FR2564980A1

FR2564980A1 - Procede de diagraphie acoustique instantanee dans un puits de forage

Info

Publication number: FR2564980A1
Application number: FR8408207A
Authority: FR
Inventors: Philippe Staron; Georges Arens; Pierre Gros
Original assignee: Societe National Elf Aquitaine
Current assignee: Societe National Elf Aquitaine
Priority date: 1984-05-25
Filing date: 1984-05-25
Publication date: 1985-11-29
Also published as: GB8600721D0; NO169261B; NL8520124A; NL192224B; FR2564980B1; IT8520878A0; NO169261C; NO860205L; IT1209634B; US4718048A; GB2173596B; GB2173596A; NL192224C; OA09012A; AU4357285A; CA1255783A; AU575654B2; WO1985005696A1

Abstract

PROCEDE DE DIAGRAPHIE ACOUSTIQUE INSTANTANEE DANS UN PUITS DE FORAGE. LE PROCEDE EST CARACTERISE EN CE QU'IL CONSISTE A REPERER SUR DES ENREGISTREMENTS TIGE ET SOL, DES ENREGISTREMENTS ELEMENTAIRES CORRESPONDANT A UNE MEME COTE DE L'OUTIL DE FORAGE, A GROUPER PAR PAIRES CES ENREGISTREMENTS ELEMENTAIRES, PUIS A INTERCORRELER LESDITS ENREGISTREMENTS DES PAIRES DE MANIERE A PRODUIRE, POUR CHAQUE PAIRE, UN SIGNAL CORRELE REPRESENTATIF DE L'ENERGIE ACOUSTIQUE CREEE ET DE LA DIFFERENCE DES TEMPS DE TRAJET DES ONDES RECUES SUR DES CAPTEURS A PARTIR DESQUELS LA PAIRE D'ENREGISTREMENTS A ETE OBTENUE. APPLICATIONS NOTAMMENT A LA DETERMINATION D'UN PROFIL SISMIQUE DE PUITS.

Description

Procédé de diagraphie acoustique instantanée dans un

puits de forage.

La présente invention concerne un procédé de diagraphie acoustique instantanée dans un puits de forage, et plus généralement un procédé de mesure con-

tinue des caractéristiques acoustiques des couches sou-

terraines entourant le puits de forage.

Au cours d'opérations de forage, on effectue

un certain nombre de mesures physiques appelées diagra-

phies sur les couches souterraines, dénommées également

formations, traversées par un outil de forage.

Certaines de ces diagraphies sont effectuées pendant l'opération du forage proprement dite, ce sont des diagraphies instantanées, alors que d'autres sont

effectuées lors d'interruptions des opérations de fora-

ge, et ce sont des diagraphies différées.

Les diagraphies ainsi réalisées permettent d'améliorer la connaissance des formations traversées et ceci, à la fois, pour une meilleure conduite du forage et une contribution directe à l'exploration des

gisements d'hydrocarbure et autres.

Certaines diagraphies sont du type acoustique, c'est-à-dire qu'au moyen d'un émetteur, on crée une énergie acoustique qui traverse tout ou partie des formations avant d'atteindre des récepteurs, les signaux reçus étant enregistrés puis éventuellement traités,de

manière à pouvoir séparer, notamment, les ondes de com-

pression ou ondes P, des ondes de cisaillement ou ondes S. Parmi les diagraphies acoustiques auxquelles on s'intéresse plus particulièrement on peut citer

celles dénommées "Sonic", réalisées seulement en dif-

féré, et celles plus directement sismiques, produi-

sant ce qu'on appelle un profil sismique vertical ou

de puits, et réalisées également en différé.

Une diagraphie "Sonic" est généralement effec-

tuée au moyen d'un outil spécial qui est descendu dans

un puits foré, ledit outil comprenant à sa partie supé-

rieure au moins un émetteur d'impulsions (impulsions ultra-courtes se répétant à des intervalles très courts) et un récepteur à sa partie inférieure. On enregistre au fur et à mesure de la remontée de l'outil, le temps que met l'onde créée par les impulsions à se propager à travers les formations proches et autour du puits

foré, sur une tranche d'épaisseur constante; un inté-

grateur permet de connaître le temps de parcours de-

puis la cote origine de l'enregistrement.

Le profil sismique vertical peut être obtenu au moyen d'outils spécifiques, tels que ceux décrits dans les demandes de brevets Nos. 8 402 895 et

8 319 727 déposées au nom de la demanderesse.

Bien que les diagraphies différées présentent

une utilité certaine même si elles nécessitent de libé-

rer le puits foré en remontant l'outil de forage pour y disposer, à la place, un outil de diagraphie, il est

également utile de procéder -à des diagraphies instanta-

nées, ne serait-ce que pour améliorer la conduite du forage et vérifier, en temps réel, les caractéristiques

et le contenu en fluide des formations.

Les diagraphies instantanées qui sont toujours réalisées pendant les opérations de forage mettent en oeuvre soit des mesures de surface, par exemple mesure du débit différentiel du fluide de forage, de la vitesse de rotation et/ou d'avancement de l'outil de forage,de la teneur en hydrocarbures du fluide de forage, soit des mesures de fond qui sont faites au voisinage de l'outil de forage et qui sont remontées en surface par divers moyens, dont une transmission acoustique dans

la boue de forage.

Pour les diagraphies instantanées, on a proposé

d'utiliser comme source de vibrations non pas un émet-

teur acoustique spécifique, mais l'outil de forage lui-

même ou plus exactement sa partie extrême inférieure

qui, pour plus de commodité, sera appelée outil de tra-

vail. En effet, les outils de travail à molettes par exemple, travaillent sur le front de taille d'un puits de forage par percussion, la rotation de la molette

d'une dent sur la dent suivante assurant la destruc-

tion de la roche.

Dans les brevets français Nos.l 587 350,

1 590 327 et son addition 96 617, on propose d'utili-

ser l'énergie vibratoire émise par l'outil de travail et se propageant dans l'outil de forage, le long du train de tiges, puis de traiter, après enregistrement, le signal reçu en surface à la partie supérieure de l'outil de forage, sur des capteurs de contraintes et d'accélérations, de manière à déduire des informations sur les caractéristiques de la roche attaquée par

l'outil de travail, lesdites informations étant égale-

ment utilisées pour l'asservissement des paramètres de forage à certaines caractéristiques mécaniques de

la roche attaquée.

De telles informations ne donnent pas directe-

ment à elles seules de renseignements relatifs à la vitesse de propagation des ondes dans les formations

traversées par l'outil de forage.

Dans les brevets US Nos. 3 817 345 et 4 003 017,

il est décrit un dispositif et un procédé pour la dé.-

termination de la position d'un outil de travail dais un puits de forage incliné. Le dispositif comprend des moyens pour produire des ondes élastiques dans la for- mation située autour et près du fond du puits; un capteur-tige du type accéléromètre ou vélocimètre, disposé à la partie supérieure du train de tiges; et des capteurs-sol tels que des géophones disposés à la surface suivant des directions-appropriées. Dans le

brevet US No. 4 003 017, les ondes élastiques sont pro-

duites par la chute de l'outil de travail dans le fond du puits, ou par une séparation brusque dudit outil de

travail du fond de puits.

Dans le brevet US No. 3 817 345, les ondes élastiques sont produites par la chute de la partie supérieure du train de tige de manière à créer dans ledit train de tige une onde qui se propage ensuite

dans la formation entourant le puits de forage.

Les instants d'émission desdites ondes sont reçus sur le capteur-tige, puis enregistrés, tandis

que les premières arrivées des ondes élastiques direc-

tes, apres traversée des formations situées entre le

fond du puits et la surface, sont reçues sur les cap-

teurs-sol et enregistrées Les enregistrements de ces différents instants permettent de calculer les temps

de trajet des ondes se propageant dans la ou les forma-

tions et dans le train de tiges.

A partir d'un certain nombre de paramètres connus, on déduit par la résolution d'un système d'équations donné dans le brevet US No.3 739 871 la

position de l'outil de travail.

Il est également précisé dans ces brevets US, que les enregistrements des premières arrivées sont utilisés pour le calcul des vitesses moyennes des

ondes élastiques se propageant dans la ou les forma-

tions du sous-sol.

De l'analyse de ces brevets, on peut admettre qu'on est en présence d'une diagraphie instantanée, car les mesures sont effectuées pendant le forage du puits.

Toutefois, le traitement des signaux enregis-

trés, en considérant le brevet US No. 3 739 871 qui

est mentionné comme faisant partie intégrante des bre-

vets US Nos. 3 817 345 et 4 003 017, concerne la déter-

mination exacte des instants d'émission et la différen-

ce des temps de trajet des ondes élastiques se propa-

geant suivant deux chemins distincts. Comme dans les

diagraphies classiques, un temps d'écoute est nécessai-

re entre deux émissions acoustiques, faute de quoi il serait impossible de faire la séparation entre les

premières arrivées directes et les arrivées secondai-

res dues à la réflexion des ondes sur des réflecteurs

situés aux interfaces des formations géologiques.

En définitive, il s'agit d'un procédé discon-

tinu dans lequel deux instants d'émission consécutifs des ondes élastiques sont séparés par un temps d'écoute qui doit être au moins égal au temps de trajet simple suivi par lesdites ondes entre les moyens d'émission

et les capteurs-sol.

Il faut noter également que le procédé décrit

dans cet art antérieur met en oeuvre une méthode im-

pulsionnelle, puisqu'à chaque chute de la partie supé-

rieure du train de tige ou de l'outil de travail, une impulsion est émise et produit les ondes classiques

qui sont enregistrées sous forme de signaux électri-

ques apres réception sur le capteur-tige et les cap-

teurs-sol.

Enfin, dans le brevet US No. 3 739 871 rela-

tif au traitement des signaux, il est précisé que les enregistrements associés aux capteurs-sol peuvent

être additionnés, après calage par rapport à une ori-

gine des temps, de manière à mettre en évidence un même événement reçu sur les capteurs-sol et améliorer le rapport signal sur bruit. Parmi les inconvénients que présentent les dispositifs et le procédé décrits dans ces brevets, il faut citer qu'il est nécessaire d'interrompre, de

temps en temps, le forage pour créer des ondes élasti-

ques et surtout qu'on ne prend en considération que

les arrivées premières, écartant de ce fait les nam-

breuses réflexions sur les différents réflecteurs. En

fait, la seule onde qu'on favorise est l'onde de cOm-

pression ou onde P, alors que, toutes les recherches actuelles l'attestent, les ondes de cisaillement on ondes S sont également très importantes pour une

meilleure connaissance des caractéristiques du sous-

sol. La présente invention a pour but de pr-oposer un procédé dans lequel l'outil de forage ou plus

exactement l'outil de travail tel que défini précedei-

ment constitue une source acoustique, et qui utilise les signaux produits par l'abrasion ou la destruction de la roche pour, après réception sur des capteurs judicieusement disposés et traitement des signaux reçus, obtenir des informations similaires à celles

fournies par les diagraphies acoustiques et les mesu-

res de type sismique dans les puits.

Pour atteindre notamment ce but, la présente

invention a pour objet un procédé de diagraphie ins-

tantanée dans un puits de forage, du type selon le-

quel il consiste à enregistrer, sous forme de signaix, des ondes élastiques créées par la partie inférieure d'un outil de forage désagrégeant les roches dans le

puits de forage, une première série d'ondes se propa-

geant dans ledit outil de forage étant reçue sur au moins un premier capteur monté à la partie supérieure dudit outil de forage de manière à produire au moins un premier enregistrement dénommé enregistrement tige, tandis qu'unedeuxième série d'ondes se propageant

depuis la partie inférieure de l'outil de forage jus-

qu'en surface du puits et à travers les couches de terrain entourant ledit puits est reçue sur au moins un deuxième capteur, de manière à produire au moins un deuxième enregistrement dénommé enregistrement sol, caractérisé en ce qu'il consiste à repérer sur chacun

desdits premier et deuxième enregistrements les par-

ties des signaux correspondant à une meme position de la partie inférieure de l'outil dans le puits, chacune desdites parties constituant ainsi des enregistrements

élémentaires; en ce qu'il consiste à grouper les enre-

gistrements élémentaires par paires, chaque paire come

portant un enregistrement élémentaire tige et un enre-

gistrement élémentaire sol, puis à intercorrêler entre eux les enregistrements élémentaires de chaque paire, de manière à produire, pour chaque paire, un signal corrélé représentatif de é'nergie acoustique créée par la partie inférieure de locutil de forage et de la différence des temps de trajet des ondes reçues sur

les capteurs à partir desquels la paire d'enregistre-

ments a été obtenue.

Un avantage de la prOsente invention réside

dans le fait qu'on peut estimer en temps ràel, 2 par-

tir des deux enregistrements tige et sol, les caracté-

ristiques acoustiques des formations traversées, la comparaison visuelle des deux enregistrements entre eux étant susceptible de permettre une première verin

fication de la nature des formations traversées.

Bien évidemment, ce qu'il est important de connaître, ce sont les caractéristiques de chaque formation traversée. Les informations nécessaires a cet effet sont fournies par les signaux corrélés et

représentatifs des parties d'enregistrements élémen-

taires choisies.

Selon une autre caractéristique, le procédé consiste, en outre, à déterminer pour chaque position considérée de la partie inférieure de l'outil dans le puits, le temps de trajet des ondes se propageant entre la partie inférieure de l'outil et le capteur monté à la partie supérieure dudit outil de forage, puis à décaler le signal corrélé correspondant à la position considérée d'une quantité égale audit temps

de trajet ainsi déterminé.

Cela permet de recaler les deux enregistre-

ments entre eux de manière à mettre en phase les mêmes événements enregistrés et de permettre d'obtenir pour

chaque événement un pic de corrélation qui soit rela-

tivement important par rapport aux résidus de correla-

tion.

Selon une autre caractéristique, l'enregistre-

ment tige est soumis à un prétraitement consistant à éliminer des événements secondaires pour conserver uniquement sur ledit enregistrement des événements

principaux d'intérêt.

L'effet parasite sur la mesure des temps de pics de corrélation dû aux rajouts de tiges pendant le forage est alors éliminé par la détermination du temps de propagation des ondes dans le train de tiges. Un

tel temps de propagation peut être déterminé par diver-

ses méthodes qui sont mentionnées dans la description

et les revendications.

D'autres avantages et caractéristiques ressor-

tiront à la lecture de la description d'un procédé

selon l'invention, donnée à titre indicatif mais non limitatif, ainsi que du dessin annexé, sur lequel:

La figure 1 est une représentation schémati-

que en coupe du sous-sol et des moyens mis en oeutre

dans le procédé selon l'invention.

La figure 2 est une représentation schémati-

que et dilatée d'une partie d'enregistrement du signal reçu sur un géophone et résultant de l'émission par

l'outil de travail d'une impulsion élémentaire.

Les figures 3a et 3b sont, pour une profondeur

donnée, des représentations simulées de parties d'enre-

gistrement des signaux reçus respectivement sur un cap-

teur monté sur l'outil de forage et sur un géophone,

tandis que la figure 3c est le résultat de la correla-

tion des parties d'enregistrement représentées sur les

figures 3a et 3b.

Les figures 4a à 4c sont analogues aux figures 3a à 3c, à la même profondeur donnée mais après rajout d'une tige dans le train de tiges de l'outil de forage.

La figure 5 est une représentation très schéma-

tique d'un profil sismique de puits tel qu'obtenu sui-

vant l'invention.

La figure 6 est le résultat de la corrélation des deux fonctions d'intercorrélation représentées

sur les figures 3c et 4c.

Dans un sous-sol 1 matérialisé par la surface 2, on fore un puits 3 à l'aide d'une tour de forage 4. Un outil de forage représenté schématiquement par un train de tiges 5 et un outil de travail 6 est également représenté dans le puits 3, ainsi qu'un capteur-tige 7 monté, sur la partie supérieure du train de tiges 5, au-dessus de la table de rotation, c'est-à-dire au-dessus de la surface 2. Des capteurs

8, 9 tels que des géophones sont disposés sur la surfa-

ce 2 et suivant des directions appropriées en fonction des résultats recherchés. Pour plus de commodité dans les explications qui vont suivre, les géophones 8 et

9 sont représentés de chaque côté du puits 3 mais peu-

vent être aussi situés tous du même côté. Le capteur

7 et les géophones 8, 9 sont reliés par des conduc-

teurs 10 à 12, ou par télémesure, à un amplificateur 13 qui est connecté à un enregistreur 14 équipé ou

non de moyens d'affichage.

L'outil de travail 6, par exemple du type à molettes, est bien connu des foreurs et né sera donc pas décrit dans le détail. La rotation-percussion de l'outil de travail 6 sur la roche du fonds du puits 3 engendre des ondes élastiques qui se propagent, de

façon continue ou tout au moins pendant le fonctionne-

ment dudit outil de travail 6, suivant deux chemins

principaux.

Le premier chemin est constitué par le train de tiges 5 et le signal reçu sur le capteur 7 qui peut être un accéléromètre, un vélocimètre ou tout autre type de transducteur approprié, est enregistré sur

l'enregistreur 14, après amplification. Pour une posi-

tion donnée de l'outil de travail 6 dans le puits 3, c'est-à-dire à une certaine profondeur dans le puits 3, les caractéristiques du signal reçu sur le capteur 7 ne varient pas beaucoup et peuvent être considérées comme une référence des vibrations émises par l'outil de travail 6. Pour plus de facilité, les différentes positions de l'outil de travail 6, dans le puits 3, seront définies par le terme cote. Ainsi, sur la

figure 1, l'outil de travail, dans la position supé-

rieure, est dit être à la cote Z1 tandis que Z4 est la cote de l'outil de travail 6 dans la position

inférieure, à une profondeur plus grande que la posi-

tion supérieure.

Sur un enregistreur 14', distinct ou intégré dans l'enregistreur 14, on enregistre la cote de l'outil de travail 6 en fonction du temps, donne, par

exemple, en minutes.

Le deuxième chemin est constitué par la ou les formations traversées et comprises entre l'outil de travail 6 et la surface du sol 2. Entre la surface 2 et la cote Z1 on suppose que la formation est homogène et presque isotrope, ou qu'en tout cas elle ne comporte pas de réflecteur,

alors qu'aux cotes Z2 et Z3, se trouvent deux réflec-

teurs R1 et R2.

L'énergie vibratoire transmise au géophone 9 par l'outil de travail, à la cote ZI, qui est alors considéré comme une source sismique, peut suivre au moins trois trajets acoustiques différents, par exemn ple. Le premier trajet acoustique 15 est direct et correspond à une première arrivée sur le géophone 9o Le deuxième trajet acoustique 16 aboutit au méme géophone 9 après réflexions sur les réflecteurs RI et R2. Le troisième trajet acoustique 16a aboutit au même

géophone 9 après une simple réflexionr sur le réflec-

teur R]. Les instants auxquels sont enregistrés les signaux produits par les ondes élastiques se propageant suivant l'un des trajets acoustiques 15, 16, 6a, seront plus ou moins décalés dans le temps, selon le

nombre de réflexions intervenant dans ces trajets.

Sur la figure 2, on a représenté une trace théorique

sur laquelle on distingue un premier pic 17, enregis-

tré au temps Tlj correspondant au temps de trajet mis par une onde élastique suivant le trajet direct 15

le pic 17 est donc la premiere arrivée.

La seconde arrivée 18 se produit à un autre ins-

tant T' et correspond à un trajet acoustique apres une simple réflexion de ladite onde sur le réflecteur R1

suivant le trajet acoustique 16a.

Le signal reçu sur le géophone 3 pour la cote Z4 de l'outil de travail 6, peut également suivre au moins deux trajets acoustiques différents par exemple, l'un 19 direct et l'autre 20 après réflexions sur les

réflecteurs R1 et R2.

Une étape du procédé,selon l'invention, con- siste à enregistrer, de façon simultanée en continu ou en discontinu, les signaux reçus sur le capteur

7 d'une part et les géophones 8, 9, d'autre part, pen-

dant le forage du puits 3, au fur et à mesure que

l'outil de travail 6 avance dans les formations.

Sur les enregistrements bruts ainsi obtenus,

l'un correspondant au capteur 7 et l'autre correspon-

dant au géophone 8 ou 9, tous les événements caracté-

ristiques ou non sont mélangés et ne pourraient être dissociés sans un traitement particulier, constituant

une autre étape originale du procédé selon l'invention.

En effet, sur un enregistrement brut, réel, et s'étalant sur plusieurs heures, il est impossible de distinguer les premières arrivées, aux cotes Z1, Z2... Zn, et encore moins les arrivées secondes dues

aux réflexions.

Sur la figure 3a, on a représenté l'enregistre-

ment brut de l'amplitude d'une partie d'un signal 30. reçu sur le capteur 7 en fonction du temps mesuré en millisecondes, pour une cote de 36 m de l'outil

de travail 6 et une longueur Li du train de tiges.

- Des événements 31, 32, 33 et 34 apparaissent plus ou

moins clairement sur l'enregistrement 30.

Sur la figure 3b, on a représenté l'enregistre-

ment brut de l'amplitude d'une partie d'un signal 35 reçu sur le géophone 8, 9 en fonction du temps mesuré en millisecondes, et dans les mêmes conditions que celles de la figure 3a. De façon analogue, un examen visuel

décèle des événements 36 à 39 qui semblent correspon-

dre aux événements 31 à 34, mais ne permet pas de faire la distinction précise entre les arrivées dues

aux réflexions sur les réflecteurs.

La seconde étape, selon la procédé de l'inven-

tion, consiste à sélectionner sur les enregistrements bruts 30 et 35, des portions ou fenêtres d'enregistre-

ments correspondant à une même cote de l'outil de tra-

vail 6, 36 m dans les exemples représentés, puis à intercorréler entre elles lesdites fenêtres de manière à dissocier les événements entre eux. Le résultat

(figure 3c) est une fonction d'intercorrélation primai-

re 40 qui comprend quatre pics principaux 41 à 44 dont les amplitudes sont importantes par rapport à celles

des résidus de corrélation. Le premier pic 41 corres-

pond à une arrivée directe tandis que les pics 42 à 44 correspondent aux arrivées des ondes réfléchies par des réflecteurs. Dans l'exemple donné et en se

reportant à la figure 5, on constate que le pic 42 sé-

paré du pic 41 de 28 ms correspond à une onde réflé-

chie par un réflecteur situé à 60 mni, le pic 43 étant à 68 ms du pic 41 et correspondant à une réflexion sur un réflecteur situé à 120 m, tandis que le pic 44 est à 98 ms du pic 41 et correspond à une réflexion sur

un réflecteur situé à 180 m.

La longueur de la fenêtre de l'enregistrement brut 30 peut être égale ou différente de celle de la fenêtre de l'enregistrement brut 35. Il est également possible de prendre des fenêtres qui se chevauchent

les unes sur les autres.

* La sélection des fenêtres à intercorréler se fait de la façon suivante, pour une même cote de

l'outil de travail.

Etant donné que les enregistrements des si-

gnaux reçus sur le capteur 7 et les géophones 8, 9 ont une même origine des temps et une même graduation qui peut être en milliseconde, en seconde ou autre unité de temps, on sélectionne arbitrairement le début des fenêtres, par exemple 3 heures après le

commencement des enregistrements. On se reporte en-

suite à l'enregistrement de la cote de l'outil en fonction du temps pour déterminer la cote de l'outil

correspondant à ce délai de 3 heures.

La cote Z et le début des fenêtres étant défi-

nis, on sélectionne, à l'intérieur de fenêtres de grandes longueurs pour lesquelles on peut considérer que la cote Z de l'outil de travail n'a pratiquement pas varié, des fenêtres plus petites de longueur de quelques secondes ou dizaines de secondes, par exemple de 50 secondes. Ces fenêtres de plus petites longueurs sont utilisées pour les opérations de correlation dont les résultats, analogues à celui représenté sur la figure 3c, sont ensuite sommés de manière à renforcer les événements caractéristiques 41 à 44, et obtenir une trace somme correspondant à une horizontale de la

figure 5 de cote Z, sur jaquelle le temps, en milli-

seconde est en abscisse, et la profondeur, en mètres,

est en ordonnée.

De ce qui précède, le traitement des signaux enregistrés sous la forme d'enregistrements bruts sur l'enregistreur 14, consiste donc à repérer sur les enregistrements bruts les parties des enregistrements correspondant à une même cote de l'outil; puis à choisir dans lesdites parties des enregistrements des portions ou fenêtres de corrélation, de manière à

constituer des paires d'enregistrements dits élémen-

taires; puis à intercorréler entre eux les enregis-

trements élémentaires tels que ceux 30 et 35 repré-

sentés sur les figures 3a, 3b et produire, pour cha-

que paire, une fonction d'intercorrélation analogue à celle de la figure 3c qui est représentative de l'énergie acoustique émise par l'outil de travail 6 et de la différence des tEips de trajet des ondes élastiques reçues sur le capteur 7 et les gdophones

8, 9, respectivement.

Les temps de trajet des ondes dans l'outil de forage sont représentes sur la figure 5 par la ligne en marches d'escalier 45, chaque palier B, C, D.. J correspondant à l'adjonction d'une nouvelle tige dans le train de tiges 5. Le palier négatif A tient compte du fait que le capteur 7 n'est pas au niveau de la surface du sol 2 mais au-dessus, comme cela apparaît

sur la figure 1. La distance séparant l'axe des ordon-

nées, donnant la profondeur en mètres, de la ligne.5 représente le temps de trajet des ondes produites par l'outil de travail 6 et se propageant dans le train de

tiges 5.

La distance TB correspond à la premiere adjonc-

tion ou rajout d'une tige dans le train de tiges et représente le temps de trajet des ondes acoustiques

dans ledit rajout.

La distance TC est 9gale à la distance TB plus le palier C1C2 qui correspond & un deuxième rajout de tiges. La longueur de chacque rajout de tiges étant constante, par exesmple de 18 m, il est nortal de constater que le palier C est égal au palier B aux erreurs près susceptibles d'être introduites par les raccords entre les tiges. De ce:faitt le temps de trajet TC des ondes acoustiques dans le train de tiges

est égal au temps de trajet TB ± C1 C2.

De même le temps de trajet, au palier D est TD = T + D1D, et ainsi de suite pour les autres paliers. Les sommes des fonct-ioDs dlintercorrélation primaires zelatives àchaque cote de l'outil de travail pouvant avoir des origines temporelles différentes, il est nécessaire de 'es caler ou de les repérer par rapport à une origine temporelle c o m m u n e Suivant l'invention, on cale les sommes des fonctions d'intercorrélation primaires par rapport à l'instant

théorique 0 ucmi serait obtenu si le capteur 7 se trou-

vait sur l'outil de travail 6.

A cet effet, le procédé consiste à ajouter à la différence de temps de trajet sur la somme des fonctions d'intercorrélation primaires correspondant

à chaque cote, un temps qui est égal au temps de tra-

jet des ondes dans le train de tiges pour la cote

considérée.

En se référant à nouveau à la figure 5, on voit que le signal corrélé pourla cote 80 m devra être décalé de TD= 9 ms alors que le signal corrélé

pour la cote 180 m sera décalé de Tj = 25 ms.

Seul le temps de propagation dans le train de tiges, pour chaque cote considérée, est important à

connaître pour le calage des sommes des fonctions d'in-

tercorrélation primaires.

plusieurs méthodes de détermination des temps de propagation dans le train de tiges peuvent être

mises en oeuvre.

Une de ces méthodes est basée sur l'hypothèse que le train de tiges est homogène quelle que soit sa longueur. Dans ces conditions, on détermine sur un élément du train de tiges, et à l'extérieur du puits de forage, la vitesse de propagation d'une onde dans ledit élément. Connaissant ainsi la vitesse et la longueur du train de tiges, pour une cote donnée de

l'outil de travail 6 dans le puits de forage, on cal-

cule le temps de propagation des ondes se propageant

depuis ledit outil jusqu'au capteur 7.

Une autre méthode consiste à créer un ébranle-

ment dans le train de tiges, à partir de la surface 2 ou au niveau du capteur 7, à chaque rajout de tige, et à mesurer sur le capteur 7 ou à l'aide d'un autre capteur, le temps de propagation de l'ébranlement aller et retour, c'est-à-dire après réflexion sur l'outil de travail 6. Le temps de propagation simple

en est alors déduit.

La première méthode est approximative car elle ne tient pas compte des changements qui peuvent

apparaître dans la structure du train de tiges, chan-

gements qui sont dus notamment aux variations de dia-

mètre, aux éléments de jonction entre les différentes

tiges.

La seconde méthode qui présente l'avantage

d'être réalisée in situ nécessite une opération supplé-

mentaire puisqu'à chaque rajout de tiges, il faut

créer un ébranlement.

La présente invention se propose de donner une solution originale à ce problème de mesure in situ du temps de propagation d'une onde dans le train de tiges,

pendant le forage du puits.

Selon une autre caractéristique de l'invention, la mesure des temps de trajet TB à Tj (figure 5) est obtenue par un traitement particulier des fonctions

d'intercorrélation primaires ou de leurs sommes.

Un exemple de la mesure des temps de trajet va être donné pour le palier B uniquement, étant précisé z0 qu'on tera de même pour les autres paliers C à J. Lorsque l'outil de travail atteint la cote 36 m, un rajout d'une tige est effectué. La longueur du train de tiges qui était Li avant le rajout, se trouve être augmentée d'une quantité_'L égale à la logueur de la nouvelle tige ajoutée, à savoir 18 m, et devient Li + eL. Toutefois, l'outil de travail 6 est toujours à la cote 36 m lorsqu'il fonctionne à nouveau engendrant une autre série d'impulsions

aléatoires qui donnent naissance à des ondes élasti-

ques reçues sur le capteur 7 et les géophones 8, 9.

Les parties des enregistrements bruts 50 et

51 du capteur 7 et des géophones 8, 9 sont représen-

tées sur les figures 4a et 4b, pour la cote de 36 m mais après rajout d'une tige de 18 m, c'est-à-dire pour la longueur Li + &,L du train de tiges 5. La figu-

re 4c représente la fonction d'intercorrélation primai-

re 52 qui est le produit de la correlation des signaux

des enregistrements 50 et 51.

Ainsi, sur l'enregistrement brut du capteur 7 on peut déterminer pour la cote 36 m, les parties d'enregistrement 30 et 50 correspondant aux longueurs

Li et Li + AL respectivement. De même, sur l'enregis-

trement brut du géophone 8, 9 on peut déterminer, pour

la même cote 36 m, les parties d'enregistrement corres-

pondant aux longueurs Li et Li + 8JL. Mais, dans ce dernier cas, le trajet acoustique depuis l'outil de travail 6 jusqu'aux géophones 8, 9 n'a pratiquement pas varié.

Une étape selon le procédé consiste à inter-

corréler la partie de l'enregistrement brut 30 du cap-

teur 7 pour la longueur Li avec la partie de l'enre-

gistrement brut 35 du géophone 8, 9 pour la même lon-

gueur Li, et à intercorréler la partie d'enregistrement brut 50 du capteur 7 pour la longueur Li + IL avec la partie de l'enregistrement brut 51 du géophone 8, 9 pour la même longueur Li + A.L. On obtient alors deux

fonctions d'intercorrélation primaires 40 et 52 corres-

pondant aux points B1 et B2 respectivement (figure 5).

L'étape suivante consiste à intercorréler en-

tre elles ces deux fonctions d'intercorrélation pri-

maires dont le résultat est une fonction d'intercorré-

lation secondaire 53 caractérisée par une différence de temps de trajet A4 qui est justement le temps de trajet B1B2 des ondes dans la tige rajoutée. Cette

fonction d'intercorrélation secondaire 53 est repré-

sentée sur la figure 6 et leCAT mesuré est de l'ordre

de 3 ms.

De proche en proche, on détermine les temps de trajet C1 C2 a J1 J2 qui permet le calage par rapport à l'instant théorique 0.

Dans la description, on a fait référence aux

géophones 8, 9 sans distinction car tous deux reçoivent chacun toutes les ondes élastiques dues à l'énergie

vibratoire émise par l'outil de travail, aux atténua-

tions près. Les géophones 8, 9 peuvent être plus nom-

breux et disposés sur la surface du sol 2, suivant une

géométrie prédéterminée permettant, en outre, de déter-

miner les coordonnées de l'outil de travail 6 pendant

le forage du puits.

Le profil sismique de puits qu'on obtient sui-

vant l'invention est simulé sur la figure 5 o le trait continu 60 de pente inclinée de:la gauche vers la droite correspond aux premières arrivées (arrivées directes) sur les géophones 8, 9 tandis que les traits continus 61, 62, 63, inclinés de la droite vers la

gauche, correspondent aux arrivées réfléchies simples.

On peut voir facilement cue les points de jonction des traits 61 à 63 avec le trait 60 précisent

la position des différents réflecteurs du sous-sol.

Ainsi le point de jonction 64 définit un réflecteur 64R situé à la cote 60 m tandis que les points de jonction 65 et 66 définissent des réflecteurs 65 R et

66R situés respectivement aux cotes 120 et -180 m.

Le procédé selon l'invention permet d'obtenir des profils sismiques plus nets et plus précis qu'avec les procédés de diagraphie de l'art antérieur, surtout dans les couches lithologiques proches de la surface du sol o le bruit est très important. Avec les procédés classiques les résultats ne commencent à être probants qu'à partir de 120 ms et donc lorsqu'on

a foré quelques centaines de mètres.

L'intérêt de la présente invention est, en conséquence, très important non seulement pour la conduite des opérations de forage par une meilleure connaissance en temps réel, des interfaces ou réflec-

teurs qui se succèdent dans le sous-sol, mais égale-

ment en ce qui concerne les caractéristiques physiques des couches lithologiques traversées par le puits de forage. La présente invention peut également être mise en oeuvre pour la détermination de temps de transit entre deux cotes relativement rapprochées, de l'ordre

de quelques dizaines de centimètres.

Pour cela, on utilise les sommes de fonctions d'intercorrélation primaires correspondant à ces deux

cotes, et dont seules les parties relatives aux pre-

mières arrivées sont intercorrélées. L'abscisse du maximum de la fonction d'intercorrélation tertiaire ainsi obtenue est représentative du temps de transit de 1.'onde acoustique dans la portion de terrain entre

lesdites cotes. Toutefois, il est à noter que ces in-

formations sont obtenues en temps réel, contrairement

aux procédés antérieurs.

Il va de soi que certains des géophones 8 et

9 peuvent être sur la surface du sol 2 et d'autres dis-

posés dans un autre puits de forage distinct du puits 3. Cela permet de connaître le temps de trajet des ondes se propageant entre les deux puits, facilitant

ainsi la connaissance des formations géologiques si-

tuées entre les puits.

Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation de l'exemple décrit et représenté, elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées et sans s'écarter pour cela

du cadre de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé de diagraphie instantanée dans un puits de forage, du type selon lequel il consiste à

enregistrer, sous forme de signaux, des ondes élasti-

ques créées par la partie inférieure d'un outil de forage désagrégeant les roches dans le puits de forage, une première série d'ondes se propageant dans ledit outil de forage étant reçue sur au moins un premier capteur monté à la partie supérieure dudit outil de

forage de manière à produire au moins un premier enre-

gistrement dénommé enregistrement tige, tandis qu'une deuxième série d'ondes se propageant depuis la partie inférieure de l'outil de forage jusqu'en surface de puits et à travers les couches de terrain entourant ledit puits est reçue sur au moins un deuxième capteur,

de manière à produire au moins un deuxième enregistre-

ment dénommé enregistrement sol, caractérisé en ce qu'il consiste à repérer sur chacun desdits premier et

deuxième enregistrements les parties des signaux cor-

respondant à une même position de la partie infé-

rieure de l'outil dans le puits, chacune desdites par-

ties constituant ainsi des enregistrements élémentai-

-es; en ce qu'il consiste à grouper les enregistre-

ments élémentaires par paires, chaque paire comportant un enregistrement élémentaire tige et un enregistrement élémentaire sol, puis à intercorréler entre eux les

enregistrements élémentaires de chaque paire, de ma-

nière à produire, pour chaque paire, un signal corrélé représentatif de l'énergie acoustique créée par la

partie inférieure de l'outil de forage et de la diffé-

rence des temps de trajet des ondes reçues sur les cap- teurs à partir desquels la paire d'enregistrements a

été obtenue.

2. Procédé suivant la revendication 1, caracté-

risé en ce que les enregistrements élémentaires de cha-

que paire sont corrélés par parties, les différentes fonctions d'intercorrélation obtenues étant ensuite sommées.

3. Procédé suivant la revendication 1 ou 2,

caractérisé en ce qu'il consiste, en outre, à détermi-

ner pour chaque position considérée de la partie infé-

rieure de l'outil dans le puits, le temps de trajet des ondes se propageant entre la partie inférieure de

l'outil et le capteur monté à la partie supérieure du-

dit outil de forage, puis à décaler le signal corrélé correspondant à la position considérée d'une quantité

égale audit temps de trajet ainsi déterminé.

4. Procédé suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le premier enregistrement tige est soumis à un prétraitement consistant à éliminer des événements secondaires pour conserver uniquement sur ledit enregistrement des événements principaux d'intérêt.

5. Procédé suivant la revendication 3, caracté-

risé en ce que le temps de trajet est déterminé à partir d'une mesure de la vitesse de propagation d'une

vibration dans l'outil de forage lorsqu'il est immobile.

6. Procédé suivant la revendication 3, caracté-

risé en ce que le temps de trajet est déterminé à par-

tir des enregistrements primaires du capteur tige avant et après rajout d'un élément de train de tiges, lesdits enregistrements primaires correspondant sensiblement

à une même profondeur de l'outil de forage.

7. Procédé suivant la revendication 3, carac-

térisé en ce que le temps de trajet est déterminé à

partir d'ondes produites par un ébranlement dans l'ou-

til de forage.

8. Procédé suivant l'une des revendications

1 à 7, caractérisé en ce que plusieurs enregistrements

sol sont produits à partir de plusieurs capteurs dispo-

sés en surface suivant au moins une géométrie déter-

minée.

9. Procédé suivant la revendication 2, caracté-

risé en ce que les sommes des fonctions d'intercorréla-

tion correspondant à deux cotes prédéterminées sont intercorrélées, l'abscisse du maximum de la fonction d'intercorrélation ainsi obtenue étant représentative

du temps de transit de l'onde acoustique dans la por-

tion du terrain située entre lesdites cotes.

10. Procédé suivant la revendication 9, carac-

térisé en ce que les parties des sommes des fonctions d'intercorrélation relatives aux-premières arrivées de

l'onde acoustique sont choisies pour effectuer l'inter-

correlation.