FR2626615A1 - Methode de mesure acoustique de l'impedance et de la dissipation du sous-sol entourant un forage - Google Patents

Abstract

La présente invention a pour objet l'utilisation d'ondes acoustiques pour la mesure de caractéristiques des sons. Elle a plus particulièrement pour objet une méthode de sondage de puits de forage, par exemple puits de prospection ou de production de pétrole ou de gaz, ladite méthode et caractérisée en ce qu'on mesure l'énergie de l'onde stationnaire qui est absorbée par le sous-sol environnant le puis dans la zone comprise entre lesdits moyens d'extrémité, d'où il résulte que l'on peut déduire de la mesure la valeur de la porosité du sous-sol et/ou la valeur de la viscosité du fluide interstitiel. Des moyens de génération, ou d'entretien, de l'onde comprennent selon l'invention un cylindre 34 entraîné par un moteur 25 pour mettre en relation une conduite de pression 30 avec des passages 40 débouchant dans le puits, la fréquence de l'onde étant déterminée par la vitesse de rotation du moteur. Application à la mesure de la porosité du sous-sol et à la densité, en viscosité du fluide interstitie contenu dans ce dernier.

Description

La présente invention a trait dans sa généralité aux mesures sur les puits

de forage et, plus particulièrement, à l'utilisation d'ondes acoustiques pour recueillir des informations sur un puits et sur la

structure souterraine environnante.

Dans la recherche et la produc- tion du pétrole et du. gaz, il est souhaitable de connaître autant que possible la structure souterraine du sol dans la zone intéressée. Une fois qu'un puits a été foré, il est habituel d'essayer de rassembler des données sur la

structure souterraine à partir du puits lui-même. Un para-

mètre de la structure souterraine qui influence la quantité

de pétrole et de gaz pouvant être extraite de la réserve,.

ainsi que la vitesse à laquelle le pétrole et le gaz pourront

être extraits, est la perméabilitéde la formation géologi-

que.

Il est connu que les ondes acous-

tiques voyageant à l'intérieur d'un puits de puits, denommées parfois "ondes de Stoneley" et parfois "ondes en tube", s'aténueront plus nettement lors de leur circulation à travers un puits entouré par un soussol plus perméable,

qu'à travers un puits entouré par un sous-sol moins perméa-

ble. On peut, par exemple, se rapporter à "Synthetic Full Waveform Acoustic Logs in cased Boreholes", Geophysics vol.49, n 7, juillet 1984, pp.1051-1059, et à "Application of Full Waveform Acoustic Logging Data to the Estimation of Reservoir Permeability" présenté à la 54ème convention

annuelle SEG, en 1984.

Autrefois, on mesurait l'atténua-

tion d'une onde en faisant exploser une petite charge de dynamite dans un puits étroit près de la tête du puits et on enregistrait le signal résultant généré dans le puits

de forage au moyen de détecteurs tels que des hydrophones.

On a également mesuré les ondes de Stoneley en utilisant des émetteurs et des récepteurs à céramique dans lesquels huit récepteurs sont disposés dans un dispositif avec 15 cm entre chacun d'eux, et avec 2' 3,048 m. (10 pieds), de l'émetteur au premier récepteur: "Vp/Vs in Unconsolidated Oil Sands: Shear from Stoneley'",

la Géophysique, vol.52 ne4, avril 1987, pp. 502 à 513.

Des méthodes de mesure de l'onde en tube (ou de Stoneley) connues de l'art antérieur pour

évaluer la perméabilité d'une formation ont consisté à pro-

duite un signal acoustique et, à déceler l'amplitude de

l'onde lorsqu'elle dépasse les détecteurs.

Récemment il a été divulgué dans le brevet US-4.671.379 (KENNEDY- et A1.) "Method and Apparatus for Generating Seismic Waves", du 9 janvier 1987, une source pour générer un signal sismique dans un puits de forage. La source comprend des premier et second moyens d'extrémité, ou têtes opératrices, qui sont espacées les unes des autres d'une distance déterminée. L'intervalle 1 entre les deux moyens d'extrémité est rempli de fluide pour puits de forage. On peut utiliser des moyens oscillatoires, ou d'impulsion, pour exciter le fluide entre les deux moyens d'extrémité. En accordant la fréquence d'excitation avec

la distance entre les deux moyens d'extrémité, on peut gené-

rer une onde stationnaire. Le brevet précité divulgue la détection du signal à la surface en vue d'"valuer la nature de 'la structure souterraine à travers laquelle passe le signal sismique entre l'emplacement de la source dans le

puits de forage et l'emplacement des détecteurs à la surface.

Toutefois, il n'a pas été proposé auparavant qu'une source générant des ondes stationnaires puisse être utilisée pour l'enregistrement des variations de la perméabilité d4un sous-sol.. L'invention consiste donc en une méthode pour l'enregistrement des puits. Une onde de tube stationnaire es.t générée dans.un segment du puits de forage par un outil comprenant deux organes d'extrémité placés à des endroits déterminés. On mesure la dissipation d'énergie de l'onde stationnaire. On peut inclure des moyens dans la source- pour maintenir l'energie approximativement constante dans le puits entre les deux organes d'extrémité

et, pour mesurer la quantité d'énergie nécessaire pour l'ali-

mentation et le maintien constant dudit niveau d'énergie.

On peut aussi fournir à un taux constant de l'énergie à la source et on peut mesurer la pression dans le puits du puits entre les deux organes d'ex-

trémité pour déterminer la dissipation d'énergie. La dissi-

pation d'énergie peut aussi être mesurée en établissant

une onde stationnaire à régime permanent, puis en interrom-

pant 1'injection d'énergie additionnelle à l'onde station-

naire et en contrôlant le taux de la diminution d'énergie.

Les mesures de pression se font normalement substantiellement au centre de la source du puits de forage. On peut aussi effectuer des mesures à des

points choisis le long de la source et en dehors des extré-

mités de la source.

Des variations de dissipation d'énergie sont enregistrées en fonction de la profondeur pour permettre l'établissement d'observations qualitatives

sur les variations en perméabilité de la structure souter-

raine environnant le puits de forage.

Selon un autre aspect de l'inven-

tion on peut mesurer les variations de fréquence de l'onde stationnaire en tube comme une fonction de la longueur d'onde

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

lement de la formation souterraine environnante.

-La fig. 1 illustre la produo-

tion d'une onde stationnaire en tube dans un puits de fo-

rage; -La fig. 2 est un schéma d'un outil utilisé pour générer l'onde stationnaire; -La fig. 3 montre de façon plus détaillée une partie de l'outil de la figure précédente;

-La fig. 4 illustre le meca-

nisme permettant de changer la longueur du-tube de l'onde stationnaire. La fig. 5 est un organigramme

de l'appareil de contrôle pour la mise en oeuvre de l'in-

vention -La fig. 6 llustre un effecteur pour l'injection d'une énergie additionnelle dans' l'onde

stationnaire; -

-La fig. 7 illustre une rela- tion préférée du synchronisme entre l'éjection d'une énergie additionnelle à l'onde stationnaire, et la forme de l'onde de pression de l'onde stationnaire en tube; -La fig. 8 illustre l'effet de la perméabilité du sous-sol sur l'onde stationnaire en tube dans un puits nu; -La fig. 9 illustre l'effet de la perméabilité du soussol sur l'onde stationnaire en

tube dans un puits chemisé.

La fig. 1 montre deux têtes

opératrices 16 et 18, déployées dans un puits de forage 14.

Le puits est rempli d'un fluide de forage de telle manière que l'espace entre les deux têtes opératrices aussi bien que l'espace environnant les têtes opératrices sont remplis

d'un fluide de forage.

20.Comme le montre la fig. I une onde stationnaire est générée entre les têtes opératrices 16 et 18. L'onde stationnaire de la fig.l s'étend sur une demi-longueur d'onde. Une onde stationnaire d'une demi-longueur d'onde resulte de la conformation de têtes opératrices 16 et 18, conformation telle qu'elles aient une impédance acoustique plus faible que le fluide présent dans le puits de forage. Comme cela est discute dans le brevet US-4.671.379, auquel on fait référence ici,- une onde stationnaire d'un quart de longueur d'onde pourrait résulter de la conformation des têtes opératrices 16 et 18, telle qu'une des têtes opératrices ait.une impédance acoustique plus faible que le fluide du puits forage et que l'autre

ait une impédance.acoustlque plus forte.

Comme le montre la fig.l, la pression est fonction de l'enfoncement dans le puits, des têtes de forage et du' tbmps et elle est donnée par - 5. l'équation: P(x,t) = Posin(oct/2L) sin(rx/2L) +.P EPB! dans laquelle: c = la vitesse de son dans le - fluide compressible de puits de forage; PB = la pression statique dans le puits de forage PO = le maximum de pression dynamique induite; t = le temps; x = la distance le long du puits de forage;

L = quart de longueur d'onde de l'onde station-

naire. La fréquence de l'oscillation est donnée par l'équation: f = c/4L Eq. {2) Dans le montage illustré sur la fig. 1, le mouvement du fluide est nul pour x égal à

L et maximal pour x égal à 0 et pour x égal à 2L.

La fig. 2 montre de façon plus

détaillée un appareil approprié pour mettre en oeuvre l'in-

vention. L'appareil comprend un outil de forme allongée 10 pouvant être descendu dans un puits de forage 14. Une tête opératrice 18 se trouve à l'extrémité inférieure de

l'outil. Une tête opératrice similaire 16 se trouve à l'ex-

trémité supérieure de l'outil. Une tubulure 20 interconnecte les têtes opératrices 16 et 18 et comprend dans sa partie centrale un manchon plus large 23. Le manchon 23 loge un ensemble effecteur 22 pour générer une onde stationnaire dans le puits entre les têtes opératrices supérieure et inférieure. Des détails sur le montage des têtes opératrices sont indiqués sur la fig. 3 Comme le montre la fig. 3, une tête opératrice peut comprendre une chambre rigide 50 et un manchon rigide 52, le manchon 52 étant ouvert du c8té faisant face au fluide oscillant. Une vessie à gaz

compressible 64 est disposée à l'intérieur du- manchon 52.

Le manchon 52 et la vessie à gaz 64 sont de forme annulaire autour de la tubulure 20. Un conduit de gaz 62 s'étendant

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d'une source de gaz ou d'un régulateur 60 communique avec la vessie 64 et peut être utilisée pour maintenir la vessie au degré souhaité de gonflement. On peut - transporter la source de gaz dans l'outil, comme montré en -60, ou encore elle peut Atre laissée à la surface, dans lequel cas un

régulateur 60 serait prévu dans l'outil.

On peut utiliser différents gaz pour gonfler la vessie 64, en tenant compte de la nature exacte des conditions de fonctionnement dans lesquelles l'outil est placé. Si on doit se servir de l'outil à des endroits très proche de la surface du sol, on peut utiliser l'air ou l'azote. Toutefois, pour une utilisation dans des puits ayant une profondeur ordinaire opérationnelle de 1.500 à 4.500 m., il est nécessaire d'utiliser un gaz beaucoup plus léger qui conservera une. certaine compressibilité à des pressions extrêmes de fonctionnement. De ce fait, il est souhaitable d'utiliser des gaz légers tels que l'hélium, l'hydrogène ou le méthane, l'élium étant le gaz préféré en raison de son poids moléculaire faible et de sa nature inerte. Les vessies elles-mêmes peuvent être composées d'un élastomère à haute résistance thermique. On peut alimenter en gaz la vessie de l'autre tête opératrice par

* l'intermédiaire de la valve 61 et du conduit 34.

Les fig. 3 et 4 illustrent le mécanisme. destiné à déplacer les têtes opératrices servant a contrôler la longueur de l'onde stationnaire. On fixe un cible 70a, a une face inférieure du manchon inférieur 52 comme cela est montré en 76a. Le cable passe alors sur une poulie libre 72. qui est maintenue-par un support 74, et passe ensuite le long de l'outil et est fixé à latsurface inférieure du manchon supérieur 52 comme cela est montré en 76b. On attache un second c.ble 70b à la face supérieure du manchon supérieur 52 comme cela est montré en 76c. Le

cable 70b passe alors sur une-roue 98 incorporée à l'inté-

rieur des moyens d'entrainement de la vessie 96 pour se prolonger ensuite le long de l'outil, et est relié au côte supérieur du manchon inférieur 52 comme cela est montré 7- en 76d. Le mécanisme de transmission 96 comprend une boite

de vitesse et un engrenage.(non représenté) de façon à ac-

tionner le câble dans une direction ou dans l'autre. Lorsque le câble se déplace, les manchons 52 se déplacent aussi le long de la tubulure 20 dans n'importe quelle direction dépendant du mouvement du câble pour diminuer ou augmenter

la longueur de l'onde stationnaire.

On trouve au-dessus de la tète opératrice supérieure 16 un prolongement 12 de l'outil 10 îo qui peut arriver jusqu'à la surface, ou se terminer par un embout en U pour suspendre l'outil dans le puits. Des

conducteurs électriques 35 transmettent les signaux élec-

triques de commande à l'outil, et les mesures depuis l'outil jusqu'à un instrument de contrôle et d'enregistrement des données.

La fig. 5 est- un schéma géné-

ral de l'organisation de l'appareil, pour-la mise en oeuvre de l'invention. L'outil 10, est descendu jusqu'à l'endroit voulu, du puits, et les têtes opératrices 16 et 18 sont

placées à une distance déterminée l'une ae l'autre. L'ensem-

Dnle effecteur 22, y compris le mécanisme à valve 26 et le

moteur d'entraînement 28, sont situés entre les deux têtes.

Le mécanisme de valve 26 est en communication fluidique, par l'intermédiaire d'une conduite d'alimentation 3U0, avec une pompe 32 localisée à la surface. La pompe 32, par sa rotation, peut retirer le fluide du puits 14. On peut ajouter un amortisseur de pulsation (non présenté) au-dessus de la valve 26 pour réduire les fluctuations de pression en amont de cette dernière. Bien que la pompe 32 soit montrée à la surface, elle peut être aussi représentée comme une partie de l'outil U10, et l'énergie électrique peut lui âtre

fournie à partir de la surface.

La fig. 6 est une coupe par-

tielle agrancie de l'ensemble effecteur 22 à l'intérieur

du manchon 23. Le manchon 23 contient un ou plusieurs ori-

fices d'échappement 24. S'il se trouve plus d'un orifice d 'échappement ils seront normalement équidistants les uns des autres autour de la circonférence du manchon. Chaque

orifice d'échappement est placé par intermittence en commu-

nication fluidique avec une source de fluide par un mécanisme

à valve 26 situé à l'intérieur de l'ensemble effecteur.

Le mécanisme de valve 26 peut comprendre un cylindre 34 concentriquement ajusté dans une chambre 38 à l'intérieur d'un boitier 36. Le cylindre 34

comprend un conduit 46 dont une première extrémité est conti-

nuellement en communication fluidique avec une source du fluide provenant de la conduite d'alimentation 30 et dont la seconde extrémité vient en regard de façon intermittente sur de passages 40 du boitier 36, lorsque le cylindre 34 tourne à l'intérieur du boitier 36. Les passages 40 sont

à leur tour, alignés.avec les orifices d'échappement 24.

Le conduit 46 peut de preférence avoir la forme d'un L de sorte qu'il s'étend de la face du cylindre 34 jusqu'au centre de ce dernier, puis ensuite vers le haut pour s'aligner avec le passage 42 ménagé dans le boitier 36, et avec la

conduite 30 d'alimentation en fluide. La conduite d'alimenta-

tion 30 peut être concentriquement couplée au boitier 36 par des moyens adéquats tels qu'un raccord fileté 44, de façon à âtre en communication fluidique avec le passage

20. longitudinal 42.

On peut prévoir l'accès au cylin-

dre 34 et à la chambre 38 par une plaque d'extrémité 48 fixée concentriquement par des boulons 5'0 sur une extrémité du boitier 36. La plaque d'extrémité 48 peut comporter un trou axial 52 à travers lequel peut passer un axe 54 du moteur 28 avec lequel peut engréner par filetage le cylindre 34. On peut prévoir des joints toriques 56 à l'intérieur du trou 52 et autour de l'axe 54 pour empacher le liquide

de fuir.

L'ensemble du mécanisme de valve 26 et le moteur 28 sont contenus l'intérieur de la partie plus large 23 de la tubulure 20. Le diamètre

du boitier et de la plaque d'extrémité sont tels que tl'ajus-

tage est parfait et que les passages 40 s'alignent sur les orifices d'échappement. On peut disposer des joints toriques 57 et 58 autour du mécanisme de valve 26 pour protéger le moteur 28. L'intérieur de l'outil 10 peut être scellé pour empêcher l'intrusion du fluide de forage, ce qui pourrait avoir pour résultat l'endommagement du moteur 28 ou d'autres

composants. Le moteur 28 entraine le cylindre 34 à l'inté-

rieur de la chambre 38. Lorsque le cylindre tourne à l'inté- rieur de la chambre, le fluide est introduit par la conduite d'alimentation 30. Le fluide entre dans le conduit 46 et à mesure que la valve tourne, le conduit s'aligne sur les

passages 40 et le fluide s'écoule par les orifices d'échap-

pement, dans le puits. Chaque fois que le fluide s'écoule par un orifice d'échappement, une impulsion d'énergie, comme l'indique le numéro 62 de la fig. 7, est induite dans le fluide à l'intérieur du puits entre les têtes operatrices 16 et 18. La fréquence d'impulsion est contrôlée par la vitesse à laquelle le moteur 28 fait tourner le cylindre 34. La fréquence est contrôlée pour produire et renforcer l'onde stationnaire à la fréquence de résonance à '1 interieur

de l'espace défini entre les têtes opératrices 16 et 18.

Comme cela a été expliqué plus haut la fonction de la source est de produire une onde de pression stationnaire qui a son amplitude maximale au centre

ae la source et forme un noeud à chaque extrémité. L'action-

neur hydraulique localisé à l'intérieur de la source fournit

l'énergie pour maintenir l'oscillation. L'énergie instan-

tanée contenue dans l'onde stationnaire sera plus importante

que l'énergie fournie par l'effecteur. Ce rapport sera dési-

gné par "Q" ou "facteur de qualité du système", à savoir: Q = énergie instantanée dans l'onde stationnaire Hq.(3) énergie fournie par une seule oscillation Le "Q"I sera influencé par la perméabilité du sous-sol entourant le puits. Les variations dans le montage de la source agiront aussi sur le l"Q", mais

ces variations sont substantiellement de "régime permanent".

En mesurant les déviations du "Q" i partir d'une situation étalonnée ou moyenne, on peut obtenir des renseignements

sur la perméabilité du sous-sol substantiellement lndépen-

dante des caractéristiques de la source.

La source peut être exploitée soit sans un puits cuemisé, soit dans un puits libre. Lorsque la.source est à l'intérieur d'un confinement, l'effet sur la source du milieu extérieur au confinement est réduit, mais produira encore des effets mesurables. La fig. 8 illus- tre une coupe de la région entourant la paroi 111 du puits 112, dépeignant les pores ouverts caractéristiques de la roche perméable. Le fluide intersticiel 110 est contraint de s'écouler en s'éloignant du puits lorsque la pression à l'intérieur du puits s'accroît. Lorsque la pression du puits diminue sur la phase alternée de l'onde de pression, le fluide est contraint de retourner vers le puits. Puisque tous les fluides intersticiels sont visqueux, ce fluide.retire son énergie de l'onde présente dans le pults. En outre, l'augmentation de la pression du flulde ib dans les pores a pour résultat une augmentation de la

diffusion de l'énergie provenant de l'onde stationnaire.

Si la roche entourant le puits n'est pas perméable, l'écoulement du fluide sera réduit et la quantité d'énergie absorbée, provenant de la source sera limitée. C'est cette différence du niveau d'absorption

énergétique qui permet de déceler la perméabilité.

La fig. 9 montre une coupe d'un puits 116 chemise. Au fur et àmesure que la pression de l'onde du puits se moaifie, le chemisage 115 "inspire" et "expire" 117. Le mouvement du chemisage induit une pression dans le fluide extérieur. Cette pression contraint le fluide interstitiel 118 à coulerA à travers les pores tout comme dans le cas d'un puits nu, et a pour résultat une 'nette absorption de l'énergie provenant du tube d'onde stationnaire. L'effet est plus faible que dans un puits nu, mais les mécanismes dissipatifs et de diffusion sont

les mêmes que pour un puits nu.

On peut effectuer des sondages de puits selon la présente invention, qui indiquent les variations de la vitesse de'cisaillement du sous-sol ainsi que la perméabilité du sous-sol. La vitesse au tube d'onde

stationnaire est donnée par l'Eg.2 telle qu'établie précé-

demment: c= f/ 4L dans laquelle: c = vitesse de son dans le fluide compressible du puits (vitesse de l'onde en tube}.

f = la fréquence d'oscillation de l'onde stationnaire.

L = quart de la longueur d'onde de l'onde stationnaire.

- Bien que le rapport entre la vitesse de l'onde de cisaillement de la formation et la vitesse de l'onde en tube du puits, soit complexe, J.B. WHEIBE, propose les équations suivantes dans "Underground sound Application of Seismic WaveS, Elsevier 1983, pour en tirer le rapport: C =[f(l/B + /l' y. VS2) -1/2 Eq. (4) dans laquelle: c = la vitesse du tube d'onde r = la densité du fluide du puits B = le coefficient de masse du liquide dans le puits r M = la densité de la formation Vs = la vitesse de l'onde de cisaillement La fig.5 est un organigramme synoptique du système de contrôle pour la mise en oeuvre de l'invention. Le signal Amplitude d'Entrée au terminal

74 contrôle l'intensité de l'onde stationnaire qui est géné-

rée. Le signal au terminal 76 contrôle la position des têtes

opératrices et par là, la fréquence de l'onde stationnaire.

Lorque l'outil se déplace le long au puits, on peut mesurer suivant différents modes, les variations du facteur "Q" du systàme,à savoir: Mode 1: Maintenir constante la pression dans la conduite 30 à l'entrée au mécanisme à valve 26 au fur et à mesure que l'outil se déplace d'un emplacement à un autre le long du puits, de façon à maintenir l'énergie fournie à l'onde stationnaire à un taux substantiellement constant, et mesurer la pression

résultante de l'onde stationnaire dans le puits.

Mode 2: Maintenir la pression de l'onde stationnaire à

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un niveau substantiellement constant au fur et à mesure que l'outil se déplace d'un emplacement à un autre le long du puits et mesurer la pression qui doit être fournie à l'entrée du mécanisme à valve 26 au moyen d'une conduite 30 pour maintenir

constant le niveau de pression de l'onde station-

naire. Mode 3: On -peut initialement faire. fonctionner l1outil soit selon le mode 1, soit selon le mode 2, définis ci-dessus en chaque emplacement du puits dans lequel on mesure le temps nécessaire pour obtenir le régime permanent d'oscillation de la pression de l'onde

stationnaire. A un moment donné, la valve de l'en-

semble effecteur s'arrête pour interrompre l'addi-

tion d'énergie à l'onde stationnaire et on mesure le taux de diminution de cette dernière. Le "Q"

de l'outil est déterminé à partir du taux de dimnu-

tion, par la formule: Q = -4 fT/ln(0,l) Eq.($) dans laquelle:

f = la fréquence de résonnance de l'onde station-

naire.

T = le temps nécessaire à l'oscillation de la pres-

sion pour diminuer en amplitude jusqu'à 0,1 fois

l'amplitude à régime permanent.

Le signal d'Amplitude d'Entrée

est appliqué à une entrée du comparateur d'amplitude 78.

Lorsqu'il fonctionne selon le mode 1 défsni oi-dessus, le commutateur Si est connexté de telle sorte que la sortie du capteur 80 de pression du réservoir est reliée à l'autre

entrée du comparateur 78. Le capteur 80 de pression du rèser-

voir peut comprendre une jauge -de contrainte au silicium normalisée connue des hommes de l'art. Le capteur 80 de pression du réservoir sélectionne la pression du fluide fourni.au mécanisme de valve.2.6. Lorsque le capteur 80 indique que la pression chute, le comparateur 78 réagit en augmentant sa sortie appliquée à la pompe 32. La pompe q

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32 accroît alors la pression du fluide dans le mécanisme

de valve de façon à maintenir la pression à un niveau cons-

tant. Si le capteur de pression 80 indique que la pression augmente, le comparateur d'amplitude 78 agit de la façon inverse. Le comparateur d'amplitude 78, tout comme le compa- rateur *86 de phase et le comparateur 90 de position des vessies, défini ci-après, peut comprendre des circuits

de comparateur normalisés connus des hommes de l'art.

Le capteur 82 de pression axial mesure la pression dans le puits, au centre de. la source, c'est-à-dire au point médian entre les têtes opératrices 16 et 18. Le capteur 82 de pression central peut comprendre une jauge de contrainte normalisée au silicium connue des hommes de l'art. En comparant la sortie du capteur 82, qui indique la valeur de l'énergie de l'onde stationnaire, avec l'énergie ajoutée au système, qui est déterminée à partir de la pression du fluide de l'effecteur, on peut déterminer

le "Q" du système. L'énergie instantanée de l'onde station-

naire sera substantiellement proportionnelle au carré de

la mesure de la pression axiale de= l'onde stationnaire.

L'énergie ajoutée à l'onde stationnaire au cours d'un cycle sera substatiellement proportionnelle au carré de la pression du fluide dans l'effecteur (mécanisme de valve) et à la - durée pendant laquelle du fluide est injecté à travers les

orifices 24. Les constantes proportionnelles pour ces rap-

ports énergie-pression peuvent être mesurées pour n'importe quelle configuration particulière de la source par des

techniques habituelles aux hommes de l'art.

En opérant suivant le mode 2 défini ci-dessus, le commutateur Si est commuté de telle sorte. que la sortie du capteur 82 de pression central soit reliée à l'entrée du comparateur d'amplitude 78. Si la valeur de l'énergie de l'onde stationnaire commence à diminuer, la sortie du comparateur d'amplitude 78 augmente de telle sorte que la pompe 32 augmente la pression du fluide fourni au mécanisme à valve 26 jusqu'à ce que le niveau d'énergie de l'onde stationnaire atteigne le niveau déterminé par

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le signal d'Amplitude dîEntrée. En mesurant le signal de sortie de la pompe 32 à partir du comparateur d'amplitude 78, on détermine la valeur de l'énergie fournie à la source pour maintenir l'onde stationnaire à 'un niveau choisi, et on peut déterminer le "Q" du système en comparant cette

valeur d'énergie à la valeur de l'énergie de l'onde sta-

tionnaire. Selon le mode 3, l'outil est initialement manoeuvré soit selon le mode 1, soit selon le mode 2, jusqu'à ce qu'on atteigne un équilibre. Un signal est alors appliqué au terminal 94 et au commutateur S2 pour couper l'entrée du moteur 28 provenant du comparateur de

phase 86. Le moteur 28 s'arrêtera alors, et l'énergie addi-

tionnelle ne sera plus fournie à l'oncde stationnaire. On peut ensuite déterminer le "Q"I du système par le temps de

diminution de l'onde stationnaire, comme ëtabli ci-dessus.

La position du cylindre 34 à l'intérieur du mécanisme à valve 26 est contr8lée par le capteur de position de valve 84. Le capteur de position de valve 84 peut comprendre un indexe sur l'axe du moteur à valve 28. La sortie du capteur 84 indiquera la position du conduit 46 par rapport aux orifices 24. La sortie du capteur de position de valve 84, est appliquée. à une entrée du comparateur de valve 86. La sortie du capteur de pression centrale 82 est appliquée à l'autre entrée du comparateur de phase 86. Le comparateur de phase 86 compare la phase de ces deux signaux et sa sortie contr8le ensuite la vitesse de rotation du moteur de valve 28 pour maintenir une relation de phase donnée entre l'expulsion du fluide- à partir des orifices, et la phase de l'onde stationnaire. Cette relation de phase peut être selectionnée, par exemple, pour maintenir la relation de synchronisme entre l'expulsion du fluide sous pression provenant del'orifice 24 et. ltonde stationnaire au centre de la source, de manière telle que,

comme le montre la fig. 7, l'expulsion du fluide preseu-

risé amène l'onde stationnaire à culminer en pression vers

environ 90 .

Le capteur de position de vessie 88 capte la position des vessies 64 incluses dans les.têtes opératrices 16 et 18,ce qui permet de déterminer la longueur

de l'onde stationnaire. Dans une forme préférée de réalisa-

tion, le capteur de position 88 peut comprendre un indexe à l'intérieur du moteur, ou du mécanisme d'entrainement 96. A partir de l'observation de la position du moteur,

1) on peut déterminer la position des vessies 64, et, par consé-

quent, la longueur de l'onde stationnaire. La position des vessies 64, est contr8lée par le signal d'Entrée de Fréquence, relié au terminal d'entrée 76, qui est appliqué au comparateur de position de vessie 90. La sortie du capteur de position de vessie 88 est appliquée à l'autre entrée du comparateur de position de vessie 90. La sortie du comparateur 90 contrôle le mécanisme d'entraînement 96 pour maintenir la distance entre les têtes operatrices à la valeur choisie. La fréquence de l'onde résultante est déterminée à partir de la sortie du capteur de pression 82. La vitesse de l'onde de tube résultante est déterminée à partir de la fréquence et de la longueur d'onde de l'onde

stationnaire comme établi précédemment dans l'équation 3.

- La valeur de la dissipation d'énergie de l'onde stationnaire

sera influencée par des facteurs tels que la nature miéralo-

gique du sous-sol, la porosité et le type de fluide à.l'inté-

rieur du sous-sol tout comme par sa perméabilité. En

général, l'interprétation des enregistrements de puits réa-

lisés selon l'invention dépend de la comparaison entre les enregistrements de différents puits forés à des endroits o5 la structure de la terre est similaire. Des formules sont connues de l'art antérieur pour mettre en relation

la dissipation d'énergie d'un tube d'onde avec la permé-

abilité d'une formation. Voir, par exemple, J.E. White, Underground Sound, - Application of Seismic Waves, Elsevier, 1983 p 151 à 154. Toutefois, l'interprétation propre des

enregistrements de puits accomplis selon la présente inven-

tion peut fortement dépendre de l'expérience accumulée dans l'interprétation; Normalement, on réalisera aussi

d'autres formes de sondage de puits, connues de l'art anté-

rieur. Celles-ci pourront comprendre des mesures de porosi-

té, de résistivité, de densité de neutrons et des gammagra-

phies, Par des méthodes connues de l'art antérieur, on déter-

minera la nature minéralogique et le type de formation en fonction de la profondeur. En utilisant des sondages réalisés selon la présente invention on pourra observer des variations de dissipation d'énergie à l'intérieur de zones ayant une

formation minéralogique similaire, pour déterminer des varia-

tions de la perméabilité.

Des modifications du puits lui-même auront un effet sur le sondage. Par exemple si le diamètre du puits varie, il en résultera une variation

dans l'énergie s'échappant audelà des deux organes d'extré-

mité (têtes opératrices). En conséquence, il peut être pre-

férable de positionner les capteurs de pression 102 en dehors de l'outil, à chaque extrémité de celui-ci pour controler

la presssion du fluide juste à l'extrérieur de l'outil.

L'éenergie perdue à chaque extrémité de l'outil peut être déterminée'd partir de la pression mesurée et être soustraite de la perte d'énergie apparente déterminée à partir des mesures à l'intérieur de l'outil, de façon à évaluer de façon plus précise les variations en perméabilité du sous-sol. Il- peut être souhaitable de positionner les capteurs de pression 104 le long de l'outil, comme le montre la fig. 2. En contrôlant la pression le long de l'outil, on peut déterminer des écarts de l'onde

stationnaire, par rapport à leur onde sinusoïdale pure (sinu-

soqde). Des écarts par rapport à une onde sinusoïdale pure peuvent résulter de variations des caractéristiques de la formation le long de la source et permettront à l'analyste de l'enregistrement de déterminer de façon plus précise o ont lieu les changements dans -la formation. Des écarts de l'onde stationnaire par rapport à une onde sinusoldale pure peuvent aussi indiquer des défauts du chemisage et

des défauts de clmentation.

Les sondages, ou enregistrements de puits executés selon la présente invention peuvent pris

en compte pour déterminer les défauts des raccords du chemi-

sage ou du tube de chemisage, et pour évaluer la qualité

des joints de ciment et l'intégrité du ciment.

L'enregistrement- du puits est 0 typiquement exécuté en descendant l'outil dans le puits jusqu'à la région d'intérêt la plus basse. On sélectionne une fréquence d'excitation désirée et on déplace les organes

d'extrémité pour atteindre la fréquence désirée.

En général, la dissipation d'énergie résultant de l'augmentation de la perméabilité $ est plus importante avec des fréquences d'onde stationnaire

plus faibles, de sorte qu'on peut obtenir à partir de fré-

quence plus basses une meilleure définition d'amplitude

du signal. Torutefois, plus la fréquence de l'onde station-

naire est basse plus la distance entre les deux organes 2U d'extrémité de l'outil pour le forage doit âtre grande, ce qui porte atteinte à la définition spatiale. En réduisant l'intervalle entre les deux organes d'extrémité on réduit l'espace du puits qui contribue au signal, ce qui améliore la définition spatiale du signal. Diminuer la distance entre les deux organes d'extrémité, augmente toutefois la fréquence de l'onde stationnaire et réduit par là l'intensité du signal. il peur être souhaitable d'exécuter un sondage en faisant fonctionner la source à une certaine fréquence tout en abaissant la source dans le puits, et d'exécuter un second enregistrement à une fréquence différente tout

en remontant la source dans le puits.

Xl est également possible de produire un balayage en fréquence selon lequel la fréquence

résonnante est modifiée depuis une première fréquence, ini-

t.ale, jusqu'à une seconde fréquence, finale. Il- peut être

souhaitable de maintenir la source dans une position substan-

62 66 15

*18 tiellement fixe tout en modifiant en frèquence le signal de façon à mieux mettre en corrélation le signal, avec la

profondeur du puits.

A des fins illustratives, llin-

vention a été décrite avec un certain degré de specificité. Des modifications pouront être apportées par les nommes de l'art, sans sortir pour autant du cadre et de l'esprit

* qui de l'invention n'est limitée que par les revendications

qui suivent.

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Claims (1)

1. REVENDICATIONS

   R E V E N D I c A T I O N S 1.- Méthode de sondage de puits de. forage, par exemple puits de prospection ou de production de pétrole ou de gaz, ladite méthode consistant à établir une onde stationnaire dans un fluide remplissant le puits entre deux organes d'extreémité d'un outil allongé, lesdits organes étant espacés de façon réglable l'un de l'autre, des moyens d'addition d'énergie étant

   disposés dans la partie centrale de l'outil carac-

   térisée: en ce qu'on mesure l' énergie de l'onde stationnaire qui est absorbée par le sous-sol environnant le puis dans la zone comprise entre lesdits moyens d'extrémité, d'oi il résulte que l'on peut déduire de la mesure la valeur de la porosité du sous-sol et/ou la valeur de la viscosité du fluide interstitiel; 2.- Méthode selon la revendication 1, caractérisée: en ce que ladite méthode consiste plus précisément à interrompre l'addition d'énergie à l'onde stationnaire et à mesurer sa vitesse de diminution pour déterminer le rapport Q entre l'énergie instantanée de l'onde stationnaire et l'energie fournie durant une seule oscillation; 3.- Méthode selon la revendication 2, caractérisée: en ce que l'on maintient ladite onde stationnaire à un niveau sensiblement constant,

   en ce que l'on mesure la pres-

   sion de ladite onde stationnaire pour déterminer - son énergie instantanée, en ce que l'on mesure l'énergie

   ajoutée à l'onde stationnaire lors de chaque oscil-

   lation, et en ce que l'on détermine le rapport entre l'énergie. de l'onde stationnaire et l'énergie ajoutée, et cela en une pluralité d'endroits déterminés 4.- Méthode selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'énergie ajoutée durant les oscillations successives est sensiblement constante; 5.- Méthode selon la revendication 3, caractérisée: en ce que la pression maximale de l'onde stationnaire est maintenue sensiblement constante; 6.- Méthode selon la revendication 1, caractérisée.;

   en ce qu'elle consiste à ap-

   pliq er un premier signal d'entrée fonction d'une intensité désirée de l'onde stationnaire à un premier comparateur dont la sortie fait varier l'intensité de l'énergie ajoutée à l'onde stationnaire, a mesurer l'intensité de l'énergie de l'onde stationnaire, à appliquer l'intensité mesurée à une seconde entrée dudit premier comparateur pour contr8ler la sortie cie celui-ci en vue de maintenir l'énergie de ladite onde stationnaire à sensiblement l'intensité désirée, appliquer un second signal d'entrée fonction de la longueur d'onde désirée de ladite onde, stationnaire à un second comparateur dont la sortie entraine la variation de la position desdits - organes d'extrémité, entre lesquels est générée l'onde stationnaire à détecter la distance entre lesdits organes,

   à appliquer la distance détec-

   tée à une seconde entrée du second comparateur pour contrôler la sortie de celui-ci en vue de maintenir lesdits membres d'extrémité à une distance désirée,

   à mesurer l'intensité de l'é-

   nergie additionnée à l'onde stationnaire, à mesurer la fréquence de l'onde stationnaire résultante; 7.- Dispositif destiné à la mise en oeuvre d'une méthode

   conforme à une quelconque des revendications

   précédentes, caractérisée: en ce que les moyens d'addition d'énergie, dits effecteur (22), comprennent un mécanisme de valves (26) constitué lui-même d'un cylindre (34>) concentriquement ajusté dans une chambre (38) à l'intérieur d'un bottier (36}, le cylindre (34) comprennant un conduit (46) dont une première extrémité est en communication avec une conduite d'alimentation (30) et dont une seconde extrémité vient en regard de façon intermittente de passages (40) du boltier lorsque le cylindre (34) tourne à l'intérieur du boîtier, les passages (40) étant tour à tour alignés avec l'orifice d'échappement (24), le conduit (46) ayant la forme d'un L s'étendant depuis la face du cylindre (34), jusqu'au centre de ce dernier, puis ensuite vers le haut pour s'aligner avec le passage(42) et avec la conduite (30), un moteur (28) entrainant, à vitesse contrôlée le mécanisme de valve (26); 8.- Mode de mise en oeuvre d'une méthode conforme à la revendication 1 au moyen d'un dispostif conforme à la revendication 7,caractérisé: en ce qu'il consiste a maintenir constante la pression dans la conduite (30) à l'entrée du mécanisme à valve (26) au fur et à mesure que l'outil se déplace d'un emplacement à un autre le long du puits,' de façon à maintenir l'énergie fournie à l'onde stationnaire à un taux substantiellement constant, et à mesurer la pression résultante de l'onde stationnaire dans le puits; 9.- Mode de mise en oeuvre d'une méthode conforme à la revendication 1 au moyen d'un dispostif conforme à la revendication 7,caractérisé: en ce qu'il 'consiste à maintenir la pression de l'onde stationnaire à un niveau substantiellement constant au fur et à mesure que l'outil se déplace d'un emplacement à un autre le long du puits et mesurer la pression qui doit être fournie à l'entrée du mécanisme de valve(26) au moyen d'une conduite (30) pour maintenir constant le niveau de pression de l'onde stationnaire; 10.- Mode de mise en oeuvre d'une méthode conforme à la revendication 1 au moyen d'un dispostif conforme s15 a la revendication 7,caractérisê: en ce qu'il consiste à, selon que l'on fait fonctionner initialement l'outil suivant l'un des deux modes 1 et 2, en chaque emplacement du puits dans lequel on mesure le. temps nécessaire pour obtenir le régime permanent d'oscillation de la pression de l'onde stationnaire, la valve de l'ensemble effecteur s'arrattant à un moment donné pour interrompre l'addition d'énergie à l'onde stationnaire, : meurer le tax_ de diminutia C de ct'te- dareires le "Q" de l'outil étant déterminé à partir du taux de diminution, par la formule: Q = -4 fT/ln(0,il) Eq.(5) dans laquelle * 3.0 f = la fréquence de résonnance de l'onde stationnaire.

   T = le temps nécessaire à l'oscillation de la pres-

   sion pour diminuer en amplitude jusqu'à 0,1 fois

   l'amplitude à régime permanent.