FR2729228A1 - Procede de determination de la porosite et de la permeabilite de formations geologiques et dispositif pour la mise en oeuvre de ce procede - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé caractérisation de structures géologiques par RMN comportant les étapes suivantes: - génération d'un champ magnétique statique dans une zone à étudier d'une structure géologique, - application d'impulsions de champ magnétique radiofréquence (RF) dans cette zone, - détection de signaux de précession de spins nucléaires, en réponse aux impulsions RF, caractérisé en ce qu'on réalise la somme de certains signaux de résonance détectés à des instants différents. L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé.
Description
PROCèDE DE DETERMINATICN DE LA POROSITE ET DE lA
PERMEABILITE DE FORMXTIC)NS GEOUX;IQUES ET DISPOSITIF
POUR lA MISE EN OEUVRE DE CE PROCEDE DESCRIPTICN
Domaine technique
La présente invention concerne le domaine de la caractérisation de structures géologiques à partir de mesure de résonance magnétique nucléaire.
PERMEABILITE DE FORMXTIC)NS GEOUX;IQUES ET DISPOSITIF
POUR lA MISE EN OEUVRE DE CE PROCEDE DESCRIPTICN
Domaine technique
La présente invention concerne le domaine de la caractérisation de structures géologiques à partir de mesure de résonance magnétique nucléaire.
La technique de caractérisation des structures géologiques à l'aide de la RMN permet d'avoir accès au temps de relaxation des protons et au volume des fluides qui sont contenus dans les pores d'une formation géologique. Une telle technique est décrite dans le brevet US-5 309 098.
Cette technique va être brièvement décrite en liaison avec la figure 1. Sur cette figure, la référence 2 désigne un milieu à étudier, traversé par un puits désigné par la référence 4. Une sonde de mesure RMN 6, associée à son électronique de commande et de détection 8 est descendue dans le puits 4 à l'aide d'un câble 10 par lequel s'effectue également la liaison électrique entre les composants de l'ensemble électronique 8 et des moyens de commande, de réception, de traitement et de mémorisation des données recueillies lors des mesures. La sonde 6 contient en général un aimant permanent et une ou plusieurs bobines radiofréquences, par exemple enroulées autour de cet aimant. L'aimant permet de créer un champ magnétique statique Bg qui aligne les spins nucléaires des atomes d'une portion du milieu 2 située en regard de la sonde 6.Une des bobines radiofréquences (RF) génère des impulsions de champ magnétique RF qui permettent de basculer les spins alignés sur le champ Bg suivant une direction prédéterminée, par exemple perpendiculaire à Bo. Après avoir été ainsi basculés, les spins tendent à se réaligner suivant la direction du champ magnétique statique, et ceci engendre des signaux de précession qui peuvent être détectés par une bobine. Cette dernière peut être la même que celle qui a servi à engendrer les impulsions radiofréquences. Comme il est expliqué dans l'article de G. R. Coates et al., intitulé "Restrictive diffusion from uniform gradient
NMR well logging" publié dans Society of Petroleum
Ingineers, 1993, pp. 575-590, ces signaux peuvent être ensuite analysés pour remonter aux caractéristiques du milieu poreux mesuré.Par exemple, il est possible de déterminer la quantité de fluide présente dans le volume sensible, la porosité, la dimension des pores.
NMR well logging" publié dans Society of Petroleum
Ingineers, 1993, pp. 575-590, ces signaux peuvent être ensuite analysés pour remonter aux caractéristiques du milieu poreux mesuré.Par exemple, il est possible de déterminer la quantité de fluide présente dans le volume sensible, la porosité, la dimension des pores.
En particulier, la porosité correspond au pourcentage du volume total représenté par les pores. Elle s'exprime en % : une porosité de 2 à 3% sera dite faible, une porosité de 10 à 20% sera qualifiée de moyenne, tandis qu'une porosité de 40% sera considérée comme forte.
Ce type de mesure présente le problème suivant.
Le rapport signal/bruit dépend de la quantité de fluide dans le volume sensible, de l'amplitude de l'induction de polarisation Bg et des caractéristiques de l'électronique de mesure. Les caractéristiques de l'appareillage étant fixées (amplitude de l'induction, électronique de mesure), les signaux sont très faibles pour des faibles porosités (par exemple dans la gamme de 2 à 5%) et, en outre, pour des pores de petites dimensions, correspondant à des temps de déclin T2 courts, le nombre d'échos détectables est très faible, d'où une imprécision importante sur les mesures.
Exposé de l'invention
La présente invention propose un procédé de mesures pour résoudre ce problème, afin d'étendre la plage de mesures de la porosité vers les porosités les plus faibles. A cette fin, 1 invention a pour objet un procédé de caractérisation de structures géologiques par RMN, comportant les étapes suivantes - génération d'un champ magnétique statique dans une
zone à étudier de la structure géologique, - application d'impulsions de champ magnétique
radiofréquence (RF) à cette zone, - détection des signaux de précession de spins
nucléaires, en réponse aux impulsions RF, caractérisé en ce que on réalise la somme de certains signaux de résonance détectés à des instants différents.
La présente invention propose un procédé de mesures pour résoudre ce problème, afin d'étendre la plage de mesures de la porosité vers les porosités les plus faibles. A cette fin, 1 invention a pour objet un procédé de caractérisation de structures géologiques par RMN, comportant les étapes suivantes - génération d'un champ magnétique statique dans une
zone à étudier de la structure géologique, - application d'impulsions de champ magnétique
radiofréquence (RF) à cette zone, - détection des signaux de précession de spins
nucléaires, en réponse aux impulsions RF, caractérisé en ce que on réalise la somme de certains signaux de résonance détectés à des instants différents.
Cette technique permet, du fait que le bruit est aléatoire, d'accroître le rapport signal/bruit, donc de disposer de signaux plus importants et de pouvoir mieux caractériser les zones de faible porosité.
Le gain obtenu est en Wn, où n est le nombre d'échos cumulés.
Selon un mode particulier de réalisation, on compare la somme obtenue à une valeur prédéterminée.
Selon un autre mode de réalisation, on compare la somme obtenue à une autre somme obtenue à partir d'autres signaux de résonance. En particulier, on peut réaliser d'abord la somme S,-1 de n-l signaux de résonance, puis la somme 5n de n signaux de résonance et on compare la différence Sn5n-l à une valeur prédéterminée.
Les signaux de précession peuvent être obtenus par la technique d'échos de spins, en particulier par la technique dite CPMG.
Les signaux dont on réalise la somme peuvent être des signaux consécutifs.
L'invention a également pour objet un dispositif de caractérisation de structure géologique par RMN, comportant - des moyens pour générer un champ magnétique statique, - des moyens pour appliquer des impulsions de champ
magnétique radiofréquence, - des moyens pour détecter des signaux de précession de
spins nucléaires, en réponse aux impulsions RF, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens permettant de réaliser la somme de certains signaux de résonance détectés à des instants différents.
magnétique radiofréquence, - des moyens pour détecter des signaux de précession de
spins nucléaires, en réponse aux impulsions RF, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens permettant de réaliser la somme de certains signaux de résonance détectés à des instants différents.
L'appareil peut en outre comporter des moyens pour comparer la somme obtenue à une valeur prédéterminée.
L'appareil peut également comporter des moyens pour comparer la somme obtenue avec une autre somme obtenue à partir d'autres signaux de résonance. En particulier, l'appareil peut comporter des moyens pour réaliser la somme S,-1 de n-l signaux de résonance, puis la somme 5n de n signaux de résonance et enfin la comparaison entre Sn-Sn~l et une valeur prédéterminée.
Les moyens pour appliquer des impulsions de champ magnétique RF peuvent être des moyens pour obtenir des échos de spins, en particulier par la technique CPMG.
Brève description des figures
De toute façon, les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lumière de la description qui va suivre. Cette description porte sur les exemples de réalisation, donnés à titre explicatif et non limitatif, en se référant à des dessins annexés sur lesquels
- la figure 1, déjà décrite, illustre un procédé de mesure selon l'art antérieur,
- la figure 2 illustre une succession d'échos de spins,
- la figure 3 correspond au signal obtenu par la méthode selon l'invention,
- la figure 4 illustre un appareil pour mettre en oeuvre le procédé selon l'invention.
De toute façon, les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lumière de la description qui va suivre. Cette description porte sur les exemples de réalisation, donnés à titre explicatif et non limitatif, en se référant à des dessins annexés sur lesquels
- la figure 1, déjà décrite, illustre un procédé de mesure selon l'art antérieur,
- la figure 2 illustre une succession d'échos de spins,
- la figure 3 correspond au signal obtenu par la méthode selon l'invention,
- la figure 4 illustre un appareil pour mettre en oeuvre le procédé selon l'invention.
Description détaillée de modes de réalisation de l'invention
Une technique de mesure qu'il est possible d'utiliser dans le cadre de la présente invention est la technique des échos de spins, et plus précisément la technique dite CPMG, dans laquelle une impulsion radiofréquence (impulsion à 90 ) est émise pour exciter les protons du volume étudié, suivie d'un train d'impulsions RF à 1800, dites impulsions de refocalisation, qui permet de compenser les inhomogénéités du champ dans le volume de l'échantillon. Les impulsions à 1800 sont répétées avec une période notée tC, et permettent d'obtenir une série de signaux successifs, telle que celle illustrée sur la figure 2. Sur cette figure, on observe ce qu'il est couramment appelé un train d'échos. L'amplitude des échos décroît dans le temps, suivant une loi exponentielle, liée au temps de relaxation T2 des fluides présents dans le volume étudié. L'amplitude Ag à llorigine de l'enveloppe des échos de spins est liée à la quantité de fluide présente dans le volume sensible. La constante de décroissance exponentielle T2 est une fonction croissante de la dimension des pores.
Une technique de mesure qu'il est possible d'utiliser dans le cadre de la présente invention est la technique des échos de spins, et plus précisément la technique dite CPMG, dans laquelle une impulsion radiofréquence (impulsion à 90 ) est émise pour exciter les protons du volume étudié, suivie d'un train d'impulsions RF à 1800, dites impulsions de refocalisation, qui permet de compenser les inhomogénéités du champ dans le volume de l'échantillon. Les impulsions à 1800 sont répétées avec une période notée tC, et permettent d'obtenir une série de signaux successifs, telle que celle illustrée sur la figure 2. Sur cette figure, on observe ce qu'il est couramment appelé un train d'échos. L'amplitude des échos décroît dans le temps, suivant une loi exponentielle, liée au temps de relaxation T2 des fluides présents dans le volume étudié. L'amplitude Ag à llorigine de l'enveloppe des échos de spins est liée à la quantité de fluide présente dans le volume sensible. La constante de décroissance exponentielle T2 est une fonction croissante de la dimension des pores.
Avec les notations ci-dessus, il est possible de donner l'amplitude Ai du signal d'échos obtenu après la ième impulsion à 180 : Ai=Aoe-itc/T2
La somme des amplitudes des n premiers échos vaut
Sn=A0(e-tc/T2-e-(n+l)tc/T2)/(l-e-tc/T2)
Cette formule peut encore s'écrire :
Sn=Aof(T2,tC) où f(T2,tc) représente la pondération de l'amplitude du signal par le temps de relaxation T2.
La somme des amplitudes des n premiers échos vaut
Sn=A0(e-tc/T2-e-(n+l)tc/T2)/(l-e-tc/T2)
Cette formule peut encore s'écrire :
Sn=Aof(T2,tC) où f(T2,tc) représente la pondération de l'amplitude du signal par le temps de relaxation T2.
Dans le cas d'un seul écho : f(t2,Tc)=e-tc/T2.
Il est donc possible, moyennant certaines hypothèses sur T2 d'estimer Ag, ou de détecter les variations de A, donc de la porosité.
La valeur de 5n tend vers la valeur limite S=Ao(e~tC/T2)/(l-e-tc/T2)
La valeur de la fonction 5n en fonction de n est représenté sur la figure 3, avec sa valeur limite
S.
La valeur de la fonction 5n en fonction de n est représenté sur la figure 3, avec sa valeur limite
S.
L'écart relatif E (S-Sn/S) qui représente la perte de signal lorsque la sommation s'arrête à l'écho numéro n, vaut
L'écart E est alors lié à l'amplitude du dernier écho mesuré. La sommation 5n peut être arrêtée lorsque, par exemple, la valeur E est inférieure à une valeur prédéterminée, par exemple lorsque l'amplitude du premier écho négligé correspond à l'amplitude du bruit, auquel cas le signal 5n ne croît plus de façon significative. Ceci revient à effectuer une différence Sn 1-Sn et à comparer le résultat à une valeur prédéterminée.
Il est alors possible de mémoriser et/ou d'analyser la ou les valeurs obtenues. Une nouvelle séquence de mesures est également possible.
La méthode a été présentée dans le cas d'une décroissance monoexponentielle. Du fait de la répartition de la dimension des pores dans une certaine gamme, un signal mesuré peut être aussi multiexponentiel.
Or, pour définir les coefficients des différentes exponentielles d'un signal multiexponentiel, il faut disposer d'un nombre important d'échos, donc d'un signal important.
Précisément, ainsi qu'il a été dit plus haut, ce ne peut pas être le cas pour des milieux présentant des faibles porosités : les signaux correspondant à ces milieux sont faibles et il est alors possible de réaliser l'approximation du signal mesuré par une décroissance monoexponentielle. On est donc ramené au cas précédent.
Cette méthode permet, dans le cas de faibles porosités, d'accroître le nombre de points de mesure et donc d'optimiser les conditions d'expérience sensibilité, vitesse de déplacement.
Un appareil pour réaliser une telle mesure est représenté sur la figure 4. Sur cette figure, la référence 12 désigne une sonde RMN, constituée par exemple de la manière qui a été décrite dans l'introduction, la référence 14 désigne l'électronique d'émission-réception associée à la sonde RMN. Cette électronique 14 permet de transmettre les impulsions RF choisies et de transmettre vers la surface les signaux recueillis par la ou les bobines de mesure situées dans la sonde RMN 12. Les signaux détectés sont envoyés vers des moyens de détection d'amplitude 16, ces moyens étant eux-mêmes reliés à des moyens 18 pour réaliser la somme du signal détecté avec l'amplitude d'un ou de plusieurs signaux détectés antérieurement, à des instants différents.Par exemple, il est possible de réaliser la somme d'un signal d'indice n avec la somme zn-1 des n-l premiers signaux détectés. La somme obtenue En est transmise à des moyens de mémorisation 20, ainsi qu'à une des entrées d'un comparateur 22, l'autre entrée étant connectée à une sortie des moyens de mémorisation 20, par exemple pour permettre de comparer la somme En à la somme En-1 Si la différence entre les deux signaux est trop faible, un dispositif séquenceur 24 est actionné, qui déclenche une nouvelle accumulation de signaux, par exemple une série d'échos par la méthode CPMG, dans le cas où c'est cette méthode qui est utilisée pour produire les échos de spins.
La méthode et l'appareil ont été décrits entre autres dans le cas particulier de la méthode CPMG.
D'autres méthodes, connues par ailleurs de l'homme de l'art, peuvent être utilisées pour produire des trains d'échos de spins. Par ailleurs, il est possible d'utiliser des gradients de champ magnétique en combinaison avec une telle méthode.
Claims (11)
1. Procédé de caractérisation de structures géologiques par RMN comportant les étapes suivantes - génération d'un champ magnétique statique dans une
zone à étudier d'une structure géologique, - application d'impulsions de champ magnétique
radiofréquence (RF) dans cette zone, - détection de signaux de précession de spins
nucléaires, en réponse aux impulsions RF, caractérisé en ce qu'on réalise la somme de certains signaux de résonance détectés à des instants différents.
2. Procédé selon la revendication 1, comoportant en outre une étape de comparaison de la somme obtenue avec une valeur prédéterminée.
3. Procédé selon la revendication 1, comportant en outre une étape de comparaison de la somme obtenue avec une autre somme obtenue à partir d'autres signaux de résonance.
4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel on réalise d'abord la somme 5n-I de n-l signaux de résonance puis la somme 5n de n signaux de résonance et on compare la différence 5n5n-1 à une valeur prédéterminée.
5. Procédé selon l'une des revendicatins précédentes, les signaux de précession étant obtenus par la technique d'échos de spins.
6. Procédé selon la revendication 5, la technique utilisée étant la technique CPMG.
7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, les signaux dont on réalise la somme étant des signaux consécutifs.
8. Dispositif de caractérisation de structure géologique par RMN, comportant - des moyens (12) pour engendrer un champ magnétique
statique, et pour appliquer des impulsions de champ
magnétique radio fréquence (RF), - des moyens pour détecter des signaux de précession de
spins nucléaires, en réponse aux impulsions RF, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens (18) pour réaliser la somme de certains signaux de résonance détectés à des instants différents.
9. Dispositif selon la revendication 8, comportant en outre des moyens pour comparer la somme obtenue à une valeur prédéterminée.
10. Dispositif selon la revendication 8, comportant en outre des moyens pour comparer la somme obtenue à une somme obtenue avec d'autres signaux de résonance.
11. Dispositif selon la revendication 10, comportant des moyens pour effectuer la somme S,-1 de n-l signaux de résonance, puis la somme 5n de n signaux de résonance, puis pour comparer la différence 5n5n-1 à une valeur prédéterminée.
Priority Applications (1)
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| FR9500199A FR2729228A1 (fr) | 1995-01-10 | 1995-01-10 | Procede de determination de la porosite et de la permeabilite de formations geologiques et dispositif pour la mise en oeuvre de ce procede |
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Publications (1)
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1995
- 1995-01-10 FR FR9500199A patent/FR2729228A1/fr active Pending
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