WO2023061940A1 - Dispositif d'évaluation en forage d'une teneur en uranium et d'une porosité hydrogène d'une région d'intérêt d'une formation géologique et procédé associé - Google Patents

Dispositif d'évaluation en forage d'une teneur en uranium et d'une porosité hydrogène d'une région d'intérêt d'une formation géologique et procédé associé Download PDF

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WO2023061940A1
WO2023061940A1 PCT/EP2022/078100 EP2022078100W WO2023061940A1 WO 2023061940 A1 WO2023061940 A1 WO 2023061940A1 EP 2022078100 W EP2022078100 W EP 2022078100W WO 2023061940 A1 WO2023061940 A1 WO 2023061940A1
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WO
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neutrons
interest
region
hydrogen
uranium content
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/078100
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English (en)
Inventor
Valentin FONDEMENT
Bertrand Perot
Thomas Marchais
Hervé TOUBON
Youcef BENSEDIK
Original Assignee
Orano Mining
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V5/00—Prospecting or detecting by the use of ionising radiation, e.g. of natural or induced radioactivity
    • G01V5/04—Prospecting or detecting by the use of ionising radiation, e.g. of natural or induced radioactivity specially adapted for well-logging
    • G01V5/08—Prospecting or detecting by the use of ionising radiation, e.g. of natural or induced radioactivity specially adapted for well-logging using primary nuclear radiation sources or X-rays
    • G01V5/10—Prospecting or detecting by the use of ionising radiation, e.g. of natural or induced radioactivity specially adapted for well-logging using primary nuclear radiation sources or X-rays using neutron sources
    • G01V5/107—Prospecting or detecting by the use of ionising radiation, e.g. of natural or induced radioactivity specially adapted for well-logging using primary nuclear radiation sources or X-rays using neutron sources and detecting reflected or back-scattered neutrons

Definitions

  • the present invention relates, according to a first aspect, to a device for evaluating in drilling a uranium content and a hydrogen porosity of a region of interest of a geological formation.
  • the invention relates to an associated method making it possible to evaluate in drilling the uranium content and the hydrogen porosity of the region of interest.
  • Uranium content and hydrogen porosity are two important properties in mineral exploration. They are needed to build geological and hydraulic models, and to assess the uranium potential of a region or, when a deposit has been discovered, to enable the reserves to be assessed.
  • Hydrogen porosity is the fraction of the pore volume of a formation occupied by water. It is directly related to the amount of hydrogen atoms present in the formation.
  • the active neutron interrogation method consists in emitting neutrons towards the region of interest for which one wishes to know the hydrogen porosity and the uranium content.
  • the emitted neutrons interact both with the hydrogen nuclei and with the uranium nuclei present in the region of interest.
  • Some of the neutrons emitted are backscattered by the hydrogen nuclei towards the probe retaining a high energy, typically greater than 0.5 eV, the cut-off energy of the cadmium surrounding the detector in some probes.
  • Other neutrons emitted thermalize in the formation, i.e. they slow down following successive collisions with hydrogen nuclei present in the region of interest.
  • Some of these thermal neutrons cause the fission of uranium 235 nuclei and the emission of 2 to 3 prompt neutrons per fission with an average energy of the order of 2 MeV
  • a probe comprising a source of neutrons and at least two detectors sensitive to thermalized neutrons in the formation (or thermal neutrons) which have been backscattered and whose the energy is around 0.025 eV.
  • the hydrogen porosity is determined from the ratio of the counting rates measured by the two detectors. This ratio first increases linearly with the porosity then converges at high porosity towards a limit value, which makes it difficult to accurately determine the porosity typically when it exceeds 40%.
  • uranium content of the formation it is known to perform a count of prompt neutrons from fission of uranium 235 nuclei induced by thermalized neutrons from a pulsed generator of initially fast neutrons.
  • a ratio is measured between a counting rate of the thermal neutrons coming from the generator and a counting rate of the so-called epithermal fission prompt neutrons, that is to say which have an energy greater than 0. .5 eV.
  • An object of the invention is to propose a compact drilling device which makes it possible to jointly evaluate the uranium content and the hydrogen porosity of a region of interest of the geological formation in a reliable and precise manner.
  • the invention relates to a device for evaluating in drilling a uranium content and a hydrogen porosity of a region of interest of a geological formation, the device comprising:
  • the probe comprising a pulsed neutron generator configured to emit at least one pulse of neutrons, at least part of said neutrons being emitted towards the region of interest, a single neutron detector disposed away from the pulsed neutron generator, said neutron detector being adapted to detect a plurality of neutrons resulting from interactions between the neutrons emitted by the neutron generator and the region of interest, the probe further comprising a shielding device surrounding the neutron detector, the shielding device being adapted to absorb a plurality of neutrons having an energy lower than a cut-off energy, and resulting from interactions between the neutrons emitted by the generator of neutrons and the region of interest,
  • - a neutron counting unit connected to the neutron detector, the neutron counting unit being at least configured to measure over time, during a first time interval, a number of neutrons backscattered by hydrogen nuclei of the region d interest and to measure over time, during a second time interval, a number of prompt fission neutrons resulting from interactions between the neutrons emitted by the neutron generator and uranium nuclei present in the region of interest, the second time interval being later than the first time interval, - a hydrogen porosity evaluation unit configured to evaluate the hydrogen porosity of the region of interest using a total number of neutrons measured during the first time interval,
  • a uranium content evaluation unit configured to evaluate the uranium content of the region of interest using a total number of neutrons measured during the second interval.
  • the invention from a probe equipped with a single detector and for example thanks to a single acquisition sequence, which comprises a plurality of cycles of neutron pulses and counting of the neutrons detected by the detector, and by applying the method described below, it is possible to determine two parameters, namely the uranium content and the porosity of a region of interest.
  • the device comprises one or more of the following characteristics, taken separately or according to all the technically possible combinations:
  • the probe comprises a moderation device arranged between the shielding device and the neutron detector, the moderation device being adapted to slow down the neutrons having passed through the shielding device;
  • the pulsed neutron generator and the neutron detector extend in a direction substantially coincident with or parallel to a main direction of elongation of the probe;
  • the uranium content evaluated by the uranium content evaluation unit is substantially proportional to the total number of neutrons measured during the second time interval;
  • the uranium content evaluation unit is configured to determine the uranium content using the hydrogen porosity evaluated by the hydrogen porosity evaluation unit;
  • the uranium content evaluation unit is configured to correct the uranium content evaluated by using a parameter representative of the variation over time of the number of neutrons measured during the second time interval;
  • the hydrogen porosity evaluation unit is further configured to evaluate the hydrogen porosity using a distance between the probe and an internal wall of the borehole.
  • the invention also relates to a method for evaluating, in drilling, a uranium content and a hydrogen porosity of a region of interest of a geological formation, using an evaluation device as described above. , the method comprising the following steps: - emitting at least one pulse of neutrons with the neutron generator, at least part of said neutrons being emitted towards the region of interest,
  • the first measurement comprising a measurement during the first time interval of a number of backscattered neutrons resulting from interactions between neutrons of the pulse and hydrogen nuclei of the region of interest
  • the second measurement comprising a measurement during the second time interval of a number of prompt fission neutrons resulting from interactions between neutrons of the pulse and uranium nuclei present in the region of 'interest
  • the method comprises one or more of the following characteristics, taken in isolation or according to all technically possible combinations:
  • the evaluation of the hydrogen porosity is carried out using a distance between the probe and a wall of the borehole.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a device according to the invention
  • FIG. 2 is an example of a timing diagram showing the time evolution of the neutron count after a pulse of fast neutrons from the generator recorded with the device of Figure 1,
  • Figure 3 represents modeled curves showing the relationship between the hydrogen porosity of the region of interest and the total number of neutrons measured during the first time interval by the device of Figure 1 for different uranium contents
  • Figure 4 represents modeled curves showing the relationship between the uranium content of the region of interest and the total number of neutrons measured during the second time interval by the device of Figure 1 for different porosities, and
  • figure 5 represents chronograms showing the temporal evolution of the neutron count recorded with the device of figure 1 for different uranium contents and hydrogen porosities.
  • FIG. 1 schematically represents a device 10 for evaluating in drilling the uranium content and the hydrogen porosity of a region of interest 12 of a geological formation.
  • the region of interest 12 is crossed by a borehole 14.
  • the borehole 14 is represented in FIG. 1 vertically, that is to say with a dip equal to 90°.
  • the borehole 14 is not vertical and has any dip and azimuth.
  • Drilling 14 is carried out through a plurality of geological formations. For example, drilling 14 is carried out for exploration purposes to search for a possible uranium deposit. As a variant, drilling 14 is carried out for the purposes of developing an identified deposit. The information collected in borehole 14 is then used to estimate the deposit's uranium reserves. The borehole 14 is filled with fluid, for example water, at least opposite the region of interest 12.
  • fluid for example water
  • the device 10 comprises a probe 16 intended to be inserted into the borehole 14 opposite the region of interest 12, a surface installation 18 making it possible to move the probe 16 along the borehole 14 upwards and downwards according to the direction of extension of the borehole 14.
  • the surface installation 18 comprises a winch 20 and a device 22 suitable for knowing the position of the probe 16 inside the borehole 14, for example an encoder wheel.
  • the probe 16 is connected by a cable 24 to the surface installation 18.
  • the cable 24 allows both the displacement of the probe 16 inside the borehole 14, the electrical supply of the probe 16 and the transfer to the surface of the measurements made by the probe 16.
  • the device 10 further comprises a neutron counting unit 26 connected to the probe 16, a hydrogen porosity evaluation unit 28 and a uranium content evaluation unit 30.
  • a neutron counting unit 26 connected to the probe 16
  • a hydrogen porosity evaluation unit 28 and a uranium content evaluation unit 30.
  • These units 26, 28, 30 are by example integrated in the probe 16 or remote on the surface as illustrated schematically in FIG.
  • the device 10 further comprises an eccenter 32 adapted to press the probe 16 against a wall 34 of the borehole 14.
  • the probe 16 includes a pulsed neutron generator 36, a single neutron detector sensitive primarily to thermal neutrons 38, and a shielding device 40 made of a thermal neutron absorbing material surrounding the neutron detector 38.
  • probe 16 includes a moderating device 42 disposed between shielding device 40 and neutron detector 38.
  • the probe 16 extends along a main direction of elongation L.
  • the main direction of elongation L is substantially coincident with the main direction of elongation of the borehole 14.
  • the pulsed neutron generator 36 is configured to emit at least one pulse of neutrons. At least some of the neutrons are emitted towards the region of interest 12, the pulsed neutron generator 36 emitting the neutrons isotropically. Preferably, neutron generator 36 is configured to emit a plurality of neutron pulses forming a periodic signal.
  • the frequency of the emission signal is for example between 100 Hz and 10 kHz, for example equal to 200 Hz.
  • the pulsed neutron generator 36 preferably has an average emission of neutrons greater than 10 7 neutrons per second, for example 10 8 neutrons per second.
  • the duration of each pulse is for example between 5 ps and 500 ps.
  • the duty cycle also called work rate, which corresponds to the ratio between the duration of the pulse and the period of the signal emitted by the neutron generator 36, is for example less than 10%, preferably less than 1%.
  • the pulsed neutron generator 36 is for example of the Deuterium-Tritium or Deuterium-Deuterium type adapted to emit a flux of neutrons having an energy greater than 2 MeV, for example 14 MeV for a generator of the Deuterium-Tritium or 2.5 MeV type. for a Deuterium-Deuterium generator.
  • the neutron detector 38 is adapted to detect a plurality of neutrons resulting from interactions between the neutrons emitted by the neutron generator 36 and the region of interest 12.
  • the neutron detector 38 is arranged away from the pulsed neutron generator 36.
  • the neutron detector 38 and the neutron generator 36 preferably extend substantially in the same direction coincident with or parallel to the main direction of elongation L of probe 16.
  • neutron detector 38 is disposed relative to neutron generator 36 so that when probe 16 is inserted into borehole 14, neutron detector 38 is above the generator. of neutrons 36 in an elevation direction.
  • neutron detector 38 is disposed below neutron generator 36 in the elevation direction.
  • the neutron detector 38 is for example a helium-3 gas proportional counter.
  • the neutron detector 38 is a boron deposit proportional counter.
  • the shielding device 40 is adapted to absorb a plurality of low-energy neutrons having an energy lower than a cut-off energy, and resulting from interactions between the emitted neutrons and the region of interest 12.
  • the shielding device 40 completely surrounds the neutron detector 38, i.e. it defines a closed internal volume receiving the neutron detector 38.
  • the shielding device 40 is for example made of cadmium or boron.
  • the shielding device 40 has for example a thickness of between 1 mm and 1 cm depending on the material used.
  • the cut-off energy depends on the nature of the material of the shielding device 40.
  • the cut-off energy is between 0.1 eV and 10 eV, for example 0.5 eV for cadmium.
  • low energy neutrons with energy below the cut-off energy are absorbed by shielding device 40 and not detected by neutron detector 38.
  • High energy neutrons with energy above cut-off energy contribute to the signal measured by the neutron detector 38.
  • the neutrons absorbed by the shielding device 40 will be qualified as “thermal neutrons” or “low energy neutrons” and the neutrons which cross the shielding device 40 to the neutron detector 38 of "epithermal neutrons" or "high energy neutrons”.
  • a moderation device 42 is arranged inside the shielding device receiving the neutron detector 38 to slow down the fission neutrons having passed through the shielding device 40, that is to say the epithermal neutrons. This makes it easier to count the neutrons by the neutron detector 38.
  • Moderation device 42 completely surrounds neutron detector 38.
  • moderation device 42 is formed by a layer of polyethylene interposed between shielding device 40 and neutron detector 38.
  • moderation device 42 is formed by a compound of the polyolefin type.
  • the neutron counting unit 26 is configured to count over time a number of high energy neutrons passing through the shielding device 40 detected by the neutron detector 38, in particular after the neutron generator 36 has emitted a pulse of neutrons.
  • FIG. 2 represents several modeled chronograms showing the temporal evolution of the number of neutrons measured by the neutron counting unit 26 for different average uranium contents of the region of interest 12.
  • the first curve 200 is a chronogram for an average content in uranium equal to 250 ppmu.
  • the second curve 210 is a chronogram for an average uranium content equal to 2000 ppmu.
  • the third curve 220 is a chronogram for an average content equal to 10,000 ppmu.
  • the fourth curve 230 represents the active background noise (0 ppmu) generated by the neutron generator 36.
  • Each timing diagram corresponds to the sum of the neutrons measured over a plurality of pulse emission cycles by the neutron generator 36, for example more than 30,000 cycles.
  • the origin of the times of each of the chronograms corresponds to the start of each neutron pulse. In the example shown, the duration of the pulse is 50 ps.
  • the fastest neutrons i.e. those measured during and just after the pulse, correspond in particular to the neutrons backscattered by the hydrogen nuclei present in the region of interest. They form the first part of the measured signal.
  • the measured signal corresponding to the backscattered neutrons is independent of the uranium content of the region of interest.
  • the signal is also independent of the temperature of the fluid present in the borehole (usually water) and the salinity of this fluid.
  • the neutron counting unit 26 is at least configured to perform a count over time, during a first time interval 240 (FIG. 2), of a plurality of neutrons backscattered by hydrogen nuclei from the region of interest which have been detected by the detector 38. During the first time interval, the plurality of neutrons backscattered by the hydrogen nuclei of the region of interest 12 form the main contribution of the measured signal.
  • the first time interval 240 is synchronized with the pulse of the neutron generator 36, that is to say that the measurement of the number of backscattered neutrons starts from the start of the pulse.
  • the duration of the first time interval 240 is preferably between the start of the pulse and a few tens of ps after the end of the pulse, i.e. for example between 50 and 200 ps as represented in FIG. 2.
  • the second part of the chronogram shows the prompt fission neutrons resulting from the interactions between the neutrons emitted by the neutron generator 36 and the uranium nuclei present in the region of interest 12. Indeed, after the pulse and for a few hundred of microseconds, the active background noise 230 due to the neutrons of the neutron generator 36 being slowed down but not yet fully thermalized remains predominant. However, this signal contribution decreases very rapidly.
  • the number of fission prompt neutrons measured depends on the uranium content of the region of interest 12. The higher the uranium content in the region of interest 12, the higher the number of fission prompt neutrons.
  • the neutron counting unit 26 is also suitable for counting over time, during a second time interval 250, a plurality of prompt fission neutrons resulting from interactions between the neutrons emitted by the neutron generator 36 and nuclei of uranium present in the region of interest 12 which were detected by the detector 38.
  • the second time interval 250 is later than the first time interval 240. It begins a few hundred microseconds after the pulse, for example 900 ps after the pulse, as represented in FIG. 2.
  • the start of the second time interval 250 is for example chosen so that the signal ratio (coming from prompt fission neutrons) to active background noise 230 is high, that is to say for example greater than 7.
  • the duration of the second time interval 250 is chosen so to be as long as possible in order to increase the counting statistic.
  • the duration of the second time interval 250 is preferably between 1 ms and 10 ms, for example 4 ms.
  • the hydrogen porosity evaluation unit 28 is configured to evaluate the hydrogen porosity of the region of interest 12 using a total number of neutrons measured during the first time interval 240.
  • Figure 3 presents curves relating the total number of neutrons measured during the first time interval 240 to the hydrogen porosity for three distinct uranium contents (10000 ppmu, 2000 ppmu and 250 ppmu). It is observed that the three curves are substantially merged. This confirms that the total number of neutrons measured during the first time interval 240 is independent of the uranium content in the region of interest 12. Over the range of porosity represented, that is to say between 0 and 40%, the curves are perfectly one-to-one, ie a value of the total number of neutrons measured during the first time interval 240 corresponds to a single value of hydrogen porosity.
  • the relationship between the total number of neutrons measured during the first time interval 240 and the porosity depends on the geometry of the device 10 which can be determined for example via numerical simulations with the MCNP code.
  • the uranium content evaluation unit 30 is configured to evaluate the uranium content of the region of interest 12 using a total number of neutrons measured during the second time interval 250.
  • FIG. 4 represents the relationship between the total number of neutrons measured during the second time interval 250 and the uranium content of the region of interest 12 for a hydrogen porosity of 0% (curve 400) and for a hydrogen porosity of 40% (curve 410). It can be seen that in each case, for a given hydrogen porosity, the total number of neutrons measured during the second time interval is linearly related to the uranium content of the region of interest 12. In other words, the uranium content evaluated by the uranium 30 content evaluation unit is substantially proportional to the total number of neutrons measured during the second time interval 250.
  • the relationship between the total number of neutrons measured during the second time interval 250 and the uranium content of the region of interest 12 can be modeled, still using for example the MCNP modeling code. Then, from the total number of neutrons measured during the second time interval 250, the uranium content of the region of interest 12 can be determined.
  • the uranium content evaluation unit 30 is configured to determine the uranium content using the hydrogen porosity evaluated by the hydrogen porosity evaluation unit 28.
  • the probe 16 is lowered into the borehole 14 so as to place it opposite the region of interest 12.
  • At least one neutron pulse is then emitted, part of which is directed towards the region of interest 12 using the neutron generator 36.
  • a plurality of neutron pulses are emitted in the form of a periodic signal.
  • a number of neutrons crossing the shielding device 40 is then measured as a function of time, after each pulse, using the neutron counting unit 26.
  • a first measurement is carried out, during the first time interval 240, by measuring a number of neutrons backscattered by hydrogen nuclei of the region of interest, and a second measurement is then carried out by measuring, during the second time interval 250, a number of prompt fission neutrons resulting from interactions between the neutrons emitted by the neutron generator and uranium nuclei present in the region of interest.
  • a first measurement is successively carried out which consists in measuring, during the first time interval 240, the number of backscattered neutrons, and a second measurement which consists in measuring, during the second time interval 250, the number of prompt fission neutrons.
  • the hydrogen porosity of the region of interest 12 is then evaluated using the series of first measurements. Indeed, as indicated above, the relationship between the total number of neutrons measured during the first time interval 240 and the hydrogen porosity of the region of interest 12 is one-to-one. This relationship is independent of the uranium content of region of interest 12.
  • the uranium content of the region of interest is then assessed using the series of second measurements.
  • the relationship between the total number of neutrons measured during the second time interval 250 and the uranium content of the region of interest 12 is one-to-one and linear.
  • the evaluation of the uranium content is carried out using the hydrogen porosity evaluated with the first count.
  • the hydrogen porosity evaluation unit 28 is configured to correct the uranium content which has been evaluated by using a parameter representative of the variation over time of the number of neutrons during the second interval temporal 250.
  • the neutron absorbers include in a non-exhaustive manner the elements present in the region of interest 12, such as, for example, hydrogen, boron, chlorine, and uranium at high concentration (>10000 ppm).
  • FIG. 5 represents the temporal variation of the number of neutrons measured by the neutron counting unit 26 for regions of interest 12 having different uranium contents and different porosities.
  • the curves 510, 520 and 530 represent the number of neutrons measured for zero porosity and respectively a uranium content equal to 10000 ppmu, 2000 ppmu and 250 ppmu.
  • Curves 540, 550 and 560 represent the number of neutrons measured for a porosity equal to 40% and respectively a uranium content equal to 10000 ppmu, 2000 ppmu and 250 ppmu.
  • the only neutron absorber in the region of interest 12 is the hydrogen present in the water. It is observed that in FIG. 5, in which the number of neutrons measured is represented on a logarithmic scale, the slope of the curves 510 to 560 over the second time interval 250 is identical for the same value of hydrogen porosity, regardless of the content of uranium from region of interest 12.
  • the time variation of the number of neutrons is an exponential decrease.
  • the number of neutrons on the second time interval 250 is related to time by the equation:
  • a o is a constant.
  • t is time.
  • T(O) is the time constant.
  • o is the total neutron absorption cross section.
  • the representative parameter used to correct the uranium content is for example a parameter representative of the time constant T(O). Indeed, the time constant depends on the total neutron absorption cross section of the region of interest 12 which, at low uranium concentration ( ⁇ 10000 ppm), does not depend on the uranium content.
  • a correction coefficient is determined by numerical simulation allowing the value of the uranium content evaluated to be corrected to take account of the total neutron absorption cross section.
  • the probe 16 is pressed against the internal wall 34 of the borehole 14, for example by means of the eccenter 32.
  • the hydrogen porosity is evaluated by also using a measurement of the distance between the probe 16 and the internal wall 34 of the borehole. 14.
  • the distance between the probe 16 and the inner wall 34 of the borehole 14 linearly affects the hydrogen porosity value evaluated.
  • the device according to the invention is particularly advantageous because it makes it possible to evaluate the uranium content and the hydrogen porosity in drilling with a single tool from measurements over one or two time intervals.
  • the measurements obtained are reliable and precise because the acquisition geometry is identical for the two measurements.
  • the device is compact and allows for example to add other detectors close to the neutron generator to perform additional characterization measurements.
  • the use of a single tool to perform both a porosity measurement and a measurement of the uranium content reduces acquisition times.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif (10) d'évaluation en forage d'une teneur en uranium et d'une porosité hydrogène. Le dispositif (10) comprend : - une sonde (16) comportant un générateur de neutrons pulsé (36) pour émettre une impulsion de neutrons et un unique détecteur de neutrons (38), - une unité de comptage neutronique (26) pour mesurer au cours du temps un nombre de neutrons rétrodiffusés par des noyaux d'hydrogène et un nombre de neutrons prompts de fission issus d'interactions avec des noyaux d'uranium, - une unité d'évaluation de la porosité hydrogène (28) pour évaluer la porosité hydrogène en utilisant un nombre total de neutrons rétrodiffusés, - une unité d'évaluation de la teneur en uranium (30) pour évaluer la teneur en uranium en utilisant un nombre total de neutrons prompts de fission.

Description

DESCRIPTION
Dispositif d’évaluation en forage d’une teneur en uranium et d’une porosité hydrogène d’une région d’intérêt d’une formation géologique et procédé associé
La présente invention concerne selon un premier aspect un dispositif d’évaluation en forage d’une teneur en uranium et d’une porosité hydrogène d’une région d’intérêt d’une formation géologique.
Selon un deuxième aspect, l’invention concerne un procédé associé permettant d’évaluer en forage la teneur en uranium et la porosité hydrogène de la région d’intérêt.
En prospection et en exploration minière de l’uranium, il est connu d’évaluer la teneur en uranium en forage et la porosité hydrogène par interrogation neutronique active. Ceci s’effectue généralement à l’aide de deux sondes distinctes descendues dans le forage permettant d’évaluer la porosité d’une part, et la teneur en uranium d’autre part. La teneur en uranium et la porosité hydrogène sont deux propriétés importantes en exploration minière. Elles sont nécessaires pour construire des modèles géologiques et hydrauliques, et évaluer le potentiel uranifère d’une région ou, lorsqu’un gisement a été découvert, pour permettre d’en évaluer les réserves.
La porosité hydrogène correspond à la fraction de volume de pores d’une formation occupée par de l’eau. Elle est directement liée à la quantité d’atomes d’hydrogène présents dans la formation.
La méthode d’interrogation neutronique active consiste à émettre des neutrons vers la région d’intérêt pour laquelle on souhaite connaître la porosité hydrogène et la teneur en uranium. Les neutrons émis interagissent à la fois avec les noyaux d’hydrogène et avec les noyaux d’uranium présents dans la région d’intérêt. Certains des neutrons émis sont rétrodiffusés par les noyaux d’hydrogène vers la sonde en conservant une énergie élevée, typiquement supérieure à 0,5 eV, énergie de coupure du cadmium entourant le détecteur dans certaines sondes. D’autres neutrons émis se thermalisent dans la formation, c’est-à- dire qu’ils ralentissent suite à des chocs successifs avec des noyaux d’hydrogène présents dans la région d’intérêt. Certains de ces neutrons thermiques provoquent la fission des noyaux d’uranium 235 et l’émission de 2 à 3 neutrons prompts par fission possédant une énergie moyenne de l’ordre de 2 MeV
Pour évaluer la porosité hydrogène de la formation, il est connu d’utiliser une sonde comprenant une source de neutrons et au moins deux détecteurs sensibles aux neutrons thermalisés dans la formation (ou neutrons thermiques) qui ont été rétrodiffusés et dont l’énergie se situe autour de 0,025 eV. La porosité hydrogène est déterminée à partir du ratio des taux de comptage mesurés par les deux détecteurs. Ce ratio augmente d’abord linéairement avec la porosité puis converge à haute porosité vers une valeur limite, ce qui rend difficile la détermination précise de la porosité typiquement lorsqu’elle dépasse 40%.
Pour déterminer la teneur en uranium de la formation, il est connu d’effectuer un comptage des neutrons prompts de fission des noyaux d’uranium 235 induits par les neutrons thermalisés issus d’un générateur pulsé de neutrons initialement rapides. En particulier, on mesure entre les impulsions du générateur un ratio entre un taux de comptage des neutrons thermiques issus du générateur et un taux de comptage des neutrons prompts de fission dits épithermiques, c’est-à-dire qui présentent une énergie supérieure à 0,5 eV.
Un objet de l’invention est de proposer un dispositif de forage compact qui permette d’évaluer conjointement la teneur en uranium et la porosité hydrogène d’une région d’intérêt de la formation géologique de manière fiable et précise.
A cet effet, l’invention concerne un dispositif d’évaluation en forage d’une teneur en uranium et d’une porosité hydrogène d’une région d’intérêt d’une formation géologique, le dispositif comprenant :
- une sonde destinée à être insérée dans un forage en regard de la zone d’intérêt, la sonde comportant un générateur de neutrons pulsé configuré pour émettre au moins une impulsion de neutrons, au moins une partie desdits neutrons étant émis vers la région d’intérêt, un unique détecteur de neutrons disposé à l’écart du générateur de neutrons pulsé, ledit détecteur de neutrons étant adapté pour détecter une pluralité de neutrons issus d’interactions entre les neutrons émis par le générateur de neutrons et la région d’intérêt, la sonde comprenant en outre un dispositif de blindage entourant le détecteur de neutrons, le dispositif de blindage étant adapté pour absorber une pluralité de neutrons présentant une énergie inférieure à une énergie de coupure, et issus d’interactions entre les neutrons émis par le générateur de neutrons et la région d’intérêt,
- une unité de comptage neutronique connectée au détecteur de neutrons, l’unité de comptage neutronique étant au moins configurée pour mesurer au cours du temps, durant un premier intervalle temporel, un nombre de neutrons rétrodiffusés par des noyaux d’hydrogène de la région d’intérêt et pour mesurer au cours du temps, durant un deuxième intervalle temporel, un nombre de neutrons prompts de fission issus d’interactions entre les neutrons émis par le générateur de neutrons et des noyaux d’uranium présent dans la région d’intérêt, le deuxième intervalle temporel étant postérieur au premier intervalle temporel, - une unité d’évaluation de la porosité hydrogène configurée pour évaluer la porosité hydrogène de la région d’intérêt en utilisant un nombre total de neutrons mesurés durant le premier intervalle temporel,
- une unité d’évaluation de la teneur en uranium configurée pour évaluer la teneur en uranium de la région d’intérêt en utilisant un nombre total de neutrons mesurés durant le deuxième intervalle.
Selon l’invention, à partir d’une sonde équipée d’un unique détecteur et par exemple grâce à une unique séquence d’acquisition, laquelle comprend une pluralité de cycles d’impulsion de neutrons et de comptage des neutrons détectés par le détecteur, et en appliquant la méthode décrite ci-dessous, il est possible de déterminer deux paramètres que sont la teneur en uranium et la porosité d’une région d’intérêt.
Suivant des modes de réalisation particuliers, le dispositif comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
- la sonde comprend un dispositif de modération disposé entre le dispositif de blindage et le détecteur de neutrons, le dispositif de modération étant adapté pour ralentir les neutrons ayant traversé le dispositif de blindage ;
- le générateur de neutrons pulsé et le détecteur de neutrons s’étendent selon une direction sensiblement confondue ou parallèle avec une direction principale d'élongation de la sonde ;
- la teneur en uranium évaluée par l’unité d’évaluation de la teneur en uranium est sensiblement proportionnelle au nombre total de neutrons mesurés durant le deuxième intervalle temporel ;
- l’unité d’évaluation de la teneur en uranium est configurée pour déterminer la teneur en uranium en utilisant la porosité hydrogène évaluée par l’unité d’évaluation de la porosité hydrogène ;
- l’unité d’évaluation de la teneur en uranium est configurée pour corriger la teneur en uranium évaluée en utilisant un paramètre représentatif de la variation au cours du temps du nombre de neutrons mesurés durant le deuxième intervalle temporel ; et
- l’unité d’évaluation de la porosité hydrogène est en outre configurée pour évaluer la porosité hydrogène en utilisant une distance entre la sonde et une paroi interne du forage.
L’invention concerne également un procédé d’évaluation en forage d’une teneur en uranium et d’une porosité hydrogène d’une région d’intérêt d’une formation géologique, en utilisant un dispositif d’évaluation tel que décrit ci-dessus, le procédé comprenant les étapes suivantes : - émettre au moins une impulsion de neutrons avec le générateur de neutrons, au moins une partie desdits neutrons étant émis vers la région d’intérêt,
- effectuer au moins une première mesure, la première mesure comprenant une mesure durant le premier intervalle temporel d’un nombre de neutrons rétrodiffusés issus d’interactions entre des neutrons de l’impulsion et des noyaux d’hydrogène de la région d’intérêt,
- effectuer au moins une deuxième mesure, la deuxième mesure comprenant une mesure durant le deuxième intervalle temporel d’un nombre de neutrons prompts de fission issus d’interactions entre des neutrons de l’impulsion et des noyaux d’uranium présents dans la région d’intérêt,
- évaluer la porosité hydrogène de la région d’intérêt en utilisant la première mesure,
- évaluer la teneur en uranium de la région d’intérêt en utilisant la deuxième mesure.
Suivant des modes de réalisation particuliers, le procédé comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
- l’évaluation de la teneur en uranium est effectuée en utilisant la porosité hydrogène évaluée ; et
- l’évaluation de la porosité hydrogène est effectuée en utilisant une distance entre la sonde et une paroi du forage.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple, et faite, en référence aux dessins parmi lesquels :
- la figure 1 est une représentation schématique d’un dispositif selon l’invention,
- la figure 2 est un exemple de chronogramme montrant l’évolution temporelle du comptage neutronique après une impulsion de neutrons rapides du générateur enregistré avec le dispositif de la figure 1 ,
- la figure 3 représente des courbes modélisées montrant la relation entre la porosité hydrogène de la région d’intérêt et le nombre total de neutrons mesurés durant le premier intervalle temporel par le dispositif de la figure 1 pour différentes teneurs en uranium,
- la figure 4 représente des courbes modélisées montrant la relation entre la teneur en uranium de la région d’intérêt et le nombre total de neutrons mesurés durant le deuxième intervalle temporel par le dispositif de la figure 1 pour différentes porosités, et
- la figure 5 représente des chronogrammes montrant l’évolution temporel du comptage neutronique enregistré avec le dispositif de la figure 1 pour différentes teneurs en uranium et porosités hydrogène.
Dans la suite de la description, toutes les simulations numériques sont effectuées en utilisant un code modélisant le transport des neutrons et plus largement toutes les interactions entre la matière et les différents rayonnements. Le code utilisé est par exemple le code Monte-Carlo N-Particle (MCNP) [MCNP6TM, User’s manual - Version 1 .0 - LA-CP- 13-00634, Rev. 0 - May 2013 - Denise B. Pelowitz, editor Los Alamos National Laboratory], La figure 1 représente de manière schématique un dispositif 10 d’évaluation en forage d’une teneur en uranium et d’une porosité hydrogène d’une région d’intérêt 12 d’une formation géologique.
La région d’intérêt 12 est traversée par un forage 14. Par souci de simplification, le forage 14 est représenté sur la figure 1 vertical, c’est-à-dire avec un pendage égal à 90°. En variante, le forage 14 n’est pas vertical et présente un pendage et un azimut quelconques.
Le forage 14 est réalisé au travers d’une pluralité de formations géologiques. Par exemple, le forage 14 est réalisé à des fins d’exploration pour rechercher un éventuel gisement d’uranium. En variante, le forage 14 est réalisé à des fins de développement d’un gisement identifié. Les informations collectées dans le forage 14 sont alors utilisées pour l’estimation des réserves d’uranium du gisement. Le forage 14 est rempli de fluide, par exemple de l’eau, au moins en regard de la région d’intérêt 12.
Le dispositif 10 comprend une sonde 16 destinée à être insérée dans le forage 14 en regard de la région d’intérêt 12, une installation de surface 18 permettant de déplacer la sonde 16 le long du forage 14 vers le haut et vers le bas selon la direction d’extension du forage 14. Par exemple, l’installation de surface 18 comprend un treuil 20 et un dispositif 22 adapté pour connaître la position de la sonde 16 à l’intérieur du forage 14, par exemple une roue codeuse. La sonde 16 est reliée par un câble 24 à l’installation de surface 18. Le câble 24 permet à la fois le déplacement de la sonde 16 à l’intérieur du forage 14, l’alimentation électrique de la sonde 16 et le transfert vers la surface des mesures réalisées par la sonde 16.
Le dispositif 10 comprend en outre une unité de comptage neutronique 26 connectée à la sonde 16, une unité d’évaluation de la porosité hydrogène 28 et une unité d’évaluation de la teneur en uranium 30. Ces unités 26, 28, 30 sont par exemple intégrées dans la sonde 16 ou déportées en surface comme illustré schématiquement sur la figure 1 .
De préférence, le dispositif 10 comprend en outre un excentreur 32 adapté pour plaquer la sonde 16 contre une paroi 34 du forage 14.
La sonde 16 comprend un générateur de neutrons pulsé 36, un unique détecteur de neutrons sensible essentiellement aux neutrons thermiques 38, et un dispositif de blindage 40 constitué d’un matériau absorbant des neutrons thermiques entourant le détecteur de neutrons 38. De préférence, la sonde 16 comprend un dispositif de modération 42 disposé entre le dispositif de blindage 40 et le détecteur de neutrons 38.
La sonde 16 s’étend selon une direction principale d’élongation L. Lorsque la sonde 16 est à l’intérieur du forage 14, la direction principale d’élongation L est sensiblement confondue avec la direction principale d’élongation du forage 14.
Le générateur de neutrons pulsé 36 est configuré pour émettre au moins une impulsion de neutrons. Au moins une partie des neutrons est émis vers la région d’intérêt 12, le générateur de neutrons pulsé 36 émettant les neutrons de façon isotrope. De préférence, le générateur de neutrons 36 est configuré pour émettre une pluralité d’impulsions de neutrons formant un signal périodique.
La fréquence du signal d’émission est par exemple comprise entre 100 Hz et 10 kHz, par exemple égale à 200 Hz. Le générateur de neutrons pulsé 36 présente de préférence une émission moyenne de neutrons supérieure à 107 neutrons par seconde, par exemple 108 neutrons par seconde. La durée de chaque impulsion est par exemple comprise entre 5 ps et 500 ps.
Le rapport cyclique, aussi appelé taux de travail, qui correspond au ratio entre la durée de l’impulsion et la période du signal émis par le générateur de neutrons 36, est par exemple inférieur à 10%, de préférence inférieur à 1%.
Le générateur de neutrons pulsé 36 est par exemple du type Deutérium-Tritium ou Deutérium-Deutérium adapté pour émettre un flux de neutrons présentant une énergie supérieure à 2 MeV, par exemple 14 MeV pour un générateur de type Deutérium-Tritium ou 2,5 MeV pour un générateur Deutérium-Deutérium.
Le détecteur de neutrons 38 est adapté pour détecter une pluralité de neutrons issus d’interactions entre les neutrons émis par le générateur de neutrons 36 et la région d’intérêt 12.
Le détecteur de neutrons 38 est disposé à l’écart du générateur de neutrons pulsé 36. Le détecteur de neutrons 38 et le générateur de neutrons 36 s’étendent de préférence sensiblement selon une même direction confondue ou parallèle à la direction principale d’élongation L de la sonde 16.
Par exemple, comme illustré sur la figure 1 , le détecteur de neutrons 38 est disposé par rapport au générateur de neutrons 36 de sorte que lorsque la sonde 16 est insérée dans le forage 14, le détecteur de neutrons 38 se trouve au-dessus du générateur de neutrons 36 selon une direction d’élévation. En variante, le détecteur de neutrons 38 est disposé en dessous du générateur de neutrons 36 selon la direction d’élévation. Le détecteur de neutrons 38 est par exemple un compteur proportionnel à gaz d’hélium 3. En variante, le détecteur de neutrons 38 est un compteur proportionnel à dépôt de bore.
Le dispositif de blindage 40 est adapté pour absorber une pluralité de neutrons de basse énergie présentant une énergie inférieure à une énergie de coupure, et issus de d’interactions entre les neutrons émis et la région d’intérêt 12.
Le dispositif de blindage 40 entoure complètement le détecteur de neutrons 38, c’est- à-dire qu’il définit un volume interne fermé recevant le détecteur de neutrons 38.
Le dispositif de blindage 40 est par exemple fait de cadmium ou de bore. Le dispositif de blindage 40 a par exemple une épaisseur comprise entre 1 mm et 1 cm en fonction du matériau utilisé.
L’énergie de coupure dépend de la nature du matériau du dispositif de blindage 40. Par exemple, l’énergie de coupure est comprise entre 0.1 eV et 10 eV, par exemple 0,5 eV pour le cadmium. Ainsi, les neutrons de basse énergie d’énergie inférieure à l’énergie de coupure sont absorbés par le dispositif de blindage 40 et ne sont pas détectés par le détecteur de neutrons 38. Les neutrons de haute énergie, d’énergie supérieure à l’énergie de coupure, contribuent au signal mesuré par le détecteur de neutrons 38. Dans la suite de la description, on qualifiera les neutrons absorbés par le dispositif de blindage 40 de « neutrons thermiques » ou « neutrons de basse énergie » et les neutrons qui traversent le dispositif de blindage 40 jusqu’au détecteur de neutrons 38 de « neutrons épithermiques » ou « neutrons de haute énergie ».
Avantageusement un dispositif de modération 42 est agencé à l’intérieur du dispositif de blindage recevant le détecteur de neutrons 38 pour ralentir les neutrons de fission ayant traversé le dispositif de blindage 40, c’est-à-dire les neutrons épithermiques. Ceci permet de faciliter le comptage des neutrons par le détecteur de neutrons 38.
Le dispositif de modération 42 entoure complètement le détecteur de neutrons 38. De préférence, le dispositif de modération 42 est formé par une couche de polyéthylène interposé entre le dispositif de blindage 40 et le détecteur de neutrons 38. En variante, le dispositif de modération 42 est formé par un composé de type polyoléfinique.
L’unité de comptage neutronique 26 est configurée pour compter au cours du temps un nombre de neutrons de haute énergie traversant le dispositif de blindage 40 détectés par le détecteur de neutrons 38, en particulier après que le générateur de neutrons 36 ait émis une impulsion de neutrons. La figure 2 représente plusieurs chronogrammes modélisés montrant l’évolution temporelle du nombre de neutrons mesurés par l’unité de comptage neutronique 26 pour différentes teneurs en uranium moyennes de la région d’intérêt 12. La première courbe 200 est un chronogramme pour une teneur moyenne en uranium égale à 250 ppmu. La deuxième courbe 210 est un chronogramme pour une teneur en uranium moyenne égale à 2000 ppmu. La troisième courbe 220 est un chronogramme pour une teneur moyenne égale à 10000 ppmu. La quatrième courbe 230 représente le bruit de fond actif (0 ppmu) généré par le générateur de neutrons 36.
Chaque chronogramme correspond à la somme des neutrons mesurés sur une pluralité de cycles d’émission d’impulsions par le générateur de neutrons 36, par exemple plus de 30000 cycles. L’origine des temps de chacun des chronogrammes correspond au début de chaque impulsion de neutrons. Dans l’exemple représenté, la durée de l’impulsion est de 50 ps.
Les neutrons les plus rapides, c’est-à-dire ceux mesurés pendant et juste après l’impulsion, correspondent notamment aux neutrons rétrodiffusés par les noyaux d’hydrogène présents dans la région d’intérêt. Ils forment la première partie du signal mesuré.
Comme visible sur la figure 2, le signal mesuré correspondant aux neutrons rétrodiffusés est indépendant de la teneur en uranium de la région d’intérêt. Le signal est également indépendant de la température du fluide présent dans le forage (généralement de l’eau) et de la salinité de ce fluide.
L’unité de comptage neutronique 26 est au moins configurée pour effectuer un comptage au cours du temps, durant un premier intervalle temporel 240 (figure 2), d’une pluralité de neutrons rétrodiffusés par des noyaux d’hydrogène de la région d’intérêt qui ont été détectés par le détecteur 38. Durant le premier intervalle temporel, la pluralité de neutrons rétrodiffusés par les noyaux d’hydrogène de la région d’intérêt 12 forment la contribution principale du signal mesuré.
De préférence, le premier intervalle temporel 240 est synchronisé avec l’impulsion du générateur de neutrons 36, c’est-à-dire que la mesure du nombre de neutrons rétrodiffusés démarre dès le début de l’impulsion.
La durée du premier intervalle temporel 240 est de préférence comprise entre le début de l’impulsion et quelques dizaines de ps après la fin de l’impulsion, soit par exemple entre 50 et 200 ps comme représenté sur la figure 2.
La deuxième partie du chronogramme montre les neutrons prompts de fission issus des interactions entre les neutrons émis par le générateur de neutrons 36 et les noyaux d’uranium présents dans la région d’intérêt 12. En effet, après l’impulsion et pendant quelques centaines de microsecondes, le bruit de fond actif 230 dû aux neutrons du générateur de neutrons 36 en cours de ralentissement mais non encore entièrement thermalisés reste prédominant. Cette contribution du signal décroît cependant très rapidement. Le nombre de neutrons prompts de fission mesurés dépend de la teneur en uranium de la région d’intérêt 12. Plus la teneur en uranium dans la région d’intérêt 12 est élevée, plus le nombre de neutrons prompts de fission est élevé.
L’unité de comptage neutronique 26 est également adaptée pour compter au cours du temps, durant un deuxième intervalle temporel 250, une pluralité de neutrons prompts de fission issus d’interactions entre les neutrons émis par le générateur de neutrons 36 et des noyaux d’uranium présent dans la région d’intérêt 12 qui ont été détectés par le détecteur 38.
Le deuxième intervalle temporel 250 est postérieur au premier intervalle temporel 240. Il commence quelques centaines de microsecondes après l’impulsion, par exemple 900 ps après l’impulsion, comme représenté sur la figure 2. Le début du deuxième intervalle temporel 250 est par exemple choisi de manière à ce que le rapport signal (issu des neutrons prompts de fission) sur bruit de fond actif 230 soit élevé, c’est-à-dire par exemple supérieur à 7. La durée du deuxième intervalle temporel 250 est choisie de sorte à être la plus longue possible afin d’augmenter la statistique de comptage. Par exemple, la durée du deuxième intervalle temporel 250 est de préférence comprise entre 1 ms et 10 ms, par exemple 4 ms.
Selon un premier mode de réalisation, l’unité d’évaluation de la porosité hydrogène 28 est configurée pour évaluer la porosité hydrogène de la région d’intérêt 12 en utilisant un nombre total de neutrons mesurés durant le premier intervalle temporel 240.
La figure 3 présente des courbes reliant le nombre total de neutrons mesurés durant le premier intervalle temporel 240 à la porosité hydrogène pour trois teneurs en uranium distincts (10000 ppmu, 2000 ppmu et 250 ppmu). On observe que les trois courbes sont sensiblement confondues. Ceci confirme que le nombre total de neutrons mesurés durant le premier intervalle temporel 240 est indépendant de la teneur en uranium dans la région d’intérêt 12. Sur la gamme de porosité représentée, c’est-à-dire entre 0 et 40%, les courbes sont parfaitement bijectives, c’est-à-dire qu’à une valeur du nombre total de neutrons mesurés durant le premier intervalle temporel 240 correspond une unique valeur de porosité hydrogène. On peut donc déterminer de manière non équivoque la porosité hydrogène à partir du nombre total de neutrons mesurés durant le premier intervalle temporel 240. La relation entre le nombre total de neutrons mesurés durant le premier intervalle temporel 240 et la porosité dépend de la géométrie du dispositif 10 qui peut être déterminée par exemple via des simulations numériques avec le code MCNP.
L’unité d’évaluation de la teneur en uranium 30 est configurée pour évaluer la teneur en uranium de la région d’intérêt 12 en utilisant un nombre total de neutrons mesurés durant le deuxième intervalle temporel 250. La figure 4 représente la relation entre le nombre total de neutrons mesurés durant le deuxième intervalle temporel 250 et la teneur en uranium de la région d’intérêt 12 pour une porosité hydrogène de 0% (courbe 400) et pour une porosité hydrogène de 40% (courbe 410). On constate que dans chacun des cas, pour une porosité hydrogène donnée, le nombre total de neutrons mesurés durant le deuxième intervalle temporel est relié de manière linéaire à la teneur en uranium de la région d’intérêt 12. Dit autrement, la teneur en uranium évaluée par l’unité d’évaluation de la teneur en uranium 30 est sensiblement proportionnelle au nombre total de neutrons mesurés durant le deuxième intervalle temporel 250.
Ainsi, une fois la porosité hydrogène déterminée par l’unité d’évaluation de la porosité hydrogène 28, la relation entre le nombre total de neutrons mesurés durant le deuxième intervalle temporel 250 et la teneur en uranium de la région d’intérêt 12 peut être modélisée, toujours en utilisant par exemple le code de modélisation MCNP. Puis, à partir du nombre total de neutrons mesurés durant le deuxième intervalle temporel 250, la teneur en uranium de la région d’intérêt 12 peut être déterminée. Ainsi, l’unité d’évaluation de la teneur en uranium 30 est configurée pour déterminer la teneur en uranium en utilisant la porosité hydrogène évaluée par l’unité d’évaluation de la porosité hydrogène 28.
Un procédé d’évaluation en forage d’une teneur en uranium et d’une porosité hydrogène d’une région d’intérêt 12 d’une formation géologique, en utilisant un dispositif 10 d’évaluation tel que décrit ci-dessus, va maintenant être décrit.
On descend tout d’abord la sonde 16 dans le forage 14 de sorte à la placer en regard de la région d’intérêt 12.
On émet ensuite au moins une impulsion de neutrons dont une partie se dirige vers la région d’intérêt 12 en utilisant le générateur de neutrons 36. De préférence, comme indiqué plus haut, on émet une pluralité d’impulsions de neutrons sous la forme d’un signal périodique.
On mesure ensuite en fonction du temps, après chaque impulsion, un nombre de neutrons traversant le dispositif de blindage 40 en utilisant l’unité de comptage neutronique 26. En particulier, on effectue une première mesure, durant le premier intervalle temporel 240, en mesurant un nombre de neutrons rétrodiffusés par des noyaux d’hydrogène de la région d’intérêt, et on effectue ensuite une deuxième mesure en mesurant, durant le deuxième intervalle temporel 250, un nombre de neutrons prompts de fission issus d’interactions entre les neutrons émis par le générateur de neutrons et des noyaux d’uranium présent dans la région d’intérêt.
Dit autrement, pour chaque impulsion de neutrons émise, on effectue successivement une première mesure qui consiste à mesurer, durant le premier intervalle temporel 240, le nombre de neutrons rétrodiffusés, et une deuxième mesure qui consiste à mesurer, durant le deuxième intervalle temporel 250, le nombre de neutrons prompts de fission.
On obtient ainsi, après l’émission de la pluralité d’impulsions, une série de premières mesures et une série de deuxième mesures.
On évalue ensuite la porosité hydrogène de la région d’intérêt 12 en utilisant la série de premières mesures. En effet, comme indiqué précédemment, la relation entre le nombre total de neutrons mesurés durant le premier intervalle temporel 240 et la porosité hydrogène de la région d’intérêt 12 est bijective. Cette relation est indépendante de la teneur en uranium de la région d’intérêt 12.
On évalue ensuite la teneur en uranium de la région d’intérêt en utilisant la série de deuxièmes mesures. La relation entre le nombre total de neutrons mesurés durant le deuxième intervalle temporel 250 et la teneur en uranium de la région d’intérêt 12 est bijective et linéaire.
De préférence, l’évaluation de la teneur en uranium est effectuée en utilisant la porosité hydrogène évaluée avec le premier comptage.
Selon un mode de réalisation avantageux, l’unité d’évaluation de la porosité hydrogène 28 est configurée pour corriger la teneur en uranium qui a été évaluée en utilisant un paramètre représentatif de la variation au cours du temps du nombre de neutrons durant le deuxième intervalle temporel 250.
En effet, la variation au cours du temps du nombre de neutrons durant ce deuxième intervalle temporel 250 dépend fortement de la teneur en absorbants neutroniques dans la région d’intérêt 12. Les absorbants neutroniques comprennent de manière non exhaustive les éléments présents dans la région d’intérêt 12, tels que, par exemple, l’hydrogène, le bore, le chlore, et l’uranium à forte concentration (>10000 ppm).
Ainsi, le paramètre représentatif de la variation au cours du temps du nombre de neutrons durant le deuxième intervalle temporel 250 caractérise la section efficace d’absorption neutronique totale o. La figure 5 représente la variation temporelle du nombre de neutrons mesurés par l’unité de comptage neutronique 26 pour des régions d’intérêt 12 présentant différentes teneurs en uranium et différentes porosités. En particulier, les courbes 510, 520 et 530 représentent le nombre de neutrons mesurés pour une porosité nulle et respectivement une teneur en uranium égale à 10000 ppmu, 2000 ppmu et 250 ppmu. Les courbes 540, 550 et 560 représentent le nombre de neutrons mesurés pour une porosité égale à 40% et respectivement une teneur en uranium égale à 10000 ppmu, 2000 ppmu et 250 ppmu.
Dans l’exemple de la figure 5, on considère que le seul absorbant neutronique de la région d’intérêt 12 est l’hydrogène présent dans l’eau. On observe que sur la figure 5, sur laquelle le nombre de neutrons mesurés est représenté sur une échelle logarithmique, la pente des courbes 510 à 560 sur le deuxième intervalle temporel 250 est identique pour une même valeur de porosité hydrogène, peu importe la teneur en uranium de la région d’intérêt 12.
Ainsi, sur le deuxième intervalle temporel 250, la variation temporelle du nombre de neutrons est une décroissance exponentielle. Le nombre de neutrons sur le deuxième intervalle temporel 250 est relié au temps par l’équation :
Figure imgf000014_0001
C(t) le nombre de neutrons sur le deuxième intervalle temporel 250.
Ao est une constante. t est le temps.
T(O) est la constante de temps. o est la section efficace d’absorption neutronique totale.
Le paramètre représentatif utilisé pour corriger la teneur en uranium est par exemple un paramètre représentatif de la constante de temps T(O). En effet, la constante de temps dépend de la section efficace d’absorption neutronique totale de la région d’intérêt 12 qui, à faible concentration en uranium (< 10000 ppm), ne dépend pas de la teneur en uranium.
Par exemple, on détermine par simulation numérique un coefficient de correction permettant de corriger la valeur de teneur en uranium évaluée pour tenir compte de la section efficace d’absorption neutronique totale.
Comme mentionné plus haut, dans chacun des modes de réalisation décrit, de préférence, lors de l’acquisition des mesures, la sonde 16 est plaquée contre la paroi interne 34 du forage 14, par exemple au moyen de l’excentreur 32.
Cependant, dans le cas où il existe un espacement entre la sonde 16 et la paroi interne 34 du forage 14, avantageusement, la porosité hydrogène est évaluée en utilisant en outre une mesure de la distance entre la sonde 16 et la paroi interne 34 du forage 14. En effet, la distance entre la sonde 16 et la paroi interne 34 du forage 14 affecte de manière linéaire la valeur de porosité hydrogène évaluée. Plus la distance entre la sonde 16 et la paroi interne 34 du forage 14 est grande, plus la valeur de porosité hydrogène est surévaluée. Il est donc possible de déterminer par simulation numérique un coefficient de correction permettant de corriger la valeur de porosité hydrogène évaluée pour tenir compte de la distance entre la sonde 16 et la paroi interne 34 du forage 14.
Ainsi, le dispositif selon l’invention est particulièrement avantageux car il permet d’évaluer la teneur en uranium et la porosité hydrogène en forage avec un unique outil à partir de mesures sur un ou deux intervalles temporels. Les mesures obtenues sont fiables et précises car la géométrie d’acquisition est identique pour les deux mesures. Le dispositif est peu encombrant et permet par exemple d’ajouter d’autres détecteurs à proximité du générateur de neutrons pour effectuer des mesures de caractérisation complémentaires. Enfin, l’utilisation d’un unique outil pour effectuer à la fois une mesure de porosité et une mesure de la teneur en uranium réduit les temps d’acquisition.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif (10) d’évaluation en forage d’une teneur en uranium et d’une porosité hydrogène d’une région d’intérêt (12) d’une formation géologique, le dispositif (10) comprenant :
- une sonde (16) destinée à être insérée dans un forage (14) en regard de la zone d’intérêt (12), la sonde (16) comportant un générateur de neutrons pulsé (36) configuré pour émettre au moins une impulsion de neutrons, au moins une partie desdits neutrons étant émis vers la région d’intérêt (12), un unique détecteur de neutrons (38) disposé à l’écart du générateur de neutrons pulsé (36), ledit détecteur de neutrons (38) étant adapté pour détecter une pluralité de neutrons issus d’interactions entre les neutrons émis par le générateur de neutrons (36) et la région d’intérêt (12), la sonde (16) comprenant en outre un dispositif de blindage (40) entourant le détecteur de neutrons (38), le dispositif de blindage (40) étant adapté pour absorber une pluralité de neutrons présentant une énergie inférieure à une énergie de coupure, et issus d’interactions entre les neutrons émis par le générateur de neutrons (36) et la région d’intérêt (12),
- une unité de comptage neutronique (26) connectée au détecteur de neutrons (38), l’unité de comptage neutronique (26) étant au moins configurée pour mesurer au cours du temps, durant un premier intervalle temporel (240), un nombre de neutrons rétrodiffusés par des noyaux d’hydrogène de la région d’intérêt (12) et pour mesurer au cours du temps, durant un deuxième intervalle temporel (250), un nombre de neutrons prompts de fission issus d’interactions entre les neutrons émis par le générateur de neutrons (36) et des noyaux d’uranium présent dans la région d’intérêt (12), le deuxième intervalle temporel (250) étant postérieur au premier intervalle temporel (240),
- une unité d’évaluation de la porosité hydrogène (28) configurée pour évaluer la porosité hydrogène de la région d’intérêt (12) en utilisant un nombre total de neutrons mesurés durant le premier intervalle temporel (240),
- une unité d’évaluation de la teneur en uranium (30) configurée pour évaluer la teneur en uranium de la région d’intérêt (12) en utilisant un nombre total de neutrons mesurés durant le deuxième intervalle (250).
2. Dispositif (10) selon la revendication 1 , dans lequel la sonde (16) comprend un dispositif de modération (42) disposé entre le dispositif de blindage (40) et le détecteur de neutrons (38), le dispositif de modération (42) étant adapté pour ralentir les neutrons ayant traversé le dispositif de blindage (40).
3. Dispositif (10) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le générateur de neutrons pulsé (36) et le détecteur de neutrons (38) s’étendent selon une direction sensiblement confondue ou parallèle avec une direction principale d'élongation (L) de la sonde (16).
4. Dispositif (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la teneur en uranium évaluée par l’unité d’évaluation de la teneur en uranium (30) est sensiblement proportionnelle au nombre total de neutrons mesurés durant le deuxième intervalle temporel (250).
5. Dispositif (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l’unité d’évaluation de la teneur en uranium (30) est configurée pour déterminer la teneur en uranium en utilisant la porosité hydrogène évaluée par l’unité d’évaluation de la porosité hydrogène (28).
6. Dispositif (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel l’unité d’évaluation de la teneur en uranium (30) est configurée pour corriger la teneur en uranium évaluée en utilisant un paramètre représentatif de la variation au cours du temps du nombre de neutrons mesurés durant le deuxième intervalle temporel (250).
7. Dispositif (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel l’unité d’évaluation de la porosité hydrogène (28) est en outre configurée pour évaluer la porosité hydrogène en utilisant une distance entre la sonde (16) et une paroi interne (34) du forage (14).
8. Procédé d’évaluation en forage d’une teneur en uranium et d’une porosité hydrogène d’une région d’intérêt (12) d’une formation géologique, en utilisant un dispositif (10) d’évaluation selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, le procédé comprenant les étapes suivantes :
- émettre au moins une impulsion de neutrons avec le générateur de neutrons (36), au moins une partie desdits neutrons étant émis vers la région d’intérêt (12),
- effectuer au moins une première mesure, la première mesure comprenant une mesure durant le premier intervalle temporel (240) d’un nombre de neutrons rétrodiffusés issus d’interactions entre des neutrons de l’impulsion et des noyaux d’hydrogène de la région d’intérêt (12),
- effectuer au moins une deuxième mesure, la deuxième mesure comprenant une mesure durant le deuxième intervalle temporel (250) d’un nombre de neutrons prompts de fission issus d’interactions entre des neutrons de l’impulsion et des noyaux d’uranium présents dans la région d’intérêt (12),
- évaluer la porosité hydrogène de la région d’intérêt (12) en utilisant la première mesure,
- évaluer la teneur en uranium de la région d’intérêt (12) en utilisant la deuxième mesure.
9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel l’évaluation de la teneur en uranium est effectuée en utilisant la porosité hydrogène évaluée. 16
10. Procédé selon la revendication 8 ou 9, dans lequel l’évaluation de la porosité hydrogène est effectuée en utilisant une distance entre la sonde (16) et une paroi (34) du forage (14).
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