FR2524651A1 - Diagraphie de radioactivite naturelle dans les sondages - Google Patents
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Abstract
L'INVENTION SE RAPPORTE A UN PROCEDE ET UN DISPOSITIF DE DIAGRAPHIE DE LA RADIOACTIVITE GAMMA NATURELLE DANS LEQUEL LE RAYONNEMENT DETECTE DANS CINQ FENETRES D'ENERGIES EST CONVERTI EN UNE DIAGRAPHIE DE TENEURS EN THORIUM, URANIUM ET POTASSIUM TH, U, K DES FORMATIONS. CES TENEURS SONT CORRIGEES POUR LA PRESENCE DE MATERIAUX EMETTEURS DE RAYONS GAMMA (PAR EXEMPLE POTASSIUM) OU ATTENUATEURS DE RAYONS GAMMA (PAR EXEMPLE BARITE OU HEMATITE) DANS LES FLUIDES DU SONDAGE.
Description
DIAGRAPHIE DE RADIOACTIVITE NATURELLE DANS LES SONDAGES
1 L'invention se rapporte aux diagraphies effectuées dans les sondages et dont les mesures sont utilisées pour la rechlerche et l'exploitation des ressources du sous-sol, comme par exemple le pétrole et le gaz L'invention concerne plus particulièrement un procédé et un dispositif de diagraçhie de radioactivité naturelle dans lequel on détecte cette radioactivité dans des fenêtres d'énergies sélectionnées et l'on convertit les mesures en un enregistrement des teneurs en certains matériaux tels que le thorium, l'uranium et le potassium Plus précisément, l'invention se rapporte à l'obtention d'un enregistrement des teneurs en matériaux sélectionnés dans lequel on corrige les erreurs dues aux substances radioactives (par exemple le potassium sous forme de chlorure de potassium) contenues dans les fluides du sondage, ou aux substances absorbant les radiations comme la barite ou
l'hématite contenues dans ces fluides.
Dans les dispositifs de l'art antérieur, on descend dans le sondage un appareil capable de détecter la radioactivité gamma naturelle dans plusieurs fenêtres d'énergies et l'on effectue un enregistrement du rayonnement gamma détecté dans ces fenêtres respectives Ces rayons gammaa sont émis par des matériaux du sous-sol comme le thorium, l'uranium et le potassium (Th, U, K) ayant chacun un spectre d'énergies caractéristique Les signaux de sortie de l'appareil sont convertis en teneurs de Th, U et K aux différents niveaux du sondage Cette diagraphie T Ib, U, K est importante pour la recherche des ressources du sous-sol car ces -2- 1 matériaux sont liés à la géologie et à la morphologie des roches Une telle diagraphie est particulièrement utile pour l'exploration du pétrole et du gaz car les teneurs en Th, U et K donnent une bonne indication sur la présence, le type et la quantité d'argile contenue dans les formations. Bien que les spectres d'énergies caractéristiques de Th, U et K permettent, en principe, de séparer le rayonnement détecté suivant le matériau dont il provient, en pratique, le spectre détecté est relativement continu avec une faible résolution en énergie et des taux de comptage peu élevés Des
techniques connues permettent toutefois d'estimer ces teneurs.
Les conditions de mesure de la diagraphie Th, U, K, ont été rendues encore plus difficiles récemment par l'utilisation de fluides de forage contenant du chlorure de potassium (KCI) et des substances denses (B) absorbant
fortement les rayons gamma tels que la barite ou l'hématite.
Le chlorure de potassium contenu dans ces fluides émet des rayons gamma qui s'ajoutent à ceux du potassium des formations tandis que le matériau absorbant réduit de façon significative le rayonnement gamma provenant des formations En pratique, il est impossible de mesurer la teneur en KCI ou B de la boue lorsque le sondage est foré et on ne connaît pas de technique permettant de corriger de façon satisfaisante l'influence de ces substances sur la diagraphie Th, U, K. Un objet de l'invention est de corriger l'influence de ce type de fluides sur la diagraphie de radioactivité naturelle utilisée pour la détermination des teneurs en thorium, uranium
et potassium.
On sait que la barite de la boue a une influence importante sur les diagraphies de densité Le brevet des Etats Unis d'Amérique N O 3 900 733 (B Seeman) et les références citées dans ce brevet décrivent des techniques de correction de l'influence de la barite On sait aussi que le chlorure de potassium dans la boue a une influence importante sur les mesures de radioactivité naturelle: voir l'article de J W COX et al intitulé "Ihe effect of potassium-salt muds on gamma-ray
and spontaneous potential measurements", SPWLA 1976.
-3- 1 Toutefois, aucune des techniques connues ne permet de corriger de façon satisfaisante l'influence de tels fluides de forage. Selon un aspect de l'invention, un procédé de diagraphie consiste à produire des mesures de rayons gamma détectés dans des fenêtres d'énergie sélectionnées et à convertir ces mesures en teneurs en matériaux sélectionnés par exemple Th, U et K, lesdites teneurs étant sensiblement corrigées pour l'influence d'au moins une des substances contenues dans les fluides du sondage et qui, soit émettent des rayons gamma (par exemple sels de potassium), soit atténuent les rayons gamma (par exemple un atténuateur puissant tel que la barite ou l'hématite) L'invention utilise le fait que la présence de plus de trois fenêtres (par exemple cinq), et les différentes contributions de Th, U et K à ces fenêtres, peuvent être utilisées pour trouver, en plus des teneurs en Th, U et K, au moins un et, de préférence, deux autres facteurs: les teneurs en KC 1 et en B des fluides du sondage Plus particulièrement, l'invention utilise le fait que les rayons gamma du potassium contribuent principalement aux trois fenêtres basses d'énergies et que le spectre des rayons gamma du potassium des fluides du sondage est quelque peu différent de celui des formations L'invention utilise aussi le fait que les rayons gamma naturels du thorium sont principalement détectés dans la fenêtre 5 et beaucoup moins dans la fenêtre 4 tandis que les rayons gamma naturels de l'uranium sont détectés sensiblement dans chacune des fenêtres 4 et 5, la réponse supplémentaire au thorium et à l'uranium dans les fenêtres plus basses étant surtout due à l'interaction des rayons gamma du thorium et de l'uranium des formations du sondage et de l'appareil lui-même On a trouvé que si l'on estime les concentrations de thorium et d'uranium uniquement à partir des détections dans les deux fenêtre supérieures 4 et 5 d'énergies, ces estimations doivent concorder avec celles réalisées à partir des cinq fenêtre en l'absence de KC 1 dans la boue, et -4 - l qu'un désaccord entre ces deux estimations, non attribuable à des fluctuations statistiques, peut être utilisé comme indication de la présence de KC 1 dans la boue L'invention utilise aussi le fait qu'un absorbeur puissant qui réduit le flux de rayonnement à basse énergie qui atteint l'appareil diminue l'estimation de la teneur en uranium basée sur les cinq fenêtres et augmente l'estimation de la teneur en thorium, ces estimations en tnorium et uranium ayant environ la même
sensibilité en ce qui concerne l'absorbeur.
Dans un mode de réalisation de l'invention, les teneurs des trois matériaux (Th, U, K) sont déterminées au moyen d'une matrice empirique de sensibilité de l'appareil de diagraphie, à partir de cinq mesures corrigées dans cinq fenêtres d'énergie La première mesure corrigée est le signal de sortie de l'appareil de diagraphie pour la fenêtre 1, modifié pour tenir compte de la teneur inconnue en K Cl et de la correction B et modifié pour les variations de diamètre du sondage La deuxième et la troisième mesure corrigée sont les signaux de sortie respectifs pour la deuxième et la troisième fenêtre, individuellement modifiés pour tenir compte de la teneur en KCI et du diamètre du sondage Les quatrième et cinquième mesures corrigées sont simplement les signaux de sortie de l'appareil de diagraphie pour-les quatrième et cinquième fenêtres Cette détermination peut être effectuée à chaque niveau du sondage mais, pour réduire le temps de traitement, on calcule une moyenne des signaux de sortie pour plusieurs niveaux, principalement dans les intervalles o le sondage varie peu, de sorte que l'intervalle de profondeur correspondant à un échantillonnage des fenêtres est par exemple 1,20 m plutôt que l'intervalle habituel de 15 cm On obtient ensuite la teneur en potassium (K Cl) des fluides du sondage et la correction pour l'absorbeur puissant (B), pour chaque niveau étudié. -5- 1 Les teneurs en KC 1 et les corrections B obtenues précédemment aux différents niveaux varient sensiblement d'un niveau à l'autre Toutefois, l'expérience montre que le chlorure de potassium est généralement bien mélangé dans les fluides du sondage et que sa concentration doit être prise à peu près constante tout le long du sondage Dans le cas d'un absorbeur, l'expérience montre que l'absorption doit être principalement fonction du diamètre du sondage et ne devrait pas être trop modifiées par un cake de boue d'épaisseur variable Lhe moyenne des teneurs en KC 1 et des corrections B aux différents niveaux est parfois une bonne estimation des véritables valeurs de KC 1 et de B Toutefois, ce n'ext pas toujours le cas, car la dispersion des valeurs estimées pour KC 1 et B est due à de nombreux facteurs qui ne sont ni linéaires, ni consistants d'une profondeur à l'autre ou d'un sondage à l'autre Selon un aspect de l'invention, les moyennes des teneurs en KC 1 et des corrections B sont seulement utilisées comme points de départ d'un procédé qui trouve la meilleure cohérence entre la teneur en KC 1 et la correction B et les estimations de teneurs en Th et U tout le long de
l'intervalle étudié du sondage.
Les caractéristiques et avantages de l'invention
ressortiront mieux de la description qui va suivre donnée à
titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 représente les parties principales d'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention; la figure 2 représente les spectres du thorium, de l'uranium et du potassium et la position relative des cinq fenêtres d'énergies d'un appareil de diagraphie classique; la figure 3 est une partie d'un enregistrement classique d'une diagra Fhie de teneurs en thorium, uranium et potassium; la figure 4 a est une autre partie d'un tel enregistrement et la figure 4 b est un enregistrement obtenu par le procédé de l'invention à partir des mêmes mesures de rayons gamma; -6- 1 la figure 5 représente les étapes principales du procédé de l'invention; la figure 6 représente les écarts moyens entre des estimations faites à partir de deux fenêtres et à partir des cinq fenêtres; la figure 7 est un organigramme plus détaillé d'une partie du procédé de l'invention; la figure 8 est un organigramme montrant une autre partie du procédé de l'invention; la figure 9 est un organigramme montrant une routine utilisée dans la figure 8; la figure 10 est un graphique des relations permettant d'obtenir une valeur optimale de correction en présence d'un absorbeur puissant de rayons gamma contenu dans les fluides du sondage; et la figure 11 est un graphique des relations permettant d'obtenir une valeur optimale de la teneur en KC 1
des fluides du sondage.
En référence à la figure 1, un appareil de diagraphie 10 est disposé dans un sondage 11 pour l'exploration des formations 12 Dans un mode de réalisation particulier, l'appareil 10 détecte la radioactivité naturelle dans plusieurs fenêtres d'énergies par exemple cinq LU exemple d'un tel
appareil est décrit dans le brevet français N O 2 245 962.
L'appareil 10 est suspendu dans le sondage 11 par un câble 13 qui passe sur une poulie 14 et s'enroule sur un treuil 16 Le treuil 16 comprend un collecteur à balais qui réalise la liaison entre les conducteurs du câble 13 et une unité de surface 17 qui alimente en courant l'appareil, commande la transmission des signaux par le câble 13 et traite les signaux en provenance de l'appareil 10 avant de les appliquer à une mémoire 18 Les unités 17 et 18 peuvent comprendre des moyens pour convertir les signaux analogiques reçus de l'appareil 10 en signaux numériques associés à chaque niveau N du sondage 11 dont la profondeur, fournie par une roue 19 en appui sur le -7- 1 câble 13, est appliquée à un enregistreur 20, lui-même relié à l'unité 17 et/ou à la mémoire 18 La mémoire 18 peut contenir des diagraphies provenant de dispositifs de mesure distincts portés par le même appareil de fond ou descendus successivement dans le sondage et aussi des diagraphies relevées dans différents sondages et se rapportant aux mêmes formations o à des formations similaires Un équipement de surface 21 commande la vitesse et la position de l'appareil 10 dans le
sondage 11.
Dans l'exemple, l'appareil ( 10) de spectroscopie de la radioactivité gamma naturelle comprend un détecteur à scintillation l Oa formé par un cristal de iodure de sodium de cm de long et de 4,5 cm de diamètre couplé optiquement à un photomultiplicateur Des circuits électroniques l Ob sont reliés à la sortie du photomultiplicateur pour déterminer le nombre de rayons gamma dans chacune de cinq fenêtres d'énergies Un exemple des plages d'énergies des différentes fenêtres Wl, W 2, W 3, W 4 et W 5 estreprésenté sur la figure 2, les limites de ces plages étant indiquées en Me V L'ordonnée est graduée en unités de probabilité d'émission des rayons gamma, la courbe de gauche indiquant le spectre du rayonnement gamma total auquel est soumis l'appareil et les trois autres courbes indiquant les rayonnements gamma dus au potassium, à
l'uranium et au thorium auxquels est soumis l'appareil.
Evidemment, la figure 2 est obtenue dans le cas idéal o l'on ne tient pas compte de l'interaction des rayons gamma émis avec les formations, avec les fluides du sondage et avec l'appareil lui-même, ni de l'influence des formations adjacentes sur la formation étudiée En particulier, les courbes de la figure 2 ne tiennent pas compte de l'influence des fluides lla du sondage En fait, ces fluides exercent toujours une certaine influence, ne serait-ce qu'en atténuant certains des rayons gamma provenant des formations avant qu'ils n'atteignent le détecteur 1 Oa Si ces fluides contiennent un émetteur de rayonnement gamma tel que des sels de potassium et un -8 - 1 atténuateur puissant de rayonnement gamma (par exemple de la barite), leur influence est particulièrement gênante Les termes atténuation et absorption sont utilisés ici de façon interchangeable bien que d'autres phénomènes que l'absorption peuvent contribuer à l'atténuation. Les circuits électroniques 106 effectuent une analyse d'amplitude classique sur les impulsions de sortie du photomultiplicateur de façon à les répartir dans les cinq fenêtres d'énergies de la figure 2 Les signaux de sortie du détecteur à scintillation sont ainsi accumulés dans chacune des cinq fenêtres pendant un temps correspondant à un faible intervalle de profondeur (par exemple 15 cm) du sondage, fournissant ainsi un échantillon de la diagraphie pour le niveau N qui identifie l'intervalle de 15 cm correspondant L 1 r tel échantillon comprend donc cinq mesures, une pour chaque fenêtre d'énergies La suite de ces échantillons, aux niveaux de profondeur successifs du sondage, forme la diagraphie de
mesure désignée ici par W(n).
L'appareil 10 peut comprendre un dispositif de mesure du diamètre du sondage l Oc qui fournit en surface, par l'intermédiaire du câble 13, une diagraphie de diamètre ayant un échantillon pour chaque niveau n Cette diagraphie appelée CAL(n) est aussi stockée dans la mémoire 18 après un traitement
facultatif dans l'unité 17.
A partir de la mémoire 18, la diagraphie des cinq mesures de radioactivité W(n) et la diagraphie de diamètre CAL(n) peuvent être transmises à une autre unité 22 par câble, télécommunication ou toute autre technique Dans une unité 24, les diagraphies W(n) et CAL(n) sont soumises à un lissage sur
plusieurs niveaux pour donner les diagraphies W(m) et CAL(m).
Par exemple, quatre niveaux successifs des diagraphies W(n) et CAL(n) sont combinés par groupes pour calculer leur moyenne W(m) et CAL(m) afin de réduire le temps de traitement ultérieur Dans une unité 26, on fait une estimation initiale, pour le niveau m, de la teneur en KC 1 et de la correction B qui influent sur les rayonnements gamma détectés pour en déduire -9 - 1 une estimation initiale des teneurs en thorium, uranium et potassium dans les formations pour le niveau m Ces estimations sont obtenues par la technique décrite plus en
détail par la suite.
Dans l'unité 28, les estimations initiales de la teneur en KC 1 et de la correction B pour les fluides, sont optimisées en une valeur unique de KC 1 et de B, ces valeurs étant utilisées dans l'étape 30 pour obtenir, dans les formations, des teneurs en Th, U et K sensiblement corrigées pour l'influence de KC 1 et de B des fluides du sondage Dans l'étape 32, les estimations optimisées de KC 1 et de B et les teneurs corrigées en Th, U et K sont mises en mémoire ou enregistrées pour fournir une représentation tangible de ces valeurs. En référence à la figure 3, on a représenté un exemple de l'effet du KC 1 des fluides du sondage sur les teneurs en Th, U et K obtenues par les procédés classiques connus Comme indiqué, l'ordonnée est la profondeur du sondage, l'abcisse pour la teneur en thorium (courbe 34) est graduée en parties par million de O à 20, l'abcisse pour la teneur en uranium (courbe 36) est graduée en parties par million de O à 10 et l'abcisse pour la teneur en potassium (courbe 38) est graduée en pourcents La courbe 40 est la radioactivité gamma totale détectée par l'appareil 10 Cet enregistrement Th, Ut, K de l'art antérieur montre une inexactitude immédiatement apparente: des teneurs en uranium négatives en 36 a, ce qui est une impossibilité physique On peut voir aussi des valeurs
anormalement élevées des teneurs en thorium sur la courbe 34.
Ces valeurs élevées ne peuvent évidemment pas être corrigées par une simple soustraction de la radioactivité de fond car une telle correction devrait aussi être appliquée à la courbe de
l'uranium qui semble déjà trop basse par endroits.
La figure 4 a représente une autre section de diagraphie IÂ, U, K dans une partie donnée d'un sondage et la figure 46 représente la même partie de sondage pour laquelle la correction de l'invention a été effectuée La courbe de l'uranium a des valeurs plus élevées alors que les courbes du 10- 1 potassium et du thorium ont des valeurs plus basses Ces courbes corrigées de la figure 46 semblent plus en accord avec
les teneurs réelles en Tn, u et K des formations.
La figure 5 est un organigramme des principales étapes d'une mise en oeuvre du procédé de l'invention Le procédé commence par l'étape 50 de production des diagraphies W(n) et CAL(n) par exemple telles que fournies par l'unité 22 de la figure 1 Dans l'étape 52, ces diagraphies sont transformées en diagraphies W(m) et CAL(m) Chaque échantillon m est formé par un nombre donné de mesures à des niveaux n Par exemple chaque échantillon m est formé par la valeur moyenne de quatre échantillons n Cette étape sert à améliorer la précision statistique des mesures formant la diagraphie W{n) et à réduire le temps de traitement ultérieur Cette étape 52 est facultative et l'on peut appliquer la suite du procédé aux échantillons n Dans l'étape 54, on fait une estimation des teneurs Th, U et K, de la teneur en KC 1 des fluides du sondage et de la correction B au niveau m en fonction des échantillons
aux différents niveaux m de la diagraphie W<m).
Dans l'étape 56, on détermine des valeurs optimisées pour la teneur KC 1 et la correction B au moyen d'un traitement, décrit en détail par la suite, qui fournit une seule teneur KC 1 et une seule correction B les plus en accord avec les mesures réelles relevées dans le sondage Dans l'étape 58, les valeurs optimisées de KC 1 et de B sont utilisées pour corriger les mesures W(n) en supprimant, des mesures dans les fenêtres 1, 2 et 3, la contribution du KC 1 des fluides du sondage et en augmentant les mesures dans la fenêtre 1 pour tenir compte de l'absorption des rayons gamma de basses énergies par l'absorbeur puissant des fluides du sondage Dans l'étape 60, la mesure corrigée W(n) est utilisée pour déterminer des teneurs Th, U, K corrigées en utilisant la technique connue permettant de passer des mesures non corrigées aux teneurs Th, U, K Dans l'étape 62, au moins certaines des valeurs corrigées des mesures, des teneurs Th, U, K et des corrections sont mises en mémoire ou enregistrées pour donner une
représentation tangible des résultats.
-11- 1 L'étape 54 de la figure 5 est basée sur des relations entre les mesures W(n) et les teneurs lh, U, K, ces relations étant en nombre suffisant pour obtenir les inconnues Il est déjà connu de calculer, à partir des mesures W(n) dans cinq fenêtres, les teneurs en trois matériaux Th, U et K au moyen
d'une matrice H de sensibilité de l'appareil de diagraphie.
Cette matrice est obtenue empiriquement en déterminant la réponse de l'appareil dans des conditions particulières, par exemple dans un puits d'étalonnage qui contient des teneurs connues en Th,) et K Ces relations peuvent s'exprimer sous la forme: l Wl, W 2, W 3, W 4, W 5 l = H l m I, u, K J pour un appareil donné dans un sondage standart ( 20 cm de diamètre rempli d'eau) Un exemple de cette matrice a les valeurs numériques suivantes:
,1366 21,7722 37,4768
3,27358 6,41613 16,5969
0,61623 1,61744 7,5186
0,32686 0,56565 O
0,46439 0,16434 0
On peut trouver des matrices similaires utilisables pour 3 fenêtres, 4 fenêtres, 6 fenêtres, etc Selon l'invention, on modifie les relations précédemment connues W = HX, dans l'exemple d'une diagraphie à cinq fenêtres, en considérant que la mesure de la fenêtre 1 est affectée, en plus de la radioactivité des formations, d'une part par le rayonnement provenant du KC 1 des fluides du sondage et, d'autre part, par
l'absorption d'un absorbeur puissant contenu dans ces fluides.
On considère aussi que les mesures des fenêtres 2 et 3 sont affectées à la fois par la radioactivité des formations et par
le rayonnement du KC 1 contenu dans les fluides du sondage.
Plus particulièrement, on a trouvé que la contribution du KC 1 des fluides à la mesure d'une fenêtre donnée, croit en fonction du diamètre du sondage et de la teneur en KCI, que l'appareil de diagraphie soit centré ou excentré, et que la contribution W(K Cl) à la mesure d'une fenêtre donnée peut être exprimée, sous sa forme générale par l'équation: -12- 1 W W(KC 1) = (K Cl) a l 1eb(CAL -c)l dans laquelle a, b et c sont des constantes susceptibles d'être obtenues empiriquement par des mesures de l'appareil dans des puits d'-étalonnage de diamètre connu et contenant des boues ayant des teneurs connues en KC 1. Selon l'invention, on a trouvé les relations suivantes pour les trois fenêtres les plus basses dans le cas d'un -appareil à cinq fenêtres Dans ces relations W(KC 1) est la contribution du KCI des fluides du sondage à une mesure dans une fenêtre, KC 1 étant exprimé en pourcents et CAL en pouces (= 2,54 cm): W 1 (K Cl) = (KC 1) 59,86 ( 1-e-0 0046 (cal-362)) = (KC 1) fl (r) W 2 (KC 1) = (KC 1) 22,16 ( 1-e-0 0078 (cal-3 '62)) = (KC 1) f 2 (r)( 1) W 3 (KC 1) = (K Cl) 11,22 ( 1-e-0,1136 (cal-3,62)) = (KC 1) f 3 (r) Selon l'invention, la relation matricielle entre les mesures dans les fenêtres et les teneurs en Th, U, K peut maintenant être corrigée pour l'influence de la présence de KC 1 et de B dans les fluides du sondage, compte tenu de l'effet ci-dessus sur les trois fenêtres basses, selon l'expression suivante: lW 1 (K Cl)fl(r)l/B W 2 (KC 1)f 2 (r) Th W 3 (K Cl)f 2 (r) = H U ( 2)
W 4 K
W 5 Les cinq inconnues de l'expression ( 2) sont: la teneur en KC 1 des fluides du sondage, la correction B et les teneurs en Th, U et K des formations et il existe cinq relations pour les déterminer Les cinq valeurs qui donnent les meilleures correspondances avec les mesures suivant la règle décrite par la suite, donnent une estimation initiale de
KC 1 et de B pour chaque niveau m du sondage.
-13- 1 Dans l'étape 56 (optimisation des estimations de KC 1 et B), on utilise l'idée nouvelle selon laquelle, en l'absence de KC 1 dans les fluides du sondage, une estimation des teneurs en uranium et thorium basée sur la relation matricielle H entre les mesures et les teneurs Th, u, K doit concorder avec une estimation de l'uranium et du thorium basée seulement sur les mesures obtenues dans les deux fenêtres à hautes énergies Uhe telle estimation effectuée à partir des deux fenêtres hautes est désignée par U 2 et TH 2 et peut être calculée par une relation tronquée qui n'utilise que les mesures de radioactivité W 4 et W 5 dans les fenêtres supérieures
D 2 = 2,23 W 4 1,568 W 4
TH 2 = 2,271 W 5 0,79 W 4 ( 3)
Toute différence entre les estimations U 2, TH 2 et les estimations U 5, TH 5 basées sur les cinq fenêtres et obtenues par la relation W(n) = H lTh, U, Kl de l'art antérieur, si elle n'est pas due aux fluctuations statistiques, doit indiquer la
présence de KC 1 dans les fluides du sondage.
Du fait des variations statistiques des mesures d'un niveau à l'autre, et pour d'autres raisons, il est préférable d'examiner tout l'intervalle étudié du sondage, plutôt que les niveaux individuels, pour trouver les teneurs en KC 1 des fluides du sondage qui minimisent les différences entre les estimations de l'uranium et du thorium à partir de deux -25 fenêtres et à partir de cinq fenêtres Les paramètres à minimiser sont les écarts moyens SIGU et SIGTH des différences entre les deux estimations, écarts donnés par les équations suivantes (SIG U)2 lm <UQ _ U 5)2 m ( 4) (SIGTH)2 = m (TH 2 TH 5)2 / m -14- l Selon l'invention, les écarts moyens SIGU et SIGTH sont supposés varier selon des fonctions paraboliques de la teneur en KC 1 des fluides du sondage, pour une valeur constante de B, et leurs minima peuvent être calculés connaissant trois points de chacune de ces paraboles Ceci est représenté sur la figure 6 dont chaque courbe est définie par trois points Dans un mode de réalisation donné à titre d'exemple, on utilise comme estimation initiale la simple moyenne des valeurs K Cl et B aux différents niveaux Telles qu'obtenues à l'étape 54 de la figure 5, on garde la correction B à cette estimation initiale et l'on utilise la teneur en K Cl pour trouver les points de la figure 6 désignés par SIGU(O) et SIGTH(O) En gardant constante la correction B, on choisit deux autres teneurs en K Cl, l'une juste au-dessus et l'autre juste au-dessous de la teneur K Cl( 0) On trouve ainsi deux points de plus sur chacune des courbes SIGU et SIGTH Les courbes SIGU et SIGTH définies chacune par ces trois points sont ensuite assimilées à des fonctions quadratiques de la teneur K Cl selon l'expression: SIG U = a + b K Cl + c (K Cl)2 ( 5) SIGTH = a' + b' KC 1 + c' (KC 1)2 Les minima des courbes SIGU et SIGTH définissent des teneurs minimales respectives en K Cl et il faut alors trouver la correction B des fluides pour laquelle les deux teneurs sont en accord l'une avec l'autre On a trouvé que les variations de teneurs en K Cl des fluides du sondage peuvent être linéaires dans la plage étroite des corrections B au voisinage de la
première estimation obtenue par la moyenne des K Cl à l'étape 54.
L'exemple représenté sur la figure 5 est décrit plus en détail par l'organigramme des figures 7, 8 et 9 Sur la figure 7, le procédé commence par l'étape 64 au cours de laquelle on définit l'intervalle à étudier du sondage par son niveau supérieur m (max) et son niveau inférieur n(min) Le -15- 1 nombre total de niveaux dans cet intervalle est N Dans l'étape 66, on choisit le nombre de niveaux S servant à calculer la moyenne Ce nombre peut être pris égal à 1 si l'on désire traiter chacun des niveaux individuellement, ou égal à 4 ou 10 par exemple, si l'on désire prendre la moyenne d'un certain nombre de niveaux Ce nombre S peut aussi varier dans un même sondage Par exemple, un intervalle connu pour être stable, peut être traité en utilisant une valeur relativement élevée de S tandis qu'un intervalle moins stable sera traité avec une valeur de S plus faible Dans l'étape 68, les échantillons des cinq fenêtres W(n) et les mesures dediamètre CAL(n) sont lus au niveau n Dans l'étape 70, on calcule les moyennes de ces mesures sur S niveaux pour obtenir W(m) et CAL(m) Dans l'étape 72, on commence par le premier niveau des échantillons m et dans l'étape 74 on lit tout à tour les échantillons W(m) et CAL(m) Dans l'étape 76, on détermine les estimations des paramètres KC 1 et B des fluides du sondage et des teneurs en Th, U, K, des formations en utilisant la relation ( 2) ci-dessus Dans l'étape 78, on accumule les estimations des paramètres KC 1 et B niveau par niveau Dans l'étape 80, on regarde si l'on se trouve encore dans l'intervalle étudié et, si oui, on augmente le niveau m d'une
unité dans l'étape 81 puis l'on recommence les étapes 74 à 80.
Lorsque tout l'intervalle a été traité, on passe à l'étape 82 dans laquelle on détermine les moyennes K Cl( 0) et B( 0) à partir
des estimations niveau par niveau.
En référence à la figure 8, ces estimations initiales K Cl( 0) et B( 0) sont introduites dans l'étape 84 en vue de l'optimisation de la teneur en KC 1 des fluides du sondage et de la correction B Dans l'étape 86, l'estimation initiale de B est augmentée d'une faible valeur, par exemple 0,2 et dans l'étape 88 on commence une procédure UFO pour trouver les
écarts moyens SIGU et SIGTH selon l'expression ( 4) ci-dessus.
Cette procédure UFO, décrite plus en détail sur la figure 9, commence à l'étape 90 Dans l'étape 92, on commence par le premier niveau m et dans l'étape 94 on lit, pour le niveau en -16- 1 cours m, les échantillons des cinq fenêtres et la valeur de diamètre De plus, on peut éventuellement, dans l'étape 94, lire une estimation de la densité de boue disponible parmi les mesures faites sur le site du sondage Dans une étape facultative 96, on effectue, sur les mesures des cinq fenêtres, des corrections connues de diamètre du sondage et de densité de boue pour obtenir des mesures correcpondant à un sondage
standard de 20 cm de diamètre rempli d'eau.
Dans l'étape 98, on détermine les estimations de teneurs en uranium et thorium effectuées en utilisant seulement deux fenêtres pour le niveau m, selon l'expression ( 3) Dans l'étape 100, on utilise les estimations en cours de KC 1 et de B pour corriger les échantillons des trois fenêtres basses comme
mentionné précédemment et d'après les expressions ( 1) et ( 2).
Dans l'étape 102, on détermine les estimations, pour le niveau m, des teneurs en uranium et en thorium d'après l'expression connue W = HX mais en utilisant les valeurs corrigées des
mesures des trois fenêtres basses obtenues dans l'étape 100.
Dans l'étape 104, les différences entre les estimations faites à partir de deux fenêtres (étape 90) et à partir de cinq fenêtres (étape 102) sont calculées et accumulées Dans l'étape 106, on vérifie si l'on se trouve encore dans l'intervalle étudié, auquel cas on passe au niveau suivant (étape 108) et l'on retourne à -létape 94 Lorsque tout l'intervalle a été étudié (réponse non au test 106) on détermine les écarts moyens SIGU et SIGTH d'après l'expression
( 4) et la procédure UFO est terminée en 112.
On retourne ensuite à l'étape 114 de la figure 8 dans laquelle les deux premiers écarts moyens SIGU(O) et SIGTH(O) ainsi obtenus sont mis en mémoire Dans l'étape 116, on choisit une nouvelle estimation de la teneur en KC 1 des fluides en diminuant l'extimation initiale KC 1 ( 0) d'une faible valeur, par exemple 1 Dans l'étape 118, on effectue à nouveau la procédure UFO à partir des nouvelles estimations de KC 1 et de B Les écarts moyens SIGU(-l) et SIGTH(-1) nouvellement calculés sont mis en mémoire dans l'étape 120 Dans l'étape 122, on choisit une nouvelle estimation de KC 1 comme indiqué -17- 1 et, dans l'étape 124, on effectue à nouveau la procédure UFO pour cette nouvelle estimation Les nouveaux écarts moyens
SIGU(+l) et SIGTH(+l) sont mis en mémoire dans l'étape 126.
Dans l'étape 128, on détermine les fonctions quadratiques de la teneur en KC 1 des fluides du sondage qui passent par les trois
paires de points obtenus pour les écarts moyens SIGU et SIGTH.
Dans l'étape 130, on met en mémoire les estimations de
KC 1 qui correspondent aux minima de ces courbes.
Dans l'étape 132, on calcule la différence fournie par l'expression indiquée comme valeur de la correction B puis, dans l'étape 134, une nouvelle valeur de cette correction B est choisie, comme indiqué, et l'estimation en cours de KC 1 est remise à jour Dans l'étape 136, on effectue toute la procédure A discutée précédemment en référence aux blocs 88 et 114 à 132 pour obtenir les estimations de KC 1 et B, et, dans l'étape 138, on met en mémoire les résultats nouvellement obtenus pour KC 1 Dans l'étape 140, on détermine une nouvelle valeur de différence en utilisant une relation comme dans l'étape 134 mais pour les nouvelles valeurs de KC 1 Dans l'étape 142, les deux valeurs de différence trouvées en 134 et sont utilisées pour trouver une loi linéaire contenant la correction estimée B et, dans l'étape 144, on détermine la valeur optimale B(opt) de la correction B Dans l'étape 146 on associe une loi linéaire aux deux valeurs de teneur en KC 1 trouvées en 130 et 148 Dans l'étape 148, on détermine, comme indiqué, la valeur optimale K Cl(opt) de la teneur en KC 1, le
procédé se terminant en 150.
La relation entre la différence et les valeurs minimales de KC 1 pour les évaluations de SIGU et SIGTH, est représentée sur la figure 10 dans laquelle la correction B des fluides du sondage varie de 0,9 à 1 Pour chaque valeur de la correction B, on a déterminé la valeur de la teneur en KCI nécessaire pour minimiser l'écart moyen SIGU à partir d'une estimation de la variation de SIGU par rapport à KC 1 pour un exemple de mesures réelles On fait le même calcul pour SIGTH -18- 1 de façon à obtenir une autre estimation de KC 1 La différence entre ces deux estimations, précédemment mentionnée dans les étapes 132 et 140, est représentée en fonction de la correction B sur la figure 10 On peut observer, sur cette figure 10, que les valeurs minimales des écarts SIGU et SIGTH ne sont pas trop sensibles à la valeur de la correction B, alors que la valeur
de KC 1 l'est, comme représenté par les points KC 1 (min).
L'exemple de la figure 10 indique la présence d'un absorbeur puissant dans les fluides du sondage, avec un facteur de correction pour la première fenêtre d'environ 0,95 et une
teneur en KC 1 d'environ 0,4 %.
La variation des écarts moyens SIGU et SIGTH avec une correction B fixée à 0,945 est représentée sur la figure 11, basée elle aussi sur des mesures réelles Comme on le voit sur cette figure, la teneur en K Cl qui rend les deux courbes
cohérentes est d'environ 0,5 %.
Ces valeurs optimisées de teneur en KC 1 et de correction B sont utilisées dans l'étape 58 (figure 5) pour corriger les mesures dans les cinq fenêtres, pour chaque niveau n, selon un processus décrit en liaison avec les expressions ( 1) et ( 2) Dans l'étape 60, on utilise les échantillons corrigés W(n) pour trouver les teneurs corrigées en thorium, uranium et potassium Dans l'étape 62, on peut mettre en mémoire et/ou enregistrer ces paramètres pour obtenir une représentation tangible de la diagraphie 7 h, U, K, comme indiquée par exemple sur la figure 4 B. Ce procédé peut être mis en oeuvre au moyen d'un ordinateur numérique non spécialisé équipé de périphériques appropriés Chacune des étapes est alors définie par une ou plusieurs instructions écrites en langage convenable, par
exemple en Fortran.
Ce mode de réalisation décrit n'est qu'un exemple de mise en oeuvre et de nombreuses variantes sont évidemment
possibles sans pour autant sortir du cadre de l'invention.
-19 -
Claims (16)
1 REVENDICATIO NS
1 Procédé de diagraphie pour sondages dans lequel on produit des mesures de radioactivité gamma naturelle dans des fenêtres d'énergie déterminées et sur un intervalle de profondeurs sélectionné d'un sondage rempli de fluides contenant au moins l'une parmi deux substances susceptibles, l'une d'émettre et l'autre d'atténuer des rayons gamma, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: convertir les mesures de radioactivité dans les fenêtres en une diagraphie de teneurs en matériaux radioactifs sélectionnés des formations entourant le sondage, ces teneurs étant sensiblement corrigées pour les effets nuisibles d'au moins une desdites substances des fluides du sondage; et produire une représentation tangible de ladite
diagraphie de teneurs en matériaux radioactifs sélectionnés.
2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de production des mesures consiste à réaliser des mesures de radioactivité gamma naturelle détectées respectivement dans au moins cinq fenêtres d'énergies, et en ce que l'étape de conversion consiste à convertir ces mesures en une diagraphie de teneurs en thorium, uranium et potassium des
formations entourant le sondage.
3 Procédé selon l'une des revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les fluides du sondage contiennent lesdites deux substances, l'étape de conversion étant adaptée à fournir des teneurs sensiblement corrigées pour les effets
desdites deux substances des fluides du sondage.
4 Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2,
caractérisé en ce que ladite étape de conversion consiste à corriger sensiblement les mesures de radioactivité dans les fenêtres pour les effets d'au moins une desdites substances des fluides du sondage et déterminer lesdites teneurs à partir
desdites mesures corrigées.
-20- l 5 Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite étape de correction des mesures dans les fenêtres consiste à corriger l'effet des deux substances des fluides du sondage sur la mesure dans la fenêtre d'énergies la plus basse, et à corriger l'effet de la substance émettrice de rayons gamma sur les mesures dans la deuxième et la troisième fenêtre
d'énergies comptées à partir de la plus basse.
6 Procédé selon l'une des revendications 1 à 5,
caractérisé en ce que ladite étape de conversion comprend les étapes suivantes: déterminer une estimation de la teneur en substance émettrice de rayons gamma et une estimation de la correction de substance atténuatrice; optimiser les deux estimations pour qu'elles soient cohérentes entre elles et avec les mesures de radioactivité dans les fenêtres; et corriger les mesures dans les fenêtres d'après ces estimations optimisées et utiliser les mesures ainsi corrigées
pour déterminer les teneurs en matériaux sélectionnés.
7 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de conversion comprend les étapes suivantes: déterminer, pour chaque niveau parmi une succession de niveaux du sondage, des estimations initiales de la teneur en substance émettrice des fluides du sondage et de la correction due à la substance atténuatrice; optimiser la succession de teneurs en substance émettrice et de corrections de substance atténuatrice déterminées aux différents niveaux pour obtenir une valeur unique pour chacune d'elles; à partir de ladite paire de valeurs uniques, corriger les mesures dans les fenêtres pour l'influence de la substance émettrice et de la substance atténuatrice des fluides du sondage; et -21- 1 produire la diagraphie de teneurs corrigées en matériaux sélectionnés à partir desdites mesures ainsi corrigées. 8 Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'étape de détermination des estimations initiales aux différents niveaux du sondage consiste à calculer lesdites estimations initiales sur la base d'une relation matricielle entre ( 1) les radioactivités gamma naturelles détectées dans les fenêtres respectives et une correction supposée due aux substances émettrice et atténuatrice de rayons gamma dans les fluides du sondage ( 2), une matrice empirique de sensibilité de l'appareil de diagraphie et ( 3), les teneurs en matériaux
sélectionnés des formations.
9 Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'étape de détermination des estimations initiales aux différents niveaux du sondage consiste à corriger l'effet des substances émettrice et atténuatrice des fluides du sondage sur la mesure dans la fenêtre d'énergies la plus basse, et à corriger seulement l'effet de la substance émettrice des fluides du sondage sur les mesures dans les deux fenêtres
d'énergies immédiatement supérieures.
10 Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'étape de détermination des estimations initiales aux différents niveaux consiste à corriger l'effet du diamètre du sondage sur les mesures de radioactivité dans les trois
fenêtres d'énergies les plus basses.
11 Procédé selon l'une des revendications 7 à 10,
caractérisé en ce que l'étape d'optimisation consiste à optimiser lesdites valeurs uniques de teneur en substance émettrice et de correction de substance atténuatrice pour obtenir la cohérence la meilleure avec les mesures de radioactivité gamma naturelle dans toutes les différentes fenêtres. -22-
1 12 Procédé selon l'une des revendications 7 à 11,
caractérisé en ce que l'étape d'optimisation comprend les étapes suivantes: déterminer des premières estimations initiales des teneurs en au moins certains desdits matériaux sélectionnés à partir de la radioactivité gamma naturelle détectée dans certaines desdites fenêtres, et des deuxièmes estimations initiales à partir de la radioactivité détectée dans toutes lesdites fenêtres; déterminer les deux teneurs en substance émettrice des fluides du sondage qui minimisent les différences entre lesdites premières et deuxièmes estimations initiales desdits certains matériaux pour plusieurs corrections supposées de substance atténuatrice des fluides du sondage; et déterminer une teneur unique en substance émettrice et une correction unique de substance atténuatrice des fluides du sondage de façon que lesdites teneurs uniques soient cohérentes entre elles et avec les mesures de radioactivité dans les différentes fenêtres pour tout l'intervalle sélectionné du
sondage.
13 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de conversion consiste à déterminer, à partir des mesures de radioactivité dans les fenêtres, des mesures des effets vraisemblables desdites substances des fluides du sondage sur lesdites mesures dans les fenêtres, et à optimiser lesdites mesures de ces effets de façon qu'elles soient
cohérentes entre elles et avec les mesures dans les fenêtres.
14 Procédé selon l'une des revendications
précédentes, caractérisé en ce que l'étape de production des mesures consiste à déplacer un appareil de diagraphie le long du sondage et à produire 'Lesdites mesures à partir de cet appareil. -23-
Procédé selon l'une des revendications
précédentes, caractérisé en ce que la substance émettrice des fluides du sondage contient du potassium et la substance
atténuatrice contient de la barite ou de l'hématite.
16 Dispositif de diagraphie pour sondage comprenant des moyens ( 10, 17, 20, 21) pour produire des mesures de radioactivité gamma naturelle dans des fenêtres d'énergies déterminées et sur un intervalle de profondeurs sélectionné d'un sondage ( 11) rempli de fluides contenant au moins l'une de deux substances susceptibles, l'une d'émettre et l'autre d'atténuer des rayons gamma, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens ( 18, 22, 24, 26, 28, 30, 32) pour convertir les mesures de radioactivité dans les fenêtres en une diagraphie de teneurs en matériaux radioactifs sélectionnés des formations entourant le sondage, ces teneurs étant sensiblement corrigées pour les effets nuisibles d'au moins une desdites substances des fluides du sondage, et pour produire une représentation tangible de ladite diagraphie de teneurs en matériaux
radioactifs sélectionnés.
17 Dispositif de diagraphie selon la revendication 16, caractérisé en ce que les moyens pour produire les mesures de radioactivité comprennent des moyens ( 10) pour produire des mesures dans au moins cinq fenêtres d'énergies et en ce que les moyens de conversion comprennent des moyens ( 26) pour convertir lesdites mesures en une diagraphie de teneurs en thorium,
uranium et potassium des formations entourant le sondage.
18 Dispositif selon l'une des revendications 16 ou
17, caractérisé en ce que les moyens pour produire les mesures comprennent un appareil de diagraphie ( 10) déplacé le long du sondage ( 11) et adapté à fournir lesdites mesures de
radioactivité dans lesdites fenêtres.
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1982
- 1982-04-01 US US06/364,202 patent/US4542292A/en not_active Expired - Fee Related
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1983
- 1983-03-31 CA CA000425014A patent/CA1194243A/fr not_active Expired
- 1983-03-31 GB GB08309079A patent/GB2117901B/en not_active Expired
- 1983-04-01 FR FR8305413A patent/FR2524651B1/fr not_active Expired
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2245962A1 (fr) * | 1973-10-01 | 1975-04-25 | Schlumberger Prospection | |
| GB2099143A (en) * | 1981-05-21 | 1982-12-01 | Halliburton Co | Borehole compensated k-u-t log |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| GEOPHYSICS, vol. 31, no. 2, avril 1966, pages 410-418, Tulsa, US; D.F.RHODES et al.: "Quantitative interpretation of gamma-ray spectral logs" * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4542292A (en) | 1985-09-17 |
| GB2117901B (en) | 1986-01-22 |
| GB2117901A (en) | 1983-10-19 |
| FR2524651B1 (fr) | 1987-04-30 |
| CA1194243A (fr) | 1985-09-24 |
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