FR2836557A1

FR2836557A1 - Procede et dispositif de prospection geophysique d'une formation geologique poreuse contenant au moins un fluide electrolyque

Info

Publication number: FR2836557A1
Application number: FR0202543A
Authority: FR
Inventors: Patrice Ligneul; Marwan Charara
Original assignee: Services Petroliers Schlumberger SA
Current assignee: Services Petroliers Schlumberger SA
Priority date: 2002-02-28
Filing date: 2002-02-28
Publication date: 2003-08-29
Anticipated expiration: 2022-02-28
Also published as: US20050174119A1; FR2836557B1; US7148693B2; AU2003208712A1; WO2003073134A1

Abstract

Il s'agit d'un procédé de prospection géophysique d'une formation géologique (1) poreuse géophysique d'une formation géologique (1) poreuse les étapes suivantes : stimulation d'une région d'intérêt (90) de la formation où se trouve le fluide électrolytique avec un signal d'excitation correspondant à une énergie d'un premier type, de manière à ce que le signal d'excitation soit converti dans la région d'intérêt en un signal réponse correspondant à une énergie d'un second type, détection du signal réponse, application d'une polarisation électrique àla région d'intérêt (90) afin de renforcer le signal réponse par rapport à ce qu'il serait en l'absence de polarisation. Application notamment à la prospection pétrolière.

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF DE PROSPECTION GEOPHYSIQUE D'UNE
FORMATION GEOLOGIQUE POREUSE CONTENANT AU MOINS UN
FLUIDE ELECTROLYTIQUE
DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention est relative à la prospection géophysique d'une formation géologique poreuse, par l'un des effets suivants : l'effet de couplage électrocinétique ou l'effet de couplage électro-osmotique qui est l'effet réciproque.

Dans le domaine de la prospection pétrolière, on effectue des mesures in situ dans les formations géologiques pour évaluer notamment, la mobilité des fluides qu'elles contiennent et en déduire leur perméabilité, leur porosité, la présence de plusieurs fluides, l'emplacement ou les propriétés du ou des fluides.

On sait que les gisements d'hydrocarbures n'ont pas tous les mêmes qualités ni les mêmes quantités de production. Cette qualité dépend notamment de la quantité d'hydrocarbures qu'ils renferment mais également de la perméabilité du milieu rocheux dans lequel l'hydrocarbure est emprisonné, c'est à dire de la facilité avec laquelle l'hydrocarbure peut s'écouler jusqu'au puits d'extraction.

Il est de la plus grande importance d'effectuer de telles prospections géophysiques pour évaluer les propriétés du sous-sol au niveau du gisement avant de prendre une décision d'exploitation ou pour estimer les réserves.

ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
Les procédés de mesure employés actuellement sont basés sur les effets de couplage électrocinétique ou électro-osmotique. Ces effets de couplage peuvent être expliqués de la manière suivante.

Dans un milieu solide, des ions d'un premier type appartenant au milieu, ont tendance à se concentrer en surface même si le milieu est globalement neutre électriquement. Il existe une charge naturelle en surface. Il s'agit généralement d'une charge négative pour des roches argileuses. Pour d'autres roches, c'est l'inverse.

Dans une formation géologique poreuse, c'est à dire avec des parties rocheuses solides mélangées avec des espaces poreux, contenant au moins un fluide électrolytique, les ions du fluide ayant un second type opposé au premier type sont attirés par la surface des parties rocheuses et il y a formation de liaisons électrochimiques ou dipôles à l'interface roche-fluide. Le potentiel électrochimique interfacial est appelé potentiel Zêta , il caractérise la surface roche-fluide, et sa valeur est d'environ quelques dizaines de millivolts. Il y a donc séparation des ions du fluide, les ions de l'autre type du fluide restant dans les pores.

Le fluide électrolytique peut être de l'eau, salée ou non, un hydrocarbure tel que du pétrole ou du gaz mais plus généralement, il s'agit d'un mélange d'eau et d'hydrocarbure.

Lorsqu'on applique un signal d'excitation mécanique tel qu'une onde acoustique dans la formation

géologique poreuse, cela génère un mouvement relatif entre le fluide et la formation géologique, ce qui a pour effet de modifier ou de rompre les liaisons électrochimiques, de créer une densité de courant électrique et d'induire un champ électromagnétique pouvant être mesuré. Ce phénomène est principalement sensible à une interface de rupture d'impédance, par exemple à l'interface entre des roches de natures différentes, à l'interface entre des zones de porosités différentes, à l'interface entre deux fluides de natures différentes car les discontinuités réfléchissent une partie des ondes acoustiques. Une autre partie de ces ondes acoustiques est transmise audelà de la discontinuité. La couche d'ions du fluide à la surface des parties rocheuses joue le rôle d'une couche élastique que l'on peut comparer, de manière imagée, à la membrane d'un tambour.

Il y a donc une conversion entre une énergie mécanique appliquée, généralement sous forme d'une pression appliquée, et une énergie électromagnétique détectée, généralement sous forme d'une tension électrique. On définit un coefficient de couplage relatif à la conversion électrocinétique qui relie le champ électromagnétique induit et mesuré au mouvement appliqué. Ce coefficient de couplage Kg, dont l'ordre de grandeur est de quelques nV/Pa lorsque des mesures sont effectuées sur des échantillons en laboratoire (voir tableau ci-dessous), s'exprime par le rapport suivant :

Ks=V/P = 8/40

avec V tension mesurée, P pression appliquée, E constante diélectrique du fluide, potentiel Zêta caractérisant la surface solide fluide, viscosité du fluide et cr la conductivité du fluide.

A partir de ce coefficient, il est notamment possible de déduire la mobilité du fluide dans la formation géologique par comparaison avec des abaques ou à l'aide d'un calculateur convenablement programmé.

Le brevet européen EP-Bl-0 043 768 au nom de la demanderesse utilise ce principe pour déterminer la perméabilité d'une formation terrestre à partir d'une mesure du potentiel d'écoulement créé par une excitation mécanique répétitive de la formation.

Le brevet français FR-Al-2 716 536 utilise également ce principe pour mesurer la perméabilité d'un milieu rocheux rempli de fluide à partir d'une mesure de champ magnétique réalisée par au moins un magnétomètre ou une bobine, ce champ magnétique étant induit en imprimant un mouvement relatif entre le fluide et le milieu rocheux par injection d'un fluide auxiliaire sous pression.

A l'inverse lorsqu'on fait interagir un signal d'excitation sous forme d'une énergie électromagnétique avec la formation géologique poreuse, on modifie la polarisation du fluide dans les pores, ce qui induit des micro mouvements sismiques dans la formation géologique et plus particulièrement à une interface de rupture d'impédance. Ces mouvements induits sont détectables par tout moyen approprié par exemple un ou plusieurs géophones, hydrophones,

accéléromètres etc. Il y a donc une conversion entre une énergie électromagnétique appliquée et une énergie mécanique détectée. On définit un coefficient de couplage relatif à la conversion électro-osmotique qui relie la pression mesurée au champ électromagnétique appliqué généralement sous forme d'une différence de potentiel entre deux électrodes. Ce coefficient de couplage Kg, dont l'ordre de grandeur est de quelques Pa/V ou de quelques dixièmes de Pa/V lorsque des mesures sont effectuées sur des échantillons en laboratoire (voir tableau ci-dessous), s'exprime par le rapport suivant :

KE=P/V = 2e/7tR2 avec P pression mesurée, V différence de potentiel appliquée, E constante diélectrique du fluide, potentiel Zêta caractérisant la surface solide-fluide, R rayon moyen des-pores de la formation géologique.

A partir de ce coefficient, de la même manière que précédemment, il est notamment possible de déduire la mobilité du fluide dans la formation géologique par comparaison avec des abaques ou à l'aide d'un calculateur convenablement programmé.

Des ordres de grandeur des coefficients de couplage électrocinétique (KE) et électro-osmotique (KE), des perméabilités (kid) mesurées sur échantillons, du potentiel Zêta et du rayon R moyen des pores pour différents échantillons rocheux sont regroupés dans le tableau suivant :

<tb>
<tb> Echantillon <SEP> Ks <SEP> KE <SEP> Kd <SEP> # <SEP> R
<tb> nV/Pa <SEP> Pa/V <SEP> rrdarcy <SEP> mV <SEP> um
<tb> Grès
<tb> Fontainebleau-5, <SEP> 48 <SEP> 0, <SEP> 63 <SEP> 0, <SEP> 334 <SEP> ~ <SEP> 0, <SEP> 069 <SEP> 2240 <SEP> ~ <SEP> 39 <SEP> -13, <SEP> 9 <SEP> 2, <SEP> 5 <SEP> 15,4 <SEP> 4, <SEP> 7
<tb> A
<tb> Fontainebleau-7, <SEP> 42 <SEP> 0, <SEP> 38 <SEP> 0,620 <SEP> ~ <SEP> 0,021 <SEP> 989 <SEP> ~ <SEP> 187 <SEP> -18, <SEP> 8 <SEP> 2, <SEP> 8 <SEP> 13,1 <SEP> 2, <SEP> 8
<tb> B
<tb> Fontainebleau-7, <SEP> 36 <SEP> 0, <SEP> 60 <SEP> 21,9 <SEP> ~ <SEP> 0, <SEP> 3 <SEP> 5,9 <SEP> ~ <SEP> 1,6 <SEP> -18, <SEP> 7 <SEP> 3, <SEP> 0 <SEP> 2,20 <SEP> ~ <SEP> 0, <SEP> 48
<tb> C
<tb> Berea-A <SEP> 9,47 <SEP> 0, <SEP> 06 <SEP> 2, <SEP> 25 <SEP> ~ <SEP> 0, <SEP> 10 <SEP> 684 <SEP> ~ <SEP> 120 <SEP> -24, <SEP> 1 <SEP> 3, <SEP> 3 <SEP> 7,78 <SEP> ~ <SEP> 1, <SEP> 6
<tb> Berea-B <SEP> 8,44 <SEP> 0, <SEP> 27 <SEP> 23,8 <SEP> ~ <SEP> 0, <SEP> 20 <SEP> 39,2 <SEP> ~ <SEP> 7,5 <SEP> -21, <SEP> 4 <SEP> ~ <SEP> 3, <SEP> 1 <SEP> 2,26 <SEP> ~ <SEP> 0, <SEP> 47
<tb> Bandera <SEP> 7,54 <SEP> 0, <SEP> 26 <SEP> 684 <SEP> 45 <SEP> 1, <SEP> 43 <SEP> -19, <SEP> 2 <SEP> 2,7 <SEP> 0,40 <SEP> 0, <SEP> 09
<tb> 0,25
<tb> Calcaires
<tb> Whitestone <SEP> 2,67 <SEP> 0, <SEP> 28 <SEP> 28,2 <SEP> ~ <SEP> 0, <SEP> 53 <SEP> 6,40 <SEP> ~ <SEP> 1,7 <SEP> -6, <SEP> 77 <SEP> 1, <SEP> 2 <SEP> 1,17 <SEP> 0, <SEP> 29
<tb> Indiana <SEP> 4, <SEP> 82 <SEP> 0, <SEP> 16 <SEP> 48,3 <SEP> ~ <SEP> 3, <SEP> 7 <SEP> 5, <SEP> 13 <SEP> ~ <SEP> -12, <SEP> 3 <SEP> 1, <SEP> 7 <SEP> 1,20 <SEP> 0, <SEP> 26
<tb> - <SEP> 0, <SEP> 89
<tb> Billes <SEP> de
<tb> verre <SEP> fondu
<tb> 50- m <SEP> A <SEP> 7,54 <SEP> 0, <SEP> 41 <SEP> 27,2 <SEP> ~ <SEP> 0, <SEP> 82 <SEP> 8,09 <SEP> ~ <SEP> 1,4 <SEP> -19, <SEP> 1 <SEP> 2, <SEP> 9 <SEP> 2,00 <SEP> 0, <SEP> 42
<tb> 50- m <SEP> B <SEP> 8,49 <SEP> 0, <SEP> 63 <SEP> 14,3 <SEP> ~ <SEP> 0, <SEP> 47 <SEP> 69,3 <SEP> ~ <SEP> 12 <SEP> -21, <SEP> 6 <SEP> 3, <SEP> 4 <SEP> 2,92 <SEP> 0, <SEP> 63
<tb> 100# <SEP> um <SEP> 90 <SEP> 90 <SEP> ~ <SEP> 0, <SEP> 75 <SEP> 1,87 <SEP> ~ <SEP> 0,33 <SEP> 602 <SEP> ~ <SEP> 105 <SEP> -20, <SEP> 1 <SEP> 3, <SEP> 4 <SEP> 7,79 <SEP> ~ <SEP> 2, <SEP> 2
<tb> 200# <SEP> um <SEP> 88 <SEP> 88 <SEP> ~ <SEP> 0, <SEP> 39 <SEP> 0,159 <SEP> ~ <SEP> 0,026 <SEP> 4439 <SEP> +1400 <SEP> -12,4 <SEP> ~ <SEP> 2, <SEP> 0 <SEP> 21, <SEP> 0 <SEP> ~ <SEP> 9, <SEP> 7
<tb>

La demande de brevet EP-Al-0 512 756 utilise ce principe pour faire de la prospection géophysique et propose de détecter une onde acoustique induite par un champ électrique appliqué à une formation géologique poreuse contenant un fluide.

L'inconvénient de ces procédés de mesure est que le signal réponse mesuré est très faible, surtout s'il s'agit d'un signal acoustique notamment

dans le cas de roches de haute perméabilité par exemple au-dessus de quelques milli Darcy. Cela signifie que dans bien des cas, on est à la limite de la sensibilité des dispositifs de mesure. Il faudrait appliquer des signaux d'excitation très importants pour pouvoir espérer mesurer un signal réponse plus important.

EXPOSÉ DE L'INVENTION
La présente invention vise à pallier l'inconvénient évoqué ci-dessus. Elle propose d'augmenter le couplage entre le signal d'excitation qu'il soit mécanique ou bien électromagnétique et le signal réponse mesuré qu'il soit électromagnétique ou mécanique respectivement, ce signal mesuré résultant de la conversion du signal d'excitation dans le fluide de la formation et traduisant la réponse de la formation.

De cette manière, on peut évaluer avec une plus grande résolution les propriétés du milieu rocheux, telles que sa perméabilité et/ou sa porosité ou celles du ou des fluides qu'il contient.

Pour y parvenir la présente invention est un procédé de prospection géophysique d'une formation géologique poreuse contenant au moins un fluide électrolytique, comportant les étapes suivantes : stimulation d'une région d'intérêt de la formation où se trouve le fluide électrolytique avec un signal d'excitation correspondant à une énergie d'un premier type, de manière à ce que le signal d'excitation soit converti dans la région d'intérêt en un signal réponse correspondant à une énergie d'un second type et détection du signal réponse. Il comporte en outre une étape de polarisation électrique de la

région d'intérêt afin de renforcer le signal réponse par rapport à ce qu'il serait en l'absence de polarisation.

L'énergie de premier type peut être de l'énergie mécanique ou de l'énergie électromagnétique, l'énergie de second type étant alors de l'énergie électromagnétique ou de l'énergie mécanique respectivement.

La région d'intérêt est le siège d'une rupture d'impédance. Cette rupture d'impédance peut correspondre à une interface entre deux fluides dont au moins un est électrolytique, à une interface entre deux milieux rocheux différents de la formation ou à une fracture dans la formation.

La polarisation électrique peut se faire grâce à un champ électrique de polarisation continu ou quasi-continu.

Lorsque le champ électrique de polarisation est quasi-continu, il est préférable qu'il soit modulé en fréquence avec une fréquence qui est basse devant la fréquence du signal d'excitation.

La polarisation électrique peut être obtenue à l'aide de plusieurs électrodes reliées à des moyens d'alimentation.

Dans un autre mode de réalisation, la polarisation électrique est obtenue à l'aide d'au moins deux bobines reliées à des moyens d'alimentation.

La présente invention concerne également un dispositif de prospection géophysique d'une formation géologique poreuse contenant au moins un fluide électrolytique, comportant dans un puits :

un dispositif d'excitation pour stimuler une région d'intérêt de la formation où se trouve le fluide électrolytique avec un signal d'excitation correspondant à une énergie d'un premier type, de manière à ce que le signal d'excitation soit converti dans la région d'intérêt en un signal réponse correspondant à une énergie d'un second type, un dispositif de détection du signal réponse, et en outre un dispositif de polarisation pour polariser électriquement la région d'intérêt, afin de renforcer le signal réponse par rapport à ce qu'il serait en l'absence de polarisation.

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés, à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels : la figure 1 représente un exemple de dispositif utilisé pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention ; la figure 2 représente un exemple de dispositif d'excitation et de dispositif de mesure montés dans un patin à appliquer contre la surface intérieure du puits pour effectuer la prospection ; les figures 3A, 3B représentent deux autres exemples de dispositifs pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention.

Sur ces figures, les éléments identiques sont désignés par les mêmes caractères de référence.

EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
On se réfère à la figure 1 qui montre un dispositif de mise en oeuvre du procédé selon l'invention. On distingue sur cette figure une formation géologique 1 poreuse dont les pores (non représentés) saturés en fluide, contiennent au moins un fluide électrolytique. Ce fluide électrolytique peut être de l'eau, salée ou non, un hydrocarbure tel que du pétrole ou du gaz, ou un mélange d'un ou plusieurs de ces fluides.

Un puits 3 est foré dans la formation 1, autour du puits 3 se trouve une zone 7 envahie de boue de forage. Plus loin du puits 1, on trouve la roche non attaquée de la formation géologique 1 poreuse avec le fluide électrolytique. La zone 7 envahie de boue de forage possède une épaisseur de quelques centimètres à quelques dizaines de centimètres. La zone 7 n'a pas la même impédance que la roche non attaquée de la formation 1 géologique poreuse et l'interface 9 séparant la boue de forage de la roche non attaquée correspond à une rupture d'impédance.

La prospection géophysique objet de l'invention va se faire dans une région d'intérêt 90 de la formation rocheuse 1 et on suppose que la région d'intérêt 90 comprend l'interface 9. On pourrait choisir une autre région d'intérêt, à l'interface entre deux fluides contenus dans la formation, au niveau d'une fracture dans la formation rocheuse ou à la frontière entre deux roches de natures différentes, par exemple. L'avantage de cette interface 9 est que l'on connaît approximativement sa position lorsqu'on a foré

le puits 3 et qu'il ne sera pas trop difficile de l'exciter ponctuellement. On suppose également que la formation géologique 1 est saturée en fluide dans la région d'intérêt 90.

De manière générale, il est préférable que la région d'intérêt contienne une rupture d'impédance car au niveau d'une rupture d'impédance les phénomènes que l'on cherche à détecter sont amplifiés.

Dans ce puits 3 sont descendus un dispositif d'excitation 4, un dispositif de mesure 5 et un dispositif de polarisation 6, ces dispositifs sont reliés à la surface. Le dispositif d'excitation 4, le dispositif de mesure 5 et le dispositif de polarisation 6 sont placés à proximité de la région d'intérêt 90.

Le dispositif d'excitation 4 et le dispositif de mesure 5 peuvent être de mêmes natures que ceux décrits dans le brevet européen EP-B-0 043 768 précédemment cité.

Dans un patin 10 adapté à venir en contact avec la surface intérieure du puits 3 se trouvent le dispositif d'excitation 4 et le dispositif de mesure 5. Le patin 10 est monté sur un support 11 allongé, par exemple un outil de diagraphie, relié électriquement et mécaniquement à la surface, ce support 11 étant doté de moyens élastiques 12, par exemple de type ressort à lame, pour plaquer fermement le patin 10 contre la surface intérieure du puits 3.

La figure 2 illustre un mode de réalisation du dispositif d'excitation 4 et du dispositif de mesure 5 montés dans le patin 10.

Le dispositif d'excitation 4 est de type mécanique et comporte au moins un générateur de pression 4. 1 formé d'un réservoir de fluide 4.10 doté d'une ouverture réduite 4. 11 et d'un dispositif à soufflet 4. 13 pour projeter le fluide du réservoir à travers l'ouverture réduite 4. 11. Le fluide peut être par exemple de l'eau. Lorsque le patin 10 est en appui contre la surface intérieure du puits 3, les ouvertures 4. 11 sont en contact avec ladite surface. Le générateur de pression 4. 1 peut être activé en impulsions par une source d'énergie électrique 4. 12 susceptible d'être commandée depuis la surface.

Le dispositif de mesure 5 est de type électrique et comporte une pluralité d'électrodes 5. 1 montées sur le patin 10 et reliées électriquement par des conducteurs appropriés à un circuit de traitement de mesure 5. 2 placé généralement en surface. Dans cet exemple, il y a deux générateurs de pression 4. 1 et une électrode 5. 1 entoure chacune des ouvertures 4. 11. Les électrodes 5. 1 sont isolées électriquement l'une de l'autre. Le circuit de traitement de mesure 5. 2 peut inclure un amplificateur opérationnel, le signal qu'il délivre correspondant à la différence des potentiels d'écoulement au niveau des électrodes. C'est à partir de ce signal et de la pression appliquée que l'on va pouvoir évaluer les propriétés du milieu rocheux et/ou du ou des fluides mis en jeu.

Le dispositif de polarisation 6, distinct du dispositif d'excitation 4 et du dispositif de mesure 5, est monté sur le support 11 et comporte, dans cet exemple, un jeu d'électrodes 6. 1, 6. 2 à la surface du

support 11. Ces électrodes 6. 1, 6. 2 espacées les unes des autres de manière appropriée, sont reliées électriquement à des moyens d'alimentation 6. 3, placés généralement en surface, pour polariser électriquement la région d'intérêt 90 de la formation 1 géologique à prospecter, en lui appliquant un champ électrique continu ou quasi-continu. Les électrodes 6. 1, 6. 2 sont isolées électriquement du support 11 qui les portent. Elles n'ont pas besoin d'être en contact avec la surface intérieure du puits 3. Elles peuvent être réalisées en aluminium, en graphite ou tout autre matériau non polarisable.

On a représenté dans l'exemple décrit, trois électrodes réparties sensiblement le long du support 11 qui est allongé, les deux électrodes extrêmes 6. 1 sont polarisées positivement tandis que l'électrode centrale 6. 2 est polarisée négativement. Le champ électrique de polarisation qui s'établit dans la formation au niveau de la région d'intérêt 90 est représenté par les flèches en pointillés. A la profondeur de l'électrode centrale 6. 2, le champ électrique résultant converge vers l'électrode centrale 6. 2, ce qui a pour effet de faire se mouvoir les ions libres du fluide, que l'on suppose négatifs, dans le sens opposé, c'est à dire vers la droite. Les ions positifs en suivant le sens du champ électrique s'agglutinent à la surface de parties rocheuses de la formation géologique 1.

Le fait d'utiliser un nombre d'électrodes supérieur strictement à deux et impair permet de pouvoir ajuster le champ électrique de polarisation en

le concentrant dans la région d'intérêt 90. D'autres distributions d'électrodes sont bien sûr possibles.

En fonctionnement, le patin 10 est appliqué contre la surface intérieure du puits 3, le champ électrique de polarisation est appliqué dans la région d'intérêt grâce aux électrodes 6. 1, 6. 2 du dispositif de polarisation 6, le générateur de pression 4. 1 est actionné pour exciter la formation géologique 1 par des impulsions de pression et les valeurs des potentiels d'écoulement résultants sont détectées par les électrodes 5. 1 du dispositif de mesure 5 de manière à obtenir la réponse de la formation géologique 1 dans la région d'intérêt 90, au niveau de l'interface 9.

En polarisant électriquement la région d'intérêt 90 avec un champ électrique convenablement orienté, on rajoute des ions du fluide à la surface des parties rocheuses par rapport au nombre s'y trouvant naturellement, on augmente donc la quantité d'ions libres dans le fluide se trouvant dans les pores.

Lorsque l'onde de pression générée par le dispositif d'excitation 4 atteint l'interface 9 dans la région d'intérêt 90, la polarisation électrique renforce la réflexion des ondes acoustiques au détriment de la transmission des ondes de pression au-delà de l'interface. On augmente alors le courant électrique, dit d'écoulement, induit entre le dispositif de mesure 5 et l'interface 9 et donc le coefficient de couplage. La polarisation électrique a pour effet de tendre la membrane du tambour si l'on reprend l'analogie imagée évoquée plus haut.

Dans un mode de réalisation préféré, on génère un champ électrique de polarisation modulé en fréquence, cette fréquence de polarisation étant petite par rapport à la fréquence du signal d'excitation. On peut alors améliorer le rapport signal sur bruit en amplifiant sélectivement, dans le signal mesuré par le dispositif de mesure 5, la part du signal qui est concernée par le couplage et qui est en phase avec la fréquence d'excitation et celle qui est concernée par la polarisation et qui est à la fréquence de la polarisation.

Cette modulation a pour avantage d'éviter la polarisation des électrodes 6. 1, 6. 2 elles mêmes.

Cette polarisation des électrodes 6. 1, 6. 2, si elle avait lieu se traduirait par une accumulation d'ions à leur surface ce qui aurait comme inconvénient de les attaquer, ou de provoquer dans leur environnement des transferts chimiques inhibant partiellement ou totalement leur sensibilité. Un autre avantage de cette modulation est de s'affranchir de la polarité du milieu rocheux. En effet, si on ne fait pas de prélèvements d'échantillons dans la région d'intérêt 9, on ne sait pas à priori quelle est la polarité de sa charge naturelle de surface. On ne sait donc pas comment orienter le champ électrique de polarisation. Avec la modulation en fréquence le champ électrique de polarisation est correctement orienté à un moment ou à un autre.

On choisira par exemple un champ électrique dont l'intensité pourra prendre une valeur de plus ou

moins 220 Volts avec une fréquence de 1 Hertz si le signal d'excitation a une fréquence de 50 Hertz.

Au lieu de réaliser la polarisation à partir d'électrodes, il est possible de la réaliser inductivement à partir de plusieurs bobines. Les bobines induisent des champs magnétiques dans la formation et ces champs magnétiques induisent des déplacements de charges donc des champs électriques.

Une différence par rapport aux électrodes est que les bobines sont toujours alimentées en courant alternatif et le champ électrique induit est toujours alternatif.

Un autre avantage des bobines est que l'on dispose d'une plus grande liberté pour les positionner, ce qui permet une plus grande latitude pour ajuster le champ électrique de polarisation dans la région d'intérêt 90.

On peut se référer aux figures 3A, 3B qui montrent deux configurations de bobines possibles, ces configurations peuvent bien sûr être combinées.

Sur la figure 3A, le dispositif de polarisation 6 comporte deux bobines L6 dont les spires sont enroulées autour du support 11 en forme de tige descendu dans le puits 3. L'axe de bobinage de leurs spires est sensiblement parallèle à l'axe du support 11, c'est à dire à l'axe du puits 3. Ces bobines L6 sont reliées électriquement à des moyens d'alimentation 6. 4 placés en surface. En ajustant le courant électrique qui les parcourt, on peut ajuster, en intensité et sens, le champ électrique de polarisation qui s'établit dans la région d'intérêt 90.

Une autre différence existe sur cette figure 3A par rapport à la figure 1, elle se situe au

niveau du dispositif de mesure 5. Au lieu de mesurer un champ électrique par le biais d'une mesure de potentiel, le dispositif de mesure 5 mesure un champ magnétique et comporte deux magnétomètres M5 représentés sous forme de bobines. Ces magnétomètres M5 sont reliés électriquement à un circuit de traitement de mesure 5. 2 placé en surface. On suppose qu'il n'y a pas de changement au niveau du dispositif d'excitation

4.

Sur la figure 3B, l'axe de bobinage des spires des bobines L61, L62 est maintenant sensiblement transversal à l'axe du support 11, c'est à dire à l'axe du puits 3. On a représenté trois bobines L61, L62 le long du support 11. Ces bobines L61, L62 sont reliées électriquement à des moyens d'alimentation 6. 4 situé en surface. Dans cet exemple, les spires des deux bobines extrêmes L61 seraient bobinées dans le même sens et celles de la bobine centrale L62 seraient bobinées en sens inverse.

Le mode de réalisation de la figure 3B présente au moins une autre différence par rapport à celui de la figure 1. Maintenant le dispositif d'excitation 4, au lieu d'être mécanique, est électromagnétique et le dispositif de mesure 5, au lieu d'être électromagnétique, est mécanique. On suppose que le dispositif d'excitation 4 est formé d'au moins une paire d'électrodes E4 entre lesquelles on fait circuler un courant alternatif ou un courant continu pulsé. Les électrodes E4 sont reliées en surface à des moyens d'alimentation S4, elles sont plaquées contre la surface intérieure du puits 3.

Le dispositif de mesure 5 peut comprendre un ou plusieurs détecteurs sismiques D5 de type géophone ou hydrophone par exemple. Ces détecteurs sismiques D5 sont reliés en surface à un circuit de traitement de mesure 5. 2.

On suppose maintenant que la région d'intérêt 90 contient une interface 9 entre deux fluides, entre deux milieux rocheux différents ou une zone de fracture dans le milieu rocheux.

Bien que certains modes de réalisation de la présente invention aient été représentés et décrits de façon détaillée, on comprendra que différents changements et modifications puissent être apportés sans sortir du cadre de l'invention. Il est possible notamment de modifier la localisation du dispositif de mesure et du dispositif d'excitation. L'un d'entre eux au moins pourrait par exemple être en surface ou à proximité de la surface. On pourrait aussi envisager que l'un d'entre eux au moins soit localisé dans un puits distinct de celui contenant le dispositif de polarisation.

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé de prospection géophysique d'une formation géologique (1) poreuse contenant au moins un fluide électrolytique, comportant les étapes suivantes : stimulation d'une région d'intérêt (90) de la formation où se trouve le fluide électrolytique avec un signal d'excitation correspondant à une énergie d'un premier type, de manière à ce que le signal d'excitation soit converti dans la région d'intérêt en un signal réponse correspondant à une énergie d'un second type, détection du signal réponse, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une étape de polarisation électrique de la région d'intérêt (90) afin renforcer le signal réponse par rapport à ce qu'il serait en l'absence de polarisation.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'énergie de premier type est de l'énergie mécanique ou de l'énergie électromagnétique, l'énergie de second type étant respectivement de l'énergie électromagnétique ou de l'énergie mécanique.

3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la région d'intérêt (90) est le siège d'une rupture d'impédance.

4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la rupture d'impédance correspond

à une interface (9) entre deux fluides dont au moins un est électrolytique, à une interface entre deux milieux rocheux différents de la formation (1), à une fracture dans la formation.

5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la polarisation électrique se fait grâce à un champ électrique de polarisation continu ou quasi-continu.

6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le signal d'excitation possède une fréquence d'excitation et en ce que lorsque le champ électrique de polarisation est quasi-continu, il est modulé en fréquence avec une fréquence qui est basse devant la fréquence d'excitation.

7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la polarisation électrique est obtenue à l'aide de plusieurs électrodes (6. 1, 6. 2) reliées à des moyens d'alimentation (6. 3).

8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la polarisation électrique obtenue à l'aide d'au moins deux bobines (L6) reliées à des moyens d'alimentation (6. 4).

9. Dispositif de prospection géophysique d'une formation géologique (1) poreuse contenant au moins un fluide électrolytique, comportant dans un puits (3) :

un dispositif d'excitation (4) pour stimuler une région d'intérêt (90) de la formation où se trouve le fluide électrolytique avec un signal d'excitation correspondant à une énergie d'un premier type, de manière à ce que le signal d'excitation soit converti dans la région d'intérêt en un signal réponse correspondant à une énergie d'un second type, un dispositif de détection (5) du signal réponse, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un dispositif de polarisation (6) pour polariser électriquement la région d'intérêt (90) afin de renforcer le signal réponse par rapport à ce qu'il serait en l'absence de polarisation.

10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce-que le dispositif de polarisation (6) comporte plusieurs électrodes (6. 1, 6. 2).

11. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que le dispositif de polarisation (6) comporte au moins deux bobines (L6).

12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que les bobines (L6) possèdent un axe sensiblement parallèle à celui du puits (3).

13. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que les bobines (L61, L62) possèdent un axe sensiblement transversal à celui du puits (3).

14. Dispositif selon l'une des revendications 9 à 13, caractérisé en ce que le dispositif de polarisation (6) induit un champ électrique de polarisation continu ou quasi-continu.

15. Dispositif selon la revendication 14, dans lequel le signal d'excitation possède une fréquence d'excitation, caractérisé en ce que le champ électrique de polarisation a une fréquence qui est basse devant la fréquence d'excitation.

16. Dispositif selon l'une des revendications 9 à 15, caractérisé en ce que la région d'intérêt (90) est le siège d'une rupture d'impédance.

17. Dispositif selon la revendication 16, caractérisé en ce-que la rupture d'impédance correspond à une interface (9) entre deux fluides dont au moins un est électrolytique, à une interface entre deux milieux rocheux différents de la formation (1), à une fracture dans la formation.