FR2535855A1 - Procede et appareil de diagraphie acoustique du terrain entourant un puits - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN APPAREIL ET UN PROCEDE DE DIAGRAPHIE DE PUITS DE PETROLE ET DE GAZ. L'APPAREIL COMPORTE UNE SONDE 10 PLONGEE DANS LE LIQUIDE 18 D'UN SONDAGE 20 ET COMPORTANT UNE SOURCE 12 D'ONDES DE CISAILLEMENT QUI COMPREND 2N ELEMENTS, POUVANT AVOIR CHACUN LA FORME D'UN SECTEUR DE CYLINDRE CREUX EN MATIERE PIEZO-ELECTRIQUE. CES ELEMENTS SONT MIS EN VIBRATION DANS UNE DIRECTION RADIALE DE MANIERE QUE DEUX ELEMENTS ADJACENTS VIBRENT EN OPPOSITION DE PHASE POUR ENGENDRER UNE ONDE DE CISAILLEMENT A 2-POLES DANS LA FORMATION SOUTERRAINE 22 ENTOURANT LE PUITS. DES DETECTEURS 14, 16 CAPTENT L'ONDE DE COMPRESSION ENGENDREE DANS LE LIQUIDE 18 PAR LA REFRACTION DE L'ONDE DE CISAILLEMENT. DOMAINE D'APPLICATION: EXPLORATION SISMIQUE.

Description

23358 155

L'invention concerne d'une manière générale

la diagraphie de puits, et plus particulièrement la dia-

graphie de puits par ondes de cisaillement acoustiques.

Dans la diagraphie acoustique de puits, il est courant de mesurer la vitesse d'ondes de compression

dans des formations souterraines entourant des sondages.

Un système de diagraphie classique de vitesses d'ondes

de compression comprend une sonde cylindrique de diagra-

phie destinée à être placée en suspension dans le liquide

d'un sondage, une source connectée à la sonde pour engen-

drer des ondes de compression dans le liquide du sondage, et un ou plusieurs détecteurs connectés à la sonde et espacés de la source d'ondes de compression afin de détecter les ondes de compression engendrées dans le

liquide du sondage Une onde de compression engendrée-

par la source dans le liquide du sondage est réfractée dans la formation souterraine entourant ce dernier Elle se propage à travers une partie de la formation et est renvoyée par réfraction dans le liquide du sondage en un point adjacent au détecteur, et elle est alors détectée par ce dernier Le rapport de la distance comprise entre

la source et le détecteur au temps compris entre l'émis-

sion et la détection de l'onde de compression donne la vitesse de cette dernière dans la formation La distance entre la source et le détecteur est habituellement fixe

et connue, de sorte que la mesure du temps entre l'émis-

sion et la détection de l'onde de compression est suffi-

sante pour déterminer la vitesse de cette onde dans la formation Pour améliorer la précision, cette distance est habituellement très supérieure aux dimensions de la source ou du détecteur Une information importante pour la production de pétrole et de gaz à partir de formations souterraines peut être obtenue à partir des vitesses

des ondes de compression dans de telles formations.

Lorsqu'une onde de compression émise.

par une source d'ondes de compression dans le liquide d'un sondage atteint la paroi de ce sondage, elle produit une onde de compression réfractée dans la formation t 535855 souterraine encaissante, comme décrit ci-dessus De plus, elle produit également une onde de cisaillement ou onde

transversale réfractée dans la formation souterraine en-

caissante, et des ondes guidées qui parcourent le liquide du sondage et la partie de la formation adjacente au

sondage Une partie de cette onde de cisaillement est ren-

voyée par réfraction dans le liquide du sondage sous la forme d'une onde de compression et elle atteint le détecteur se trouvant dans la sonde de diagraphie Les

ondes guidées sont également détectées par ce détecteur.

Toute onde faisant partie de l'un des trois types d'ondes détectées par le détecteur peut être appelée une arrivée les ondes de compression engendrées dans le liquide du sondage par réfraction des ondes de compression dans la formation peuvent être appelées les arrivées d'ondes de compression; celles provoquées par une réfraction d'ondes de cisaillement dans la formation peuvent être appelées arrivées d'ondes de cisaillement, et celles provoquées par des ondes guidées peuvent être appelées arrivées d'ondes guidées Ainsi, le signal capté par le détecteur est un signal composé qui comprend l'arrivée d'onde de compression, l'arrivée d'onde de cisaillement et les arrivées d'ondes guidées Les ondes de compression se déplacent plus rapidement que les ondes de cisaillement

et ces dernières se déplacent habituellement plus rapide-

ment que les ondes guidées Par conséquent, dans le signal composé capté par le détecteur, l'arrivée d'onde; de compression est l'arrivée première, l'arrivée d'onde de cisaillement est l'arrivée seconde, et les arrivées d'ondes guidées sont les arrivées dernières Dans la mesure de la vitesse des ondes de compression dans la formation,

l'intervalle de temps entre l'émission des ondes de com-

pression et la détection de l'arrivée première par le détecteur donne le temps de parcours approximatif de l'onde de compression réfractée dans la formation Par

conséquent, les arrivées ultérieures de l'onde de cisaille-

ment et des ondes guidées n'affectent pas la mesure de

la vitesse de l'onde de compression dans la formation.

En plus de parcourir une distance verticale dans la formation, à peu près égale à la distance comprise entre la source et le détecteur, l'onde de compression

parcourt également de faibles distances dans le liquide.

Le temps supplémentaire demandé pour parcourir ces fai- bles distances introduit des erreurs dans la diagraphie

de vitesse Pour réduire ces erreurs, les appareils clas-

siques de diagraphie utilisent au moins deux détecteurs

espacés verticalement l'un de l'autre le long du sondage.

L'intervalle de temps entre les détections par les deux détecteurs est mesuré, plutôt que l'intervalle de temps entre l'émission et la détection Le rapport de la distance comprise entre les deux détecteurs à cet intervalle de' temps donne la vitesse de l'onde de compression Etant

donné que l'onde de compression parcourt de petites dis-

tances approximativement égales dans le liquide du sondage avant d'atteindre les deux détecteurs, l'intervalle de temps entre les détections par les deux détecteurs est une mesure plus précise du temps réel de parcours dans la formation Par conséquent, en utilisant deux détecteurs et en mesurant le temps compris entre les détections

par ces deux détecteurs, on obtient une vitesse plus pré-

cise de l'onde de compression D'autres effets parasites tels que les variations de la dimension du sondatec'et

1 ' inclinaison de la sonde peuvent être réduits par des dis-

positifs classiques L'un de ces dispositifs est décrit dans "Log Interpretation", volume 1 Principles, Schlumberger Limited, New York, N Y 10017, édition

de 1972, pages 37-38.

Il est bien connu que la diagraphie de vitesse d'ondes de cisaillement ou ondes transversales peut

également donner une information importante pour la pro-

duction de pétrole et de gaz à partir de formations sou-

terraines Le rapport de la vitesse de l'onde de cisaille-

ment à la vitesse de l'onde de compression peut révéler la lithologie rocheuse des formations souterraines La

diagraphie de vitesse d'onde de cisaillement peut égale-

ment permettre de convertir des coupes-film d'ondes de cisaillement en coupes-profondeur La diagraphie d'onde de cisaillement est utile pour déterminer d'autres caractéristiques importantes des formations souterraines telles que la contrainte de cisaillement, la porosité, la saturation en fluides et la présence de fractures. La diagraphie d'onde de cisaillement peut également être utilisée pour déterminer l'état de contraintes autour du sondage, ce qui est très important pour décider de la

façon de traiter par voie hydraulique les fractures.

La source classique de diagraphie d'ondes de compression et les ondes de compression qu'elle engendre dans le liquide du sondage sont symétriques par rapport à l'axe de la sonde de diagraphie Lorsque de telles ondes de compression sont réfractées dans la formation de terrains encaissants, les amplitudes relatives des ondes réfractées de cisaillement et de compression sont telles qu'il est difficile de distinguer l'arrivée ultérieure d'ondes de cisaillement de l'arrivée précédente d'ondes de compression et des réverbérations provoquées dans le sondage par la réfraction de l'onde de compression dans la formation Il est donc difficile d'utiliser une source

symétrique classique d'ondes de compression pour une dia-

graphie de vitesse d'ondes de cisaillement Les techniques de corrélation ont été utilisées pour extraire l'arrivée de l'onde de cisaillement du train complet enregistré d'ondes acoustiques Cependant, ces techniques exigent

habituellement un traitement informatique par un ordina-

teur, de sorte que les vitesses d'ondes de cisaillement ne peuvent faire l'objet de diagraphies directes Il peut également être difficile d'extraire l'arrivée d'ondes de cisaillement si elle est proche, dans le temps, de

l'arrivée d'onde de compression.

Des sources asymétriques d'ondes de compres-

sion ont été mises au point pour la diagraphie de vitesse d'onde de cisaillement A l'aide de telles sources, l'amplitude de l'arrivée d'onde de cisaillement peut être notablement supérieure à celle de l'arrivée d'onde de compression En réglant le niveau de déclenchement des

dispositifs de détection et d'enregistrement afin d'éli-

miner par discrimination l'arrivée d'onde de compression, l'arrivée d'onde de cisaillement est détectée en tant qu'arrivée première Il est donc possible de déterminer le temps de parcours d'ondes de cisaillement dans la

formation et, par conséquent, la vitesse des ondes de ci-

saillement Chacune de ces sources asymétriques engendre

dans le liquide du sondage une onde de compression posi-

tive dans une première direction et une onde négative

simultanée de compression dans la direction opposée L'in-

terférence des deux ondes de compression peut donner à l'arrivée de l'onde de cisaillement une force supérieure à celle de l'arrivée de l'onde de compression Des sources asymétriques sont décrites dans la demande de brevet européen No 31 989, de Angona et collaborateurs, et dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique No 3 593 255

et N' 4 207 961.

La demande européenne précitée décrit une

source du type à flexion qui comprend deux plaques piézo-

électriques circulaires liées ensemble et reliées à une sonde de diagraphie Lorsqu'une tension est appliquée à travers les deux plaques piézo-électriques, elles

fléchissent La flexion des plaques transductrices engen-

dre une onde positive de compression dans une première direction et une onde négative simultanée de compression dans la direction opposée Le brevet US N O 3 593 255

précité décrit une source d'ondes de compression compre-

nant deux segments piézo-électriques ayant chacun la forme d'un demicylindre creux Les deux segments sont assemblés pour former un cylindre fendu Les deux segments sont de polarisations opposées et une tension électrique est appliquée à chaque segment de façon qu'un premier segment se dilate radialement en même temps que l'autre segment se contracte radialement afin de produire une onde positive de compression dans une première direction et une onde négative simultanée de-compression dans la direction opposée Dans le brevet US N O 4 207 961 précité, des enroulements montés sur un ensemble à bobines sont t 535855 placés dans le champ magnétique d'un aimant permanent

et un courant est mis en circulation dans les enroule-

ments afin de commander l'ensemble de bobines Le mouve-

ment de cet ensemble éjecte un volume d'eau dans une première direction en même temps qu'il aspire un volume équivalent d'eau dans la direction opposée, engendrant ainsi une variation de pression positive dans une première

direction et une variation de pression négative simulta-

née dans la direction opposée.

L'invention concerne un procédé et un appareil de diagraphie de la vitesse de l'onde de cisaillement dans une formation souterraine entourant un puits ou un sondage Le procédé selon l'invention consiste à émettre une onde de cisaillement à 2 -pôles à travers le terrain le long du puits, N étant un entier supérieur à 2, et à détecter l'arrivée de l'onde de cisaillement à 2 -pôles en au moins un point espacé du point de transmission dans la direction longitudinale du puits Si l'arrivée de l'onde de cisaillement est détectée en deux points, le temps écoulé entre les détections aux deux points

est mesuré pour déterminer la vitesse de l'onde de cisail-

lement dans le terrain entourant le puits Si l'arrivée de l'onde de cisaillement n'est détectée qu'en un point, le temps écoulé entre l'émission et la détection du

signal de l'onde de cisaillement est mesuré pour détermi-

ner la vitesse de cette onde de cisaillement dans le terrain L'appareil selon l'invention comprend un corps conçu pour être monté et descendu dans un puits, des moyens de génération de signaux situés dans le corps et destinés à émettre une onde de cisaillement à N 2-pôles dans la formation de terrain entourant le puits, N étant un entier supérieur à 2, et des moyens de détection de

signaux situés dans le corps, espacés des moyens de géné-

ration de signaux dans la direction longitudinale du puits et destinés à détecter l'arrivée de cette onde

de cisaillement.

L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels la figure 1 est une vue schématique d'un appareil de diagraphie acoustique selon l'invention; la figure 2 est une vue schématique en perspective d'un appareil de diagraphie à onde de cisaille-

ment à huit pôles, cette vue illustrant une forme préfé-

rée de réalisation de l'invention; la figure 3 est une coupe transversale de la source de diagraphie d'ondes de cisaillement à huit pôles, suivant la ligne 3-3 de la figure 2; la figure 4 est une vue schématique en

perspective dé l'appareil de diagraphie à onde de cisaille-

ment à huit pôles des figures 2 et 3, montrant l'orien-

tation des détecteurs par rapport à celle de la source d'ondes à huit pôles, et les connexions électriques avec la source de détecteurs-; la figure 5 est une coupe transversale d'une source de diagraphie d'ondes de cisaillement à huit pôles, illustrant une variante de l'invention; la figure 6 est une coupe transversale d'une source de diagrapbie d'ondes de cisaillement à huit pôles illustrant une autre variante-de l'invention; et la figure 7 est une coupe transversale d'une source de diagraphie d'ondes de cisaillement à huit pôles illustrant une autre forme de réalisation

de l'invention.

La figure 1 représente schématiquement un appareil de diagraphie acoustique selon l'invention Une sonde 10 de diagraphie est conçue pour être montée et descendue dans un puits La sonde contient une source 12 d'ondes de cisaillement à pôles multiples et deux détecteurs 14 et 16 Pour commencer la diagraphie, la sonde 10 est suspendue dans un liquide 18 contenu dans un sondage 20 qui est entouré d'une formation de terrain 22 Les détecteurs 14 et 16 sont connectés à la sonde 10 de manière àêtre espacés l'un de l'autre et de la source 12 dans la direction longitudinale du sondage 20 La source 12 est connectée à un dispositif 24 de commande de tir et d'enregistrement Bien que ce dispositif soit représenté sur la figure 1 sous la forme d'un dispositif

indépendant de la sonde de diagraphie, la partie du dis-

positif qui alimente la source d'ondes de cisaillement en pôles multiples peut, pour plus de commodité de

fonctionnement, être logée dans la sonde de diagraphie.

Les signaux enregistrés par les détecteurs 14 et 16 sont transmis à un filtre passe-bande 26, à un amplificateur

28 et à une unité 30 d'intervalle de temps.

D'une manière décrite ci-dessous, le dispositif de commande de tir et d'enregistrement est utilisé pour déclencher un tir par la source 12 qui produit une onde de cisaillement dans la formation 22 L'arrivée de l'onde

de cisaillement est captée par les détecteurs 14 et 16.

La sonde 10 contient également un pré-amplificateur (non représenté sur la figure 1) qui amplifie l'arrivée de

l'onde de cisaillement captée par les détecteurs 14 et 16.

Les signaux amplifiés sont ensuite filtrés par le filtre

26 et de nouveau amplifiés par l'amplificateur 28 L'in-

tervalle de temps entre la détection de l'arrivée par le détecteur 14 et la détection par le détecteur 16

est alors mesuré par l'unité 30 d'intervalle de temps.

Cet intervalle de temps peut être mémorisé ou affiché

comme souhaité.

La figure 2 est une vue en perspective simpli-

fiée d'un appareil de diagraphie d'ondes de cisaillement à huit pôles illustrant la forme préférée de réalisation de l'invention Comme représenté sur la figure 2, la sonde 10 de diagraphie comporte un certain nombre de tronçons cylindriques creux Le tronçon supérieur 32 contient une source de diagraphie d'ondes de cisaillement à huit pôles (non représentée sur la figure 2) et il présente six fenêtres 42 qui permettent aux ondes de

compression produites par la source de se propager aisé-

ment dans le liquide du sondage Les tronçons 34 et 36, qui contiennent chacun un détecteur (non représenté)

sont situés au-dessous de la source et présentent égale-

ment des fenêtres 44 et 46 comme montré sur la figure 2.

Les ondes combinées de compression produites par la source située dans le tronçon 32 se propagent par les fenêtres 42 et le liquide 18 du sondage pour atteindre la paroi du sondage 20 Une partie de ces ondes combinées de compression est réfractée dans la formation de terrain 22 sous la forme d'une onde de cisaillement Après que cette onde de cisaillement a parcouru une certaine distance à travers la formation, certaines parties de cette onde sont renvoyées par réfraction vers le sondage de façon à pénétrer dans le liquide 18 que ce sondage contient et à atteindre les détecteurs situés dans les tronçons

34 et 36, en passant par les fenêtres 44 et 46, respecti-

vement L'intervalle de temps compris entre les détections effectuées par les deux détecteurs est alors mesuré comme

décrit.

La nomenclature pour l'onde à pôles multiples

est basée sur des puissances successives de 2, c'est-à-

dire 2 n, N étant un entier et N = 1, 2, 3 et ainsi de

suite, indéfiniment Par conséquent, les ondes multipo-

laires comprennent l'onde bipolaire (n = 1), l'onde

quadripolaire (n = 2) et l'onde à huit pôles (n = 3).

La nomenclature pour des ondes multipolaires d'ordre supérieur est basée sur 2 n, avec N = 4, 5, 6 et ainsi

de suite, indéfiniment.

La figure 3 est une coupe transversale, sui-

vant la ligne 3-3 de la figure 2, de la source d'ondes

de cisaillement à huit pôles montrée sur la figure 2.

Six secteurs sensiblement similaires 62, 64, 66, 68, 70 et 72 d'un cylindre creux piézo-électrique, polarisé radialement, sont disposés spatialement de façon à être

sensiblement coaxiaux et à entourer un axe commun.

Sensiblement la même impulsion électrique est appliquée

aux surfaces cylindriques de tous les secteurs, sensi-

blement simultanément, de manière que les impulsions appliquées à deux secteurs adjacents quelconques soient de polarités opposées Cet agencement est illustrée' sur la figure 3 Avec un tel agencement, si un premier secteur est soumis à une dilatation radiale par l'impulsion électrique, les deux secteurs qui lui sont adjacents se contractent radialement, et vice versa Si les six secteurs sont polarisés radialement vers l'extérieur, les directions de dilatation et de contraction sont alors telles qu'illustrées par les flèches blanches sur la figure 3 Pendant la contraction d'un secteur, la totalité

de sa surface cylindrique intérieure se déplace vers l'in-

térieur Pendant sa dilatation, la totalité de sa surface cylindrique extérieure se déplace vers l'extérieur L'onde combinée de compression ainsi produite par la dilatation et la contraction des six secteurs est réfractée dans la formation de terrain encaissante afin d'engendrer une onde de cisaillement à huit pôles Pour détecter l'arrivée de l'onde de cisaillement à huit pâles, les détecteurs peuvent être d'une réalisation similaire à celle des sources d'ondes de cisaillement à huit pôles illustrée sur la figure 3, ou sur la figure 5 qui sera décrite ci-appès. L'espace compris centralement entre les six secteu::s est rempli d'une masse annulaire de matière 74 de support afin d'amortir des réverbérations des

vibrations des six secteurs de façon que l'onde de ci-

saillement à huit pâles produite soit de faible durée.

Ce corps annulaire 74 peut être relié au tronçon 32 par des moyens classiques tels que par l'introduction d'un mandrin 76 à travers le centre du corps 74, et vissage des deux extrémités du mandrin sur deux disques qui s'emboîtent étroitement dans le tronçon 32 Les

six secteurs sont placés sur la surface cylindrique exté-

rieure du corps 74 et ils peuvent être maintenus en position par deux bagues annulaires (non représentées

sur la figure 3) en matière élastique de support, s'ajus-

tant étroitement sur les six secteurs Ces derniers sont ainsi positionnés dans le tronçon 32 de manière que chacun d'eux soit tourné face à l'une des six fenêtres 42, comme montré sur la figure 3 Les espaces sectoriels compris entre les fenêtres et les secteurs sont remplis d'une huile 78 Les vibrations des six secteurs engendrent

dans l'huile 78 des ondes de compression qui sont trans-

mises par la fenêtre 42 afin d'engendrer dans le terrain une onde de cisaillement à huit pôles Les espaces sectoriels compris entre les espaces remplis d'huile sont eux-mêmes remplis d'une matière 80 de support afin d'amortir les réverbérations des vibrations des six secteurs.

La figure 4 est une vue en perspective simpli-

fiée de l'appareil de diagraphie d'ondes de cisaillement

à huit pôles montré sur-les figures 2 et 3, et elle illus-

tre l'orientation des détecteurs par rapport à celle de la source d'ondes à huit pôles, et les connexions électriques avec la source et les détecteurs Pour détecter

dans le liquide d'un sondage l'onde de compression provo-

quée par la réfraction de l'onde de cisaillement à huit pôles produite par la source 12, le détecteur 14 est également de préférence un détecteur à huit pôles, d'une réalisation similaire à celle de la source 12 Les six secteurs sont placés de façon à avoir sensiblement le même axe que les six secteurs de la source 12 et à avoir sensiblement les mêmes positions latérales, autour de l'axe commun, que celles des secteurs de la source 12 afin d'élever au maximum la force du signal à huit pôles

détecté Les surfaces cylindriques extérieure et inté-

rieure des six secteurs du détecteur sont connectées à un filtre passebande 26, d'une manière similaire à celle des connexions des surfaces respectives de la

source 12 au dispositif 24 de commande de tir et d'enre-

gristrement Le détecteur 16 est analogue au détecteur 14 mais il n'est pas représenté sur la figure 5 pour plus de clarté Pour permettre aux six secteurs de chacun des deux détecteurs de détecter l'arrivée de l'onde de cisaillement à huit pôles, les tronçons 34 et 36 de la figure 2 présentent chacun de préférence six fenêtres 44 et 46, respectivement Bien que le détecteur de la figure 4 soit représenté comme étant d'une réalisation similaire à celle de la source de la figure 3, il convient de noter que les détecteurs d'une réalisation similaire à celle des sources des figures 5, 6 et 7 (décrites ci-dessous) peuvent également être utilisés Les six secteurs ou plaques de chaque type de détecteur sont de préférence alignés latéralement autour de l'axe commun (c'est-à-dire en azimut) avec les six secteurs de la source pour donner une amplitude maximale au signal détecté. La figure 5 est une coupe transversale d'une source d'ondes de cisaillement à huit pâles illustrant une variante de l'invention Six plaques composites piézo-électriques allongées 82, 84, 86, 88, 90 et 92 sont agencées spatialement de façon à former sensiblement les parallélogrammes d'un prisme hexagonal Chacune des

six plaques composites comprend deux plaques piézo-

électriques de polarisations opposées, liées l'une à l'autre Les six plaques composites sont fixées au tronçon 32 ' de la sonde de diàgraphie par deux plaques de bridage (non représentées sur la figure 5) Chacune des deux plaques de bridage présente six fentes dans lesquelles les extrémités des six plaques composites sont ajustées étroitement Les deux plaques de bridage sont ensuite insérées et fixées dans le tronçon 32 ', dans une position

telle que les plaques composites allongées soient sensi-

blement parallèles à l'axe de la sonde de diagraphie.

La partie de chaque plaque composite comprise entreles deux extrémités sera désignée ci-dessous "partie non bridée" ou "partie non fixée" Il convient cependant de noter qu'il n'est pas nécessaire que les six plaques

composites soient fixées par leurs extrémités à la sonde.

La fixation d'une extrémité, ou d'un point situé entre les deux extrémités, suffit La partie de chaque plaque autre que la partie fixée peut donc être appelée "partie

non bridée" ou "partie non fixée".

Sensiblement la même impulsion électrique est appliquée à travers les surfaces plates des six plaques composites, pratiquement simultanément Les impulsions appliquées à deux plaques composites adjacentes quelconques sont de polarités opposées de manière que, si la partie non fixée d'une plaque composite fléchit et se déplace radialement vers l'extérieur, les parties

non fixées des deux plaques composites adjacentes fléchis-

sent et se déplacent radialement vers l'intérieur Les directions des mouvements de flexion des six plaques composites sont illustrées par des flèches blanches sur la figure 5 Le mouvement de flexion de chaque plaque composite engendre une onde de compression dans le liquide du sondage L'onde de compression combinée produite par la source à huit pôles se réfracte dans la formation

entourant le sondage pour produire une onde de cisaille-

ment à huit pôles Pour détecter l'arrivée de l'onde de cisaillement à huit pôles dans le liquide du sondage, le détecteur 14 est de préférence d'un type à huit pôles qui peut être d'une réalisation similaire à celle des sources à huit pôles illustrées sur la figure 3 ou sur

la figure 5 Les surfaces extérieures des plaques compo-

sites du détecteur 14 sont connectées au filtre passe-

bande 26 au lieu du dispositif 24 de commande de tir et d'enregistrement Les six secteurs ou plaques du détecteur sont de préférence alignés en azimut avec les six plaques de la source d'ondes de cisaillement de

la figure 5.

Les plaques composites formant une paire de plaques piézo-électriques polarisées suivant des signes opposés sont aisément disponibles dans le commerce Des plaques composites piézo-électriques fournies par la firme Vernitron Company, Bedford, Ohio, connues sous le nom de "Bender Bimorphs" ont donné satisfaction Les six secteurs piézo-électriques du type illustré sur la figure 3 et des types illustrés sur les figures 6 et 7, décrites ci-après, sont également fournis par la firme

Vernitron Company.

La figure 6 est une coupe transversale d'une source d'ondes de cisaillement à huit pôles, illustrant une autre forme de réalisation de l'invention Sur les figures 3 et 4, les six secteurs de la source à huit pôles sont polarisés radialement En variante, les six secteurs peuvent être polarisés circonférentiellement comme indiqué par les polarisations des secteurs 102, 104, 106, 108, 110 et 112 montrés sur la figure 6 Les six secteurs polarisés circonférentiellement sont dans ce qui est appeléle mode circonférentiel Les six secteurs peuvent être obtenus à partir d'un cylindre piézo-électrique

creux, découpé en six secteurs longitudinaux étroits.

Une impulsion électrique est appliquée à travers les surfaces latérales de chacun des six secteurs afin que le champ électrique résultant dans chaque secteur soit sensiblement parallèle à sa polarisation L'impulsion électrique provoque, suivant sa polarité, une expansion ou une contraction radiale de chaque secteur Si les

secteurs 102, 106 et 110 sont polarisés circonférentielle-

ment dans le sens des aiguilles d'une montre, mais que

leurs champs électriques internes sont orientés circon-

férentiellement dans le sens contraire, comme montré

sur la figure 6, ces trois secteurs se contractent radia-

lement Si les polarisations et les champs électriques

des secteurs 104, 108 et-112 sont tous orientés circon-

férentiellement dans le sens inverse de celui des aiguilles

d'une montre, les trois secteurs s'expansent alors radia-

lement. La figure 7 est une coupe d'une autre forme

de réalisation illustrant une source d'ondes de cisaille-

ment à huit pôles en mode circonférentiel Les six secteurs 122, 124, 126, 128, 130 et 132 sont six des

douze secteurs longitudinaux d'un cylindre creux piézo-

électrique, chacun des douze secteurs étant polarisé circonférentiellement Les éléments adjacents ont des polarisations circonférentielles opposées Les six secteurs 122, 124, 126, 128, 130 et 132 sont les seuls secteurs du cylindre qui s'expansent et se contractent et ils sont tous polarisés dans la direction circonférentielle et dans le sens des aiguilles d'une montre Les bords jointifs de secteurs adjacents peuvent être revêtus de couches conductrices (non représentées) Des impulsions électriques sont appliquées de manière que le champ électrique engendré dans chacun des six secteurs soit sensiblement parallèle dsa polarisation Les polarisations des secteurs et les polarités des impulsions étant telles que montrées sur la figure 7, les secteurs 122, 126 et 130 s'expansent radialement tandis que les secteurs 124, 128 et 132 se contractent radialement Les six autres secteurs ne s'expansent ni ne se contractent, car

aucune différence de potentiel ne leur est appliquée.

Dans la forme préférée de réalisation de l'in-

vention et dans les trois variantes décrites ci-dessus, des matières piézo-électriques sont utilisées pour la constitution de la source d'ondes de cisaillement à huit pôles, et la source est mise en vibration par des I impulsions électriques Cependant, il convient de noter que d'autres formes de réalisation de la source et

d'autres moyens de vibration peuvent être utilisés.

Ainsi, des moyens purement mécaniques peuvent être utilisés pour faire vibrer les six secteurs de la forme préférée de réalisation, et les six plaques ou secteurs de chacune des trois variantes Une onde de cisaillement à huit pôles est produite tant que les secteurs ou les plaques sont mis en vibration de la même manière que dans la forme préférée de réalisation et dans ses variantes. La source d'ondes de cisaillement à huit pôles selon l'invention peut être utilisée pour établir des diagraphies de vitesses d'ondes de cisaillement en direct (c'est-à-dire que les vitesses des ondes de cisaillement peuvent être déterminées sans traitement informatique) si l'arrivée d'onde de cisaillement est notablement supérieure, en amplitude, à l'arrivée de

l'onde de compression L'arrivée de l'onde de cisaille-

ment est notablement supérieure à l'amplitude à l'arrivée de l'onde de compression uniquement lorsque les fréquences de l'onde de cisaillement à huit pôles, produite dans le terrain entourant le sondage, sont comprises dans certaines plages Pour toute formation de terrain, il existe une plage avantageuse de fréquences pour une t 535855 diagraphie de la vitesse d'onde de cisaillement de manière que l'arrivée de l'onde de cisaillement soit

notablement plus forte que l'arrivée de l'onde de compres-

sion La plage préférée de fréquences varie avec la vitesse de l'onde de cisaillement dans la formation -devant

faire l'objet d'une diagraphie Ainsi, si la plage approxi-

mative des vitesses d'ondes de cisaillement de la forma-

tion est connue, une plage préférée de fréquences peut être choisie Dans le cas d'un puits d'un diamètre de 25 cm, les plages préférées de fréquences sont indiquées

dans le tableau ci-dessous.

Plage approximative des vitesses Plage préférée de fré-

d'ondes de cisaillement (m/s) quences (k Hz)

1500 1800 3,7 12,6

1800 2100 3,8 20

2100 2400 3,9 26,5

2400 2700 4,1 33

La plage approximative de vitesse des ondes de cisaillement dans une formation peut être estimée par des procédés classiques tels que la mesure des vitesses des ondes de compression dans la formation La vitesse de l'onde de cisaillement est à peu près égale à la moitié de la vitesse de l'onde de compression Pour les vitesses mesurées des ondes de compression, la plage approximative de vitesses des ondes de cisaillement peut

être estimée Les fréquences préférées varient en rela-

tion inverse avec le diamètre du puits Par conséquent, pour un puits:de diamètre d mitres au lieu de 0,25 m, les plages préférées de fréquences sont égales à celles indiquées dans le tableau ci-dessus, multipliées par un facteur

de 0,25/d.

Les figures 3, 4, 6 et 7 illustrent des sources d'ondes de cisaillement à huit pôles utilisant six

secteurs qui sont mis en vibration radialement pour engen-

drer des ondes de cisaillement à huit pôles dans des formations de terrain Les fréquences des ondes de

cisaillement à huit pôles ainsi produites varient inver-

sement avec le rayon des secteurs Pour que les fréquences soient dans les plages préférées indiquées ci-dessus, il est souhaitable que les rayons des secteurs soient grands Par conséquent, les rayons des secteurs ne sont de préférence que légèrement inférieurs au rayon de la sonde de diagraphie Il est évident que les figures; 3, 4, 6 et 7 ne sont pas dessinées à l'échelle.

Les sources à pôles multiples d'ordre supé-

rieur peuvent être réalisées d'une façon similaire aux quatre formes de réalisation de la source d'ondes de cisaillement à huit pôles illustrées sur les figures 3, 5, 6 et 7 Ainsi, on peut réaliser la source à seize pôles en disposant dans l'espace huit plaques composites

piézo-électriques allongées pour former les huit parallé-

logrammes d'un prisme octogonal Sensiblement la même impulsion électrique est appliquée à chacune des huit plaques composites, à des polarités telles que des plaques

adjacentes vibrent sensiblement en opposition de phase.

Une variante de la source à seize pôles est réalisée par remplacement des huit plaques composites par huit secteurs sensiblement identiques formant un cylindre

creux,'piézo-électrique à polarisation radiale ou circon-

férentielle Sensiblement la même impulsion électrique est appliquée à chaque secteur afin que des secteurs

adjacents vibrent sensiblement en opposition de phase.

D'autres modes de réalisation et de mise en vibration des plaques et des secteurs peuvent être utilisés pourvu que les plaques et les secteurs soient mis en vibration de la même manière D'autres sources d'ondes à pôles multiples d'ordre supérieur peuvent êtrer:réalisées d'une manière similaire à la source d'ondes à huit pôles et à la source d'ondes à seize pôles Les détecteurs

utilisés pour détecter les arrivées d'ondes de cisaille-

ment d'ordre supérieur sont de préférence d'un ordre

de grandeur qui correspond à l'ordre de la source.

Le nombre de plaques ou de secteurs composites des formes de réalisation de sources à huit pôles et seize pôles décrites ci-dessus ne correspond pas à la

nomenclature des sources à huit pôles et à seize pôles.

Ainsi, la source à huit pôles comprend six plaques ou secteurs et la source à seize pâles comporte huit plaques ou secteurs La source à trentedeux pôles comporte dix plaques ou secteurs Ainsi, bien que la nomenclature des sources à pôles multiples soit basée sur 2 n, N étant un entier, avec N = 1, 2, 3, le

nombre correspondant de plaques ou de secteurs est 2 n.

Ainsi, une source bipolaire (n = 1) comprend 2 x 1, soit deux plaques ou secteurs Une source quadripolaire

(n = 2) comprend 2 x 2, soit quatre plaques ou secteurs.

Des sources à huit pôles (n = 3), à seize pôles (n = 4) et à trente-deux pôles (n = 5) comprennent respectivement six, huit et dix plaques ou secteurs Par conséquent, en général, une source à 2 n-pôles comprend 2 N plaques ou secteurs, N étant un entier, avec N = 1, 2, 3 et ainsi

de suite indéfiniment.

* Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent atre apportées à l'appareil décritet représenté

sans sortir du cadre de l'invention.

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Claims (15)

REVENDICATIONS

1 Procédé de diagraphie du terrain entourant un puits, caractérisé en ce qu'il consiste à émettre à partir du puits une onde de cisaillement à 2 npôles à travers le terrain, le long du puits, N étant un entier

supérieur à 2, et à détecter l'arrivée de l'onde de ci-

saillement à 2 n-pâles en au moins un point espacé du

point d'émission, dans la direction longitudinal du puits.

2 Procédé selon la revendication 1, caracté-

risé en ce qu'il consiste en outre à mesurer le temps

écoulé entre l'émission et la détection de l'onde de ci-

saillement à 2 n-pôles afin de déterminer la vitesse de

l'onde de cisaillement dans le terrain entourant le puits.

3 Procédé selon la revendication 1, caracté-

risé en ce que-l'arrivée de l'onde de cisaillement à 2 n-pôles est détectée en deux points d'espacement connu, ces deux points étant espacés l'un de l'autre dans la direction longitudinale du puits, le procédé consistant en outre à mesurer le temps écoulé entre les détections aux deux points afin de déterminer la vitesse de l'onde

de cisaillement dans le terrain entourant le puits.

4 Procédé selon la revendication 1, caracté-

risé en ce que le puits contient un liquide et en ce que l'onde de cisaillement à 2 -pôles est émise dans le terrain par la production, dans le liquide, d'un certain

nombre d'ondes de compression qui interfèrent pour pro-

duire l'onde de cisaillement à 2 npôles dans le terrain

entourant le liquide.

Procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce que l'onde de cisaillement à pâles multiples

est une onde de cisaillement à huit pôles.

6 Procédé selon la revendication 5, caracté-

risé en ce qu'il consiste en outre à déterminer la plage approximative de vitesses d'ondes de cisaillement dans le terrain entourant le liquide, les fréquences de l'onde de cisaillement à huit pôles étant comprises dans la plage préférée de fréquences correspondant à la plage approximative de vitesses des ondes de cisaillement dans le terrain entourant le liquide, conformément au tableau ci-dessous:

Plage approximative de vitesses Plage préférée de fré-

des ondes de cisaillement (m/s) quences (k Hz) 1500 1800 0,25/d ( 3,7 12, 6) 1800 2100 0,2-yd ( 3,8 20) 2100 2400 0,2 Wd ( 3,9 26,5) 2400 2700 0, 25/d( 4,1 33)

o d est le diamètre du sondage en mètres.

7 Appareil de diagraphie acoustique d'une formation ( 22) de terrain entourant un sondage ( 20) qui contient un liquide ( 18), caractérisé en ce qu'il comporte une sonde ( 10) de-diagraphie conçue pour étre suspendue dans le liquide du sondage, une source ( 12) d'ondes de cisaillement comprenant 2 N éléments reliés à la sonde,

n étant un entier supérieur à deux, chaque élément compre-

nant un secteur d'un cylindre creux, les 2 N secteurs étant reliés à la sonde de diagraphie de façon à être

sensiblement coaxiaux et à entourer un axe commun, l'appa-

reil comportant en outre des moyens ( 24) connectés à la sonde de diagraphie pour faire vibrer radialement, sensiblement simultanément et sensiblement de la même

manière les deux 2 N secteurs afin que des secteurs adja-

cents vibrent sensiblement en opposition de phase pour engendrer une onde de cisaillement à 2 n-pôles dans la formation de terrain, et des moyens ( 14, 16) connectés à la sonde de diagraphie afin de détecter, en au moins

une position choisie dans le liquide, espacée des 2 N -

éléments, dans la direction longitudinale du sondage, l'onde réfractée de compression engendrée dans le liquide

par la réfraction de l'onde de cisaillement à 2 n-ples.

8 Appareil selon la revendication 7, caracté-

risé en ce que N est égal à 3 et en ce que les vibra-

tions des six secteurs ( 62, 64, 66, 68, 70, 72) engendrent

une onde de cisaillement à huit pôles dans la formation.

9 Appareil selon la revendication 7, caracté-

risé en ce que les moyens de détection comprennent 2 n secteurs d'un cylindre creux, les 2 N secteurs des moyens de détection étant sensiblement coaxiaux et entourant

l'axe commun des secteurs de la source d'ondes de cisaille-

ment, et les 2 N secteurs des moyens de détection étant alignés latéralement autour de l'axe commun sur les six secteurs de la source d'onde de cisaillement. Appareil de diagraphie acoustique d'une formation < 22) de terrain entourant un sondage < 20) qui contient un liquide ( 18), caractérisé en ce qu'il comporte une:;sonde ( 10) de diagraphie conçue pour être suspendue dans le liquide du sondage, une source ( 12) d'ondes de cisaillement comprenant 2 N éléments ( 82, 84, 86, 88, , 92) reliés à la sonde de diagraphie, N étant un entier supérieur à deux, chaque élément comprenant une plaque

allongée qui est reliée par un point à la sonde de dia-

graphie et de manière que les 2 N éléments forment sensi-

blement les parallélogrammes d'un prisme polygonal à 2 N côtés, l'appareil comportant également des moyens ( 24) connectés à la sonde de diagraphie afin de faire vibrer la partie non reliée de chacune des 2 N plaques, dans une direction sensiblement perpendiculaire à la surface

plate de la plaque, les 2 N plaques étant mises en vibra-

tion sensiblement simultanément et sensiblement de la même manière afin que les parties non fixées de plaques adjacentes vibrent sensiblement en opposition de phase pour engendrer dans la formation de terrain une onde

de cisaillement de 2 n-pôles, des moyens ( 14, 16), con-

nectés à la sonde de diagraphie, étant destinés à détecter, en au moins une position dans le liquide, espacée des 2 N éléments, dans la direction longitudinale du sondage, l'onde réfractée de compression engendrée dans le liquide

par la réfraction de l'onde de cisaillement à 2 n-ples.

11 Appareil selon la revendication 10, carac-

térisé en ce que N est égal à 3 et en ce que les

vibrations des six éléments engendrent une onde de ci-

saillement à huit pâles dans la formation de terrain.

12 Appareil selon la revendication 10, carac-

térisé en ce que les moyens de détection comprennent 2 N plaques allongées reliées chacune par un point à la sonde de diagraphie afin de former sensiblement les parallélogrammes d'un prisme polygonal à 2 N côtés et de façon à être alignées en azimut sur les 2 N plaques de la

source d'ondes de cisaillement.

13 Appareil de diagraphie acoustique d'une formation ( 22) de terrain entourant un sondage ( 20) qui contient un liquide ( 18), caractérisé en ce qu'il comporte une sonde ( 10) de diagraphie conçue pour être suspendue dans le liquide contenu dans le sondage, 2 N secteurs d'un cylindre piézo-électrique creux polarisé, connectés à la sonde de diagraphie de manière à être sensiblement coaxiaux et à entourer un axe commun, N étant un entier supérieur à deux, des moyens ( 24) connectés à la sonde

de diagraphie pour appliquer sensiblement la même impul-

sion électrique, sensiblement simultanément, à chacun des 2 N secteurs de façon à les faire vibrer radialement, les impulsions électriques étant de polarités telles que des secteurs adjacents vibrent sensiblement en opposition de phase, produisant ainsi dans la formation de terrain une onde de cisaillement à 2 n-pôles, et des moyens ( 14, 16) étant connectés à la sonde de diagraphie afin de détecter, en au moins une position située dans le liquide, espacée des 2 N secteurs, dans la direction longitudinale du sondage, l'onde réfractée de compression engendrée

dans le liquide par la réfraction de l'onde de cisaille-

ment à 2 -pôles.

14 Appareil selon la revendication 13, carac-

térisé en ce que les 2 N secteurs ( 62, 64, 66, 68, 70, 72) sont polarisés radialement et en ce que les impulsions

électriques sont appliquées entre les surfaces cylindri-

ques extérieure et intérieure des secteurs.

Appareil selon la revendication 13, carac-

térisé en ce que les 2 N secteurs ( 102, 104, 106, 108, 110, 112) sont polarisés circonférentiellement et en ce que les impulsions électriques sont appliquées à ces secteurs de manière que le champ électrique engendré dans chaque

secteur soit sensiblement parallèle à sa polarisation.

t 2535855

16 Appareil selon la revendication 15, carac-

térisé en ce que des secteurs adjacents sont polarisés dans des directions circonférentielles opposées-et en ce que les polarités des impulsions électriques appliquées sont telles que les champs électriques engendrés dans

les 2 N secteurs ont le même sens circonférentiel.

17 Appareil selon la revendication 15, carac-

térisé en ce que les 2 N secteurs sont polarisés dans la même direction circonférentielle, deux secteurs adjacents

quelconques étant séparés par un autre secteur du cylin-

dre piézo-électrique creux, et les polarités des impul-

sions électriques appliquées étant telles que les champs électriques engendrés dans des secteurs adjacents ont

des sens circonférentiels opposés.

18 Appareil de diagraphie acoustique d'une formation ( 22) de terrain entourant un sondage ( 20) qui contient un liquide ( 18), l'appareil étant caractérisé en ce qu'il comporte une sonde ( 10) de diagraphie conçue pour être suspendue dans le liquide se trouvant dans le sondage, 2 N paires de plaques piézo-électriques allongées ( 82, 84, 86, 88, 90, 92), les plaques de chaque paire étant liées entre elles par leurs surfaces plates, N étant un entier supérieur à deux, chaque paire de plaques étant

polarisée dans des directions sensiblement perpendicu-

laires aux surfaces plates des plaqẻs et chaque paire étant reliée par un point à la sonde de diagraphie de

manière que les 2 N paires forment sensiblement les parallé-

logrammes d'un prisme polygonal à 2 N côtés, l'appareil comportant en outre des moyens ( 24) destinés à appliquer sensiblement la même impulsion électrique à chaque paire sensiblement simultanément, pour faire vibrer les parties non fixées des 2 N paires dans une direction sensiblement perpendiculaire à leurs surfaces plates, les impulsions électriques étant appliquées de manière que les parties non fixées de paires adjacents vibrent sensiblement en opposition de phase pour engendrer dans la formation de terrain une onde de cisaillement à 2 n- pôles, et des moyens ( 14, 16), connectés à la sonde de diagraphie, étant destinés à détecter, en au moins une position dans le liquide, espacée des 2 N paires, dans la direction longitudinale du sondage, l'onde réfractée de compression engendrée dans le liquide par la réfraction de l'onde de cisaillement à 2 n-pôles.