EP1620721A1 - Method for determination of the formation factor for a subterranean deposit from measurements on drilling waste removed therefrom - Google Patents
Method for determination of the formation factor for a subterranean deposit from measurements on drilling waste removed therefromInfo
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- EP1620721A1 EP1620721A1 EP04742855A EP04742855A EP1620721A1 EP 1620721 A1 EP1620721 A1 EP 1620721A1 EP 04742855 A EP04742855 A EP 04742855A EP 04742855 A EP04742855 A EP 04742855A EP 1620721 A1 EP1620721 A1 EP 1620721A1
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- cuttings
- cell
- electrolytic solution
- conductivity
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Classifications
-
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/24—Earth materials
- G01N33/241—Earth materials for hydrocarbon content
Definitions
- the present invention relates to a method and a device for evaluating the factor for the formation of underground zones from rock cuttings brought to the surface during well drilling operations through underground deposits.
- FF Training Factor
- the conductive liquid preferably using brine or another equivalent conductive liquid.
- the invention relates to a method for evaluating in a simple and rapid manner, while overcoming the problems associated with the previous techniques, the factor of formation of an underground zone from drill cuttings raised to the surface of the well drilling, in which a device is used comprising a cell (1) adapted to contain drill cuttings and provided with electrodes connected to a device for measuring the conductivity of the contents of the cell.
- the method includes at least the following steps:
- the cell is filled with a first electrolytic solution (A) of known conductivity ( ⁇ ⁇ ) so as to saturate the cuttings with this first electrolytic solution
- the overall electrical conductivity ( ⁇ A ° ) of the cell with its contents is measured; the first electrolytic solution (A) remaining between the cuttings is removed from the cell;
- the cell is filled with a second electrolytic solution (B) of known conductivity ( ⁇ ⁇ );
- the formation factor (FF) of the cuttings is deduced from the previous measurements.
- the cuttings can be saturated with carbon dioxide by injecting this gas into the cell, before filling the cell with the first electrolytic solution (A).
- the electrolytic solutions can be brines of different concentrations, the concentration and conductivity of the first electrolytic solution (A) being able to be higher than those of the second solution (B).
- the first electrolytic solution (A) remaining between the cuttings can be removed from the cell by gravity emptying.
- the first electrolytic solution (A) can also be removed by an injection of air.
- the pressure of the injected air can be determined according to the size of the pores of the cuttings.
- the capillary desorption can be carried out using a semi-permeable membrane allowing the first electrolytic solution to pass but not allowing the air to pass.
- the training factor can be determined from the theory of mean fields.
- the invention also relates to a device for implementing the method described above.
- This device includes: - means for saturating the cuttings contained in the cell with CO2;
- said means for emptying the device can comprise a semi-permeable membrane, permeable to brine and impermeable to air.
- Figure 1 schematically shows a conductivity measuring device with four electrodes
- FIG. 2 illustrates the state A obtained initially by filling with a first liquid A, the cell containing the cuttings
- FIG. 3 illustrates the state B obtained in a second step after exchanging the liquid A with another liquid B
- FIG. 4 illustrates experimental data showing a drift of the conductivity signal at long times after a draining operation
- FIG. 5A shows, in the form of a crossed diagram, the results obtained with the self-similar approach
- FIG. 5B shows, in the form of a crossed diagram, the results obtained with the derivative approach.
- FIG. 6 shows a comparative table of the results obtained with the two methods envisaged (self-similar and derivative) from the cuttings and with the reference measurements obtained from experiments on carrot.
- the method, according to the invention, for rapid evaluation of FF from drill cuttings is based on the acquisition of experimental data obtained by measuring the conductivity of drill cuttings under different conditions.
- the conductivity depends on the conductivity of the rock fragments but also on the liquid located between the fragments.
- the proposed method makes it possible to interpret the experimental measurements in term of FF using theoretical models. Two application cases are proposed. They show the very good agreement between the values of FF obtained from carrots and the values of FF obtained from fragments of these carrots over a wide range of FF.
- the invention provides a method and a device for quickly and rigorously calculating the formation factor, by using, among other things, conductivity measurements made with two conductive liquids which may be miscible.
- the two miscible and conductive liquids used are brines of different concentrations:
- the device pe ⁇ nettant the acquisition of measurements as part of the implementation of the invention, is shown schematically in Figure 1. It mainly consists of a containment cell (1) 3 cm long and a circular surface of 9.48 cm which gives a total volume of approximately 30 cm 3 . This corresponds to approximately 15 cm 3 of rock a once the cell is filled.
- This cell is made of a non-conductive material. It is closed at its opposite ends by two end pieces 2, 3 made of a conductive material.
- a variable frequency generator 4 is connected between the two nozzles 2, 3, and the current which it applies is measured by an ammeter 5.
- electrodes 6, 7 connected to a voltmeter 8.
- a pump (9) allows liquids to be introduced into the cell.
- the cell (1) is filled with the cuttings (or “cuttings"), previously cleaned and dried, and carbon dioxide until the cuttings are saturated with carbon dioxide.
- the volume of gas injected is such that all the pores of the cuttings are filled with carbon dioxide.
- the purpose of this operation is to improve the saturation of the cuttings by the brine thanks to the mechanisms of diffusion of CO 2 in the air and of the dissolution of the C02 in the brine, and not by air vacuum, which is more difficult. to implement.
- a conductive liquid A (a brine of concentration and therefore of known conductivity), until the cuttings are completely saturated by dissolution of the CO 2 in the brine, and the conductivity is measured.
- O A * This state, denoted state A, is represented in FIG. 2, where IA represents the liquid A in the inter-cuttings space and DA represents the liquid A in the cuttings.
- the liquid A is discharged by gravity drainage and under air pressure (or under brine depression).
- the pressure to be exerted depends on the maximum size of the pores of the cuttings. Too much pressure could desaturate, even partially, the spoil. This pressure must therefore be neither too high (partial desaturation of the cuttings) nor too low to limit the presence of liquid A in inter-cuttings. It is easily calculated from Laplace formulas.
- a pressure of 10 mbar (which can be controlled by a height of water imposed in a capillary of 10 cm) then makes it possible to ensure good drainage of the inter-cuttings space without desaturating the rock and this for a wide range of permeability (the air must not be able to enter the largest existing pore of the porous medium, the size of which corresponds to what is called the inlet pressure).
- the cell is filled with another conductive liquid B (brine less concentrated than brine A) without changing the nature of the liquid (brine A) saturating the cuttings.
- the volume fraction of medium 1 is denoted x and the volume fraction of medium 2 is denoted y, equal to 1-x.
- the medium 1 represents the inter-cuttings liquid A or B and the medium 2, the saturated rock cuttings.
- the conductivities of each of the media, inter-cuttings liquid and saturated rock cuttings, are noted ⁇ i and ⁇ 2 and the overall conductivity of the system is noted ⁇ .
- h and / are functions of the volume fractions taking into account the shape of the grains constituting the cuttings.
- Equations (2) and (3) can also be written
Abstract
The invention relates to a method and device for the determination of the formation factor for subterranean regions from bore cuttings. The device comprises a cell (1), connected to a device for the measurement of the electrical conductivity of the cell along with the contents thereof. The cell containing the bore cuttings is filled with a first electrolyte solution (A), of known conductivity (s <I>A ). After saturation of the bore cuttings with the first solution (A), the global electrical conductivity (s* A ) of the cell and the contents thereof is determined. After removal of the first solution (A), the cell containing the bore cuttings is filled with a second electrolyte solution (B) of known conductivity (s B ) and the global electrical conductivity (s* B ) of the cell containing the second solution and the bore cuttings saturated with the first solution, is determined. The formation factor (FF) for the bore cuttings is derived by combination of the measures. The above is of application to the petrophysical characterisation of deposits.
Description
METHODE D'EVALUATION DU FACTEUR DE FORMATION D'UN GISEMENT SOUTERRAIN A PARTIR DE MESURES SUR DES DEBRIS DE FORAGE QUI Y SONT PRELEVESMETHOD FOR EVALUATING THE FORMATION FACTOR OF AN UNDERGROUND DEPOSIT ON THE BASIS OF MEASUREMENTS OF WELL DEBRIS COLLECTED THEREIN
Désignation du domaine techniqueDesignation of the technical area
La présente invention concerne une méthode et un dispositif d'évaluation du facteur de formation de zones souterraines à partir de déblais dé roche remontés à la surface lors d'opérations de forage de puits au travers de gisements souterrains.The present invention relates to a method and a device for evaluating the factor for the formation of underground zones from rock cuttings brought to the surface during well drilling operations through underground deposits.
Dans le domaine de la caractérisation pétrophysique, il est une donnée très importante qui conditionne l'interprétation des diagraphies électriques pour l'évaluation de la saturation en eau dans les gisements, c'est le Facteur dit de Formation (ci-après en abrégé : FF) qui est défini comme le rapport entre la conductivité d'un liquide conducteur seul ( σw) et la conductivité du milieu poreux saturé par ce même liquide conducteur (σ0 ),In the field of petrophysical characterization, there is a very important datum which conditions the interpretation of electrical logs for the evaluation of water saturation in deposits, this is the so-called Training Factor (hereinafter abbreviated: FF) which is defined as the ratio between the conductivity of a conductive liquid alone (σ w ) and the conductivity of the porous medium saturated by this same conductive liquid (σ 0 ),
soit FF = ^ .let FF = ^.
Comme liquide conducteur, on utilise de préférence de la saumure ou un autre liquide conducteur équivalent.As the conductive liquid, preferably using brine or another equivalent conductive liquid.
La connaissance de ce facteur de formation permet aux compagnies opératrices d'obtenir une première caractérisation pétrophysique d'un gisement peu de temps après le forage des puits et par voie de conséquence, une bonne évaluation des quantités d'hydrocarbures en place.
Etat de la techniqueKnowledge of this training factor allows operating companies to obtain a first petrophysical characterization of a deposit shortly after drilling the wells and consequently, a good evaluation of the quantities of hydrocarbons in place. State of the art
Avec les techniques actuelles, le facteur de formation est obtenu par l'intermédiaire de mesures au laboratoire sur des carottes de gisement. Ces méthodes sont chères du fait des coûts de carottage et de la mesure elle-même, et les résultats ne sont disponibles que plusieurs mois après le forage.With current techniques, the training factor is obtained through laboratory measurements on deposit cores. These methods are expensive because of the core costs and the measurement itself, and the results are only available several months after drilling.
L'acquisition des mesures expérimentales de conductivité sur carotte repose sur un matériel classique utilisé dans la plupart des laboratoires de pétrophysique, que l'on trouve déjà mis en œuvre par exemple dans le brevet FR 2.781.573 (US 6.229.312) du demandeur ou dans la publication suivante : - Sprunt E.S., Maute R.E., Rackers CI. :" An Interprétation of the SCA ElectricalThe acquisition of experimental conductivity measurements on carrots is based on conventional equipment used in most petrophysical laboratories, which is already found, for example, in the applicant's patent FR 2,781,573 (US 6,229,312). or in the following publication: - Sprunt ES, Maute RE, Rackers CI. : "An Interpretation of the SCA Electrical
Resistivity ", The Log Analyst, pp 76-88, March-April 1990.Resistivity ", The Log Analyst, pp 76-88, March-April 1990.
Pour palier les problèmes de coût élevé et les délais relativement important pour obtenir une mesure, des techniques de calcul du facteur de formation à partir des déblais de forage ont été développées. On peut citer par exemple le brevet US 2.583.284, qui décrit différentes méthodes pour déterminer le facteur de formation à partir de mesures de conductivités effectuées sur des déblais de forage. Cependant, ces techniques sont très contraignantes sur un plan expérimental et les mesures sont relativement longues à obtenir.To overcome the problems of high cost and the relatively long delays in obtaining a measurement, techniques for calculating the training factor from drill cuttings have been developed. One can quote for example the patent US 2,583,284, which describes various methods to determine the formation factor starting from measurements of conductivities carried out on cuttings of drilling. However, these techniques are very restrictive on an experimental level and the measurements are relatively long to obtain.
La méthode selon l'inventionThe method according to the invention
L'invention concerne une méthode pour évaluer de façon simple et rapide, tout en s'affranchissant des problèmes liés aux techniques précédentes, le facteur de formation d'une zone souterraine à partir de déblais de forage remontés à la surface du forage de puits, dans laquelle on utilise un dispositif comprenant une cellule (1) adaptée à contenir des déblais de forage et pourvue d'électrodes connectées à un appareil de mesure de la conductivité du contenu de la cellule. La méthode comporte au moins les étapes suivantes :The invention relates to a method for evaluating in a simple and rapid manner, while overcoming the problems associated with the previous techniques, the factor of formation of an underground zone from drill cuttings raised to the surface of the well drilling, in which a device is used comprising a cell (1) adapted to contain drill cuttings and provided with electrodes connected to a device for measuring the conductivity of the contents of the cell. The method includes at least the following steps:
- on nettoie lesdits déblais avant de les disposer dans la cellule;- said cuttings are cleaned before placing them in the cell;
on remplit la cellule d'une première solution électrolytique (A) de conductivité connue (σ^ ) de façon à saturer les déblais de forage par cette première solution électrolytiquethe cell is filled with a first electrolytic solution (A) of known conductivity (σ ^) so as to saturate the cuttings with this first electrolytic solution
(A);(AT);
on mesure la conductivité électrique globale ( σA ° ) de la cellule avec son contenu ;
on évacue la première solution électrolytique (A) restant entre les déblais hors de la cellule;the overall electrical conductivity (σ A ° ) of the cell with its contents is measured; the first electrolytic solution (A) remaining between the cuttings is removed from the cell;
- on remplit la cellule d'une seconde solution électrolytique (B) de conductivité connue (σβ );- the cell is filled with a second electrolytic solution (B) of known conductivity (σ β );
- on détermine la conductivité électrique globale (σB * ) de la cellule contenant la seconde solution électrolytique (B) et les déblais saturés par la première solution électrolytique (A) ;- the overall electrical conductivity (σ B * ) of the cell containing the second electrolytic solution (B) and the cuttings saturated with the first electrolytic solution (A) are determined;
on en déduit le facteur de formation (FF) des déblais à partir des mesures précédentes.the formation factor (FF) of the cuttings is deduced from the previous measurements.
Selon l'invention, on peut saturer les déblais en gaz carbonique par injection de ce gaz dans la cellule, avant de remplir la cellule de la première solution électrolytique (A).According to the invention, the cuttings can be saturated with carbon dioxide by injecting this gas into the cell, before filling the cell with the first electrolytic solution (A).
Les solutions électrolytiques peuvent être des saumures de concentrations différentes, la concentration et la conductivité de la première solution électrolytique (A) pouvant être supérieures à celles de la seconde solution (B).The electrolytic solutions can be brines of different concentrations, the concentration and conductivity of the first electrolytic solution (A) being able to be higher than those of the second solution (B).
Selon l'invention, on peut évacuer la première solution électrolytique (A) restant entre les déblais hors de la cellule par vidange gravitaire.According to the invention, the first electrolytic solution (A) remaining between the cuttings can be removed from the cell by gravity emptying.
On peut aussi évacuer la première solution électrolytique (A) par une injection d'air. Dans ce cas, la pression de l'air injecté peut être déterminée en fonction de la taille des pores des déblais.The first electrolytic solution (A) can also be removed by an injection of air. In this case, the pressure of the injected air can be determined according to the size of the pores of the cuttings.
Dans le cas de vidange gravitaire, celle-ci peut être améliorée par désorption capillaire.In the case of gravity emptying, this can be improved by capillary desorption.
La désorption capillaire peut être effectuée à l'aide d'une membrane semi- perméable laissant passer la première solution électrolytique mais ne laissant pas passer l'air.The capillary desorption can be carried out using a semi-permeable membrane allowing the first electrolytic solution to pass but not allowing the air to pass.
Enfin, selon l'invention, le facteur de formation peut être déterminé à partir de la théorie des champs moyens.Finally, according to the invention, the training factor can be determined from the theory of mean fields.
L'invention concerne également un dispositif pour la mise en œuvre de la méthode décrite ci-dessus. Ce dispositif comporte :
- des moyens de saturation en CO2 des déblais contenus dans la cellule;The invention also relates to a device for implementing the method described above. This device includes: - means for saturating the cuttings contained in the cell with CO2;
- des moyens de vidange rapide de la solution électrolytique comprise entre les déblais.- means for rapid emptying of the electrolytic solution between the cuttings.
Selon l'invention lesdits moyens de vidange du dispositif peuvent comprendre une membrane semi-perméable, perméable à la saumure et imperméable à l'air.According to the invention, said means for emptying the device can comprise a semi-permeable membrane, permeable to brine and impermeable to air.
présentation succincte des dessinsbrief presentation of the drawings
la figure 1 montre schématiquement un dispositif de mesure de conductivités à quatre électrodes ;Figure 1 schematically shows a conductivity measuring device with four electrodes;
- la figure 2 illustre l'état A obtenu dans un premier temps en remplissant avec un premier liquide A, la cellule contenant les déblais de forage ;- Figure 2 illustrates the state A obtained initially by filling with a first liquid A, the cell containing the cuttings;
- la figure 3 illustre l'état B obtenu dans un deuxième temps après avoir échangé le liquide A par un autre liquide B ;- Figure 3 illustrates the state B obtained in a second step after exchanging the liquid A with another liquid B;
- La figure 4 illustre des données expérimentales montrant une dérive du signal de conductivité aux temps longs après une opération de vidange ;- Figure 4 illustrates experimental data showing a drift of the conductivity signal at long times after a draining operation;
la figure 5A montre, sous forme de diagramme croisé, les résultats obtenus avec l'approche auto-similaire ;FIG. 5A shows, in the form of a crossed diagram, the results obtained with the self-similar approach;
la figure 5B montre, sous forme de diagramme croisé, les résultats obtenus avec l'approche dérivative ; etFIG. 5B shows, in the form of a crossed diagram, the results obtained with the derivative approach; and
la figure 6 montre un tableau comparatif des résultats obtenus avec les deux méthodes envisagées (auto-similaire et dérivative) à partir des déblais et avec les mesures de référence obtenues à partir d'expériences sur carotte.FIG. 6 shows a comparative table of the results obtained with the two methods envisaged (self-similar and derivative) from the cuttings and with the reference measurements obtained from experiments on carrot.
Description détailléedetailed description
La méthode, selon l'invention, d'évaluation rapide du FF à partir de déblais de forage repose sur l'acquisition de données expérimentales obtenues en mesurant la conductivité des déblais de forage sous différentes conditions. Lorsque l'on mesure la conductivité électrique d'une cellule contenant des fragments de roche, la conductivité dépend de la conductivité des fragments de roche mais aussi du liquide situé entre les fragments. La méthode proposée permet d'interpréter les mesures expérimentales en terme
de FF en utilisant des modèles théoriques. Deux cas d'application sont proposés. Ils montrent le très bon accord entre les valeurs de FF obtenues à partir de carottes et les valeurs de FF obtenues à partir des fragments de ces carottes sur une large gamme de FF.The method, according to the invention, for rapid evaluation of FF from drill cuttings is based on the acquisition of experimental data obtained by measuring the conductivity of drill cuttings under different conditions. When measuring the electrical conductivity of a cell containing rock fragments, the conductivity depends on the conductivity of the rock fragments but also on the liquid located between the fragments. The proposed method makes it possible to interpret the experimental measurements in term of FF using theoretical models. Two application cases are proposed. They show the very good agreement between the values of FF obtained from carrots and the values of FF obtained from fragments of these carrots over a wide range of FF.
L'invention propose une méthode et un dispositif permettant de calculer rapidement et de façon rigoureuse le facteur de formation, par utilisation, entre autre, de mesures de conductivités effectuées avec deux liquides conducteurs qui peuvent être miscibles.The invention provides a method and a device for quickly and rigorously calculating the formation factor, by using, among other things, conductivity measurements made with two conductive liquids which may be miscible.
Selon une mise en œuvre de l'invention, les deux liquides miscibles et conducteurs utilisés sont des saumures de concentrations différentes :According to an implementation of the invention, the two miscible and conductive liquids used are brines of different concentrations:
- liquide A : saumure concentrée à 75 g/1 de sel, ce qui correspond à une conductivité de 9.88 (Ohm.m)"1 - liquid A: brine concentrated to 75 g / 1 of salt, which corresponds to a conductivity of 9.88 (Ohm.m) "1
- liquide B : saumure concentrée à 25 g/1 de sel, ce qui correspond à une conductivité de 3.81 (Ohm.m)"1 et qui donne un contraste de conductivité d'un facteur 3 environ.- liquid B: brine concentrated to 25 g / 1 of salt, which corresponds to a conductivity of 3.81 (Ohm.m) "1 and which gives a conductivity contrast by a factor of approximately 3.
Par saumure, il faut comprendre solution électrolytique permettant d'obtenir facilement des mesures de conductivités.By brine, it is necessary to understand electrolytic solution allowing to easily obtain measurements of conductivities.
Le principe général de la méthode selon l'invention repose sur la mesure de quatre conductivités :The general principle of the method according to the invention is based on the measurement of four conductivities:
1. La conductivité de la première solution électrolytique (OA)1. The conductivity of the first electrolytic solution (O A )
2. La conductivité de la cellule remplie par la première solution électrolytique et les déblais saturés par cette première solution (σA *)2. The conductivity of the cell filled by the first electrolytic solution and the cuttings saturated by this first solution (σ A * )
3. La conductivité de la seconde solution électrolytique (au)3. The conductivity of the second electrolytic solution (au)
4. La conductivité de la cellule remplie par la seconde solution électrolytique et les déblais saturés par la première solution (σa )4. The conductivity of the cell filled by the second electrolytic solution and the cuttings saturated by the first solution (σa)
Acquisition des données expérimentalesAcquisition of experimental data
Le dispositif, peπnettant l'acquisition des mesures dans le cadre de la mise en œuvre de l'invention, est schématisé à la figure 1. Il est principalement constitué d'une cellule de confinement (1) de 3 cm de long et d'une surface circulaire de 9.48 cm ce qui donne un volume total de 30 cm3 environ. Cela correspond à environ 15 cm3 de roche une
fois la cellule remplie. Cette cellule est réalisée en un matériau non conducteur. Elle est fermée à ses extrémités opposées par deux embouts 2, 3 faits d'un matériau conducteur. Un générateur à fréquence variable 4 est connecté entre les deux embouts 2, 3, et le courant qu'il applique est mesuré par un ampèremètre 5. A deux emplacements espacés le long du corps de la cellule 1 sont disposées des électrodes 6, 7 connectées à un voltmètre 8. Une pompe (9) permet d'introduire des liquides dans la cellule.The device, peπnettant the acquisition of measurements as part of the implementation of the invention, is shown schematically in Figure 1. It mainly consists of a containment cell (1) 3 cm long and a circular surface of 9.48 cm which gives a total volume of approximately 30 cm 3 . This corresponds to approximately 15 cm 3 of rock a once the cell is filled. This cell is made of a non-conductive material. It is closed at its opposite ends by two end pieces 2, 3 made of a conductive material. A variable frequency generator 4 is connected between the two nozzles 2, 3, and the current which it applies is measured by an ammeter 5. At two locations spaced along the body of the cell 1 are arranged electrodes 6, 7 connected to a voltmeter 8. A pump (9) allows liquids to be introduced into the cell.
Dans un premier temps, on remplit la cellule (1) avec les déblais de forage (ou "cuttings"), préalablement nettoyés et séchés, et du gaz carbonique jusqu'à obtenir la saturation des déblais en gaz carbonique. Le volume de gaz injecté est tel que tous les pores des déblais sont remplis de gaz carbonique. Cette opération a pour but d'améliorer la saturation des déblais par la saumure grâce aux mécanismes de diffusion du CO2 dans l'air et de la dissolution du C02 dans la saumure, et non par vide d'air, ce qui est plus difficile à mettre en œuvre.Firstly, the cell (1) is filled with the cuttings (or "cuttings"), previously cleaned and dried, and carbon dioxide until the cuttings are saturated with carbon dioxide. The volume of gas injected is such that all the pores of the cuttings are filled with carbon dioxide. The purpose of this operation is to improve the saturation of the cuttings by the brine thanks to the mechanisms of diffusion of CO 2 in the air and of the dissolution of the C02 in the brine, and not by air vacuum, which is more difficult. to implement.
Dans un second temps, on remplit complètement la cellule d'un liquide conducteur A (une saumure de concentration et donc de conductivité connue), jusqu'à saturation complète des déblais par dissolution du C02 dans la saumure, et l'on mesure la conductivité globale de la cellule et de son contenu que l'on note OA *. Cet état, noté état A, est représenté sur la figure 2, où IA représente le liquide A dans l'espace inter-déblais et DA représente le liquide A dans les déblais.In a second step, the cell is completely filled with a conductive liquid A (a brine of concentration and therefore of known conductivity), until the cuttings are completely saturated by dissolution of the CO 2 in the brine, and the conductivity is measured. overall of the cell and its content which we denote by O A * . This state, denoted state A, is represented in FIG. 2, where IA represents the liquid A in the inter-cuttings space and DA represents the liquid A in the cuttings.
Ensuite, on évacue le liquide A par vidange gravitaire et sous pression d'air (ou sous dépression de saumure).. La pression à exercer est fonction de la taille maximale des pores des déblais. En effet, une pression trop forte pourrait désaturer, même partiellement, les déblais. Cette pression ne doit donc être ni trop forte (déssaturation partielle des déblais) ni trop faible pour limiter la présence de liquide A en inter-déblais. Elle se calcule aisément à partir des formules de Laplace.Then, the liquid A is discharged by gravity drainage and under air pressure (or under brine depression). The pressure to be exerted depends on the maximum size of the pores of the cuttings. Too much pressure could desaturate, even partially, the spoil. This pressure must therefore be neither too high (partial desaturation of the cuttings) nor too low to limit the presence of liquid A in inter-cuttings. It is easily calculated from Laplace formulas.
Pour faciliter le drainage de la saumure inter-déblais tout en gardant les déblais saturés, il est également possible de procéder, en plus, à une désorption capillaire de l'espace inter-déblais occupé par le liquide A, à l'aide d'une membrane semi-perméable. La vidange de la saumure inter-déblais est alors contrôlée par la présence de cette membrane qui laisse passer la saumure mais pas l'air. On impose une pression d'air sur la cellule de manière à chasser la saumure inter-déblais sans pour autant désaturer la roche.
Une pression de 10 mbar (pouvant être contrôlée par une hauteur d'eau imposée dans un capillaire de 10 cm) permet alors d'assurer un bon drainage de l'espace inter déblais sans désaturer la roche et ce pour une large plage de perméabilité (l'air ne doit pas pouvoir rentrer dans le plus gros pore existant du milieu poreux dont la taille correspond à ce qu'on appelle la pression d'entrée).To facilitate the drainage of the inter-cuttings brine while keeping the cuttings saturated, it is also possible to carry out, in addition, a capillary desorption of the inter-cuttings space occupied by the liquid A, using a semi-permeable membrane. The emptying of the inter-excavated brine is then controlled by the presence of this membrane which allows the brine but not the air to pass. Air pressure is imposed on the cell so as to expel the inter-cutt brine without desaturating the rock. A pressure of 10 mbar (which can be controlled by a height of water imposed in a capillary of 10 cm) then makes it possible to ensure good drainage of the inter-cuttings space without desaturating the rock and this for a wide range of permeability ( the air must not be able to enter the largest existing pore of the porous medium, the size of which corresponds to what is called the inlet pressure).
Puis, après cette vidange rapide (drainage gravitaire aidée par une pression d'air) et efficace (utilisation d'une membrane semi-perméable et d'une pression d'air), on remplit la cellule avec un autre liquide conducteur B (saumure de concentration moins forte que la saumure A) sans changer la nature du liquide (saumure A) saturant les déblais.Then, after this rapid emptying (gravity drainage helped by air pressure) and efficient (use of a semi-permeable membrane and air pressure), the cell is filled with another conductive liquid B (brine less concentrated than brine A) without changing the nature of the liquid (brine A) saturating the cuttings.
II faut effectuer les mesures avant que la diffusion du liquide B n'intervienne dans les pores des déblais en modifiant la saturation.It is necessary to carry out the measurements before the diffusion of the liquid B intervenes in the pores of the cuttings by modifying the saturation.
Dans la pratique, le temps disponible pour effectuer les mesures se déduit de la comparaison entre le temps de diffusion et le temps de drainage. La figure 4 illustre des données expérimentales montrant une dérive du signal de conductivité (la tension électrique en mV sur l'axe des ordonnées) aux temps (en mn sur l'axe des abscisses) longs après une opération de vidange (t=0). Elle montre clairement que l'effet (baisse de tension) de la diffusion de la la saumure inter-déblais n'est pas un phénomène rapide. Il faut plus d'une heure pour que l'on observe un effet notable sur les résultats. Cette figure 4 confirme donc que des techniques de vidange rapides sont opérationnelles pour appliquer la méthode à deux liquides miscibles.In practice, the time available to carry out the measurements is deduced from the comparison between the diffusion time and the drainage time. Figure 4 illustrates experimental data showing a drift of the conductivity signal (the electrical voltage in mV on the ordinate axis) at times (in min on the abscissa axis) long after a draining operation (t = 0) . It clearly shows that the effect (drop in voltage) of the spread of the inter-cutt brine is not a rapid phenomenon. It takes more than an hour for a noticeable effect on the results to be observed. This figure 4 therefore confirms that rapid draining techniques are operational for applying the method to two miscible liquids.
A l'issue de cette phase, on a donc des déblais saturés en liquide A baignant dans un liquide B. On mesure alors la conductivité globale du système que l'on note OB . Cet état, noté état B, est représenté sur la figure 3, où IB représente le liquide B dans l'espace inter-déblais et DA représente le liquide A dans les déblais. De plus, les déblais n'ont pas été retirés de la cellule lors de la vidange et du remplissage par le second liquide B, ce qui permet de conserver la forme du milieu poreux et donc de rendre les mesures plus fiables (mesures équivalentes entre l'état A et l'état B). Les deux liquides utilisés étant des saumures, aucune précaution expérimentale particulière ne doit être considérée.At the end of this phase, there are therefore cuttings saturated with liquid A immersed in a liquid B. The overall conductivity of the system is then measured, denoted by O B. This state, denoted state B, is represented in FIG. 3, where IB represents the liquid B in the inter-cuttings space and DA represents the liquid A in the cuttings. In addition, the cuttings were not removed from the cell during emptying and filling with the second liquid B, which makes it possible to preserve the shape of the porous medium and therefore to make the measurements more reliable (equivalent measurements between the 'state A and state B). The two liquids used being brines, no particular experimental precaution should be considered.
Si on utilise des saumures de salinité connue comme les liquides A et B, on peut déduire la valeur de leur conductivité à partir de tables telles que celles que l'on peut trouver dans la publication suivante :
- Worthington A.E., Hedges J.H., Pallatt N. :" SCA Guidelines for sample préparation and porosity measurement of electrical resistivity samples", The Log Analyst, pp 20- 28, January-February 1990.If brines of known salinity such as liquids A and B are used, the value of their conductivity can be deduced from tables such as those which can be found in the following publication: - Worthington AE, Hedges JH, Pallatt N.: "SCA Guidelines for sample preparation and porosity measurement of electrical resistivity samples", The Log Analyst, pp 20-28, January-February 1990.
Dans un cas plus général, il est aussi possible de mesurer directement la valeur de la conductivité des liquides A et B à l'aide d'un conductimètre. On note alors OA et OB les conductivités des liquides A et B seuls.In a more general case, it is also possible to directly measure the value of the conductivity of liquids A and B using a conductivity meter. We then denote by O A and O B the conductivities of liquids A and B alone.
Dans la procédure utilisée, il faut noter l'avantage d'utiliser en premier lieu la saumure la plus salée et la plus conductrice, et de remplacer l'espace inter-déblais par la saumure la moins salée. Cela permet de conserver le liquide le plus conducteur dans la roche pour favoriser la précision de la mesure du FF.In the procedure used, note the advantage of first using the most salty and most conductive brine, and replacing the inter-excavated space with the least salty brine. This keeps the most conductive liquid in the rock to promote the accuracy of the measurement of the FF.
Interprétation des résultats expérimentaux en terme de FFInterpretation of experimental results in terms of FF
On considère que l'ensemble du volume est occupé par 2 types de milieux 1 et 2. La fraction volumique du milieu 1 est notée x et la fraction volumique du milieu 2 est notée y, égale à 1-x. Dans la suite, on va toujours considérer que le milieu 1 représente le liquide A ou B inter-déblais et le milieu 2, les déblais de roche saturés. Les conductivités de chacun des milieux, liquide inter-déblais et déblais de roche saturés, sont notées σi et σ2 et la conductivité globale du système est notée σ .We consider that the entire volume is occupied by 2 types of medium 1 and 2. The volume fraction of medium 1 is denoted x and the volume fraction of medium 2 is denoted y, equal to 1-x. In the following, we will always consider that the medium 1 represents the inter-cuttings liquid A or B and the medium 2, the saturated rock cuttings. The conductivities of each of the media, inter-cuttings liquid and saturated rock cuttings, are noted σi and σ 2 and the overall conductivity of the system is noted σ.
Pour prendre en compte le caractère mélangé des deux milieux, la méthode selon l'invention a été mise en œuvre à partir de techniques issues de la théorie des champs moyens telle que décrite dans les publications suivantes,To take into account the mixed nature of the two media, the method according to the invention was implemented using techniques from the theory of mean fields as described in the following publications,
Berryman J.G. :" Mixture Théories for Rock Properties", Rock Physics and Phase Relation, pp 205-228, 1990 ; ouBerryman J.G.: "Mixture Theories for Rock Properties", Rock Physics and Phase Relation, pp 205-228, 1990; or
- Bruggeman D.A.G. : ' Berechnung verschiedener physikalischer Konstanten von heterogenen Substanzen ", Ann. Physik. (Leipzig), 24, 636-679, 1935.- Bruggeman D.A.G. : 'Berechnung verschiedener physikalischer Konstanten von heterogenen Substanzen ", Ann. Physik. (Leipzig), 24, 636-679, 1935.
Toute autre méthode prenant en compte ce caractère "mélangé" pourrait être utilisée sans sortir du cadre de l'invention.Any other method taking into account this "mixed" character could be used without departing from the scope of the invention.
Suivant une première approche appelée auto-similaire, on peut écrire la relation suivante :
h(x)x- = 0 avec : h(x) = l - f(y) σ. + 2σ σ2 + 2σAccording to a first approach called self-similar, we can write the following relation: h (x) x- = 0 with: h (x) = l - f (y) σ. + 2σ σ 2 + 2σ
où h et/ sont des fonctions des fractions volumiques prenant en compte la forme des grains constituants les déblais. Par exemple, dans le cas de grains sphériques, on a la relation suivante : f(y) = y1 avec L = y~ .where h and / are functions of the volume fractions taking into account the shape of the grains constituting the cuttings. For example, in the case of spherical grains, we have the following relation: f (y) = y 1 with L = y ~.
On peut alors écrire l'équation précédente pour les deux états (A et B) mesurés expérimentalement :We can then write the previous equation for the two states (A and B) measured experimentally:
σ, = σA σ, = σ A
Etat A : σ = σ Λ State A: σ = σ Λ
'FF'FF
σ, = σB σ, = σ B
Etat B : σ, = w A,State B: σ, = w A,
FFFF
Les équations (2) et (3) peuvent aussi s'écrireEquations (2) and (3) can also be written
Les fonctions permettant de prendre en compte la forme des grains {h et f) sont inconnues et difficiles à estimer. L'intérêt de faire les mesures avec deux liquides interdéblais apparaît alors nettement : la combinaison des équations (4) et (5) permet de supprimer l'inconnue f(y).The functions allowing to take into account the shape of the grains (h and f) are unknown and difficult to estimate. The advantage of making the measurements with two interblow liquids then appears clearly: the combination of equations (4) and (5) makes it possible to remove the unknown f (y).
En effet, en combinant les équations (4) et (5), on obtient alorsIndeed, by combining equations (4) and (5), we then obtain
En posant, KA = X = A/pp , on obtient
alors une équation du second degré que l'on sait résoudre de manière analytique,By setting, K A = X = A / pp , we obtain then a quadratic equation that we know how to solve analytically,
{KB-KA)X2+[κB(2σA'-σB')-KA(2σB'-σA')]x + 2σ σB'(KA-KB) = 0 (7){K B -K A ) X 2 + [κ B (2σ A '-σ B ') -K A (2σ B '-σ A ')] x + 2σ σ B '(K A -K B ) = 0 (7)
La résolution de cette équation donne toujours deux racines réelles car le discriminant est toujours strictement positif,The resolution of this equation always gives two real roots because the discriminant is always strictly positive,
Delta = {κB(2σA -σB')-K (2σB' -σA) +SσA'σB'{KB -KA)2 Delta = {κ B (2σ A -σ B ') -K (2σ B ' -σ A ) + Sσ A 'σ B ' {K B -K A ) 2
2{KB-KA)σ2 {K B -K A ) σ
FF = (8)FF = (8)
-(κB (2σA -σB' )-KA (2σB -σA' ))±4 Delta- (κ B (2σ A -σ B ') -K A (2σ B -σ A ')) ± 4 Delta
Des deux solutions, on garde uniquement celle qui est physiquement acceptableOf the two solutions, we only keep the one that is physically acceptable
(FF>0).(FF> 0).
Suivant une deuxième procédure, on utilise une approche dérivative et on peut écrire la relation suivante entre σi (conductivité de l'espace inter-déblais), σ2 (conductivité des déblais) et σ (conductivité globale du système),
According to a second procedure, we use a derivative approach and we can write the following relationship between σi (conductivity of the inter-cuttings space), σ 2 (conductivity of the cuttings) and σ (overall conductivity of the system),
L'équation précédente peut être appliquée pour les deux états (A et B) mesurés expérimentalement :The above equation can be applied for the two states (A and B) measured experimentally:
σ, =σA σ, = σ A
Etat A : σ =o\State A: σ = o \
'FF'FF
σ, =σB σ, = σ B
EtatB σ =σc σι /FF StateB σ = σ c σ ι / FF
En combinant les équations (12) et (13), on obtient alors directement une relation où la seule inconnue est FF :By combining equations (12) and (13), we then directly obtain a relation where the only unknown is FF:
En posant maintenant, KA X = γFF , on obtient alors
une équation du second degré en X,By posing now, K A X = γ FF , we then obtain a quadratic equation in X,
(KA -KB)X2 -[κÀ(σA' +σB)-KB(σB' + σ A)]x + K AσA'σ B -KBσB'σA =0 (15)(K A -K B ) X 2 - [κ À (σ A '+ σ B ) -K B (σ B ' + σ A )] x + K A σ A 'σ B -K B σ B ' σ A = 0 (15)
Le discriminant de cette équation s'écrit :The discriminant of this equation is written:
Delta = [KA (σ* - σ - KB (σB' - σA f + 4KAKB (σB' - σA
- σB )
et conduit à l'obtention de deux solutions réelles dont on garde uniquement la solution physique acceptable (FF>0),Delta = [K A (σ * - σ - K B (σ B '- σ A f + 4K A K B (σ B ' - σ A - σ B ) and leads to the obtaining of two real solutions of which only the acceptable physical solution is kept (FF> 0),
Validation de la méthode par comparaison avec des mesures de référenceValidation of the method by comparison with reference measurements
Une série d'expériences a été réalisée à partir de roches de perméabilité et de porosité variées pour comparer les résultats obtenus sur déblais suivant les deux procédures détaillées précédemment avec des mesures obtenues par une procédure classique sur carotte.A series of experiments was carried out using rocks of various permeability and porosity to compare the results obtained on cuttings according to the two procedures detailed previously with measurements obtained by a conventional procedure on carrot.
L'ensemble des résultats est présenté sur les diagrammes croisés des figures 5A et 5B, où l'axe des ordonnées représente la valeur du FF mesuré sur carotte (FFC) et l'axe des abscisses la valeur du facteur de formation mesuré sur déblais avec respectivement la méthode auto-similaire (FF A) et la méthode dérivative (FFD). Le tableau de la figure 6 regroupe ces résultats pour différents échantillons (Ech) ayant des perméabilités (K) et des porosités (φ) différentes. Ces résultats mettent en évidence une très bonne corrélation entre les mesures de référence et les mesures sur déblais. Des deux approches envisagées, autosimilaire ou dérivative, il semble que la deuxième donne les meilleurs résultats.All the results are presented on the crossed diagrams of FIGS. 5A and 5B, where the ordinate axis represents the value of the FF measured on core (FFC) and the abscissa axis the value of the training factor measured on cuttings with respectively the self-similar method (FF A) and the derivative method (FFD). The table in FIG. 6 groups these results for different samples (Ech) having different permeabilities (K) and porosities (φ). These results show a very good correlation between the reference measurements and the measurements on cuttings. Of the two approaches considered, self-similar or derivative, it seems that the second gives the best results.
Il faut préciser que les méthodes de calcul dites "auto-similaire" et "dérivative" qui ont été mises en œuvre pour évaluer le facteur de formation selon la présente invention, n'ont été décrites qu'à titre d'exemples non limitatifs.
It should be noted that the so-called "self-similar" and "derivative" calculation methods which have been used to evaluate the training factor according to the present invention have only been described by way of non-limiting examples.
Claims
REVENDICATIONS
1) Méthode pour évaluer le facteur de formation d'une zone souterraine à partir de déblais de forage remontés à la surface du forage de puits, dans laquelle on utilise un dispositif comprenant une cellule (1) adaptée à contenir des déblais de forage et pourvue d'électrodes connectées à un appareil de mesure de la conductivité du contenu de la cellule, la méthode étant caractérisée en ce qu'elle comporte au moins les étapes suivantes :1) Method for evaluating the factor of formation of an underground zone from cuttings brought up to the surface of the borehole, in which a device is used comprising a cell (1) adapted to contain cuttings and provided electrodes connected to a device for measuring the conductivity of the contents of the cell, the method being characterized in that it comprises at least the following steps:
- on nettoie lesdits déblais avant de les disposer dans la cellule;- said cuttings are cleaned before placing them in the cell;
- on remplit la cellule d'une première solution électrolytique (A) de conductivité connue ( σA ) de façon à saturer les déblais de forage par cette première solution électrolytique (A);- the cell is filled with a first electrolytic solution (A) of known conductivity (σ A ) so as to saturate the cuttings with this first electrolytic solution (A);
- on mesure la conductivité électrique globale ( σA * ) de la cellule avec son contenu ;- the overall electrical conductivity (σ A * ) of the cell with its content is measured;
on évacue la première solution électrolytique (A) restant entre les déblais hors de la cellule;the first electrolytic solution (A) remaining between the cuttings is removed from the cell;
- on remplit la cellule d'une seconde solution électrolytique (B) de conductivité connue (σB);- the cell is filled with a second electrolytic solution (B) of known conductivity (σ B );
- on détermine la conductivité électrique globale (σ^ ) de la cellule contenant la seconde solution électrolytique (B) et les déblais saturés par la première solution électrolytique (A) ;- the overall electrical conductivity (σ ^) of the cell containing the second electrolytic solution (B) and the cuttings saturated with the first electrolytic solution (A) are determined;
- on en déduit le facteur de formation (FF) des déblais à partir des mesures précédentes.- the formation factor (FF) of the cuttings is deduced from the previous measurements.
2) Méthode selon la revendication 1, dans laquelle on sature les déblais en gaz carbonique par injection de ce gaz dans la cellule, avant de remplir la cellule de la première solution électrolytique (A).2) Method according to claim 1, in which the cuttings are saturated with carbon dioxide by injection of this gas into the cell, before filling the cell with the first electrolytic solution (A).
3) Méthode selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle les solutions électrolytiques sont des saumures de concentrations différentes.3) Method according to one of the preceding claims, in which the electrolytic solutions are brines of different concentrations.
4) Méthode selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle la concentration et la conductivité de la première solution électrolytique (A) sont supérieures à celles de la seconde solution (B).
5) Méthode selon la revendication 1, dans laquelle on évacue la première solution électrolytique (A) restant entre les déblais hors de la cellule par vidange gravitaire.4) Method according to one of the preceding claims, wherein the concentration and the conductivity of the first electrolytic solution (A) are higher than those of the second solution (B). 5) Method according to claim 1, in which the first electrolytic solution (A) remaining between the cuttings is removed from the cell by gravity emptying.
6) Méthode selon l'une des revendications 1 ou 5, dans laquelle on évacue la première solution électrolytique (A) par une injection d'air.6) Method according to one of claims 1 or 5, wherein the first electrolytic solution (A) is removed by an injection of air.
7) Méthode selon la revendication 6, dans laquelle la pression de l'air injecté est déterminée en fonction de la taille des pores des déblais.7) Method according to claim 6, wherein the pressure of the injected air is determined according to the size of the pores of the cuttings.
8) Méthode selon la revendication 5, dans laquelle le drainage gravitaire est amélioré par désorption capillaire;8) Method according to claim 5, wherein the gravity drainage is improved by capillary desorption;
9) Méthode selon la revendication 8, dans laquelle la désorption capillaire est effectuée à l'aide d'une membrane semi-perméable laissant passer la première solution électrolytique mais ne laissant pas passer l'air;9) Method according to claim 8, wherein the capillary desorption is carried out using a semi-permeable membrane allowing the first electrolytic solution to pass but not letting the air pass;
10) Méthode selon la revendication 1, dans laquelle le facteur de formation est déterminé à partir de la théorie des champs moyens.10) Method according to claim 1, wherein the training factor is determined from the theory of mean fields.
11) Dispositif pour la mise en œuvre de la méthode selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comporte :11) Device for implementing the method according to one of claims 1 to 10, characterized in that it comprises:
- des moyens de saturation en CO2 des déblais contenus dans la cellule;- means for saturating the cuttings contained in the cell with CO2;
- des moyens de vidange rapide de la solution électrolytique comprise entre les déblais.- means for rapid emptying of the electrolytic solution between the cuttings.
12) Dispositif selon la revendication 11, dans lequel lesdits moyens de vidange comprennent une membrane semi-perméable, perméable à la saumure et imperméable à l'air.
12) Device according to claim 11, wherein said draining means comprise a semi-permeable membrane, permeable to brine and impermeable to air.
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