et un enregistre-ment élémentaire sol, puis à intercorréler entre eux les enregistrements élémentaires de chaque paire, de manière à produire, pour chaque paire, un signal corrélé représentatif de l'énergie acoustique créée par la partie inférieure de l'outil de forage et de la différence des temps de trajet des ondes reçues sur les capteurs à
partir desquels la paire d'enregistrements a été obtenue, les enregistrements élémentaires de chaque paire sont corrélés par parties, les différentes fonctions d'intercorrélation obtenues étant ensuite sommées, les sommes des fonctions d'intercorrélation correspondant à deux cotes prédéterminées sont intercorrélées, l'abscisse du maximum de la fonction d'intercorrélation ainsi obtenue étant représentative du temps de transit de l'onde acoustique dans la portion du terrain située entre lesdites cotes.

8. Procédé suivant la revendication 7, caractérisé en ce que les parties des sommes des fonctions d'intercorrélation relatives aux premières arrivées de l'onde acoustique sont choisies pour effectuer l'intercorrélation.

9. Procédé suivant la revendication 8, caractérisé en ce que plusieurs enregistrements sol sont produits à partir de plusieurs capteurs disposés en surface suivant au moins une géométrie déterminée.