FR2646513A1 - Procede et dispositif de diagraphie pour l'inspection acoustique d'un sondage muni d'un tubage - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé et un dispositif pour l'inspection acoustique d'un sondage dans lequel on forme un ou plusieurs signaux représentatifs respectivement d'une ou plusieurs informations relatives audit tubage et aux matériaux qui l'environnent, à partir d'un signal acoustique de réflexion S(t) obtenu à la suite de l'envoi, à travers le fluide présent à l'intérieur du tubage d'une impulsion acoustique. Le procédé consiste à : - définir une origine des temps to pour le traitement du signal S(t); - extraire à partir d'une première partie (PW) de ce signal S(t) située autour de cette origine et correspondant à une réflexion pure due au tubage et à une résonance dudit tubage, une première série de signaux relatifs au tubage et aux matériaux qui l'environnent; - extraire à partir d'une deuxième partie (CW) de ce signal S(t) située autour de cette origine et correspondant uniquement à la réflexion pure du signal acoustique sur le tubage, une deuxième série de signaux relatifs au tubage et aux matériaux qui l'environnent; - combiner des signaux de la deuxième série et de la première pour étalonner ces signaux par la deuxième série de signaux.
Description
PROCEDE ET DISPOSITIF DE DIAGRAPHIE POUR L'INSPECTION
ACOUSTIQUE D'UN SONDAGE MUNI D'UN TUBAGE.
DESCRIPTION
L'invention concerne un procédé et un dispositif pour l'inspection acoustique d'un sondage muni d'un tubage et traversant des formations terrestres. Elle concerne plus particulièrement un procédé et un dispositif, utilisant une technique d'impulsions acoustiques, pour former des signaux représentatifs respectivement d'une ou plusieurs informations relatives au tubage et aux matériaux qui l'environnent, tout en prenant en compte les effets dus
au milieu environnant.
D'une manière générale, lorsque la profondeur désirée d'un puits est atteinte, un tubage est placé dans le sondage, et du ciment est injecté dans l'espace annulaire formé par le tubage et la paroi du sondage afin d'éviter toute communication hydraulique entre les différentes couches géologiques. Pour déterminer l'éventuelle existence de telles communications nuisibles, des mesures sont effectuées à l'aide d'un outil de diagraphie pour déterminer la qualité de la
liaison du ciment avec le tubage.
L'utilisation d'ondes acoustiques afin d'effectuer de telles mesures est connue depuis fort longtemps. La plupart de ces techniques reposent sur une mesure moyenne circulaire et/ou longitudinale, et par conséquent ne permettent pas l'identification de phénomènes ponctuels, tels que les voies longitudinales
de communication hydraulique.
Parmi les techniques qui visent à améliorer la résolution verticale et radiale d'une telle mesure, celle décrite dans la demande de brevet français n 78 20515 (N de publication 2 400 613) a été une percée technique d'extrême importance. Elle consiste à envoyer une impulsion acoustique au niveau d'un secteur radial du tubage, cette impulsion étant constituée par des ondes acoustiques dont les fréquences sont choisies de façon à faire apparaître une résonance d'épaisseur entre la paroi extérieure et la paroi intérieure du tubage, à déterminer l'énergie dans un segment de réverbération du signal de réflexion, et à former un signal qui en est représentatif pour caractériser la qualité de la liaison du ciment derrière ledit secteur radial du tubage. Le segment de réverbération considéré est choisi de façon à être sensiblement représentatif des réverbérations acoustiques entre les parois du tubage. Un amortissement rapide de la résonance, autrement dit une énergie faible, indique la présence de ciment derrière le tubage, tandis qu'un amortissement lent, donc une énergie élevée, indique
l'absence de ciment.
Un outil de diagraphie utilisant une telle technique est décrit dans une brochure commerciale de Schlumberger intitulée "Cement Evaluation Tool" et parue en juin 1983. La sonde de cet outil est centrée
dans le tubage.
Elle comporte huit transducteurs distribués hélicoldalement à 45 , de façon à obtenir une bonne couverture de la périphérie du tubage. Les impulsions acoustiques sont déclenchées séquentiellement. Les réceptions, séquentielles elles aussi, sont analysées
et envoyées à la surface o elles sont traitées.
En outre, un neuvième transducteur, aussi appelé transducteur de référence, est orienté suivant l'axe du tubage vers une paroi réflectrice qui est plane et disposée a une distance fixe du transducteur de référence. A partir du signal de réflexion détecté par ce neuvième transducteur, l'on détermine le temps de propagation, à travers le fluide in situ, de l'onde acoustique dans l'intervalle de temps séparant son émission de sa réception, et l'on en déduit la vitesse de propagation de l'onde à travers le milieu en question. A partir de cette vitesse de propagation de l'onde, il est possible de déterminer, pour chacun des huit transducteurs, un rayon apparent du tubage. Ce rayon est particulièrement intéressant à connaître, car il permet notamment de déceler une éventuelle déformation du tubage et de surveiller le centrage de la sonde dans le tubage de façon à fournir une indication de la. validité et de la qualité des mesures enregistrées. Selon cette technique, l'on prélève la partie de signal acoustique de réflexion représentatif des
réflexions acoustiques entre les parois du tubage.
L'on produit un signal QC représentatif de la qualité du ciment avec le tubage à partir de l'énergie W2 mesurée dans un segment de réverbération
du signal de réflexion S.-
Les variations d'amplitude d'un signal S en fonction du temps, tel que recueilli par un
transducteur sont représentees sur la figure 2.
Les effets dus au milieu environnant sont atténués en procédant à une normalisation de l'énergie mesurée W2 par l'amplitude crête W1 du signal
acoustique de réflexion.
Or, il s'est avéré que cette normalisation n'a pas donné totalement satisfaction car l'interprétation quantitative des mesures a soulevé des
problèmes de divergences dans ces mesures.
Les études et les expériences entreprises par la demanderesse ont montré qu'une grande partie de ces différences était attribuable aux fait que le traitement classique est sensible aux propriétés de la boue, aux caractéristiques du transducteur et de
l'électronique associée.
C'e-st ainsi que la demanderesse s'est reposé le problème différemment car elle a constaté que la normalisation de la partie de signal d'énergie W2 était effectuée avec un signal d'amplitude crête W1 ne correspondant pas aux mêmes fréquences que celles de la
partie de signal correspondant à l'énergie W2.
D'une manière générale l'énergie W1 n'est pas
à la même fréquence que celle de W2 même dans l'eau.
L'énergie W1 est une mesure du maximum d'énergie transportée par une composante spectrale dépendant des caractéristiques du transducteur et des propriétés de l'impulsion et de la boue. L'énergie W2 comprend uniquement de l'énergie autour de la fréquence de
résonance du tubage.
D'autre part, pour effectuer cette normalisation il est nécessaire d'extraire l'amplitude crête W1 et par conséquent de définir à quel instant le signal présente une amplitude maximum. Cet instant est ensuite (selon l'art antérieur) pris comme origine des
temps pour tout le traitement.
Or, comme la réponse des transducteurs évolue dans le temps et que les propriétés de la boue changent, l'origine des temps ainsi déterminée évolue
également, ce qui fausse les mesures.
La demanderesse propose donc un procédé et un dispositif basé sur un principe différent d'extraction des informations à partir des mesures faites qui permet
notamment de résoudre les problèmes mentionnés ci-
dessus. Selon un premier aspect de L'invention, le procédé pour l'inspection acoustique d'un sondage muni d'un tubage traversant des formations terrestres, dans lequel on forme un ou plusieurs signaux représentatifs respectivement d'une ou plusieurs informations relatives audit tubage et aux matériaux qui l'environnent, à partir d'un signal acoustique de réflexion S(t) obtenu à la suite de l'envoi, à travers le fluide présent à l'intérieur du tubage d'une impulsion acoustique dirigée, suivant une incidence sensiblement normale, vers un secteur de la paroi du tubage, est caractérisé en ce qu'il consiste à: - définir une origine des temps to pour le traitement du signal S(t), - extraire à partir d'une première partie de ce signal S(t), située autour de cette origine et correspondant à une réflexion pure due au tubage et à une résonance dudit tubage, une première série de signaux relatifs au tubage et aux matériaux qui l'environnent, - extraire à partir d'une deuxième partie de ce signal l S(t) située autour de cette origine et correspondant uniquement à la réflexion pure du signal acoustique sur le tubage, une deuxième série de signaux relatifs
au tubage et aux matériaux qui l'environnent,.
- combiner des signaux de la deuxième série et de la première pour calibrer les signaux de la première
série par la deuxième série de signaux.
Selon un autre aspect de l'invention, l'origine des temps est définie en procédant aux étapes suivantes: - détermination du signal analytique S (t) de la a réponse S(t); - détermination du maximum d'amplitude de ce signal analytique; - détermination de l'origine des temps t comme L'instant o se produit le maximum d'ampitude du l'instant o se produit le maximum d'amplitude du
signal analytique S (t).
a Le signal analytique est obtenu par une
transformée de Hilbert.
Ce signal peut être obtenu en opérant une transformée de Fourier, puis un filtrage pour éliminer les fréquences négatives du spectre, puis en opérant à nouveau une transformée de Fourier sur le signal obtenu
apres filtrage.
Selon un autre aspect de l'invention, le procédé consiste à définir une origine des temps en procédant aux étapes suivantes: - extraction des valeurs absolues du maximum d'amplitude du signal acoustique et des deux valeurs extrêmes situées de part et d'autre de ce maximum, - détermination d'un polynome du second degré passant par ces trois points, détermination du maximum de ce polynome comme origine
des temps.
Selon l'invention, la première partie de signal correspond à un signal PW(t) et la deuxième partie correspond à un signal CW(t), ces signaux étant obtenus par application d'une fenêtre P(t) et C(t) sur
le signal S(t).
De façon avantageuse, selon le procédé, le signal PW(t) est obtenu en effectuant le produit du signal S(t) par un signal P(t) correspondant à une fenêtre large-de durée prédéterminée ouverte autour de l'origine t et le signal CW(t) est obtenu en effectuant le produit du signal S(t) par un signal C(t) correspondant à une fenêtre de durée plus courte que la première. En outre, le procédé inclut une étape de transposition des signaux PW(t) et CW(t) dans le domaine des fréquences de manière à obtenir les
spectres PW(u) ET CW(w) des signaux.
Dans le procédé conforme à l'invention, la deuxième série de signaux inclut la durée de
propagation du signal acoustique dans le fluide.
Selon une caractéristique de l'invention, la durée de propagation du signal acoustique est obtenue par détermination du retard de groupe lc(i) à partir du spectre du signal après application du signal correspondant à la fenêtre étroite, pour chaque
fréquence dudit spectre.
Dans le procédé conforme à l'invention, la première série de signaux inclut la distance D séparant
l'endroit de mesure de la paroi interne du tubage.
Selon une autre caractéristique de l'invention, pour déterminer la distance séparant l'endroit de mesure de la paroi interne du tubage l'on prédétermine la vitesse de propagation v du signal acoustique dans le fluide pour une position, une distance et une fréquence données et l'on déduit la distance D par la relation D=vti, v étant la vitesse prédéterminée et ti la durée de propagation déterminée pour une fréquence du spectre égale à la fréquence donnée. Dans le procédé conforme à l'invention, La première série de signaux inclut également l'épaisseur
du tubage et l'impédance caractéristique du ciment.
Selon une autre caractéristique de l'invention, l'épaisseur du tubage et l'impédance caractéristique du ciment sont extraites à partir du
spectre du signal PW(w) relatif à la fenêtre longue.
De façon plus précise, l'épaisseur du tubage et l'impédance caractéristique du ciment sont déterminées à partir du retard de groupe tp(i) du signal obtenu pour le spectre du signal après application de La fenêtre large, ce retard de groupe étant corrigé par le retard de groupe obtenu pour le spectre du signal après application de la fenêtre étroite. L'invention a également pour objet un dispositif pour l'inspection acoustique d'un sondage, muni d'un tubage et traversant des formations terrestres, comprenant: - une sonde adaptée à être déplacée dans le tubage et équipée d'au moins un transducteur acoustique de mesure capable d'émettre une première impulsion acoustique dirigée vers au moins un secteur radial dudit tubage et de détecter un premier signal acoustique de réflexion, principalement caractérisé par le fait qu'il comporte en outre: - des premiers moyens pour former un ou plusieurs signaux représentatifs respectivement d'une ou plusieurs informations relatives audit tubage et aux matériaux qui l'environnent, à partir de ladite première partie de signal acoustique de réflexion, - des deuxièmes moyens pour former un ou plusieurs signaux représentatifs respectivement d'une ou plusieurs informations relatives audit tubage et aux matériaux qui l'environnent, à partir de ladite deuxième partie de signal acoustique de réflexion, et par ailleurs, - des troisièmes moyens pour combiner des signaux de la deuxième série et de la première pour- calibrer
lesdits signaux par la deuxième série de signaux.
Selon un aspect de l'invention, le dispositif comporte en. outre des moyens permettant de déterminer l'origine des temps to pour le traitement du signal
acoustique de réflexion S(t).
-* Avantageusement, le dispositif comporte également des moyens pour transposer les signaux PW(t) et CW(t) dans le domaine des fréquences pour obtenir
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les signaux PW(m) et CW(w).
Selon un autre aspect de l'invention, les deuxièmes moyens comportent en outre des moyens pour déterminer le retard de groupe tc(i) à partir du
signal CW(w).
Avantageusement, le dispositif comporte en outre des moyens pour mesurer la vitesse de propagation v du signal acoustique dans le fluide pour une
position, une distance et une fréquence données.
A cet effet, le dispositif comporte un seul transducteur de mesure en regard duquel est disposé, à une distance prédeterminée un réflecteur de référence baignant dans le fluide présent à l'intérieur du tubage et dont les caractéristiques sont sensiblement identiques à celles du tubage, afin de permettre de déterminer la vitesse du signal acoustique émis par
ledit transducteur de référence.
Le dispositif comporte en outre des moyens pour déterminer l'impédance caractéristique du ciment
et l'épaisseur du tubage.
D'autres caractéristiques et avantages de
l'invention apparaîtront à la lecture de la description
suivante, faite en regard des dessins annexes, dans lesquels: - la figure 1A est un schéma d'un dispositif pour l'étude de la qualité du ciment selon l'invention, le dispositif étant représenté en cours de fonctionnement dans un sondage, - la figure lB représente un schéma plus détaillé de la sonde, - la figure 2 représente un signal acoustique de réflexion S tel que détecté par le transducteur T avec la partie de signal W2 de laquelle sont extraites des informations selon l'art antérieur, - La figure 3 représente un signal acoustique de réflexion S tel que détecté par le transducteur T avec les parties de signal CW et PW à partir desqueLles sont extraites les informations selon l'invention, - les figures 4 et 5 représentent respectivement les fenêtres d'étalonnage C et de traitement P appliquées au signal acoustique de réflexion selon l'invention, - la figure 6 représente les spectres en fréquence du signal après application des deux fenêtres de traitement, en traits pleins pour la fenêtre large, en traits pointillés pour la fenêtre étroite, - la figure 7 représente la courbe de retard de groupe autour de la fréquence de résonance, - la figure 8 représente en traits pleins la courbe de réponse du signal de réflexion dans le domaine des fréquences après application de la fenêtre d'étalonnage de la figure 4, et en traits pointillés, le retard de groupe, - la figure 9 représente en traits pleins le spectre du signal de réflexion dans la fenêtre de traitement de la figure 5 autour de la fréquence de résonance, et en traits pointillés le retard de groupe, - la figure 10 représente le modèle
électromagnétique du tubage, du ciment et de la boue.
En référence à la figure 1, le dispositif de diagraphie acoustique pour l'étude de la qualité du ciment comprend un appareil de fond 10 suspendu dans un sondage 11 à l'extrémité d'un câble 12 multiconducteur et baignant dans un milieu environnant M. Le sondage qui traverse les formations 13 est muni d'un tubage 14. Du ciment 15 occupe l'espace annulaire délimité par le tubage et les formations étudiées. Ce dispositif de diagraphie comprend les 1 1 caractéristiques de base de celui décrit dans le brevet
français 78 20515, déposé par la demanderesse.
D'une façon générale, l'appareil de fond 10 est un corps allongé qui comprend une sonde 16, des centreurs supérieur 17 et inférieur 18 destinés à maintenir la sonde 16 dans l'axe du tubage 14, une section de compensation acoustique 22, une section de compensation hydraulique 32 et une section électronique 19. Selon un premier exempLe de réalisation, la sonde 16 est équipée d'un seul transducteur acoustique T. Cette sonde 16 est équipée d'un moteur d'entraînement 20 qui permet d'entraîner en rotation l'ensemble 10 portant Le transducteur T autour de l'axe
de la sonde.
Ainsi, en mode de fonctionnement normal la sonde permet d'investiguer tout le périmètre du sondage par simple rotation à chaque position donnée en profondeur.
Une description plus détaillée de ce mode de
réalisation est donnée dans la demande de brevet nO89 03535 déposée le 17 mars 1989 par la demanderesse et ayant pour titre: "Procédé et dispositif de diagraphie utilisant un capteur effectuant un balayage circonférentiel de la paroi d'un puits de forage,
notamment afin d'étalonner ce capteur".
En effet, un système d'axe d'entraînement décalé et de butée permet en mode de fonctionnement d'étalonnage, de découpler un réflecteur 24 de L'axe d'entraînement afin de ne faire tourner que Le transducteur T pour le placer en regard de ce
réflecteur 24.
Selon un deuxième exemple de réalisation non représenté, la sonde peut être équipée de huit transducteurs acoustiques disposés en hélice de façon à permettre l'investigation de huit secteurs de tubage tels que décrits par exemple dans la demande de brevet
français 84 13673.
Les centreurs 18 et 19 sont du type connu, dans lequel il est prévu des moyens (non représentés) permettant des liaisons électriques et/ou hydrauliques entre la partie supérieure et la partie inférieure de
chacun des centreurs.
La section 32, dite section de compensation hydraulique est du type connu dans lequel le fluide des circuits hydrauliques de l'appareil de fond 10 est soumis à la pression du milieu environnant M, à savoir la pression hydrostatique du puits, de manière à éviter des pressions différentielles trop élevées sur les parties sensibles de la sonde, telles que les transducteurs. La section 22, dans laquelle se trouve le transducteur acoustique, présente un évidement 23 ouvert au fluide M en présence. Le transducteur T, émet des ondes acoustiques à travers l'évidement 23 selon un axe sensiblement perpendiculaire à l'axe de la sonde 16, soit vers le réflecteur 24 (mode étalonnage), soit vers le tubage (mode normal de mesure). Le réflecteur 24, sensiblement perpendiculaire à l'axe d'émission du transducteur T simule un secteur radial du tubage 14 étudié. Le.transducteur T est commandé pour émettre des impulsions acoustiques de faible durée dont le spectre recouvre la plage de fréquence située entre 300 KHz et 600 KHz, la fréquence moyenne étant d'environ
500 KHz.
La direction d'émission du transducteur T étant radiale, chaque impulsion émise est réfléchie par les différentes interfaces qu'elle rencontre, à savoir le tubage 14 ou le réflecteur 24, donnant ainsi un
signal d'écho détecté par le mime transducteur.
Les signaux détectés sont transmis par un câblage approprié (non représenté) traversant le centreur 17, à la section électronique 19, dans laquelle ils sont échantillonnés à cadence choisie, mis sous forme numérique, puis multiplexés et finalement transmis en surface par un MODEM (non représenté)
connecté aux conducteurs du câble 12.
En surface, les conducteurs du câble 12 sont reliés à un système d'acquisition 25 comprenant un MODEM pour décoder les informations transmises et un démultiplexeur. Les signaux sont ensuite mémorisés dans une mémoire 26. Cette dernière est connectée à un calculateur 27 susceptible d'effectuer une suite
d'étapes de traitement à chaque niveau de profondeur.
Ces étapes seront développées ultérieurement.
Les signaux représentatifs de la profondeur de l'appareil 10 sont engendrés par un détecteur de déplacement comprenant un générateur d'impulsions 28 commandé par une roue 29 en appui tangentiel sur le câble 12. Le générateur d'impulsions 28 délivre une impulsion chaque fois que le câble 12 s'est déplacé
d'une unité de longueur.
Le traitement du calculateur 27 fournit un premier ensemble de signaux de sortie à un enregistreur magnétique 30 qui les enregistre sous forme numérique, niveau par niveau, sur une bande magnétique. Cet enregistrement magnétique contient notamment les signaux délivrés par le transducteur T et permet, par conséquent, un traitement ultérieur des données. Le calculateur 27 fournit aussi, pour chaque niveau, un second ensemble de signaux de sortie à un enregistreur optique 31 qui réalise sur un film un enregistrement graphique, par exemple du type décrit dans le brevet
français 80 20890 (N de publication 2 491 123).
La figure 2 représente les variations en fonction du temps de l'amplitude d'un signal S, tel que recueilli par le transducteur T. Il est connu de produire un signal représentatif de la qualité de la liaison du ciment avec le tubage à partir de l'énergie W2 que l'on mesure dans une partie du signal de réflexion S correspondant essentiellement à une réflexion sur les parois du tubage et à une résonance de cette paroi excitée par
les impulsions émises par le transducteur.
La fenêtre t -t d'énergie W2 peut également 2 3 comporter de l'énergie due à des réflexions multiples sur les formations géologiques, ces réflexions apparaissant sensiblement à partir de l'instant t Selon l'état de la technique, l'inspection acoustique d'un sondage muni d'un tubage est basée sur le principe selon lequel l'énergie W2 est normalisée par l'énergie W1 du pic maximum du signal recueilli S. Cette normalisation permet d'éliminer les effets dus au milieu environnant comme cela a été dit, mais ne permet
pas de résoudre les problèmes mentionnés précédemment.
Sur la figure 3, l'on a représenté les variations d'amplitude du signal S, en fonction du temps, tel que recueilli par le transducteur S et deux fenêtres d'énergie ouvertes autour d'une origine des temps t prédéterminée dans une partie de signal
correspondant à une réflexion pure.
Détermination d'une oriSgjne des tems.
Selon L'invention, l'on détermine une origine des temps stable de manière à s'affranchir d'une part des variations de la réponse du transducteur au cours
des différentes mesures et, d'autre part, du bruit.
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Pour cela, on détermine le signal analytique S (t) soit a S (t) = S(t) iH(S(t)) a o S(t) est le signal mesuré et H est la transformée de Hilbert de ce signal mesuré, i étant égal à F. La transformée de Hilbert est obtenue par tout algorithme connu. L'origine des temps t est définie par l'instant pour lequel ce signal analytique présente un pic. Une autre méthode permettant d'obtenir le signal analytique S (t) consiste à effectuer une a transformée de Fourier par tout algorithme rapide de transformée de Fourier puis d'opérer une réjection des fréquences négatives par filtrage et d'effectuer à nouveau une transformée de Fourier rapide du signal
obtenu après filtrage.
L'instant ou se produit le pic du signal analytique est pris comme origine t Une autre méthode encore plus rapide consiste à redresser le signal recueilli par le transducteur, à extraire à partir de ce signal redressé le maximum d'amplitude et deux valeurs extrêmes de part et d'autre de ce maximum de façon à obtenir trois points définis
par leurs coordonnées (temps, amplitude).
L'on détermine ensuite, de manière classique, un polynome du second degré passant par ces trois points. Le maximum du polynome obtenu est déterminé et son abscisse to (qui correspond à un temps) est prise comme origine des temps et sert de repère pour la
durée en temps des fenêtres.
26 4 6 5 1 3
Extraction d'informations à partir de deux fenêtres È2eLigges au signal S(t) autour d'une oriine t
- - - - - - - - - - - - - - - - - -. --
prédéterminée. Conformément à L'invention, L'on extrait un signal PW(t) dans une première partie de signal S(t) par application d'un signal P(t) correspondant à une fenêtre large (-t1, t) sur ce signal S(t). Le signal 1'3 PW(t) ainsi obtenu comprend l'énergie due à la réflexion du signal acoustique sur les parois du tubage
et L'énergie de résonance dudit tubage.
On extrait également un signal CW(t) dans une deuxième partie du signal S(t) par application d'un signal C(t) correspondant à une fenêtre (-t 1, + t1) sur ce signal S(t), cette fenêtre étant plus étroite que la première. Le signal CW(t) ainsi obtenu inclut principalement l'énergie due à une réflexion pure sur
Les parois du tubage.
Les figures 4 et 5 représentent respectivement un exemple de signaux correspondant à une fenêtre étroite que l'on utilise pour obtenir le signal d'étalonnage et un exemple de signal correspondant a une fenêtre Large que l'on utilise pour
effectuer Le traitement conforme au procédé.
Les signaux CW(t) et PW(t) peuvent être obtenus par produit du signal S(t) par les signaux représentés sur les figures 4 et 5 correspondant respectivement au signal à fenêtre étroite (C(t) et au
signal à fenêtre large P(t).
Les deux fenêtres sont ouvertes autour de
l'origine to, cette origine étant prédéterminée.
Combinaison des signaux etraits _àpartir des deux fenêtres. Conformément à l'invention, le procédé
26 4 6 5 1 3
consiste à utiliser la deuxième partie de signal comme signal d'étalonnage pour réaliser une normalisation du signal acoustique de réflexion, ce signal d'étalonnage étant par conséquent obtenu à partir du signal de
réflexion acoustique S(t) lui-mëme.
Le signal CW correspond à ce signal d'étalonnage et est utilisé pour obtenir une deuxième série de signaux relatifs au tubage et aux matériaux
qui l'environnent servant à calibrer la première série.
Conformément à l'invention, le procédé consiste en outre à transformer les signaux PW(t) et CW(t) extraits du signal acoustique de réflexion dans le domaine des fréquences pour obtenir les signaux PW( w) et CW(w) tels que représentés sur la figure 6,
(CW(w) étant en pointillé et PW(w) en traits pleins).
L'on pratique pour cela une transformée de Fourier discrète en utilisant un algorithme de
transformation de Fourier discrète rapide.
De manière préférée, la fenêtre permettant d'obtenir le signal d'étalonnage est ouverte autour de l'origine to et sa durée est choisie dans la gamme correspondant à 1,5 jusqu'à 3 fois la période correspondant à la fréquence nominale de résonance du
tubage, cette fréquence étant connue.
Extraction de la duréederoagation La durée de propagation du signal acoustique dans le fluide in situ est obtenue conformément à l'inventionen procédant à la détermination du retard de groupe Mi correspondant à chaque composante
spectrale wi du signal d'étalonnage CW(%u.
La durée ti de propagation du signal pour une fréquence donnée du spectre est définie comme étant égale au retard de groupe fc(i) déterminé pour ladite fréquence. Ainsi, l'on obtient une mesure de La durée de propagation du signal pour chaque composante spectrale
du signal d'étalonnage.
La durée de propagation ainsi mesurée permet de s'affranchir des problèmes de dispersivité dans la détermination de la distance D qui sépare l'endroit de
mesure de la paroi interne du tubage.
Selon un aspect de l'invention, l'on utilise la durée ti obtenue pour une fréquence de pulsation i du spectre afin de déterminer la distance D qui vient
d'être définie.
On procède pour cela à une mesure classique en soi de la vitesse du signal acoustique dans le fluide. En effet, la vitesse est déterminée au moyen du transducteur, lors d'une phase préliminaire utilisée pour l'étalonnage. Le transducteur envoie pour cela un signal acoustique à une fréquence donnée vers le réflecteur de référence, ce dernier étant placé à une distance du transducteur Do sensiblement égale à la distance D, l'ensemble baignant dans le fluide ambiant
(cf. figure lB).
La vitesse est donc obtenue en effectuant le rapport Do/ti, ti étant la durée de propagation du signal acoustique que l'on a obtenu précédemment pour une fréquence égale à la fréquence choisie dans la
mesure de vitesse.
Détermination de l'épaisseur du tubage et de impEédance acoustiqgue du ciment L'épaisseur du tubage est liée de façon approximative à la fréquence de résonance f dudit tubage par la relation: tubage par la relation: d = -V 2f
o V est la vitesse du son dans Le tubage.
Conformément à l'invention, la fréquence de résonance est extraite de la première partie de signal soit du signal PX(t) correspondant à la fenêtre large et plus précisément à partir du retard de groupe obtenu pour le domaine fréquentiel de ce signal à l'intérieur
de cette fenêtre.
On détermine en conséquence le retard de groupe Ep(i) et l'on recherche son minimum, ce minimum correspondant à une fréquence f qui présente un décalage 4f, vis-à-vis de la fréquence de résonance f
du tubage.
On pourra par exemple déterminer la fréquence fmin en définissant un polynome passant par trois min points correspondant respectivement au minimum du retard de groupe fmin et à deux vale-urs r1 i2 min 2 situées de part et d'autre de cette valeur extrême
m i n.
On détermine ensuite le minimum de ce polynome, ce minimum correspondant à une fréquence dans le spectre du retard de groupe qui est la fréquence de résonance décalée du tubage par rapport à la fréquence
de résonance réelle.
Ce décalage f est lié à La longueur de la fenêtre de traitement P(t) utilisée et au spectre du signal S(t). Le décalage af est déterminé conformément à l'invention à partir d'un premier modèle électromagnétique représenté figure 10 et ne comportant pas de résistance pure au départ auquel on applique la même fenêtre de traitement P(t) que cettlle qui a été
appliquée après l'envoi d'une impulsion électrique e.
Ce premier modèle (sans résistance) est l'équivalent
électromagnétique d'un tubage plan.
Ainsi, conformément à l'invention on détermine l'impédance caractéristique du ciment Zc à partir de la première partie du signal obtenu par application de la fenêtre dans le temps P(t) du signal S(t) et plus particulièrement, à partir du retard de groupe Tp(i) obtenu dans le domaine fréquentiel à
l'intérieur de cette fenêtre.
On caractérise le retard de groupe déjà obtenu lors de la détermination de la fréquence de résonance par deux paramètres, l'un étant la profondeur H du retard de groupe (figure 7), l'autre étant la largeur de bande de fréquence B du retard de groupe pour cette profondeur. Les limites de cette bande correspondant à une largeur de préférence égale à04x'min
LF F 2.
soit rF 1' F Connaissant l'impédance acoustique de la boue Z (obtenue lors de l'étalonnage) et l'impédance m acoustique du tubage Z (donnée connue), connaissant les paramètres caractérisant le retard de groupe, et ayant établi un modèle électromagnétique possédant ces caractéristiques, on effectue une estimation de l'impédance acoustique Z du ciment en prenant comme c valeur estimée l'impédance caractéristique Z du ce modèle. On procède ensuite à une détermination de La réponse du modèle à une impulsion e de Dirac dans le domaine des fréquences. Son spectre qui est infini a une amplitude constante sauf à la fréquence de
résonance f.pour laquelle elle présente un minimum.
On multiplie la réponse du modèle par le
signal CW(W).
On effectue une convolution du spectre du modèLe avec la fenêtre de traitement afin d'obtenir la réponse du modèle dans les- mêmes conditions que celles
2 6 4 6 5 1 3
du traitement (figure 8, la courbe en traits pleins).
On détermine le retard de groupe du signal convolué et la fréquence de résonance du modèle f est Od extraite du retard de groupe comme l'a été la fréquence f., c'est-à-dire par détermination de la fréquence pour O laquelle le retard de groupe présente un minimum
(figure 8, courbe en traits pointillés).
L'écart de fréquence 4f entre La fréquence de résonance f estimée et la fréquence de résonance f du modèle permet de déterminer un écart 4tpour le Od retard de groupe et de redéfinir ainsi, l'épaisseur du tubage étant connue, une nouvelle fréquence de résonance correspondante. Puis par itération avec de nouvelles valeurs estimées de l'impédance Z, on trouve c la fréquence de résonance réelle. On peut par exemple utiliser la méthode d'itération de Newton qui converge rapidement. Afin de tenir compte de la courbure du tubage, on a introduit dans le modèle établi, outre des lignes de transmissions, deux résistances pures R de valeur prédéterminée en fonction du diamètre du tubage. Avec ce nouveau modèle (fig. 10), on procède à une nouvelle étape de traitement consistant à déterminer la réponse du modèle à une impulsion e dans
le domaine des fréquences.
Le traitement consiste ensuite à effectuer une convolution du spectre du modèle avec la fenêtre de traitement afin d'obtenir la réponse du modèle dans les
mêmes conditions que celles du traitement.
Puis par itérations successives, en prenant la fréquence de résonance trouvée, on détermine
L'impédance caractéristique Z du ciment.
c
Claims (22)
1. Procédé pour l'inspection acoustique d'un sondage muni d'un tubage traversant des formations terrestres, dans lequel on forme un ou plusieurs signaux représentatifs respectivement d'une ou plusieurs informations relatives audit tubage et aux matériaux qui l'environnent, à partir d'un signal acoustique de réflexion S(t) obtenu à la suite de l'envoi, à travers le fluide présent à l'intérieur du tubage d'une impulsion acoustique dirigée, suivant une incidence sensiblement normale, vers un secteur de la paroi du tubage, caractérisé en ce qu'il consiste à: définir une origine des temps to pour le traitement du signal S(t), extraire à partir d'une première partie de ce signal S(t) située autour de cette origine et correspondant à une réflexion pur-e due-au tubage et à une résonance dudit tubage, une première série de signaux relatifs au tubage et aux matériaux qui l'environnent, - extraire à partir d'une deuxième partie de ce signal S(t) située autour de cette origine et correspondant uniquement à la réflexion pure du signal acoustique sur le tubage, une deuxième série de signaux relatifs au tubage et aux matériaux qui l'environnent, - combiner des signaux de la deuxième série et de la première pour calibrer ces signaux par la deuxième
série de signaux.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'origine des temps est définie en procédant aux étapes suivantes: - détermination du signal analytique S (t) de la a réponse S(t); - détermination du maximum d'amp4itude de ce signal analytique; - détermination de l'origine des temps t comme o l'instant o se produit le maximum d'amplitude du
signal analytique S (t).
a
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le signal analytique S (t) est a
obtenu par une transformée de Hilbert.
4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le signal analytique S (t) est a obtenu en opérant une transformée de Fourier, puis un filtrage pour éliminer les fréquences négatives du spectre, puis en opérant à nouveau une transformée de
Fourier sur le signal obtenu après filtrage.
5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'origine est définie en procédant aux étapes suivantes: - extraction des valeurs absolues du maximum d'amplitude du signal acoustique et des deux valeurs extrêmes situées de part et d'autre de ce maximum, - détermination d'un polynome du second degré passant par ces trois points, - détermination du maximum de ce polynome comme origine
des temps.
6. Procédé selon l'une quelconque des
revendications 1 ou 5, caractérisé en ce que la
première partie de signal correspond à un signal PW(t) et la deuxième partie correspond à un signal CW(t), ces signaux étant obtenus par application d'une fenêtre
P(t) et C(t) sur le signal S(t).
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le signal PW(t) est obtenu en effectuant le produit du signal S(t) par un signal P(t) correspondant à une fenêtre large de durée prédéterminée ouverte autour de l'origine t et le signal CW(t) est obtenu en effectuant le produit du signal S(t) par un signal C(t) correspondant à une
fenêtre de durée plus courte que la première.
8. Procédé selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce qu'il consiste à transposer les signaux PW(t) et CW(t) dans Le domaine des fréquences de manière à obtenir les spectres PW(>) et CW(w) des signaux.
9. Procédé selon l'une quelconque des
revendications précédentes, caractérisé en ce que La
deuxième série de signaux inclut la durée de
propagation du signal acoustique dans le fluide.
10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la durée de propagation du signal acoustique est obtenue par détermination du retard de groupe Vc(i) à partir du spectre du signal après application du signal à fenêtre étroite, pour chaque
fréquence dudit spectre.
11. Procédé selon l'une quelconque des
revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la
deuxième série de signaux relatifs au tubage et aux matériaux qui l'environnent inclut l'information de la distance D séparant l'endroit de mesure de la paroi
interne du tubage.
12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que pour extraire l'information distance séparant l'endroit de mesure de la paroi interne du tubage, l'on prédétermine la vitesse v du signal acoustique dans le fluide pour une position, une distance- et une fréquence données et l'on déduit la distance D par la relation D=vti, v étant La vitesse prédéterminée et ti la durée de propagation déterminée pour une fréquence du spectre égale à la fréquence donnée.
13. Procédé selon l'une quelconque des
revendications 1 à 12, caractérisé en- ce que La
première série de signaux relatifs au tubage et aux matériaux qui l'environnent inclut l'épaisseur du
tubage et l'impédance caractéristique du ciment.
14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'épaisseur du tubage et l'impédance caractéristique du ciment sont extraites à partir du spectre du signal PW(C) relatif à la fenêtre longue.
15. Procédé selon la revendication 13 ou 14, caractérisé en ce que l'épaisseur du tubage et l'impédance caractéristique du ciment sont déterminées à partir du retard de groupe Cp(i) du signal obtenu pour le spectre du signal après application du signal à fenêtre large, ce retard de groupe étant corrigé par le retard de groupe obtenu pour le spectre du signal après
application du signal à fenêtre étroite.
16. Dispositif pour l'inspection acoustique d'un sondage, muni d'un tubage et traversant des f-ormations terrestres, comprenant: - une sonde adaptée à être déplacée dans le tubage et équipée d'au moins un transducteur acoustique de mesure capable d'émettre une première impulsion acoustique dirigée vers au moins un secteur radial dudit tubage et de détecter un premier signal acoustique de réflexion, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre: - des premiers moyens pour former un ou plusieurs signaux représentatifs respectivement d'une ou plusieurs informations relatives audit tubage et aux matériaux qui l'environnent, à partir de ladite première partie de signal acoustique de réflexion, - des deuxièmes moyens pour former un ou plusieurs signaux représentatifs respectivement d'une ou plusieurs informations relatives audit tubage et aux matériaux qui l'environnent, à partir de ladite deuxième partie de signal-acoustique de réflexion, et par ailleurs, - des troisièmes moyens pour combiner des signaux de la deuxième série par la première pour étalonner lesdits
signaux par la deuxième série de signaux.
17. Dispositif selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens permettant de déterminer l'origine des temps t pour le
traitement du signal acoustique de réflexion S(t).
18. Dispositif selon l'une quelconque des
revendications 16 et 17, caractérisé en ce qu'il
comporte en outre des moyens pour transposer les signaux PW(t) et CW(t) dans le domaine des fréquences
pour obtenir les signaux PW(w) et CW(u).
19. Dispositif selon l'une quelconque des
revendications 16 à 18, caractérisé en ce que les
deuxièmes moyens comportent en outre des moyens pour déterminer les retards de groupe t (i) et T (i) à p c
partir des signaux PW(w) et CW(w).
20. Dispositif selon l'une quelconque des
revendications 16 à 19, caractérisé en ce qu'il
comporte en outre des moyens pour mesurer la vitesse de propagation v du signal acoustique dans le fluide pour
une position, une distance et une fréquence données.
21. Dispositif selon l'une quelconque des
revendications 16 à 20, caractérisé en ce que le
transducteur de mesure est disposé à une distance prédéterminée en regard d'un réflecteur de référence baignant dans le fluide présent à l'intérieur du tubage ayant des caractéristiques sensiblement identiques à celles du tubage, afin de permettre de déterminer la vitesse du signal acoustique émis par ledit
transducteur de référence.
22. Dispositif selon l'une quelconque des
revendications 16 à 21, caractérisé en ce qu'il
comporte des moyens pour déterminer l'impédance
caractéristique du ciment et l'épaisseur du tubage.
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