Brevet FR2566834A1 — publié le 19860103

La présente invention concerne une méthode permettant de déterminer au moins une grandeur caractéristique d'une formation géologique choisie parmi un ensemble, dit caractéristique, constitué de trois grandeurs respectivement désignées par K1c, C3 et HF qui sont la tenacité de la formation, la contrainte principale minimale en place et la hauteur de fracturation, connaissant au moins l'une de ces grandeurs. Il est bien évident que la dernière grandeur HF dépend non seulement de la formation géologique mais également des conditions de fractura- 19 tion. La bonne connaissance d'une formation géologique, notamment en vue de réaliser une fracturation de celle-ci, nécessite d'accéder aux valeurs de K1c et de 3' La méthode selon l'invention permet de connaître la valeur de tenacité d'une formation géologique avec une précision meilleure que celle fournie par les méthodes selon l'art antérieur. La détermination de C3 par la méthode selon la présente invention permet d'accéder à cette grandeur par une voie différente de celles de l'art antérieur et permet donc de vérifier par recoupement la valeur de cette grandeur. 2 - En outre, la méthode selon l'invention peut permettre, lors d'une opé- ration de fracturation de déterminer la hauteur de la fracture. Ceci permet de contrôler l'opération de fracturation et d'éviter de frac- turer les épontes. Ainsi, la présente invention concerne une méthode pour déterminer au moins une grandeur caractéristique d'une formation géologique choisie parmi un ensemble dit caractéristique, constitué des grandeurs suivan- tes: la tenacité de la formation, la contrainte principale minimale en place et la hauteur de fracturation, respectivement désignées par K1C', C 3 et HF, la dernière grandeur dépendant en outre, de la conduite d'une opération de fracturation, connaissant au moins l'une de ces grandeurs. Selon la présente méthode, on soumet la formation géologique à une fracturation et on détermine lors de cette fracturation au moins une des deux grandeurs qui sont la pression minimum Pm atteinte sensible- ment au niveau de la fracturation et le volume Vm de la fracturation à partir de l'instant de début de la fracturation jusqu'au moment o ladite pression minimum est atteinte et l'on détermine ladite grandeur caractéristique recherchée à partir de l'une au moins des deux relations suivantes: HFY ( nE 2 d s s t e i ie l o a ie = P - K1 t2 dans lesquelles P m est ladite pression minimum, V m est ledit volume de 3- la fracturation E et i étant des caractéristiques de la roche respec- tivement le module d'Young et le coefficient de Poisson et, K1c, Q3 et HF étant les trois grandeurs dudit ensemble caractéristique. Selon une variante de la méthode, la fracturation de la formation géologique est effeccuée en injectant à débit volumique sensiblement constant Qm un fluide de fracturation sensiblement incompressible et en mesurant le laps de temps tm séparant l'instant de début de la fracture de l'instant o ladite pression minimum Pm est atteinte pour déterminer le volume injecté dans la fracture. Le volume injecté dans la fracture est alors égal au produit de tm par le débit volumique Qm' Ainsi que cela apparait clairement, il est nécessaire de réaliser une fracturation de la formation pour la mise en oeuvre de la méthode selon l'invention. Si la méthode selon l'invention est utilisée pour déterminer l'une au moins des deux grandeurs caractéristiques KI est atteint. Si la méthode selon l'invention est appliquée au contrôle de la hauteur de fracturation HF en vue de réaliser une véritable opération de fracturation de la formation, il sera préférable d'effectuer une première fracturation en effectuant les mesures nécessaires, notamment celle permettant de déterminer la pression au niveau de la formation, en introduisant une ou plusieurs sondes de mesure dans la formation puis d'interrompre cette première fracturation pour retirer les sondes de mesure. Puis d'effectuer ensuite une deuxième fracturation qui pourra être suivie elle-même de l'introduction d'agents de soutènement dans la formation sans préjudice pour les sondes de mesure. I1 est bien évident que l'on ne sortira pas du cadre de la présente invention en n'effectuant qu'une seule opération de fracturation. - 4- La possiblité d'effectuer des mesures lors de la fracturation véritable permet de suivre l'évolution d'une grandeur caractéristique pendant toute l'opération de fracturation. La présente invention sera mieux comprise et ses avantages apparai- tront plus clairement à la description d'un exemple particulier nullement limitatif. Selon cet exemple, on cherche à déterminer la grandeur caractéristique K1c d'une formation géologique. Pour ce faire, on injecte à débit constant un fluide de fracturation dans la formation géologique et on enregistre la courbe de la pression régnant dans cette formation en fonction du temps. Cette courbe est représentée sur la figure ci-jointe. L'axe des ordonnées 1 représente l'axe des pressions et l'axe des abs- cisses 2 représente l'axe des temps. La courbe 3 représente l'évolution de la pression régnant au niveau de la formation en fonction du temps au cours de l'opération de fractura- tion. Généralement, lors de l'injection d'un fluide de fracturation dans une formation géologique, on constate que la pression augmente. Ceci cor- respond à la partie 6 de la courbe. La pression atteint un maximum en 4 puis décroit. -Sur la figure, on a désigné par t1 l'instant o la pression a atteint son maximum. C'est à partir de cet instant t1 que la fracture peut être considérée comme étant commencée. La pression continue de décroître pour atteindre un minimum Pm au point désigné par la référence 5, ce point correspondant à l'instant t2. Si l'on continuait d'injecter du fluide, on s'apercevrait que la pression -5- croit à nouveau. Cependant, comme dans le cadre du présente exemple on ne cherche qu'à déterminer K1c, il est inutile de poursuivre l'injection du fluide de fracturation. A partir des deux relations suivantes, il est possible de déterminer K1 C. Relation 1 HF ( 3Vm E 2 __ = -- - - -- - - 2 (8nl _= ( 2)KIC Relation 2 C3 = Pm - KC c dans lesquelles: Pm désigne la pression minimum atteinte lors de l'opération de fracturation décrite précédemment, Vm désigne le volume de la fracturation et correspond sensiblement au volume de fluide introduit dans la fracture, du moins si celui-ci a été incompressible, depuis le début de celle-ci jusqu'à l'instant o la pression a atteint un minimum Pm' K1c, 3 et HF désignent les trois grandeurs caractéristiques de la formation, 6 - E et il désignent le module d'Young et le coefficient de Poisson de la formation. Ces deux valeurs peuvent être déterminées en laboratoire à partir d'un échantillon de ladite formation. Ainsi, les valeurs de E, q sont connues, et les valeurs de Pm et Vm sont obtenues à partir de la courbe 3 puisque Vm est égal au produit du débit du fluide de fracturation (puisqu'il est constant et que l'on considère que l'on utilise un fluide de fracturation sensiblement in- compressible) par le temps tIfl = t2 - t1. Il suffit donc de connaitre soit C3' soit HF pour déterminer K1C et la valeur de la grandeur non connue respectivement HF ou C3' Il est possible de déterminer G3 par une méthode décrite par exemple dans la communication SPE 8341 de "Shut-in pressure". On peut alors déterminer K1c et éventuellement HF en résolvant le système des deux relations, ou bien, si l'on connait la hauteur de fracturation HF avec suffisamment de précision, on peut déterminer K1c à l'aide uniquement de la mesure du volume Vm introduit dans la fracture entre le début de la fracture et l'instant o la pression dans la formation atteint un minimum en cours d'injection du fluide de fracturation. Connaissant la valeur de Pm on peut déterminer C3' 25668 34 - 7- R E V E N D I C A T I ONS 1. - Méthode pour déterminer au moins une grandeur caractéristique d'une formation géologique choisie parmi un ensemble dit caractéris- tique, constitué des grandeurs caractéristiques suivantes, connais- sant au moins l'une de ces grandeurs, la tenacité de la formation, la contrainte principale minimale en place -et la hauteur de fracturation respectivement désignées par Kîc, G3 et HF, la dernière grandeur dé- pendant, en outre, de la conduite d'une opération de fracturation, caractérisée en ce que ladite formation est soumise a une fracturation et en ce que l'on détermine lors de ladite fracturation l'une au moins des deux grandeurs qui sont la pression minimum Pm atteinte sensiblement au niveau de la fracturation et le volume Vm de la fracturation à partir de l'instant de début de la fracture jusqu'au moment o laaite pression minimum est atteinte et en ce que l'on détermine ladite grandeur caractéristique recherchée à partir d'au moins l'une des deux relations suivantes: HF / 3Vm E 2 8 û( - T2)Kî -20F C3 ni Pm iKC( 2 dans lesquelles Pm est ladite pression minimum, Vm est ledit volume de la fracturation, E et q étant des caractéristiques de la roche respec- tivement le module d'Young et le coefficient de Poisson, K1c, G3 et HF étant les trois grandeurs dudit ensemble caractéristique. 2. - Méthode selon la revendication l, caractérisée en ce que la frac- - 8 turation se fait en injectant à débit volumique sensiblement constant un fluide de fracturation sensiblement incompressible et en ce que l'on mesure le laps de temps tm séparant l'instant de début de la fracture de l'instant o ladite pression minimum Pm est atteinte pour e e v meV del rcuai