FR3035437A1

FR3035437A1 - Evaluation du ciment independante de la formation avec detection de rayon gamma active

Info

Publication number: FR3035437A1
Application number: FR1651986A
Authority: FR
Inventors: Yike Hu; Weijun Guo
Original assignee: Halliburton Energy Services Inc
Current assignee: Halliburton Energy Services Inc
Priority date: 2015-04-21
Filing date: 2016-03-10
Publication date: 2016-10-28
Also published as: SA517382306B1; BR112017020049A2; GB2555222B; US20180038990A1; GB201714681D0; WO2016171668A1; GB2555222A; MX2017012054A; US10209395B2; DE112015006170T5

Abstract

Un procédé d'évaluation de ciment peut inclure la génération d'un rayon gamma, depuis une source radioactive, dans un ciment disposé entre un tubage et une formation géologique. Des photons réfléchis depuis la formation géologique et le ciment sont détectés sur un détecteur gamma comportant un collimateur. Une distance détecteur-à-source, un angle de collimateur, et/ou un diamètre de collimateur sont fixés pour fournir des spectres d'énergie indépendants de la formation géologique. La qualité du ciment peut être déterminée sur la base des spectres d'énergie des photons détectés.

Description

1 DESCRIPTION ÉVALUATION DU CIMENT INDÉPENDANTE DE LA FORMATION AVEC DÉTECTION DE RAYON GAMMA ACTIVE Contexte Des ressources naturelles telles que le gaz, le pétrole et l'eau résidant dans une formation géologique peuvent être récupérées en forant un puits de forage dans la formation. On fait passer un train de tube (par exemple un tubage) dans le puits de forage afin qu'il serve de support structurel pour les côtés du puits de forage. Le tubage peut être en métal (par exemple en acier).

Un cimentage primaire peut être réalisé de manière à ce qu'un laitier de ciment soit injecté dans l'annulaire entre le tubage et la formation géologique. On laisse le ciment prendre en une masse dure (c'est-à-dire une gaine) pour supporter ainsi le train de tuyau au sein du puits de forage et obturer l'annulaire. En raison de la nature étroitement couplée de la formation, de la gaine, et du tubage, il peut être difficile d'évaluer le ciment durci. Brève description des dessins La figure 1 est un schéma en coupe d'un trou de forage tubé dans une formation géologique, selon divers exemples de la divulgation. La figure 2 est un schéma-bloc montrant une source radioactive et un outil de diagraphie de détecteur au 30 sein du trou tubé, selon divers exemples de la divulgation. La figure 3 est un graphique montrant des spectres d'énergie détectés associés à un bon ciment issu d'un 2 3035437 détecteur ayant des distances détecteur-à-source variables avec un détecteur-collimateur de taille relativement petite, selon divers exemples de la divulgation.

5 La figure 4 est un graphique montrant des spectres d'énergie détectés associés à un bon et un mauvais ciment issu d'un détecteur ayant une distance détecteur-à-source relativement proche, selon divers exemples de la divulgation.

10 La figure 5 est un graphique montrant des spectres d'énergie détectés associés à un bon et à un mauvais ciment, issu d'un détecteur ayant une distance détecteurà-source relativement grande, selon divers exemples de la divulgation.

15 La figure 6 est un organigramme d'un procédé permettant de réaliser une évaluation de ciment dans un environnement de fond de trou, selon divers exemples de la divulgation. La figure 7 est un schéma montrant un système de 20 forage, selon divers exemples de la divulgation. La figure 8 est un schéma montrant un système de câble métallique, selon divers exemples de la divulgation. La figure 9 est un schéma-fonctionnel d'un exemple 25 de système opérationnel pour mettre en oeuvre les activités de multiples procédés, selon divers exemples de la divulgation. Description détaillée On peut faire face à certains des défis notés ci- dessus, ainsi que d'autres, en mettant en oeuvre les appareils, systèmes, et procédés décrits ici. Dans de nombreux exemples, on peut concevoir un outil de 3035437 3 diagraphie ayant une source radioactive et un détecteur avec un collimateur dans lequel une distance détecteur-àsource et une géométrie de détecteur-collimateur sont fixées pour assurer une évaluation de ciment en fond de 5 trou qui soit sensiblement indépendante des propriétés de la formation géologique (par exemple indépendante de la porosité, indépendante de la densité). La figure 1 est un schéma en coupe d'un trou de forage tubé 101 dans une formation géologique 104, selon 10 divers exemples de la divulgation. Le trou de forage 101 est revêtu avec le tubage 102 qui peut comprendre un métal (par exemple l'acier). Du ciment 103 est injecté dans le trou de forage 101 de telle sorte que, après qu'il a atteint le fond du trou de forage, il revienne 15 vers le haut dans la région d'annulaire entre le tubage 102 et la formation 104. Ainsi, le ciment stabilise le tubage 102 au sein du trou de forage 101. Un écartement 106 peut être présent entre le tubage 102 et le ciment 103.

20 En raison d'imperfections éventuelles introduites dans le ciment 103 pendant la construction et/ou d'un endommagement d'usure ultérieur provoqué par l'utilisation du trou de forage, il est souvent souhaitable de réaliser des essais non destructeurs du 25 ciment. À l'aide d'un outil de diagraphie ayant une source radioactive, un détecteur et un détecteur-collimateur dans le trou de forage, des écartements ou bulles éventuel(le)s dans le ciment ou des écartements 106 entre le tubage 102 et le ciment 103, 30 ainsi que d'autres imperfections dans le ciment, peuvent être découverts. Divers exemples peuvent être utilisés pour détecter la présence de ces imperfections.

3035437 4 La porosité de la formation géologique 104 peut varier pour différents trous de forage 101. Telle qu'utilisée, la porosité peut être définie comme un pourcentage d'espace de pore dans un volume unitaire de 5 roche et est indiquée par une unité de porosité (up) ayant une plage de 0 à 100 up. Par exemple, porosité - volume de pores/volume total où 1 up - porosité de 1 %. La figure 2 est un schéma fonctionnel montrant une 10 source radioactive et un outil de diagraphie de détecteur 210 au sein du trou tubé, selon divers exemples de la divulgation. L'outil de diagraphie 210 utilise des photons transmis depuis une source radioactive 200 (par exemple gamma chimique) pour pénétrer le matériau de 15 tubage 102, le ciment 103 et la formation 104, avec des réflexions renvoyées à un détecteur 204 pour générer des spectres (par exemple figures 3 à 5) associés au ciment 103 et des écartements 106 éventuels derrière le tubage 102 et à l'intérieur du ciment 103. L'outil de 20 diagraphie 210 peut être situé dans un logement d'outil de train de tiges de forage à utiliser pendant une opération de diagraphie en cours de forage (LWD pour « Logging While Drilling »)/mesure en cours de forage (MWD pour « Measurement While Drilling ») (voir la 25 figure 7) ou un logement d'outil de câble métallique à utiliser pendant une opération de diagraphie de câble métallique (voir la figure 8). L'outil de diagraphie 210 inclut la source radioactive 200 permettant de générer le faisceau de 30 photons. La source radioactive 200 peut comprendre toute source de photon de haute énergie monochromatique, dont une source de rayons gamma (par exemple césium 137). De la chaleur générée par une opération de source peut être 3035437 5 dissipée par un fluide de refroidissement (par exemple air, eau, huile). Les photons dans le faisceau de rayons gamma interagissent avec le ciment 103 qui rediffuse les 5 photons à travers le matériau d'écartement 106 (le cas échéant) et le tubage 102. L'outil de diagraphie 210 comprend en outre un ou plusieurs détecteurs de rayon gamma 204 pour détecter des photons réfléchis par le ciment.

10 Un écran de protection radiologique 203 est localisé entre la source radioactive 200 et le détecteur 204. L'écran 203 bloque le déplacement des photons directement de la source 200 au détecteur 204 sans traverser le ciment 103. L'écran de protection radiologique 203 peut 15 être tout matériau de blocage de photons (par exemple tungstène, plomb) approprié pour bloquer des photons de haute énergie. L'avant du détecteur 204 est blindé avec un métal ayant un numéro atomique relativement élevé, tel que le tungstène, pour bloquer les photons provenant de 20 la diffusion autre que le ciment 103. Un détecteur- collimateur 220 peut être coupé dans le blindage du détecteur pour permettre la traversée des photons diffusés derrière le tubage. La taille (par exemple diamètre) D du détecteur-collimateur 220, sa position 25 relative vers un cristal de détecteur et son angle (le cas échéant) par rapport à la source 200 peuvent déterminer la quantité de rayon gamma (c'est-à-dire de photons) détectée par le détecteur 204. La quantité de photons peut être représentée par les graphiques des 30 figures 3 à 5 comme un taux de détection (c'est-à-dire des comptages par seconde). Comme évoqué ultérieurement plus en détail, un exemple d'un détecteur-collimateur 205 peut être plus 3035437 6 incliné vers la source 200 que vers la formation. Un autre exemple d'un détecteur-collimateur 206 peut être plus incliné vers la formation 104 que vers la source 200. Divers exemples du détecteur-collimateur 220 5 peuvent également avoir diverses tailles D afin de détecter des spectres d'énergie souhaités. Afin d'assurer une indépendance à la formation plus souhaitable des spectres d'énergie détectés, une gamme d'énergie peut être augmentée en réponse à une plus grande inclinaison 10 du détecteur-collimateur vers la source. Dans un autre exemple, la gamme d'énergie peut être augmentée en réponse à une diminution du diamètre du détecteur-collimateur. Dans l'un ou l'autre de ces exemples, la gamme d'énergie accrue peut être dans la plage de 300 keV 15 à 500 keV. Tel qu'utilisé ici, un détecteur-collimateur 205 qui est plus incliné vers la formation comprend le fait que le détecteur-collimateur 205 forme un angle d'approximativement 90° avec un axe longitudinal de 20 l'outil de diagraphie. Un détecteur-collimateur 205 qui est plus incliné vers la source 200 comprend une entrée du détecteur-collimateur 205 formant un angle inclus sensiblement de moins de 90° avec l'axe longitudinal de l'outil de diagraphie.

25 La distance entre le détecteur 204 et la source 200 peut être ajustée, en plus d'ajuster l'angle de collimateur et/ou le diamètre de collimateur, pour détecter et évaluer des spectres d'énergie de rayon gamma dans une gamme d'énergie (par exemple < 600 keV). Les 30 spectres d'énergie sont indépendants des propriétés de formation (par exemple porosité, densité) comme l'indique le fait que les spectres sont sensiblement similaires (par exemple amplitude et forme) même lorsque 3035437 7 la porosité de la formation change. Les graphiques des figures 3 à 5 illustrent les spectres d'énergie de rayon gamma résultants issus de la variation des divers paramètres de conception d'outil (par exemple distance 5 détecteur-à-source, angle de collimateur, diamètre de collimateur) Pendant une opération de diagraphie, un outil de diagraphie 210 peut être placé contre le tubage 102 dans le puits de forage 101 afin de réduire ou éliminer tout 10 écartement entre l'outil 210 et le tubage 102 qui pourrait altérer les mesures spectrales. Des photons entrant dans le ciment 130 depuis la source 200 peuvent être réfléchis par interaction avec le ciment 103 à certaines profondeurs. À mesure que l'outil de diagraphie 15 tourne dans la direction azimutale dans le trou de forage, le rayon gamma interagit avec le ciment encerclant le puits de forage 101 à la même profondeur si bien que le diamètre entier du ciment est examiné à mesure que l'outil 210 se déplace dans le puits de 20 forage 101. À des fins d'illustration, les graphiques des exemples de spectres illustrés sur les figures 3 à 5 ont été générés avec une formation géologique supposée être du grès ayant une plage de porosité de 0 à 40 up et une 25 plage de densité de 1,99 à 2,65 grammes/centimètre cube (g/cm3). Alors que les exemples ultérieurs se réfèrent surtout à la porosité de formation, cette plage de densité peut être représentative d'autres types de formation ayant une porosité différente. En conséquence, 30 les exemples suivants et le procédé d'évaluation de ciment incluent une indépendance à la densité/minéralogie de la formation ainsi qu'une indépendance à la porosité de la formation. De surcroît, les exemples et le procédé 8 3035437 peuvent être appliqués à toute structure de formation en couches (par exemple une structure bicouche) dans laquelle l'évaluation de la première couche est indépendante des propriétés de la couche derrière celle-5 ci. Ainsi, l'utilisation de grès et de la plage de porosité de 0 à 40 up est simplement faite à des fins d'illustration. Les graphiques suivants montrent également différentes courbes associées à un « bon ciment » et un 10 « mauvais ciment ». Tel qu'utilisé ici, le « bon ciment » est défini comme un ciment qui remplit entièrement l'annulaire entre le tubage et la formation géologique. Le « mauvais ciment » peut être défini comme de l'eau (H20) ou un autre fluide remplaçant l'annulaire 15 rempli de ciment entre le tubage et la formation géologique. Comme décrit antérieurement, les paramètres de conception d'outil incluent l'espacement détecteur-àsource, la taille de détecteur-collimateur, et l'angle de 20 détecteur-collimateur. Les paramètres de conception d'outil optimaux augmentent les taux de comptage du spectre, augmentent la sensibilité du spectre à la qualité du ciment, et diminuent la sensibilité du spectre aux propriétés de formation géologique.

25 La figure 3 est un graphique montrant des spectres d'énergie détectés associés à un bon ciment issu d'un détecteur ayant des distances détecteur-à-source variables avec un détecteur de diamètre relativement petit, selon divers exemples de la divulgation. Le 30 graphique montre l'énergie de photon détecté selon l'axe x (en keV) et des comptages de photons par seconde (cps) selon l'axe y.

3035437 9 Les spectres de la figure 3 illustrent le rôle de l'espacement détecteur-à-source sur l'évaluation du ciment indépendante de la porosité. Afin de déterminer un espacement détecteur-à-source souhaitable, la qualité du 5 ciment est maintenue comme un paramètre inchangé dans la génération du graphique de la figure 3. Les différentes propriétés de formation peuvent être représentées par la porosité de la formation (0 up et 40 up). Une sélection d'espacement détecteur-à-source souhaitable a le moins de 10 sensibilité sur les propriétés de la formation (c'est-à-dire que les spectres de 0 up et 40 up coïncident l'un avec l'autre dans une gamme d'énergie aussi grande que possible). La position de détecteur-à-source la plus proche est choisie de telle manière que l'on puisse 15 placer suffisamment de blindage entre la source et le détecteur pour minimiser les taux de comptage d'écoulement. Ce paramètre de conception peut être déterminé par l'intensité de la source et l'utilisation d'outil. Pour que chaque simulation détermine 20 l'espacement détecteur-à-source, on a fixé le détecteur à une position différente, représentée par a, b, c, d, e, f, a étant le plus proche, f le plus loin et une séparation d'approximativement 38 millimètres (mm) entre deux positions adjacentes.

25 On peut faire diverses observations à partir des spectres de la figure 3. Par exemple, lorsque le détecteur est relativement proche de la source, les spectres d'énergie pour les deux formations de 40 up et 0 up sont sensiblement similaires. De même, à mesure que 30 l'espacement détecteur-à-source augmente, la gamme d'énergie où ces deux spectres concordent est réduite. Les spectres de la figure 3 illustrent également que, à mesure que l'espacement détecteur-à-source augmente, la 3035437 10 gamme d'énergie où les deux spectres sont sensiblement similaires se déplace vers une énergie relativement plus élevée, comme illustré dans la fenêtre d'énergie relativement plus élevée 301.

5 Les spectres de la figure 3 illustrent que l'espacement détecteur-à-source détermine la gamme d'énergie où le procédé d'évaluation de ciment indépendant de la porosité peut être appliqué. Plus le détecteur est loin de la source, plus la gamme d'énergie 10 indépendante de la porosité de la formation est petite. Néanmoins, un espacement détecteur-à-source qui est trop proche peut conduire à une trop petite profondeur d'examen. En d'autres termes, la plage entière d'épaisseur du ciment derrière le tubage peut ne pas être 15 examinée. Ainsi, un espacement détecteur-à-source souhaitable peut être indiqué par une distance qui permet d'examiner l'épaisseur entière du ciment devant être examiné tout en aboutissant aussi à des spectres d'énergie reçus qui sont sensiblement similaires lorsque 20 les propriétés de la formation changent. Les spectres illustrés sur les figures 4 et 5 représentent les spectres d'énergie détectés à deux positions détecteur-à-source : relativement proche et relativement loin, respectivement. À des fins 25 d'illustration, la qualité du ciment est choisie pour être bonne et mauvaise comme défini antérieurement. Telle qu'utilisée ici, une distance détecteur-àsource relativement proche peut être définie comme une distance qui conduit à un spectre d'énergie reçu au 30 niveau du détecteur qui ne répond qu'à un annulaire rempli de matière entre le tubage et la formation. Ainsi, on n'observe aucun changement du taux de comptage de 3035437 11 photons total ou de la forme du spectre lorsque la porosité de la formation change. De même, telle qu'utilisée ici, une distance détecteur-à-source relativement grande peut être définie 5 comme une distance qui aboutit à un spectre d'énergie reçu au niveau du détecteur uniquement insensible aux changements dans la formation dans une gamme d'énergie limitée, qui est l'extrémité haute énergie du spectre. Ainsi, à mesure que la porosité de formation change, le 10 spectre d'énergie reçu ne change pas dans une petite gamme d'énergie comme l'indiquent les différences nulles des spectres d'énergie reçus dans une petite gamme d'énergie. La figure 4 est un graphique montrant des spectres 15 d'énergie détectés associés à un bon et à un mauvais ciment issu d'un détecteur ayant une distance détecteurà-source relativement proche, selon divers exemples de la divulgation. Le graphique montre une énergie de photon détecté selon l'axe x (en keV) et cps de photon selon 20 l'axe y. Ce graphique représente les spectres d'énergie d'une distance détecteur-à-source qui est petite par rapport à la distance détecteur-à-source représentée par le graphique de la figure 4. Deux groupes de qualité de ciment des courbes 401, 25 403 représentent chacun des qualités de ciment respectives (c'est-à-dire bon ciment, mauvais ciment) où chaque groupe de courbes 401, 403 est associé à la même plage d'unités de porosité. Par exemple, la figure montre un premier groupe de courbes 401 représentant des photons 30 détectés à partir d'un bon ciment, où chaque courbe dans ce groupe de courbes 401 a une valeur d'unité de porosité de formation différente de 0 à 40 up. Le second groupe de courbes 403 représente des photons détectés à partir d'un 3035437 12 mauvais ciment, où chaque courbe dans ce groupe de courbes 403 a une valeur d'unité de porosité de formation différente de 0 à 40 up. Comme on le voit sur la figure 4, on a une 5 différence nette dans les taux de comptage de photons entre les tubages de bon ciment et de mauvais ciment. Avec la même qualité de ciment (par exemple bonne, mauvaise), on n'a pas de changement de forme ou de grandeur du spectre, sur la gamme d'énergie entière, 10 lorsque la porosité de la formation change de 0 up à 40 up. L'amplitude et la forme des spectres sur la gamme d'énergie illustrée entière ne sont qu'un résultat du changement de qualité de ciment et, ainsi, indépendantes de la porosité de la formation.

15 La figure 5 est un graphique montrant des spectres d'énergie détectés associés à un bon et un mauvais ciment issu d'un détecteur ayant une distance détecteur-à-source relativement grande, selon divers exemples de la divulgation. Le graphique montre une énergie de photon 20 détecté selon l'axe x (en keV) et cps de photon selon l'axe y. Ce graphique représente les spectres d'énergie d'une distance détecteur-à-source qui est grande par rapport à la distance détecteur-à-source représentée par le graphique de la figure 4 et comme défini ci-dessus.

25 Deux groupes de qualité de ciment des courbes 501, 503 représentent chacun des qualités de ciment respectives (c'est-à-dire bon ciment, mauvais ciment) où chaque groupe de courbes 501, 503 est associé à la même plage d'unités de porosité. Par exemple, la figure montre 30 un premier groupe de courbes 501 représentant les photons détectés à partir d'un bon ciment, où chaque courbe dans ce groupe de courbes 501 a une valeur d'unité de porosité de formation différente de 0 à 40 up. Le second groupe de 3035437 13 courbes 503 représente des photons détectés à partir d'un mauvais ciment, où chaque courbe dans ce groupe de courbes 503 a une valeur d'unité de porosité de formation différente de 0 à 40 up.

5 Pour des formations de la même porosité, les taux de comptage sont différents pour un bon ciment et un mauvais ciment. À mesure que la porosité de la formation change, aucune indépendance à la porosité n'est affichée sur la gamme d'énergie comme illustré dans les résultats du 10 détecteur proche de la figure 4. Néanmoins, comme on le voit dans le tracé encadré 510 de la figure 5, l'indépendance à la porosité de la formation est maintenue dans une gamme d'énergie d'approximativement 300 keV à approximativement 500 keV. Ainsi, la gamme 15 d'énergie où les spectres sont indépendants de la porosité de la formation est déplacée vers l'extrémité de haute énergie. Les spectres de la figure 5 illustrent que la distance détecteur-à-source détermine une gamme d'énergie 20 où le procédé d'évaluation du ciment indépendant de la formation (par exemple la porosité) peut être appliqué. Plus la distance détecteur-à-source est grande, plus la gamme d'énergie indépendante de la porosité de la formation est petite. Et une gamme d'énergie peut 25 toujours être choisie de telle manière qu'elle soit insensible aux propriétés de la formation, alors que sa forme de spectre et ses taux de comptage dans cette plage peuvent seulement refléter la qualité du ciment derrière le tubage.

30 Le fait de faire varier d'autres paramètres de conception d'outil peut également changer la gamme d'énergie où les spectres de détecteur sont indépendants de la porosité de la formation. Par exemple, en plus de 3035437 14 fixer l'espacement détecteur-à-source comme décrit antérieurement, la taille et l'angle du détecteur-collimateur peuvent être ajustés et fixés, ce qui aboutit à une gamme d'énergie où la réponse de spectre de 5 détecteur est indépendante de la porosité de la formation. Dans cette gamme d'énergie, la réponse de spectre de détecteur est déterminée par la qualité du ciment à l'intérieur de l'annulaire entre le tubage et la formation. En analysant les taux de comptage totaux, la 10 forme des spectres, et l'amplitude des spectres, on obtient les informations sur la qualité du ciment. La figure 6 est un organigramme d'un procédé de réalisation d'une évaluation de ciment dans un environnement de fond de trou, selon divers exemples de 15 la divulgation. Le procédé peut inclure, au bloc 601, la génération d'un rayon gamma depuis une source dans le ciment disposé dans la formation géologique. Au bloc 603, des photons réfléchis depuis la formation géologique et le ciment, résultant d'une interaction entre le ciment 20 avec le rayon gamma, sont détectés sur un détecteur comprenant un collimateur de telle sorte que les paramètres de conception d'outil (par exemple une distance détecteur-à-source, un angle de collimateur, et/ou une taille de collimateur) soient ajustés pour 25 fournir un spectre d'énergie indépendant de la formation géologique. Par exemple, la distance détecteur-à-source est fixée de telle sorte que le spectre d'énergie reçu au niveau du détecteur ne réponde qu'à l'annulaire rempli de matière entre le tubage et la formation. Cette étape peut 30 comprendre en outre la numérisation des taux de comptage détectés d'énergie différente dans des spectres multicanaux, les spectres multicanaux n'étant sensiblement pas affectés par la formation géologique.

3035437 15 Au bloc 605, la qualité du ciment est déterminée sur la base des spectres d'énergie des photons détectés (par exemple le taux de comptage de photons, la forme de spectre et l'amplitude de spectre). Par exemple, un taux 5 de comptage de photons reçus relativement inférieur est une indication d'une qualité de ciment plus élevée qu'un taux de comptage de photons reçus relativement plus élevé. Dans un autre exemple, la détermination de la qualité du ciment sur la base des spectres d'énergie des 10 photons détectés peut inclure la détermination des spectres d'énergie dans une plage de 300 keV à 500 keV, comme noté dans l'encadré 510 de la figure 5. La figure 7 est un schéma montrant un système de forage 764, selon divers exemples de la divulgation. Le 15 système 764 inclut un engin de forage 702 situé à la surface 704 d'un puits 706. L'engin de forage 702 peut servir de support pour un train de tiges de forage 708. Le train de tiges de forage 708 peut fonctionner pour pénétrer la table de rotation 710 en vue de forer le trou 20 de forage 712 à travers les formations de subsurface 104. Le train de tiges de forage 708 peut inclure un tube de forage 718 et un ensemble trou de fond (ETF) 720 (par exemple un train de tiges de forage), éventuellement situé à la portion inférieure du tube de forage 718.

25 L'ETF 720 peut inclure des masses-tiges 722, un outil de fond de trou 724 incluant l'outil de diagraphie 210, et un trépan 726. Le trépan 726 peut fonctionner pour créer le trou de forage 712 en pénétrant la surface 704 et les formations de subsurface 104.

30 L'outil de fond de trou 724 peut comprendre l'un quelconque d'un certain nombre de différents types d'outils outre l'outil de diagraphie 210. L'outil de diagraphie 210 peut être utilisé dans des 3035437 16 opérations MWD/LWD au sein d'un trou de forage 712 qui a déjà été tubé avec un tubage et du ciment. L'utilisation de l'outil de diagraphie 210 pendant les opérations MWD/LWD peut fournir des données à la 5 surface (par exemple en câblé, télémétrie) sur des portions déjà tubées et cimentées du trou de forage 712 lorsque d'autres portions du trou de forage 712 sont en cours de forage. Pendant des opérations de forage au sein du trou de 10 forage tubé 712, le train de tiges de forage 708 (incluant éventuellement le tube de forage 718 et l'ETF 720) peut être tourné par la table de rotation 710. Bien que non montré, en plus ou en variante, l'ETF 720 peut également être mis en rotation 15 par un moteur (par exemple un moteur à boue) qui est situé au fond de trou. Les masses-tiges 722 peuvent être utilisées pour ajouter du poids au trépan 726. Les masses-tiges 722 peuvent également fonctionner pour raidir l'ensemble trou de fond 720, permettant à 20 l'ensemble trou de fond 720 de transférer le poids ajouté au trépan 726 qui lui-même aide le trépan 726 à pénétrer la surface 704 et les formations de subsurface 714. Pendant des opérations de forage au sein du trou de forage tubé 712, une pompe à boue 732 peut pomper un 25 fluide de forage (parfois connu par l'homme du métier sous le nom de « boue de forage ») à partir d'un bassin à boue 734 par l'intermédiaire d'un tuyau 736 dans le tube de forage 718 et vers le bas en direction du trépan 726. Le fluide de forage peut s'écouler hors du trépan 726 et 30 être renvoyé à la surface 704 à travers une zone annulaire 740 entre le tube de forage 718 et les côtés du trou de forage 712. Le fluide de forage peut ensuite être renvoyé au bassin à boue 734, où ce fluide est filtré.

3035437 17 Dans certains exemples, le fluide de forage peut être utilisé pour refroidir le trépan 726, ainsi qu'assurer la lubrification du trépan 726 pendant des opérations de forage. De surcroît, le fluide de forage peut être 5 utilisé pour éliminer des déblais de forage de formation de subsurface créés par l'actionnement du trépan 726. Un poste de travail 792 incluant un organe de commande 796 peut inclure des modules comprenant une circuiterie matérielle, un processeur, et/ou des circuits 10 de mémoire qui peuvent stocker des modules et objets de programme logiciel, et/ou un micrologiciel, et leurs combinaisons qui sont configurés pour exécuter le procédé de la figure 7. Par exemple, le poste de travail 792 avec organe de commande 796 peut être configuré pour numériser 15 des taux de comptage d'énergie différente dans des spectres multicanaux et générer des spectres d'énergie indépendante de la formation et utiliser la forme et l'amplitude du spectre pour déterminer la qualité du ciment, selon les procédés décrits antérieurement.

20 L'organe de commande 796 peut être configuré pour déterminer un taux de comptage de photon, une amplitude, et une forme des spectres d'énergie afin de déterminer la qualité du ciment. Ainsi, dans divers exemples, des composants d'un 25 système opérationnel pour conduire une détection de photon de haute énergie, comme décrit ici ou de manière similaire, peuvent être réalisés dans des combinaisons de matériel et/ou logiciel exécuté par processeur. Ces implémentations peuvent inclure un dispositif de stockage 30 lisible par machine ayant des instructions exécutables par machine, tel qu'un dispositif de stockage lisible par ordinateur ayant des instructions exécutables par ordinateur. En outre, un dispositif de stockage lisible 3035437 18 par ordinateur peut être un dispositif physique qui stocke des données représentées par une structure physique au sein du dispositif. Un tel dispositif physique est un dispositif non transitoire. Les exemples 5 de dispositifs de stockage lisibles par machine peuvent inclure, sans s'y limiter, une mémoire morte (ROM), une mémoire vive (RAM), un dispositif de stockage sur disque magnétique, un dispositif de stockage optique, une mémoire flash, et d'autres dispositifs de mémoire 10 électronique, magnétique, et/ou optique. La figure 8 est un schéma montrant un système de câble métallique 864, selon divers exemples de la divulgation. Le système 864 peut inclure un corps d'outil de diagraphie de câble métallique 820, dans le cadre 15 d'une opération de diagraphie de câble métallique dans un trou de forage tubé et cimenté 712, qui inclut l'outil de diagraphie 210 comme décrit antérieurement. On peut voir une plateforme de forage 786 équipée d'un derrick 788 qui supporte un palan 890. Le forage des 20 puits de pétrole et de gaz est couramment réalisé en utilisant un train de tube de forage raccordé ensemble de façon à former un train de tiges de forage qui est descendu à travers une table de rotation 710 dans le trou de forage tubé 712. Ici, on suppose que le train de tiges 25 de forage a été temporairement enlevé du trou de forage 712 pour permettre de descendre le corps d'outil de diagraphie de câble métallique 820, tel qu'une sonde avec l'outil de diagraphie 210, par un câble métallique ou câble de diagraphie 874 (par exemple un câble lisse) 30 dans le trou de forage 712. Typiquement, le corps d'outil de diagraphie de câble métallique 820 est descendu au fond de la région d'intérêt et ultérieurement remonté à une vitesse sensiblement constante. Dans un mode de 3035437 19 réalisation, l'outil de diagraphie 210 est immédiatement adjacent à la paroi du trou de forage 712. Pendant la remontée, à une série de profondeurs, on peut utiliser divers instruments pour réaliser des 5 mesures de qualité sur le tubage et le revêtement de ciment du trou de forage 712, comme décrit antérieurement. Les données de câble métallique peuvent être communiquées à une installation de diagraphie de surface (par exemple un poste de travail 792) pour 10 traitement, analyse, et/ou stockage. L'installation de diagraphie 792 peut être pourvue d'un équipement électronique pour divers types de traitement de signal comme décrit antérieurement. Le poste de travail 792 peut comporter un organe de commande 796 qui est couplé à 15 l'outil de diagraphie 210 par l'intermédiaire du câble métallique 874 ou d'une télémétrie afin de recevoir des données de l'outil de diagraphie concernant les photons détectés et générer les spectres d'énergie indiquant la qualité du ciment.

20 La figure 9 est un schéma-bloc d'un exemple de système 900 opérationnel pour implémenter les activités de multiples procédés, selon divers exemples de la divulgation. Le système 900 peut inclure un logement d'outil 906 comportant l'outil de diagraphie 210 tel 25 qu'illustré sur la figure 2. Le système 900 peut être configuré pour fonctionner en conformité avec les présents enseignements pour réaliser des mesures d'évaluation de ciment indépendante de la formation afin de déterminer la qualité du ciment entre le tubage et la 30 formation. Le système 900 de la figure 9 peut être implémenté comme montré sur les figures 7 et 8 en référence au poste de travail 792 et à l'organe de commande 796.

3035437 20 Le système 900 peut inclure un organe de commande 920, une mémoire 930, et une unité de communications 935. La mémoire 930 peut être structurée pour inclure une base de données. L'organe de 5 commande 920, la mémoire 930, et l'unité de communications 935 peuvent être agencés pour fonctionner comme une unité de traitement pour commander le fonctionnement de l'outil de diagraphie 210 et exécuter tout procédé divulgué ici. L'unité de traitement peut 10 être configurée pour numériser des taux de comptage de photons détectés pour générer des spectres d'énergie multicanaux ayant une amplitude et une forme sur une gamme d'énergie qui est un résultat du changement de qualité de ciment et, ainsi, indépendant de la formation.

15 L'unité de communications 935 peut inclure des communications de fond de trou pour des capteurs adéquatement situés dans un puits de forage. De telles communications de fond de trou peuvent inclure un système de télémétrie. L'unité de communications 935 peut 20 utiliser des combinaisons de technologies de communications filaires et des technologies sans fil à des fréquences qui n'interfèrent pas avec des mesures en cours. Le système 900 peut également inclure un bus 937, où 25 le bus 937 assure une conductivité électrique parmi les composants du système 900. Le bus 937 peut inclure un bus d'adresse, un bus de données, et un bus de commande, chacun indépendamment configuré ou sous un format intégré. Le bus 937 peut être réalisé en utilisant un 30 nombre de supports de communication différents qui permettent la distribution des composants du système 900. Le bus 937 peut inclure un réseau. L'utilisation du bus 937 peut être régulée par l'organe de commande 920.

3035437 21 Le système 900 peut inclure une (des) unité(s) d'affichage 960 en tant que composant distribué sur la surface d'un puits de forage, qui peut être utilisé avec des instructions stockées dans la mémoire 930 pour 5 implémenter une interface utilisateur en vue de surveiller le fonctionnement de l'outil 906 ou des composants distribués au sein du système 900. L'interface utilisateur peut être utilisée pour entrer des valeurs de paramètre pour des seuils de telle sorte que le 10 système 900 puisse fonctionner sensiblement de façon autonome sans intervention de l'utilisateur dans diverses applications. L'interface utilisateur peut également fournir l'interruption manuelle et le changement de commande du système 900 à un utilisateur. Une telle 15 interface utilisateur peut être actionnée conjointement avec l'unité de communications 935 et le bus 937. On peut ainsi réaliser nombre d'exemples. On décrira à présent quelques-uns de ces exemples. L'exemple 1 est un procédé d'évaluation de ciment, 20 comprenant : la génération d'un rayon gamma, depuis une source, dans le ciment disposé dans une formation géologique ; la détection, avec un détecteur, de photons résultant d'interactions de rayon gamma à travers le tubage et le ciment ; la numérisation de taux de comptage 25 de photons détectés d'énergie différente dans des spectres d'énergie multicanaux, une distance entre la source et le détecteur étant fixée de telle sorte que les spectres d'énergie multicanaux ne soient sensiblement pas affectés par la formation géologique ; et la 30 détermination d'une qualité du ciment sur la base des spectres d'énergie multicanaux. Dans l'exemple 2, le sujet de l'exemple 1 peut inclure en outre le fait que les spectres d'énergie sont 3035437 22 indépendants de la formation géologique au sein d'une gamme d'énergie prédéterminée. Dans l'exemple 3, le sujet des exemples 1 à 2 peut inclure en outre le fait que les spectres d'énergie sont 5 indépendants d'une porosité, densité ou minéralogie de la formation géologique. Dans l'exemple 4, le sujet des exemples 1 à 3 peut inclure en outre le fait que la génération du rayon gamma comprend la génération d'un courant de photons issu d'une 10 source de césium-137. Dans l'exemple 5, le sujet des exemples 1 à 4 peut inclure en outre le fait que la détermination de la qualité du ciment comprend la détermination de la qualité du ciment sur la base d'un taux de comptage de photons 15 détectés, d'une forme de spectres d'énergie, ou d'une amplitude de spectres d'énergie. Dans l'exemple 6, le sujet des exemples 1 à 5 peut inclure en outre le fait que la distance détecteur-à- source est fixée de telle sorte que les spectres 20 d'énergie ne répondent qu'à un annulaire rempli de matière entre le tubage et la formation. Dans l'exemple 7, le sujet des exemples 1 à 6 peut inclure en outre le fait que la détermination de la qualité du ciment sur la base des spectres d'énergie des 25 photons détectés comprend la détermination des spectres d'énergie dans une plage de 300 keV à 500 keV. Dans l'exemple 8, le sujet des exemples 1 à 7 peut inclure en outre le fait d'augmenter la gamme d'énergie en réponse à une diminution du diamètre d'un détecteur-30 collimateur. Dans l'exemple 9, le sujet des exemples 1 à 8 peut inclure en outre le fait d'augmenter la gamme d'énergie 3035437 23 en réponse à une plus grande inclinaison du collimateur vers la source. L'exemple 10 est un outil de diagraphie comprenant : une source radioactive qui génère un courant de photons ; 5 un détecteur disposé dans l'outil à une distance de la source radioactive, le détecteur permettant de détecter des photons résultant d'interactions de photons à travers le ciment disposé dans une formation géologique ; et un organe de commande couplé au détecteur pour numériser des 10 taux de comptage de photons détectés d'énergie différente dans des spectres d'énergie multicanaux, la distance entre la source et le détecteur étant fixée de telle sorte que les spectres d'énergie multicanaux ne soient sensiblement pas affectés par la formation géologique, 15 l'organe de commande étant en outre destiné à déterminer une qualité du ciment sur la base des spectres d'énergie multicanaux. Dans l'exemple 11, le sujet de l'exemple 10 peut inclure en outre le fait que la source radioactive 20 comprend une source de rayons gamma. Dans l'exemple 12, le sujet des exemples 10 à 11 peut inclure en outre un détecteur-collimateur couplé au détecteur et formant un angle vers la source radioactive, l'angle de détecteur-collimateur étant fixé de telle 25 sorte que les spectres d'énergie soient indépendants de la formation géologique. Dans l'exemple 13, le sujet des exemples 10 à 12 peut inclure en outre le fait que l'organe de commande détermine une amplitude et une forme des spectres 30 d'énergie pour déterminer la qualité du ciment. Dans l'exemple 14, le sujet des exemples 10 à 13 peut inclure en outre le fait que l'organe de commande 3035437 24 détermine en outre la qualité du ciment sur la base d'un taux de comptage de photons détectés. L'exemple 15 est un système comprenant : un outil de fond de trou incluant un outil de diagraphie, l'outil de 5 diagraphie comprenant : une source radioactive pour transmettre un faisceau de photons ; un détecteur disposé dans l'outil à une distance de la source radioactive, le détecteur permettant de détecter les photons résultant d'interactions de faisceaux de photons à travers le 10 ciment dans une formation géologique ; et un organe de commande couplé au détecteur pour numériser des taux de comptage de photons détectés dans des spectres d'énergie multicanaux, la distance entre la source et le détecteur étant fixée de telle sorte que les spectres d'énergie 15 multicanaux ne soient pas sensiblement affectés par la formation géologique. Dans l'exemple 16, le sujet de l'exemple 15 peut inclure en outre le fait que l'outil de fond de trou est disposé dans un outil de câble métallique.

20 Dans l'exemple 17, le sujet des exemples 15 à 16 peut inclure en outre le fait que l'outil de fond de trou est disposé dans un outil de train de tiges de forage. Dans l'exemple 18, le sujet des exemples 15 à 17 peut inclure en outre le fait que le ciment est disposé 25 entre un tubage et la formation géologique. Dans l'exemple 19, le sujet des exemples 15 à 18 peut inclure en outre le fait que l'organe de commande est en outre destiné à déterminer une qualité du ciment en réponse aux spectres d'énergie multicanaux.

30 Dans l'exemple 20, le sujet des exemples 15 à 19 peut inclure en outre le fait que l'organe de commande détermine en outre la qualité du ciment sur la base d'une 3035437 25 amplitude, de taux de comptage de photons et d'une forme des spectres d'énergie multicanaux. Bien que des exemples spécifiques aient été illustrés et décrits ici, l'homme du métier appréciera 5 que tout agencement qui est calculé pour atteindre le même but puisse remplacer les exemples spécifiques montrés. Divers exemples utilisent des permutations et/ou combinaisons d'exemples décrits ici. Il faut comprendre que la description ci-dessus est censée être 10 illustrative, et non restrictive, et que la phraséologie ou terminologie employée ici est à titre de description. Des combinaisons des exemples ci-dessus et d'autres exemples apparaîtront à l'homme du métier à l'examen de la description ci-dessus. 15

Claims

REVENDICATIONS1. Procédé d'évaluation de ciment, comprenant : la génération d'un rayon gamma, depuis une source, 5 dans le ciment disposé dans une formation géologique ; la détection, avec un détecteur, de photons résultant d'interactions de rayons gamma à travers le tubage et le ciment ; la numérisation de taux de comptage de photons 10 détectés d'énergie différente dans des spectres d'énergie multicanaux, une distance entre la source et le détecteur étant configurée de telle sorte que les spectres d'énergie multicanaux ne soient pas sensiblement affectés par la formation géologique ; et 15 la détermination d'une qualité du ciment sur la base des spectres d'énergie multicanaux.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel les spectres d'énergie sont indépendants de la formation 20 géologique dans une gamme d'énergie prédéterminée.
3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel les spectres d'énergie sont indépendants d'une porosité, densité ou minéralogie de la formation géologique. 25
4. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la génération du rayon gamma comprend la génération d'un courant de photons issu d'une source de césium-137. 30
5. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la détermination de la qualité du ciment comprend la détermination de la qualité du ciment sur la base d'un taux de comptage de photons détectés, d'une forme de 3035437 27 spectres d'énergie, ou d'une amplitude de spectres d'énergie.
6. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la 5 distance détecteur-à-source est fixée de telle sorte que les spectres d'énergie ne répondent qu'à un annulaire rempli de matière entre le tubage et la formation.
7. Procédé selon la revendication 2, dans lequel la 10 détermination de la qualité du ciment sur la base des spectres d'énergie des photons détectés comprend la détermination des spectres d'énergie dans une plage de 300 keV à 500 keV. 15
8. Procédé selon la revendication 2, comprenant en outre l'augmentation de la gamme d'énergie en réponse à une diminution du diamètre d'un détecteur-collimateur.
9. Procédé selon la revendication 2, comprenant en 20 outre l'augmentation de la gamme d'énergie en réponse à une plus forte inclinaison du collimateur vers la source.
10. Outil de diagraphie comprenant : une source radioactive qui génère un courant de 25 photons ; un détecteur disposé dans l'outil à une distance de la source radioactive, le détecteur permettant de détecter des photons résultant d'interactions de photons à travers le ciment disposé dans une formation 30 géologique ; et un organe de commande couplé au détecteur pour numériser des taux de comptage de photons détectés d'énergie différente dans des spectres d'énergie 3035437 28 multicanaux, la distance entre la source et le détecteur étant fixée de telle sorte que les spectres d'énergie multicanaux ne soient sensiblement pas affectés par la formation géologique, l'organe de commande étant en outre destiné à déterminer une qualité du ciment sur la base des spectres d'énergie multicanaux.
11. Outil de diagraphie selon la revendication 10, dans lequel la source radioactive comprend une source de 10 rayons gamma.
12. Outil de diagraphie selon la revendication 11, comprenant en outre un détecteur-collimateur couplé au détecteur et ayant un angle vers la source radioactive, 15 l'angle de détecteur-collimateur étant fixé de telle sorte que les spectres d'énergie soient indépendants de la formation géologique.
13. Outil de diagraphie selon la revendication 10, 20 dans lequel l'organe de commande détermine une amplitude et une forme des spectres d'énergie pour déterminer la qualité du ciment.
14. Outil de diagraphie selon la revendication 13, 25 dans lequel l'organe de commande détermine en outre la qualité du ciment sur la base d'un taux de comptage de photons détectés.
15. Système comprenant : 30 un outil de fond de trou incluant un outil de diagraphie, l'outil de diagraphie comprenant : une source radioactive pour transmettre un faisceau de photons ; 3035437 29 un détecteur disposé dans l'outil à une distance de la source radioactive, le détecteur permettant de détecter les photons résultant d'interactions de faisceaux de photons à travers un ciment dans une 5 formation géologique ; et un organe de commande couplé au détecteur pour numériser des taux de comptage de photons détectés dans des spectres d'énergie multicanaux, la distance entre la source et le détecteur étant fixée de telle sorte que les spectres d'énergie multicanaux ne soient sensiblement pas affectés par la formation géologique.
16. Système selon la revendication 15, dans lequel l'outil de fond de trou est disposé dans un outil de 15 câble métallique.
17. Système selon la revendication 15, dans lequel l'outil de fond de trou est disposé dans un outil de train de tiges de forage. 20
18. Système selon la revendication 15, dans lequel le ciment est disposé entre un tubage et la formation géologique. 25
19. Système selon la revendication 15, dans lequel l'organe de commande est en outre configuré pour déterminer une qualité du ciment en réponse aux spectres d'énergie multicanaux. 30
20. Système selon la revendication 19, dans lequel l'organe de commande détermine en outre la qualité du ciment sur la base d'une amplitude, de taux de comptage 3035437 30 de photons et d'une forme des spectres d'énergie multicanaux.