Brevet FR2198051A1 — publié le 19740329

La présents invention concerne un proédé de détermination des pressions régnant dans les formations souterrines au cours du forage d'un puits. La dé@ection et l'évaluation rapide des formations soumises à des pressions anormales réduit ou évite les risques d'exploitation éventuels, Lorsqu'on détecte des formations soumises à das pressions anormales, on augmente le poids de la boue de forage pour contrebalancer l'augmentation de la pression régnant dans ces formations. On a jusqu'à présent utilisé diverses techniques pour détecter et évaluer les pressions régnant dans les pores des formations, par exemple la mesure des densités des schistes argileux, de la conductibilité, de la résistivité de la formation, les temps de propagation acoustique dans la formation, lavitesse de forage, les gaz contenus dans la boue et les teneurs en chlorures de la boue de forage@. La mesure de la te@eur en chlorures des boues de forage consiste à prélever periodiquement des échantillons de la boue envoyée an @@nd et o@casionnellement de la boue revenant du fond ou bout sortante, et à déterminer la quantité en parties pour un milll@@ (ppm) de chlorures contenus dans un échantillon parti@pli@@ qualeenque en utilisant des techniques normalisées de titrage bes @rosses augmentations de la teneur en chlerures des éebantillons de boue indiquent que le puits est en train de meiculer ou que le forage traverses des zones salines. il @@t se @ent nécessaire, pour compenser ces augmentations de cblerures d'augmenter d'une manièrs tres imporiante et rapide le poide de la bo@e de forage. Dars le passè, aueune tentative @ A @té faive pour surveiller à intervalles fréquents ou d'une maniè@e @@@tin@e le tenenr en chi@mures de la boure de forage ni pour s@rve@llen les boues de @@rsge e@trantes et sor- @antes et pour compare@ les r@sal@@ts @@ mesu@@@. Le terne @saminitè" de la @c@e de ferage tel qu'il est utille dane le présent mémoire, vise les @llor@@@@s dont la te@eu@ est mesu@ée par des techniques de titrage ou par les proprlétés él@@@riques, telles que le résistivité on la condue- tibilité, de la boue de forage, de derni@r type de mesure étant effectué avec une compensation convenable pour tenir compte de la température. Il est préférable que les mesures de résistivité ou de conductibilité soient transformées en équivalent chlorures. La présente invention apporte un perfectionnement important aux procédés de ltart antérieur, car elle permet la mesure et la détection de faibles et minimes augmentations de salinité de la boue de forage. On reconnaît aisément les allures et les variations de la salinité de la boue de forage en mesurant à la fois les salinités de la boue de forage entrant dans le trou et de celle qui en ressort, soit à intervalles fréquents, soit d'une manière continue et en les comparant l'une à l'autre.Une allure croissante ou irrégulière de la salinité de la boue de forage indique un écoulement d'eau salée venant des formations souterraines débouchant dans le trou de sonde. Cet écoulement est une preuve que la pression dans les pores de la formation est supérieure à la pressionhydrostatique de la colonne de boue de forage. On a remarqué qu'une grande partie de ces écoulements proviennent de minces bancs de sable ou autres formations perméables qui sont imbriquées ou enchâs- sées dans les zones de sheistesargileux. L'arrivée de ces fluides salins est parfois associée à des pistonnages dus aux raccords et à des manoeuvres du train de tiges et dans d'autres cas,à des pièges à fluides à faible volume et haute pression qui peuvent ou non être à égalité de pression avec la colonne hydrostatique de boue. ta plupart du temps, l'importance de l'écoulement ne suffit pas pour indiquer au début une chasse de de pression.En augmentant le poids spécifique de la boue de forage jusqutà arr8ter l'arrivée des fluides provenant de la formation, on réduit les difficultés quentratne l'apparition des coups de pression des fluides de la formation. t'invention concerne également un procédé perfectionné de sélection des revtements et des sièges de tubage de revêtement par détection rapide des zones de variation de pression dans les formations ou des zones où les pressions sont nettement anormales. La présente invention concerne essentiellement un procédé de détermination des pressions des formations souterraines, ce procédé consistant à mesurer et à comparer les salinités de la boue de forage entrant dans le trou de sonde et de la boue de forage qui en ressort après avoir circulé pendant le forage dans le trou de sonde. tes salinités des boues entrantes et sortantes sont mesurées et sont comparées. La mesure effectuée sur la boue sortante est décalée dans le temps yar rapport à celle effectuée sur la boue entrante du laps de temps nécessaire pour que la boue en circulation parvienne du point de mesure de la boue entrante au point de mesure de la boue sortante. tes mesures de salinité sont faites soit en continu, soit à intervalles fréquents. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple et sur lesquels : la figure 1 illustre schématiquement un mode opératoire de mise en oeuvre du procédé de l'invention, et la figure 2 représente trois courbes de salinité des boues de forage entrantes et sortantes, mesurées suivant le procédé de l'invention, ainsi qu'une courbe indiquant le poids dé la boue de forage. ta figure 1 représente un trou de sonde 9 foré à travers des formations souterraines, désignées par la référence 10, au moyen d'un trépan 11 monté à l'extrémité inférieure d'un train de tiges 12 remontant jusqu'à la table tournante 13 dans an tubage de rev8tement 15, une tête de puits 16 et un empilage de dispositifs anti-déflagration 17. Une conduite de retour ou de sortie 22 est reliée à l'espace annulaire entourant le train de tiges de forage 12 au-dessus des dispositifs antidéflagration afin de permettre le retour de la boue de forage en circulation, qui se déverse dans une fosse à boue 23. Une conduite d'aspiration ou de boue entrante 24 plonge dans la fosse à boue 23 et est reliée à une pompe de circulation 25 à son tour reliée à une conduite dtinjection 26 qui, comme l'indiquent les lignes en trait pointillé 27, se raccorde à l'ex- trémité supérieure du train de tiges de forage 12. Un ensemble détecteur de salinité 30 est raccordé à la conduite 22 et un ensemble détecteur analogue 31 est branché dans la fosse à boue 23, près de l'extrémité d'aspiration de la conduite 24. Ces détecteurs représentés sont reliés par des conduits 72 et 33 à des enregistreurs convenables 35 et 76. te fonctioiinement de l'appareil de la figure 1 est le suivant : la pompe 25 fait circuler la boue de forage et l'en- voie de la fosse à boue 23 dans la conduite d'aspiration 24 et la conduite d'injection 26 dans le train de tiges de forage 12. La boue en circulation passe par le trépan 11 et remonte dans l'espace annulaire compris entre le train de tiges 12 et la paroi du trou de sonde 9 et par l'espace annulaire compris entre le train de tiges 12 et le tubage de revêtement 15, traverse la t8te de puits 16 et les dispositifs anti-déflagration 17 et retourne à la fosse à boue 23 par la conduite 22. tes détecteurs 30 et 31 mesurent les propriétés électriques de la boue de forage entrante et de la boue de forage sortante, ces propriétés étant de préférence transformées en équivalents chlorures. On cornait et on trouve sur le marché des dispositifs capables de mesurer soit à intervalles fréquents, soit en continu la résistivité et la conductibilité des boues de forage.On peut régler les mesures de salinité sur le diagramme d'enregistrement de l'enregistreur 75 pour tenir compte du décalage dans le temps en déplaçant ce diagramme par rapport au diagramme de l'enregistreur 36. Il est facile de calculer le décalage dans le temps à partir du débit de pompage, de la profondeur du trou de sonde foré, de son dianètre et de la dimension du train de tiges de forage.-Bien entendu, il faut faire des réglages périodiques pour augmenter le décalage dans le temps à mesure que la profondeur du trou de sonde foré augmente. La relation entre la résistivité ou la conductibilité d'un fluide, sa salinité et la température est bien connue et sert couramment dans les travaux concernant l'établissement des courbes de repérage des puits pour en faciliter l'interprétation.La m8me relation permet de déduirdcommodément la teneur en chlorures en ppm d'une boue de forage à partir des variations de sa résistivité ou de sa conductibilité. t1 indication donnée par le dispositif de mesure de résistivité ou de conductibilité peut subir une compensation automatique pour tenir compte de la température et Entre transformée automatiquement en équivalents chlorures en ppm, bien que cette conversion ne soit pas essentielle pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention. On peut de même réaliser automatiquement le réglage du décalage dans le temps, le traçage de la courbe ou l'enregistrement des salinités de la boue de forage entrante et de la boue de forage sortante.Une des manières d'obtenir une compensation automatique du décalage dans le temps consisterait à mettre en oeuvre un enregistreur circulaire à deux styles, l'un enregistrant la salinité de la boue sortante, l'autre celle de la boue entrante. t'angle inscrit entre les deux styles représenterait le décalage dans le temps à débit de pompage constant. Lorsque le débit de pompage change ou que le décalage dans le temps change, l'angle inscrit par les deux styles doit Entre modifié pour en tenir compte. On peut tracer automatiquement une courbe de salinité différentielle (voir courbe C de la figure 2) en soustrayant électroniquement les mesures de salinité de la boue entrante des mesures de salinité de la boue sortante avant d'enregistrer oea mesures.On peut également utiliser une calculatrice électronique ou autre dispositif à mémoire pour enregistrer les valeurs de salinité de la boue entrante pendant la période de décalage dans le temps avant de soustraire les mesures de la boue entrante des mesures de la boue sortante Toutefois, le traçage des courbes de salinité peut être effectué à la main. Un opérateur peut lire à intervalles fréquents les résultats des mesures sur les dispositifs de mesure de résistivité ou de conductibilité ou prendre des échantillons de boue entrante et sortante et titrer directement les chlorures à intervalles fréquents et tracer des courbes à partir de ces résultats. L'opérateur doit tenir compte du décalage dans le temps pour le tracé des courbes. Les salinités des boues de forage peuvent être mesurées à fond de trou, de préférence au voisinage de la formation dans laquelle on fore, afin de détecter les variations de salinité dans laquelle on fore, afin de détecter les variations de salinité dans la boue entrante et la boue sortante pendant qu'on fore dans la formation. Ces renseignements peuvent être transmis continuement ou à intervalles fréquents à des enregistreurs convenables disposés à la surface. Le procédé est le meme que lorsqu'on fait les mesures à la surface, à cette différence près qu'il n'y a plus de réglages dus au décalage dans le temps. Les dispositifs de mesure de résistivité ou de conductibilité de la boue entrante et de la boue sortante sont de préférence montés à l'intérieur et à l'extérieur des masses-tiges ou des manchons spéciaux disposés au voisinage du trépan.On peut utiliser à cet effet des appareils classiques de mesure de la résistivité ourla conductibilité des formations souterraines dans les puits, en les modifiant de façon convenable par des blindages, afin de ne mesurer que la résistivité ou la conductibilité de la boue de forage. La figure 2 montre trois courbes différentes A, B et C qui représentent les mesures des salinités des boues de forage entrante et sortante d'un trou de sonde foré. La courbe A indique les mesures de salinité d'échantillons prélevés sur les boues entrante et sortante, ces mesures étant faites par une technique normalisée de titrage. tes échantillons étaient prélevés à des profondeurs différant de moins de 45 m. La courbe B représente les mesures de salinité de boues entrante et sortante faites à l'aide d'un dispositif de mesure de résistivité. Ces mesures ont été effectuées de façon continue et rapportées sur le graphique à des intervalles de profondeur de forage de 3 m. La courbe C montre les mesures différentielles des salinités des boues entrante et sortante correspondant aux renseignements donnés sur la résistivité par la courbe B. Sur la courbe A, les mesures de salinité de la boue entrante sont désignées par la référence 50 et celles de la boue sortante, par la référence 51. Les aires claires ou en blanc indiquées en 52 résultent d'une salinité de la boue entrante superieure aux valeurs trouvées pour la salinité de la boue sortante. Sur la courbe B, la mesure de la salinité de la boue entrante est désignée par la référence 60t et celle de la boue sortante par la référence 61.Les aires claires ou en blanc désignées par la référence 2 résultent d'une augmentation de la salinité de la boue entrante par rapport à celle de la boue sortante. La fixe 2 montre égale nient une courbe D correspondant au poids spécifique dc la boue de forage pour une partie du trou de sonde foré (de 5490 ni à 6250 m). tes trois courbes A, B et C se complètent l'une l'autre et leur comparaison aide à déterminer l'importance du réglage de la boue qui doit Entre fait. C'est ainsi qu'en comparant ces trois courbes pour la profondeur de 3870 m, on voit qu'on a atteint la première zone de pressions anormales, du fait que l'allure de la courbe de salinité est croissante sur les courbes A et B et que l'allure de la salinité différentielle sur la courbe C est également croissante.Le passage des zones de pressions normales aux zones de pressions anormales est important pour déterniner la profondeur à laquelle il faut installer le tubage de rev8tement de protection. te trou doit Entre foré sur une certaine distance dans la zone de pressions anormales, jusqu'à une profondeur o les pressions régnant dans les pores de la formation sont suffisantes pour augmenter le gradient de fracture à une valeur qui permet à des boues de poids plus élevé d'être supportées après la mise en place du tubage de revete- ment protectevr. tes pratiques actuelles sont d'aller jusqu'à atteindre des pressions des pores de la formation équivalant à environ 1,45 à 1t65 kg/litre avant de mettre en place le tubage de revêtement protecteur. Ces courbes indiquent qu'on s'approche de la profondeur à laquelle il faut mettre en place le tubage de rev6temei-lt protecteur et qu'en conséquence il faut augmenter le poids de la boue. L'allure croissante de la salinité qui se reflète sur les trois courbes A, B et C indique qu'on doit augmenter le poids de la boue. A une profondeur d'environ 4511 m, le puits a commencé à refouler, comme l'indique l'augmentation brutale de salinité des trois courbes. Entre les profondeurs de 4450 m et 4526 ni, on a augmenté le poids de la boue mais l'augmentation n'a pas été suffisante pour vaincre l'augmentation de la pressien aux pores de la formation. Ceci se traduit par l'augmentation continue de la différentielle que montre la courbe C dans cet intervalle. A la profondeur de 4541 ni, la courbe A montre une diminution de la salinité due à l'augmentation du poids de la boue. Toutefois, à la profondeur de 4602 m les deux courbes B et C montrent qu'il faut un poids de boue supérieur.La salinité sur la courbe A diminue entre les profondeurs de 4998 m et 5151 m, puis augmente entre environ 5151 m et 5334 m. A cette dernière profondeur, la courbe B montre une augmentation de la mesure correspondant à la boue sortante, et la courbe C montre une augmentation nette de la valeur correspondant à la boue sortante. Ceci indique clairement qu'il faut augmenter le poids de la boue ; toutefois, on n'a pu augmenter le poids de la boue avant que le tubage de revêtement ait été mis en place, parce qu'on s'approchait de la pression de fracturation. Une augmentation de la salinité se remarque sur la courbe A entre les profondeurs de 5791 m et 6065 m aussi bien pour les entrantes que pour les boues boues/sortantes. Sur la courbe B les mesures de salinité de la boue sort-ante montrent un accroissement plus important que pour la boue entrante. Entre les profondeurs de 5791 m et 5821 m, indiqué par 3-a courbe D, on a augmenté le poids de boue de 12 g/litre. La courbe différentielle C observée en (1) montre une augmentation de la salinité qui diminue par la suite en ré pose à l'augmentation du poids de la boue.Comme ceci est indi- qué en (2) sur la courbe C, la salinité différentielle recommence à croître et entre les profondeurs de 5852 m et 5882 m on a augmenté à nouveau le poids de la boue de forage de 12 g/litre, comme l'indique la courbe D. La salinité différentielle a diminué de nouveau comme le montre la courbe C. Comme l'indique en (3) la courbe C, la salinité différentielle a recommencé à croître et en réponse à cette augmentation on a augmenté le poids spécifique de la boue de 76 g/litre entre les profondeurs de 5913 m et 5974 m. La courbe de salinité dif férentielle C a ensuite diminue. La mesure des teneurs en chlorures des boues de forage entrante et sortante, à intervalles fréquents ou en continu évite les chanbements brutaux des propriétés d'écoulement de la boue gracie à la détection de faibles afflux de fluides de la formation et grâce au réglage des poids de la boue avant qu'il y ait eu dans le circuit de boue une contamination suffisante pour épaissir sensiblement la boue de forage. te procédé de l'invention utilisé pour régler le poids de la boue diminue sensiblement la fréquence des accidents de perte totale ou suppression de retour qu'entralne une densité excessive de la boue. De plus, il permet de réduire le temps gaspillé à faire circuler et à conditionner la boue, du fait de la contamination. Lors-- qu'une boue de forage est devenue très épaisse, les opérateurs sont fréquemment obligés d'arrêter le forage et de diluer la boue pour éviter un arrêt total de la circulation. te temps perdu à reconditionner la boue peut s'élever à plusieurs jours dans des puits profonds à haute pression, et peut augmenter sensiblement les dépenses et les frais en durée d'occupation du chevalement et enznatériau servant à constituer la boue de forage. Bien entendu, l'invention ntest pas limitée au mode opératoire et à l'exemple décrit et représenté et peut recevoir diverses variantes entrant dans l'esprit et la portée -de l'invention. REVEISICATIGES 1. Procédé de détermination des pressions régnant dans des formations souterraines pendant le forage d'un puits, caractérisé en ce qutil consiste essentiellement à mesurer la salinité de la boue de forage entrant en circulation dans le puits, à mesurer la salinité de la boue de forage qui en sort après avoir circulé dans le puits, à comparer les valeurs des mesures de salinité des boues entrante et sortante et correspondant au même volume de boue, les variations des mesures correspondant aux boues entrante et sortante donnant des indications sur les pressions régnant dans la formation. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé entre que les mesures de salinité des boues entrante et sortante sont faites simultanément. 7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les mesures de la boue sortante suivent les mesures de la boue entrante avec un décalage dans le temps correspondant au laps de temps nécessaire pour faire circuler la boue de forage entre le point auquel s'effectuent les mesures sur la boue entrante e-t le point auquel s'effectuent les mesures sur la boue sortante. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les mesures de salinité sont effectuées en permanence à intervalles fréquents. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les mesures de salinité sont faites en continu. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les mesures de salinité sont faites en mesurant les propriétés électriques des boues de forage. 7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la mesure des salinités des boues de forage entrante et sortante consiste à détecter la résistance électrique desdites boues de forage. 8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend l'opération consistant à régler le poids de la boue de forage en réponse autmesures de salinité desdites boues. 9. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la comparaison des mesures de salinité des boues de forage entrante et sortante consiste à dresser des graphiques distincts des salinités mesurées des boues de forage entrante et sortante et à comparer ces courbes dont les variations donnent des indications sur les pressions régnant dans les formations.