FR2538914A1 - Procede de realisation d'une diagraphie acoustique d'une formation de terrain entourant un sondage qui contient un liquide - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN PROCEDE DE REALISATION D'UNE DIAGRAPHIE ACOUSTIQUE D'UNE FORMATION DE TERRAIN ENTOURANT UN SONDAGE REMPLI DE LIQUIDE. CE PROCEDE UTILISE AVANTAGEUSEMENT UNE SONDE 10 QUI RENFERME UNE SOURCE 12 A POLES MULTIPLES GENERANT UNE ONDE GUIDEE QUI POSSEDE DES FREQUENCES COMPRENANT UNE FREQUENCE CRITIQUE DONT LA COMPOSANTE LA PLUS RAPIDE POSSEDE SENSIBLEMENT LA MEME VITESSE QUE L'ONDE DE CISAILLEMENT SE DEPLACANT DANS LA FORMATION DE TERRAIN. EN ENREGISTRANT LA VITESSE DE CETTE COMPOSANTE LA PLUS RAPIDE A L'AIDE DE DETECTEURS 14, 16, ON DETERMINE LA VITESSE DE L'ONDE DE CISAILLEMENT DANS LA FORMATION DE TERRAIN. DOMAINE D'APPLICATION : PROSPECTIONS POUR LA RECHERCHE DE PETROLE ET DE GAZ.

Description

L'invention concerne d'une manière générale la

diagraphie de puits, et plus particulièrement une diagra-

phie de puits par ondes acoustiques de cisaillement,

utilisant des ondes guidées.

Dans la diagraphie acoustique de puits, il est courant de mesurer la vitesse d'ondes de compression dans des formations de terrain entourant des sondages Un dispositif classique de diagraphie par vitesse d'ondes

de compression comprend une sonde cylindrique de diagra-

phie pouvant être placée en suspension dans le liquide d'un sondage, une source connectée à la sonde afin de produire des ondes de compression dans le liquide du sondage, et un ou plusieurs détecteurs reliés à la sonde et espacés de la source d'ondes de compression afin de détecter la présence de ces dernières dans le liquide du sondage Une onde de compression passant dans le liquide du sondage et produite par la source est réfractée dans la formation de terrain entourant le sondage 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 o elle est alors détec-

tée Le rapport de la distance entre la source et le détecteur au temps entre l'émission et la détection de l'onde de compression donne la vitesse de cette onde dans la formation Une information importante pour la production de pétrole et de gaz à partir de formations souterraines peut être déduite des vitesses des ondes

de compression dans de telles formations.

Lorsqu'une onde de compression produite par une source dans le liquide du sondage atteint la paroi

de ce sondage, elle produit une onde réfractée de com-

pression dans la formation de terrain encaissante, comme décrit ci-dessus De plus, elle produit aussi une onde réfractée de cisaillement dans la formation de terrain encaissante, et une onde guidée qui parcourt le liquide du sondage et une partie de la formation adjacente au sondage Dans les formations dures o les vitesses des ondes de cisaillement sont supérieures à la vitesse du son dans le liquide du sondage, une partie de cette onde de cisaillement est renvoyée par réfraction dans le liquide du sondage sous la forme d'une onde de compression et arrive au détecteur de la sonde de diagraphie L'onde guidée est également détectée par ce détecteur Toute onde faisant partie de l'un des trois types d'ondes détectés par le détecteur peut être appelée une arrivée: les ondes de compression passant dans le liquide du sondage et dues à une réfraction des ondes de compression dans la formation donnent les arrivées d'ondes de compression; celles dues

à une réfraction des ondes de cisaillement dans la forma-

tion donnent les arrivées d'ondes de cisaillement; et celles dues à des ondes guidées donnent les arrivées d'ondes guidées Par conséquent, le signal détecté par

le détecteur est un signal composite qui comprend l'arri-

vée d'une onde de compression, l'arrivée d'une onde de cisaillement et l'arrivée d'une onde guidée Les ondes de compression se déplacent plus rapidement que les ondes

de cisaillement et ces dernières se déplacent habituelle-

ment plus rapidement que les ondes guidées Par consé-

quent, dans le signal composite détecté par le détecteur, l'arrivée de l'onde de compression est l'arrivée première, l'arrivée de l'onde de cisaillement est l'arrivée seconde,

et l'arrivée de l'onde guidée est la dernière arrivée.

Il est bien connu qu'une diagraphie de vitesse

d'ondes de cisaillement peut également fournir une infor-

mation importante pour la production de pétrole et de gaz à partir de formations souterraines Le rapport de la vitesse de l'onde de cisaillement à la vitesse de l'onde de compression peut révéler la lithologie rocheuse des formations souterraines La diagraphie de vitesse d'ondes

de cisaillement offre également la possibilité de con-

vertir des coupes-temps sismiques d'ondes de cisaillement

en coupes-profondeurs La diagraphie d'ondes de cisaille-

ment est utile pour déterminer d'autres caractéristiques

importantes des formations de terrain telles que la ten-

sion de cisaillement, la porosité, la saturation en fluide et la présence de fractures La diagraphie d'ondes de cisaillement peut également étre utile pour déterminer l'état de contrainte entourant le sondage, ce qui est

très important dans la conception des traitements hydrau-

liques des fractures.

Des sources asymétriques d'ondes de compression ont été développées pour la diagraphie de vitesse d'ondes de cisaillement A l'aide de telles sources, l'amplitude

de l'arrivée d'ondes de cisaillement peut être notable-

ment supérieure à celle de l'arrivée d'ondes de compres-

sion Eh réglant le niveau de déclenchement des dispositifs de détection et d'enregistrement afin qu'ils rejettent par discrimination l'arrivée d'onde de compression, on détecte l'arrivée d'ondes de cisaillement en tant que première arrivée Il est donc possible de déterminer le temps de parcours des ondes de cisaillement dans la formation et donc la vitesse des ondes de cisaillement Des sources asymétriques sont décrites dans la demande de brevet européen N' 31 989 et dans le brevet des Etats-Unis

d'Amérique N O 3 593 255.

Dans des formations tendres, telles que les formations proches de la surface ou les schistes tendres de certaines régions côtières, les vitesses des ondes de, cisaillement dans ces formations sont souvent inférieures

à la vitesse du son dans le liquide du sondage,Conformé-

ment à la loi de Snell, lorsque la vitesse de l'onde de cisaillement dans la formation est inférieure à la vitesse

du son dans le liquide du sondage, les ondes de cisaille-

ment réfractées dans la formation s'éloignent du sondage et ne sont pas renvoyées par réfraction dans le liquide du sondage pour atteindre le détecteur La demande et le brevet précités ne décrivent pas comment les vitesses d'ondes de cisaillement peuvent être enregistrées dans

de telles circonstances.

Le brevet des Etats-Unis d'Amérique No 4 207 961 décrit un dispositif destiné à-l'enregistrement de la vitesse d'une onde de cisaillement dans une formation tendre Des bobines sont montées sur un ensemble qui est

ensuite placé dans le champ magnétique d'un aimant permanent.

Une impulsion de courant est mise en circulation à travers les bobines pour'commander l'ensemble Le mouvement de cet ensemble éjecte un volume d'eau dans une première direction et aspire simultanément un volume équivalent d'eau à partir de la direction opposée Par l'intermé- diaire de l'eau, le mouvement de l'ensemble à bobines pousse indirectement une partie de la paroi du sondage et tire une autre partie située de l'autre côté de l'ensemble à bobines Cette excitation communiquée à la paroi du sondage engendre dans les formations tendres des ondes de cisaillement qui sont détectées en des points du liquide du sondage espacés verticalement de l'ensemble à bobines. La firme OYO Corporation, Tokyo, Japon, à laquelle a été cédé le brevet No 4 207 961 précité, décrit, dans une note technique datée de Novembre 1980 et intitulée "Development of the Suspension S-wave Logging System",

de Ogura, Nakanishi et Morita, une excitatrice électro-

magnétique du type à solénoïde destinée à produire des ondes de cisaillement, qui semble être identique au

dispositif décrit dans le brevet N O 4-207 961 précité.

Dans la note technique, il est indiqué que le dispositif de diagraphie d'ondes de cisaillement à excitatrice du

type à solénoïde peut être utilisé pour mesurer des vites-

ses d'ondes de cisaillement atteignant environ 1 km/s.

Il apparaît donc que le dispositif décrit dans le brevet N O 4 207 961 précité n'est pas capable d'enregistrer des

vitesses d'ondes de cisaillement supérieures à 1 km/s.

La note technique indique en outre que des données

d'essai portant sur un tel dispositif montrent que l'am-

plitude observée des ondes de cisaillement tombe notable-

ment lorsque la vitesse des ondes de cisaillement dans la

formation augmente, et qu'à des vitesses d'ondes de cisail-

lement descendant à 450 m/s, l'amplitude observée des ondes de cisaillement devient extrêmement faible Il peut donc être même difficile d'utiliser un tel dispositif pour enregistrer des vitesses d'ondes de cisaillement comprises entre 450 et 1000 m/s Dans l'article "A New Method for Shear-Wave Logging", Geophysics Vol 45, N O 10 (Octobre 1980) pages 1489-1506, Kitsunezaki décrit un dispositif de diagraphie qui semble être le même que celui décrit dans le brevet N O 4 207 961 précité A la page 1500 de l'article, Kitsunezaki indique que le mécanisme de com- mande d'un tel dispositif de diagraphie pose des problèmes dans la diagraphie de formations à vitesses d'ondes de

cisaillement plus élevées.

Il apparaît également que le dispositif de Kitsunezaki doit être immobile pendant qu'il est utilisé

pour engendrer des ondes de cisaillement dans des forma-

tions de terrain de la manière décrite ci-dessus Cette

exigence ralentit le procédé de réalisation de diagraphies.

Elle accroît également le risque de blocage du dispositif

de diagraphie dans le puits et le risque de perte du dis-

positif. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs etsur lesquels: la figure 1 est une vue schématique avec coupe partielle d'un dispositif de diagraphie acoustique qui peut être utilisé pour enregistrer la vitesse d'une onde

de cisaillement dans une formation de terrain par enre-

gistrement de la vitesse d'une onde guidée; la figure 2 est une vue enperspective simplifiée, avec coupe partielle, d'un dispositif de diagraphie acoustique à deux pôles pouvant être utilisé p 9 ur enregistrer la vitesse d'une onde de cisaillement dans une formation de terrain par enregistrement de la vitesse d'une onde guidée, la figure 3 est une coupe partielle du dispositif acoustiqueà deux phs suivant la ligne 3-3 de la figure 2; la figure 4 est une coupe transversale d'une source de diagraphie acoustique à quatre pôles pouvant être utilisée pour l'enregistrement de la vitesse d'une onde de cisaillement dans une formation par enregistrement de la vitesse d'une onde guidée; la figure 5 est une vue schématique simplifiée en perspective du dispositif de diagraphie acoustique à quatre pôles de la figure 4, illustrant l'orientation des détecteurs par rapport à celle de la source à quatre pôles,

et les connexions électriques de la source et des détec-

teurs la figure 6 est une coupe transversale d'une

autre source de diagraphie acoustique à quatre pôles pou-

vant être utilisée pour l'enregistrement de la vitesse

d'une onde de cisaillement dans une formation par enregis-

trement de la vitesse d'une onde guidée; la figure 7 est une coupe transversale d'une source de diagraphie acoustique à huit pôles pouvant être utilisée pour l'enregistrement de la vitesse d'une onde de cisaillement dans une formation par enregistrement de la vitesse d'une onde guidée; et la figure 8 est une coupe transversale d'une autre source de diagraphie acoustique pouvant être utilisée pour enregistrer la vitesse d'une onde de cisaillement dans une formation par enregistrement de la vitesse d'une onde guidée t La vitesse d'une onde de cisaillement dans la formation peut être déterminée par enregistrement de la

composante la plus-rapide d'une onde guidée, cette com-

posante ayant sensiblement la même vitesse que celle de l'onde de cisaillement dans la formation Dans un tel procédé, une onde guidée est enregistrée dans le liquide du sondage, de manière que la composante la plus rapide de l'onde guidée possède sensiblement la même vitesse que celle de l'onde de cisaillement dans la formation L'arrivée de cette composante la plus rapide est détectée en au moins un point dans le liquide, ce point étant espacé, dans la direction longitudinale du sondage, du point o l'onde guidée est produite La vitesse de la composante la plus rapide de l'onde guidée, qui est sensiblement la même que celle de l'onde de cisaillement de la formation, peut être

déterminée.

Lorsque la vitesse de l'onde de cisaillement de la formation entourant le sondage est inférieure àla

vitesse du son dans le liquide du sondage, l'onde de cisail-

lement produite dans la formation par réfraction d'ondes de compression dans le liquide du sondage s'éloigne du sondage et n'atteint jamais le détecteur placé dans ce dernier Par conséquent, dans de telles circonstances, il peut être impossible d'enregistrer directement la

vitesse de l'onde de cisaillement Cependant, on a décou-

vert que, lorsqu'une source à pôles multiples, qu'elle possède deux pôles, quatre pôles, huit pôles ou un nombre de pôles d'ordre plus élevé, est utilisée pour produire des ondes de compression dans le liquide du sondage, ces ondes de compression, en atteignant la paroi du sondage, engendrent une onde guidée dispersive La vitesse de l'onde guidée dépend de façon complexe des vitesses du son dans le liquide du sondage et dans la formation, de la fréquence de l'onde, et de la forme et de la dimension du sondage Si la source à pôles multiples rayonne à des fréquences comprenant une fréquence critique (comme décrit ci-après), la composante la plus rapide de l'onde guidée ainsi produite possède sensiblement la même vitesse que l'onde de cisaillement Par conséquent, en détectant l'arrivée de cette composante la plus rapide de l'onde

guidée, on peut obtenir la vitesse de l'onde de cisaille-

-ment de la formation La vitesse de l'onde de cisaillement d'une formation peut être enregistrée de cette manière, que cette vitesse soit supérieure ou inférieure à la vitesse du son dans le liquide du sondage Ce procédé peut être utilisé pour enregistrer les vitesses d'ondes de cisaillement dans des formations dures ainsi que dans

des formations tendres.

Dans la plupart des formations tendres, l'onde guidée produite par une source symétrique classique possède des composantes dont les vitesses sont toutes inférieures à celle de l'onde de cisaillement Par conséquent, dans la plupart des formations tendres o lès vitesses des ondes de cisaillement sont inférieures à la vitesse du son dans le liquide du sondage, seules des sources à pôles multiples peuvent être utilisées pour la diagraphie de vitesse d'ondes

de cisaillement.

Les figures 1 à 8 représentent des dispositifs

de diagraphies acoustiques utilisant des sources de dia-

graphies à pôles multiples qui peuvent être utilisées pour enregistrer les vitesses d'ondes de cisaillement dans des formations de terrain par enregistrement de la vitesse d'une onde guidée La figure 1 représente schématiquement un dispositif de diagraphie acoustique qui peut être

utilisé pour déterminer les vitesses d'ondes de cisaille-

ment dans des formations de-terrain Une sonde 10 de diagraphie est conçue pour être montée et abaissée à l'intérieur d'un puits La-sonde contient une source acoustique 12 à pôles multiples et deux détecteurs 14, 16 Pour commencer la diagraphie, on suspend la sonde 10 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 façon à être espacés

l'un de l'autre et de la source 12 dans la direction lon-

gitudinale du sondage 20 La source 12 est connectée à un bloc 24 de commande de tir et d'enregistrement Les signaux enregistrés par les détecteurs 14 et 16 sont transmis à un filtre passe-bande 26, à un amplificateur

28 et à un bloc 30 d'intervalle de temps.

D'une manière décrite ci-dessous, le bloc de commande de tir et d'enregistrement est utilisé pour déclencher la source 12 qui produit une onde guidée dans le liquide 18 et dans la formation 22 L'arrivée de l'onde guidée est détectée par les détecteurs 14 et 16, filtrée

par le filtre 26 et amplifiée par l'amplificateur 28.

L'intervalle de temps entre la détection de l'arrivée par le détecteur 14 et sa détection par le détecteur 16 est alors mesuré par le bloc 30 d'intervalle de temps, Cet intervalle de temps peut être mémorisé ou affiché comme souhaité. La figure 2 est une vue en perspective simplifiée

d'un dispositif de diagraphie acoustique à deux pôles, pou-

vant être utilisé pour réaliser des diagraphies de forma-

tions de terrain Comme montré sur la figure 2, la sonde de diagraphie comprend un certain nombre de tronçons cylindriques creux Le tronçon supérieur 32 contient une

source de diagraphie acoustique à deux pôles (non repré-

sentée sur la figure 2) et il présente deux fenêtres

opposées 42 qui permettent aux ondes de compression pro-

duites par la source bipolaire de se propager radialement à travers elles dans le liquide du sondage Chacun des

tronçons 34 et 36 contient un détecteur (non représenté).

Les deux tronçons sont disposés au-dessous du tronçon 32 et ils présentent des fenêtres 44 et 46 comme montré sur la figure 2 Lorsque les ondes de compression produites par la source bipolaire dans le tronçon 32 atteignent la

paroi du sondage, elles engendrent une onde guidée bipo-

laire dispersive dans le liquide du sondage et dans une partie de la formation adjacente au sondage La plus grande partie de l'énergie de l'onde guidée est concentrée à et à proximité de l'interface liquide du sondage-paroi du sondage Dans la formation, l'amplitude de l'onde guidée s'atténue rapidement au fur et à mesure que cette onde s'éloigne de l'interface L'onde guidée se déplace le long du sondage, à l'interface, et dans le liquide du sondage pour atteindre les détecteurs des tronçons 34 et 36 en passant dans les fenêtres 44 et 46, respectivement Les

vues en perspective simplifiées de dispositifs de diagra-

phie acoustique à pôles multiples d'ordre plus élevé apparaissent comme étant similaires au dispositif bipolaire montré sur la figure 2, sauf que chacun des tronçons 32, 34 et 36 présente de préférence plus de deux fenêtres

comme montré sur la figure 2.

La nomenclature des pôles multiples est basée n sur des puissances successives de deux, c'est-à-dire 2,

n étant un entier égal à 1, 2, 3 et ainsi de suite, indé-

finiment Par conséquent, les pôles multiples comprennent

deux pôles (n = 1), quatre pôles (n = 2), et huit pôles -

(n = 3) La nomenclature des pôles multiples d'ordre plus n élevé est basée sur 2, avec N = 4, 5, 6 et ainsi de

suite, indéfiniment.

La figure 3 est une coupe longitudinale partielle d'un dispositif de diagraphie acoustique à deux pôles, suivant la ligne 3-3 de la figure 2 Comme montré sur la figure 3, la source bipolaire 12 de diagraphie d'ondes de cisaillement comprend deux plaques piézo-électriques allongées présentant deux extrémités Les deux plaques sont liées l'une à l'autre par leurs surfaces plates pour former une plaque composite 12 Chacune des deux plaques

est polarisée sensiblement perpendiculairement à sa sur-

face plate et les polarisations des deux plaques sont de directions sensiblement opposées La plaque composite

est reliée à la sonde par ajustement étroit de ses extré-

mités entre des plaques 54 de serrage qui sont fixées à la sonde Les plaques de serrage maintiennent la plaque

composite en position pendant qu'elle est mise en vibra-

tion La partie de la plaque composite comprise entre les deux extrémités qui sont serrées par les plaques 54 est désignée ci-après "partie non serrée" Les surfaces plates apparentes extérieures de la plaque composite 12 sont revêtues de couches conductrices 55 et sont reliées, par l'intermédiaire de ces couches et par des fils 56, au bloc 24 de commande de tir et d'enregistrement Ce bloc applique une impulsion électrique à travers la plaque

composite 12 Il est bien connu que si une impulsion élec-

trique est appliquée à travers les deux surfaces plates d'un élément constitué de deux plaques piézo-électriques polarisées en sens opposés, elle provoque une flexion de l'élément Si la polarité de l'impulsion appliquée est comme indiqué sur la figure 3, la partie médiane non serrée de la plaque composite allongée 12 fléchit dans le sens de la flèche blanche 60 montréesur la figure 3 Bien que sur la figure 3, les plaques composites 12 soient représentées comme étant serrées à leurs deux extrémités, il convient de noter que, si les plaques sont en chaque point serrées uniquement par une extrémité ou par un point situé entre leurs extrémités, les parties éloignées du point de serrage peuvent être mises en vibration par des impulsions électriques de la même manière afin de générer une onde guidée bipolaire dans le liquide du sondage Ces

parties sont appelées ci-après "parties non serrées".

La plaque composite, comprenant les deux plaques piézo-électriques polarisées en sens opposés, est aisément

disponible dans le commerce Des plaques composites piézo-

électriques fournies par la firme Vernitron Company, Bedford, Ohio, sous l'appellation "Bender Bimorphs", ont donné satisfaction L'espace latéral entourant la source 12 et délimité par le tronçon cylindrique 32 est rempli d'une huile 64 Les parties supérieure et inférieure du tronçon 32 sont remplies d'une matière 66 de maintien qui possède

de préférence de bonnes qualités d'amortissement.

Comme montré sur la figure 3, le détecteur 14 et le tronçon 34 sont de même réalisation que la source 12 et le tronçon 32 Les couches conductrices apparentes extérieures du détecteur 14 sont connectées à un filtre passe-bande 26 (non représenté sur la figure 3) plutôt qu'à un circuit de commande de tir Le filtre passe-bande

est ensuite connecté à un amplificateur et à un bloc -

d'intervalle de temps comme montré sur la figure 1 Le détecteur 16 et le tronçon 36 (non représentés sur la figure 3) sont de même réalisation que le détecteur 14

et le tronçon 34 et ils sont placés au-dessous du détec-

teur 14.

La figure 4 est une coupe transversale d'une source de diagraphie acoustique à quatre pâles qui peut être utilisée pour l'enregistrement des vitesses d'ondes de cisaillement dans des formations par enregistrement de la vitesse d'une onde guidée Au lieu d'utiliser une seule plaque composite allongée comme dans la source bipolaire d'ondes de cisaillement illustrée sur la figure 3, la source quadripolaire d'ondes de cisaillement utilise quatre de ces plaques composites allongées 72, 74, 76 et 78, orientées spatialement de manière que ces quatre

plaques forment sensiblement les quatre côtés rectangu-

laires d'un cube allongé Les quatre plaques 72, 74, 76 et

78 sont reliées à la sonde de diagraphie, aux deux extré-

mités, par deux plaques de serrage présentant chacune quatre rainures dans lesquelles les extrémités des quatre plaques composites sont ajustées étroitement Le tronçon 32 du

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dispositif quadripolaire possède quatre fenêtres 42 au lieu de deux comme montré sur la figure 2 Les quatre plaques sont orientées spatialement de façon à faire face aux fenêtres 42 comme montré sur la figure 4 Les espaces en forme de secteur compris entre les quatre plaques et les quatre fenêtres sont remplis d'une huile 80 L'espace compris entre les quatre plaques et les espaces latéraux en forme de secteur compris entre les espaces remplis d'huile sont remplis d'une matière 66 de maintien ayant

de bonnes qualités d'amortissement.

Sensiblement le même signal à-impulsion électri-

que est appliqué à chacune des quatre plaques composites.

Si les polarités des impulsions électriques ainsi appli-

quées sont telles qu'indiquées sur la figure 4, les parties non serrées des quatre plaques fléchissent et se déplacent dans les sens des quatre flèches blanches montrées sur la figure 4 Si les impulsions électriques sont appliquées aux quatre plaques sensiblement simultanément, les quatre

plaques fléchissent et se déplacent sensiblement simultané-

ment pour produire quatre ondes de compression dans l'huile Les quatreondes de compression se propagent par les fenêtres 42 et le liquide 18 du sondage pour atteindre la

paroi de ce dernier Lorsque les quatre ondes de compres-

sion atteignent la paroi du sondage, elles engendrent

dans le liquide de ce sondage une onde guidée quadripolaire.

De même que dans la source bipolaire, les quatre plaques peuvent être utilisées de la même manière pour engendrer une onde guidée quadripolaire même si chacune des plaques

n'est serrée qu'à une extrémité au lieu des deux extré-

mités.

La figure 5 est une vue en perspective simplifiée du dispositif de diagraphie acoustique quadripolaire de la figure 4, illustrant l'orientation des détecteurs par

rapport à celle de la source quadripolaire, et les con-

nexions électriques avec la source et les détecteurs Pour détecter l'onde guidée quadripolaire, le détecteur 14 est également de préférence un détecteur quadripolaire de réalisation similaire à celle de la source 12 Les quatre plaques composites du détecteur 14 possèdent de préférence les mêmes orientations spatiales par rapport au sondage

que celles de la source 12 'Les surfaces apparentes exté-

rieures des quatre plaques composites du détecteur 14 sont reliées au filtre passe-bande 26 d'une manière similaire à celle des connexions entre les surfaces respectives de

la source 12 et le bloc 24 de commande de tir et d'enre-

gistrement Un autre détecteur placé au-dessous du détec-

teur 14 est similaire à ce dernier, mais n'est pas repré-

senté sur la figure 5 pour plus de clarté Pour permettre

aux quatre plaques de chacun des deux détecteurs de détec-

ter l'arrivée de l'onde guidée quadripolaire, les tronçons contenant les deux détecteurs possèdent chacun quatre fenêtres. La figure 6 est une coupe d'une autre source de diagraphie acoustique quadripolaire, pouvant être utilisée pour enregistrer les vitesses d'ondes de cisaillement dans des formations par enregistrement de la vitesse d'une onde

guidée La source-de la figure 6 est de réalisation simi-

laire à celle de la source de la figure 4, sauf qu'au lieu de quatre plaques piézo-électriques composites, la source

de la figure 6 comprend des secteurs sensiblement identi-

ques 82, 84, 86 et 88 d'un cylindre creux piézo-électrique polarisé radialement Les quatre secteurs sont agencés

spatialement de façon à avoir sensiblement le même axe.

Ils sont placés sur la surface cylindrique extérieure

d'un corps annulaire 90 de matière de maintien Deux an-

neaux élastiques (non représentés sur la figure 6), s'ajus-

tant étroitement sur les quatre secteurs, les maintiennent en place pendant qu'ils vibrent Un mandrin 92 passe à travers le corps 90 et deux disques (non représentés sur la figure 6), qui s'ajustent étroitement dans le tronçon

32, sont vissés sur ses deux extrémités.

Il est bien connu que, lorsqu'une impulsion électrique est appliquée entre les surfaces cylindriques intérieure et extérieure de chacun des secteurs, ces secteurs s'expansent ou se contractent radialement A la différence dela source de la figure 4 o uniquement les parties non serrées des plaques composites se déplacent,

l'ensemble du secteur est déplacé radialement vers l'in-

térieur ou vers l'extérieur Si les quatre secteurs sont polarisés radialement vers l'extérieur et si sensiblement la même impulsion électrique est appliquée aux quatre secteurs sensiblement simultanément, avec les polarités telles qu'indiquées sur la figure 6, les secteurs 82 et 86 se contractent radialement, tandis que les secteurs 84

et 88 s'expansent radialement L'expansion et la contrac-

tion des quatre secteurs se produisent à peu près simul-

tanément pour engendrer quatre ondes de compression Pour détecter l'arrivée de l'onde guidée quadripolaire, les détecteurs utilisés peuvent être de réalisation similaire à celle de la source quadripolaire de la figure 6 ou à celle de la source quadripolaire des figures 4 et 5,

décrites précédemment.

La figure 7 est une coupe transversale d'une source de diagraphie acoustique à huit pâles pouvant être

utilisée pour enregistrer les vitesses d'ondes de cisail-

lement dans des formations par enregistrement de la vitesse d'une onde guidée Six plaques composites piézo-électriques allongées sont disposées spatialement de façon à former

sensiblement les faces parallèles d'un prisme hexagonal.

De même que dans les sources bipolaires et quadripolaires des figures 3, 4 et 5, chacune des six plaques composites comprend deux plaques piézoélectriques polarisées en sens opposés, liées l'une à l'autre, et chaque plaque composite est reliée à la sonde de diagraphie par des plaques de serrage De même que pour le tir des sources bipolaires

et quadripolaires, sensiblement la même impulsion électri-

que est appliquée à travers les surfaces plates de chacune des six plaques composites, sensiblement en même temps,

avec des polarités telles qu'indiquées sur la figure 7.

Les parties non serrées des plaques composites adjacentes

fléchissent et vibrent sensiblement en phases opposées.

Les sens des mouvements de flexion des six plaques com-

posites sont illustrés par des flèches blanches sur la figure 7 Le mouvement de flexion de chaque plaque composite

engendre une onde de compression dans le liquide du sondage.

Lorsque les six ondes de compression atteignent la paroi du sondage, elles engendrent dans le liquide du sondage une onde guidée à huit pôles De même que dans les sources bipolaires et quadripolaires, les six plaques peuvent être utilisées pour engendrer une onde guidée à huit pôles quand

bien même chacune des plaques n'est serrée qu'à une extré-

mité Pour détecter l'arrivée de l'onde guidée à huit pôles dans le liquide du sondage, le détecteur-utilisé est de

préférence du type à huit pôles, qui peut être de réalisa-

tion similaire à celle de la source à huit pôles illustrée

sui: la figure 7 Les surfaces extérieures des plaques com-

posites du détecteur 14 sont connectées à un filtre passe-

bande 26 plutôt qu'au bloc 24 de commande de tir et d'enre-

gistrement Les trois tronçons contenant la source à huit pôles et les détecteurs à huit pôles, correspondant aux tronçons 32, 34 et 36 de la figure 2, possèdent chacun

six fenêtres au lieu de deux.

La figure 8 est une coupe transversale d'une autre forme de réalisation de la source de diagraphie

acoustique à huit pôles qui peut être utilisée pour enre-

gistrer les vitesses d'ondes de cisaillement dans des formations par enregistrement de la vitesse d'une onde guidée Six secteurs sensiblement similaires d'un cylindre creux piézo-électrique polarisé radialement sont disposés spatialement de façon à être sensiblement coaxiaux Les six secteurs peuvent être reliés à la sonde d'une manière similaire à celle indiquée pour la source quadripolaire de la figure 6 Sensiblement la même impulsion électrique est appliquée à travers les surfaces cylindriques de chacun des secteurs, sensiblement en même temps, de manière que les impulsions fournies à deux secteurs adjacents quelconques soient de polarités opposées Cet agencement est illustré sur la figure 8 Grâce à cet agencement, si l'un

des secteurs est soumis à une expansion radiale par l'im-

pulsion électrique, les deux secteurs adjacents se contrac-

tent radialement Les sens d'expansion et de contraction sont illustrés par des flèches blanches sur la figure 8, Les ondes combinées de compression ainsi produites par l'expansion et la contraction des six secteurs engendrent, en frappant contre la paroi du sondage, une onde guidée à huit pôles dans le liquide du sondage Pour détecter l'arrivée de l'onde guidée à huit pâles, les détecteurs utilisés peuvent être de réalisation similaire à celle de la source acoustique à huit pôles illustrée sur la figure 7 ou 8 Les trois tronçons contenant la source à huit pôles et les détecteurs à huit pâles, correspondant aux tronçons 32, 34 et 36 de la figure 2, possèdent chacun

six fenêtres au lieu de deux -

Les sources à pôles multiples d'ordre plus élevé peuvent être réalisées similairement aux deux formes de réalisation de la source acoustique à huit pôles illustrée sur les figures 7 et 8 Ainsi, la source à seize pôles peut être réalisée par l'agencement spatial de huit plaques composites piézo-électriques allongées, de façon que ces plaques forment les huit faces parallèles d'un prisme octogonal Sensiblement la même impulsion électrique est appliquée à chacune des huit plaques composites, cette

impulsion ayant une polarité telle que des plaques adja-

centes vibrent sensiblement en opposition de phases Une variante de réalisation de la source à seize pôles est obtenue en remplaçant les huit plaques-composites par huit secteurs sensiblement identiques d'un cylindre creux piézo-électrique, polarisé radialement Sensiblement la même impulsion électrique est appliquée à chacun des

secteurs afin que des secteurs adjacents vibrent sensi-

blement en opposition de phases D'autres pôles multiples

d'ordre plus élevé peuvent être réalisés de cette manière.

Les détecteurs utilisés pour détecter les arrivées d'ondes guidées d'ordre plus élevé sont de préférence d'un ordre

correspondant à celui de la source.

Le nombre de plaques composites ou de secteurs des formes de réalisation des sources à huit pôles et à 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 comprend huit plaques ou secteurs La source à trentedeux pôles comprend dix

plaques ou secteurs Par conséquent, alors que la nomen-

clature des sources à pôles multiples est basée sur 2 ni N étant un entier égal à 1, 2, 3, le nombre correspon- dant 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 pâles (n = 5) comprennent, respectivement, 6, 8 et 10 plaques ou secteurs Par conséquent, d'une façon générale, une source à 2 N pôles comprend 2 N plaques ou secteurs,

n étant un entier égal à 1, 2, 3 et ainsi de suite, indé-

finiment.

Bien que les vitesses d'ondes de cisaillement des formations puissent être enregistrées à l'aide des

dispositifs et sources à pôles multiples décrits ci-

dessus, il est évident que l'invention peut être mise en oeuvre à l'aide d'autres dispositifs acoustiques à pôles

multiples ou à l'aide d'autres dispositifs acoustiques.

Pour produire une onde guidée, caractérisée en ce que sa composante la plus rapide possède la même vitesse que l'onde de cisaillement dans la formation, la plage de fréquences auxquelles la source à pôles multiples

rayonne doit contenir une certaine fréquence critique.

Dans le cas d'une source bipolaire, la fréquence critique f est approximativement donnée par l'équation f = v/12 a Hz o a est le rayon du sondage et v est la vitesse de l'onde de cisaillement Dans le cas d'une source quadripolaire, la fréquence critique est donnée approximativement par l'équation:

f = v/4 a Hz.

Dans le cas d'une source à huit pôles, la fréquence criti-

que est donnée approximativement par l'équation

f = 5 v/12 a Hz.

* La vitesse de l'onde de cisaillement de la formation peut être estimée par un procédé classique tel que la mesure de la vitesse de l'onde de compression de 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 Les largeurs de bandes des ondes guidées produites par les sources à pôles multiples décrites précédemment sont importantes, de sorte que des estimations grossières des

vitesses de l'onde de cisaillement de la formation con-

viennent pour déterminer si la source à pôles multiples

rayonne à la fréquence critique.

La source du type à cylindre fendu, décrite dans le brevet No 3 593 255 précité et la source du type à disque circulaire décrite dans la demande N O 31 989 précitée, peuvent être utilisées comme sources bipolaires pour produire et enregistrer la composante la plus rapide de l'onde guidée, cette composante possédant la même

vitesse que l'onde de cisaillement La fréquence criti-

que à laquelle une source bipolaire doit rayonner est

basse dans le cas de nombreux types de formations rencon-

trés dans l'exploration à la recherche de pétrole et de

gaz Il est important que la conception de la source bi-

polaire convienne à un rayonnement à une telle basse fréquence A cet effet, la plaque composite allongée de la source bipolaire illustrée sur la figure 3 peut être d'une conception mieux adaptée que celle du cylindre fendu décrit dans le brevet N O 3 593 255 précité et que celle du disque circulaire décrit dans la demande

N O 31 989 précitée.

La fréquence initiale à laquelle une source à pôles multiples doit rayonner est souvent basse dans le

cas de nombreux types de formations Les fréquences rayon-

nées par la source du type à 2 N pôles, comprenant 2 N sec-

teurs, décrite ci-dessus, varient inversement avec le rayon des secteurs Ainsi, il peut être souhaitable que le rayon des secteurs soit assez grand pour que la source puisse rayonner à de basses fréquences Dans la réalisation

d'une telle source à pôles multiples, il peut être souhai-

table que le rayon des secteurs ne soit que légèrement

inférieur au rayon de la sonde de diagraphie.

Comme décrit précédemment, les ondes de cisaille -

ment réfractées ne peuvent être enregistrées directement dans le cas o la vitesse de l'onde de cisaillement de la formation est inférieure à la vitesse du son dans le liquide du sondage Même dans le cas o la vitesse de l'onde de cisaillement est 4 gale ou légèrement supérieure à la vitesse du son dans le liquide du sondage, l'arrivée de

l'onde de cisaillement peut encore avoir une faible ampli-

tude et peut donner de mauvais résultats pour une diagra-

phie d'ondes de cisaillement Dans de telles conditions, le procédé selon l'invention permet d'obtenir de-meilleures

mesures que les procédés dans lesquels des ondes de cisail-

lement réfractées sont enregistrées directement.

L'arrivée de la composante la plus rapide de l'onde guidée peut être enregistrée en ligne (c'est-à-dire que l'arrivée peut être captée sans traitement de données) si cette arrivée est d'une amplitude notablement supérieure à celle de l'arrivée de l'onde de compression Il en est ainsi lorsque pratiquement toutes les fréquences rayonnées par la source à pôles multiples sont comprises dans une plage préférée La plage préférée de fréquences d'une source bipolaire est différente de la plage préférée de fréquences d'une source quadripolaire En général, la plage préférée de fréquences d'une source à pôles multiples d'un ordre particulier peut être différente de celle d'une source à pôles multiples d'un ordre différent La plage préférée de fréquences d'une source à pôles multiples

varie avec la vitesse à enregistrer de l'onde de cisaille-

ment dans la formation Si la vitesse approximative de l'onde de cisaillement d'une formation est estimée comme décrit précédemment, la plage préférée de fréquences de la source à pôles multiples peut être choisie Les plages préférées de fréquences des sources à deux pôles, quatre pôles et huit pôles sont données ci-dessous dans le cas d'un puits de 25 cm de diamètre |

Vitesse approxi-

mative de l'onde de cisaillement

1500

900 m/s 1200 m/s 1500 m/s 1800 m/s 2100 m/s 2400 m/s 2700 m/s

Plage pré-

férée de fréquences d'une source bipolaire 0,4 0,6 0,8 1,0 O 2,5 3,5 4,5 4,5 -.4,5 k Hz k Hz k Hz k Hz k Hz k Hz k Hz

Plage pré-

férée de fréquences d'une source quadripolaire 1,2 1,8 2,4 3,0 3,0 3,5 3, 7 7 k Hz 7 k Hz 7 k Hz 11 k Hz 18 k Hz 23 k Hz 27 k Hz

Plage pré-

férée de fréquences d'une source à huit pôles 2,0 8,7 k Hz 3,0 8,7 k Hz 3, 7 8,7 k Hz 3,7 13 k Hz 3,8 20 k Hz 3,9 27 k Hz 4,0 33 k Hz Les fréquences préférées varient inversement avec le diamètre du puits Par conséquent, dans le cas d'un puits de d cm de diamètre au lieu de 25 cm, les plages préférées de fréquences sont données par les valeurs indiquées dans

le tableau ci-dessus, multipliées par un facteur de 25/d.

Il va de soi que de nombreuses modifications peu-

vent être apportées au procédé décrit et représenté sans

sortir du cadre de l'invention.

Claims (14)

REVENDICATIONS

1 Procédé pour réaliser une diagraphie acous-

tique d'une formation ( 22) de terrain entourant un sondage ( 20) qui contient un liquide ( 18), caractérisé en ce qu'il consiste à produire, en un point situé dans le liquide, une

onde guidée dont la composante la plus rapide possède sen-

siblement la même vitesse que l'onde de cisaillement dans la formation, et à détecter la composante la plus rapide de l'onde guidée, en au moins un point du liquide espacé, dans la direction longitudinale du sondage, du point o

l'onde guidée est produite.

2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste en outre à mesurer l'intervalle de temps entre la production de l'onde guidée et la détection

de la composante la plus rapide de cette onde guidée.

3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la composante la plus rapide est détectée en

deux points situés dans le liquide, espacés longitudinale-

ment l'un de l'autre et du point de génération de l'onde

guidée, le procédé consistant en outre à mesurer l'inter-

valle de temps entre les détections de la composante la

plus rapide de l'onde guidée aux deux points de détection.

4 Procédé pour réaliser une diagraphie acous-

tique d'une formation ( 22) de terrain entourant un sondage

( 20) qui contient un liquide ( 18), le procédé étant carac-

térisé en ce qu'il consiste à faire vibrer une source ( 12) à pôles multiples dans le liquide afin de générer dans ce dernier une onde guidée dont la composante la plus rapide

possède sensiblement la même vitesse que l'onde de cisail-

lement se déplaçant dans la formation de terrain, et à détecter l'arrivée de la composante la plus rapide de l'onde guidée en au moins un point du liquide, espacé, dans la direction longitudinale du sondage, de la source

à pôles multiples.

5 Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il consiste en outre à mesurer l'intervalle de temps entre la génération de l'onde guidée et la détection de l'arrivée de la composante la plus rapide de l'onde guidée. 6 Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'arrivée de la composante la plus rapide de l'onde guidée est détectée en deux points du liquide espacés l'un de l'autre et de la source dans la direction longitu- dinale du sondage, le procédé consistant en outre à mesurer l'intervalle de temps entre les détections de l'arrivée de la composante la plus rapide de l'onde guidée aux deux points.

7 Procédé de réalisation d'une diagraphie acous-

tique d'une formation ( 22) de terrain entourant un sondage ( 20) qui contient un liquide ( 18) dans lequel la vitesse approximative v de l'onde de cisaillement dans la formation est connue, le procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste à faire vibrer une source bipolaire ( 12) dans le liquide afin de générer dans ce dernier une onde guidée dont les fréquences comprennent une fréquence critique f donnée par l'équation f = v/12 a Hz o a est le rayon du sondage, de manière que la composante la plus rapide de l'onde guidée possède sensiblement la même vitesse que l'onde de cisaillement se déplaçant dans la formation, et à détecter l'arrivée de la composante la plus rapide de l'onde guidée en au moins un point du liquide espacé de la source bipolaire dans la direction

longitudinale du sondage.

8 Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que les fréquences de l'onde guidée sont comprises dans la plage de fréquences préférée correspondant à la vitesse approximative v de l'onde de cisaillement dans la formation, conformément au tableau ci-dessous Vitesse approximative de Plage de fréquences l'onde de cisaillement dans préférée (k Hz) la formation (m/s) 600 900 25/d ( 0,4 4,5) 900 1200 25/d ( 0,6 4,5)Y 1200 1500 25/d ( 0,8 4,5) 1500 1800 25/d ( 1,0 8) 1800 2100 25/d ( 2,5 12) 2100 2400 25/d ( 3,5 16) 2400 2700 25/d ( 4 20)

o d est le diamètre du sondage en cm.

9 Procédé de réalisation d'une diagraphie' acous-

tique d'une formation souterraine ( 22) entourant un sondage ( 20) qui contient un liquide ( 18), dans lequel une source bipolaire ( 12) comprenant un corps ( 10) et un élément

allongé fixé au corps, par au moins un point de cet élé-

ment, est suspendue dans le liquide, et o la vitesse

approximative v de l'onde de cisaillement dans la forma-

tion est connue, le procédé étant'caractérisé en ce qu'il consiste à faire vibrer une partie non fixée de l'élément

dans une direction sensiblement perpendiculaire à sa lon-

gueur afin de générer dans le liquide une onde guidée dont les fréquences comprennent une fréquence critique f donnée par l'équation: f = v/12 a Hz o a est le rayon du sondage, de manière que la composante la plus rapide de l'onde guidée possède sensiblement la même vitesse que l'onde de cisaillement se déplaçant dans la formation, et à détecter l'arrivée de la composante la plus rapide de l'onde guidée en au moins un point du liquide

espacé de la source bipolaire dans la direction longitudi-

nale du sondage.

Procédé de réalisation d'une diagraphie acoustique d'une formation souterraine { 22) entourant un sondage ( 20) qui contient un liquide ( 18) , o la vitesse

approximative v de l'onde de cisaillement dans la forma-

tion est connue, le procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste à faire vibrer une source quadripolaire ( 12) dans le liquide afin d'engendrer dans ce dernier une onde guidée dont les fréquences comprennent une fréquence critique f donnée par l'équation: f = v/4 a Hz o a est le rayon du sondage, de manière que la composante la plus rapide de l'onde guidée possède sensiblement la même vitesse que l'onde de cisaillement se déplaçant dans la formation, et à détecter l'arrivée de la composante la plus rapide de l'onde guidée en au moins un point du

liquide espacé de la source quadripolaire dans la direc-

tion longitudinale du sondage.

11 Procédé selon la revendication 10, carac-

térisé en ce que les fréquences de l'onde guidée sont

comprises dans la plage préférée de fréquences correspon-

dant à la vitesse approximative v de l'onde de cisaille-

ment dans la formation, conformément au tableau ci-dessous Vitesse approximative de Plage de fréquences préférée l'onde de cisaillement dans (k Hz) la formation (m/s) 600 900 25/d ( 1,2 7) 900 1200 25/d ( 1,8 7)

1200 1500 25/d ( 2,4 7).

1500 1800 25/d ( 3,0 11) 1800 2100 25/d ( 3,0 18) 2100 2400 25/d ( 3,5 23) 2400 2700 25/d ( 3,7 27)

o d est le diamètre du sondage en cm.

12 Procédé de réalisation d'une diagraphie acoustique d'une formation souterraine ( 22) entourant un sondage ( 20) qui contient un liquide ( 18) , o la vitesse

approximative v de l'onde de cisaillement dans la forma-

tion est connue, le procédé étant caractérisé-en ce qu'il consiste à faire vibrer une source ( 12) à huit pôles dans le liquide afin de générer dans ce dernier une onde guidée dont les fréquences comprennent une fréquence critique f donnée par l'équation: f = 5 v/12 a Hz o a est le rayon du sondage, de manière que la composante

la plus rapide de l'onde guidée possède sensiblement la-

même vitesse que l'onde de cisaillement se déplaçant dans la formation, et à détecter l'arrivée de la composante la plus rapide de l'onde guidée en au moins un point du

liquide espacé de la source à huit pôles dans la direc-

tion longitudinale du sondage.

13 Procédé selon la revendication 12, carac- térisé en ce que les fréquences de l'onde guidée sont

comprises dans la plage préférée de fréquences correspon-

dant à la vitesse approximative v de l'onde de cisaille-

ment dans la formation, conformément au tableau suivant Vitesse approximative de Plage de fréquences préférée l'onde de cisaillement dans (k Hz) la formation _m/s) 600 900 25/d ( 2,0 8,7) 900 1200 25/d ( 3,0 8,7) 1200 1500 25/d ( 3,7 8,7) 1500 1800 25/d ( 3,7 13) 1800 2100 25/d ( 3,8 20) 2100 2400 25/d ( 3,9 27) 2400 2700 25/d ( 4,0 33)

o d est le diamètre du sondage en cm.

14 Procédé selon l'une quelconque des revendi-

cations 7, 10 et 12, caractérisé en ce qu'il consiste en outre à mesurer l'intervalle de temps entre la génération

de l'onde guidée et la détection de l'arrivée de la com-

posante la plus rapide de l'onde guidée.

Procédé selon l'une quelconque des revendi-

cations 7, 10 et 12, caractérisé en ce que l'arrivée de

la composante la plus rapide de l'onde guidée est détec-

tée en deux points du liquide espacés l'un de l'autre et de la source dans la direction longitudinale du sondage, le procédé consistant en outre à mesurer l'intervalle de temps entre les détections des arrivées de la composante

la plus rapide de l'onde guidée aux deux points.