Brevet FR2593292A1 — publié le 19870724

L'invention a pour objet un procédé d'installation de capteurs sismiques dans un puits de production pétrolière, dans le but d'effectuer des mesures très diverses concernant l'état du puits, la surveillance des écoulements dans le puits et aussi des relevés sismiques permettent de déterminer notamment l'évolution au cours du temps de la zone de production. On connait des utilisations de capteurs dans des puits équipés par la production. L'une d'entre elles consiste par exemple à déterminer acoustiquement la qualité de la cimentation qui solidarise avec la paroi d'un puits, le tubage extérieur (connu des techniciens sous le nom de"casing") qui y a été dispose. Une opération classique réalisée dans la phase d'achèvement ou de complétion d'un puits fore consiste y descendre un tubage et injecter du ciment dans l'espace annulaire de manière empcher les fluides produits par le puits de s'échapper ou d'émigrer par par cette voie. La qualité de la cimentation, dont dépend l'etancheite de l'espace annulaire, est déterminée par exemple en descendant dans le puits tube une sonde allongée contenant des émetteurs et des récepteurs acoustiques disposés des profondeurs différentes. Les ondes acoustiques émises sont captées par les différents récepteurs après propagation dans la zone annulaire et en particulier dans le ciment. Une comparaison des signaux reçus permet de déterminer par exemple que la répartition est bien homogène. Un autre exemple connu d'utilisation consiste descendre l'intérieur d'un puits tube une sonde contenant une pluralité de capteurs divers permettant de mesurer différents paramètres, notamment le bruit acoustique, la radioactivité naturelle, la température, la pression, etc. Des exemples connus d'utilisation de capteurs dans des puits tubes sont décrits par exemple dans les demandes de brevets européens n 55634 ou 98778 et dans le brevet US n 4.390.878. Le positionnement de capteurs l'intérieur d'un puits tube convient pour effectuer des mesures localisées d'une zone annulaire proche ou pour surveiller des écoulements de fluide dans une colonne de production. Mais il ne convient pas lorsqu'il s'agit par exemple de déterminer par des méthodes sismiques l'évolution d'un réservoir en cours d'exploitation. Des relevés sismiques sont effectués notamment par la méthode dite de profil sismique vertical (PSV) qui comporte la réception des ondes renvoyées par les différents réflecteurs du sous-sol au moyen d'une pluralité de gëophones disposés des profondeurs différentes d'un puits foré, ces ondes ayant été émises par un générateur sismique disposé en surface ou bien encore dans un autre puits. La mise en oeuvre d'une telle méthode au moyen de gëophones descendus dans un puits équipé pour la production pétrolière est rendue beaucoup plus difficile du fait que le couplage des gëophones avec les formations environnantes se fait par l'intermédiaire d'un tubage. Le procédé selon l'invention permet l'installation de capteurs sismiques dans un puits foré équipé pour la production de fluides pétroliers et comportant un tubage scellé dans le puits par cimentation. Il est caractérisé en ce que l'on dispose les capteurs sismiques à l'extérieur du tubage et en ce qu'on les noie dans le ciment qui assure le scellement du tubage. On dispose les différents capteurs sismiques par exemple des profondeurs différentes a l'extérieur du tubage et on les relie a la surface par des conducteurs électriques. A chaque niveau de profondeur, on dispose un capteur ou un ensemble de capteurs. Lorsque le tubage est solidaire extérieurement de moyens de guidage, on fixe par exemple les capteurs ces moyens de guidage, les conducteurs électriques associés étant maintenus par des colliers contre la paroi extérieure du tubage. Les moyens de guidage peuvent comporter par exemple des patins flexibles de centrage. Pour faciliter la mise en place des capteurs, on utilise avantageusement des moyens de guidage dissymétriques, qui écartent le tubage vers un côté de puits sur une partie de sa longueur, les capteurs étant disposés du côté opposé du tubage. On peut utiliser aussi des tubages dont la section transversale est réduite sur une partie au moins de leur longueur, les capteurs étant disposés contre le tubage dans sa partie de section réduite. Pour découpler les capteurs, on peut interposer une couche d'un matériau amortisseur entre ceux-ci et le tubage. Le procédé selon l'invention est avantageux en ce que les capteurs sont couplés directement par le ciment, avec les formations géologiques environnantes. Ils peuvent donc tre utilisés pour recevoir les signaux sismiques dus des microsismes qui se produisent dans ces formations durant la période de mise en production du puits ou bien ceux qui se sont propagés depuis un emplacement d'émission en surface. Cet emplacement peut se trouver la verticale du puits ou encore sur une direction déterminée par rapport l'axe du puits ou la direction du puits si celui-ci est dévié. Une autre application possible consiste recevoir dans un puits les signaux sismiques émis par une source de bruit disposée dans un autre puits. Le bon couplage entre les capteurs et l'intérieur du tubage, obtenu par le procédé selon l'invention, permet aussi de les utiliser pour détecter les bruits et vibrations d'écoulement des fluides circulant dans le puits. Un autre avantage notable du procède tient ce que l'installation des capteurs sismiques s'intègre très facilement dans le cadre des méthodes d'équipement des puits pétroliers, la cimentation qui est une opération classique nécessaire à l'étanchéité, étant employée aussi pour coupler les capteurs sismiques aux formations environnantes. D'autres caractéristiques et avantages du procédé apparaitront la lecture de la description de plusieurs modes de réalisation, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en se reportant avec dessins annexés où : -la figure 1 représente de manière très simplifiée un puits équipé pour la production, où le tubage extérieur est associé une pluralité de capteurs sismiques noyes dans le ciment de scellement ; -la figure 2 représente schématiquement un mode de fixation des capteurs sismiques l'extérieur du tubage externe ; -la figure 3 représente schématiquement un élément de centrage dissymétrique permettant de déplacer latéralement le tubage sur une certaine longueur de manière agrandir l'espace où les capteurs sont disposés ; -la figure 4 représente schématiquement l'agencement des capteurs dans la zone de décentrement du tubage ; -la figure 5 représente schématiquement un mode de réalisation où les capteurs sont disposés dans un espace annulaire agrandi par une restriction du tubage ; -la figure 6 représente une variante de la figure 5 où la restriction du tubage est dissymétrique ; -la figure 7 représente schématiquement un mode de réalisation où une couche d'un matériau amortisseur est interposée entre chaque capteur sismique et la paroi extérieure du tubage ; -la figure 8 représente de façon sommaire un dispositif d'émission-réception permettant de faire de la prospection sismique de puits dans une zone de production ; -la figure 9 représente un mode de réalisation ou l'on utilise des capteurs directionnels disposés différents niveaux de profondeur ; -la figure 10 représente un mode d'agencement comportant trois capteurs disposés la périphérie du tubage, 120 les uns des autres ; -la figure 11 représente schématiquement un dispositif connu que l'on descend dans un puits tube pour l'injection du ciment de scellement ; La figure 1 montre un puits 1 qui est foré un premier diamètre jusqu'à une certaine profondeur et au-delà, notamment travers la zone de production, un second diamètre inférieur au premier. Le puits est équipé comme il est bien connu d'un tubage constitué de deux parties 2a, 2b de sections inégales adaptées aux diamètres du forage. La partie de plus faible diamètre 2b est munie d'un dispositif d'étanchéité à volume variable du type"packer"4 qui est dilaté pour clore l'espace annulaire entre elle et l'autre partie 2a de plus grand diamètre, au voisinage d'une de leurs extrémités communes. A l'intérieur du tubage jusque dans sa partie 2b de plus faible diamètre, est disposée une colonne de production 5. Un autre dispositif d'étanchéité du type"packer"6 est disposé au voisinage de l'extrémité inférieure de la colonne de production 5, de manière clore, en position d'extension, l'espace annulaire entre elle et la partie inférieure 2b du tubage. Un groupe de pompage 7 alimenté par un câble électrique 8 est disposé sur la colonne de production 5. La partie du tubage 2b traversant la zone de production P est pourvue de nombreux orifices 9. Une tte de puits 27 munie de vannes, ferme le tubage à son extrémité supérieure. Le procédé selon l'invention consiste disposer un ou plusieurs capteurs sismiques l'extérieur du tubage au niveau de sa partie de plus grand diamètre 2a (ou de sa partie de diamètre plus restreint 2b, si le volume de l'espace annulaire extérieur le permet) avant sa descente dans le puits foré. Ces capteurs sismiques sont reliés la surface par un ou plusieurs câble de transmission 11. On procède alors la cimentation du tubage. A cet effet, comme il est aussi bien connu, on descend dans le tubage 2 jusqu'au voisinage de son extrémité inférieure, un tube 24 terminé par un embout spécial 25 d'injection lequel contient une vanne anti-retour. On immobilise le tube 24 par un dispositif d'étanchéité 26 du type"packer"et on injecte du ciment. Le ciment remplit peu peu en remontant l'espace annulaire entre le tubage 2 et le puits foré 1. A la fin de l'étape de cimentation, tous les capteurs sismiques 10 disposés dans l'annulaire se trouvent noyés dans le ciment. Autour du tubage 2 pour faciliter sa descente, sont fixés (fig. 2) des éléments de centrage 12 d'un type connu, lames flexibles ou ailettes radiales par exemple. Suivant un mode de réalisation, les capteurs sismiques 10 sont assujettis aux éléments de centrage 12. Le câble électrique 11 (ou les câbles s'il y en a plusieurs) est maintenu contre la paroi extérieure du tubage 2 par des colliers de serrage 13. Lorsque le volume des boitiers des capteurs sismiques 10 utilisés est difficilement compatible avec les dimensions de l'espace annulaire entre le forage et le tubage 2, on peut utiliser des éléments de guidage dissymétriques 14 (fig. 3) pour décentrer le tubage 2 sur la partie de sa longueur le long de laquelle sont disposés les capteurs (fig. 4). Les capteurs sismiques peuvent tre assujettis aux éléments de guidage 14 ou bien, comme le représente la figure 3, maintenus contre la paroi extérieure du tubage 2 par les colliers 13 de fixation du câble de liaison 11, par exemple. On peut aussi utiliser des tubages comportant (fig. 5 ou 6) au moins une section 15 dont le diamètre est restreint. La partie restreinte peut tre symétrique (fig. 5) ou bien dissymétrique (fig. 6), si tous les capteurs sont disposes du mme côté du tubage. Suivant un mode de réalisation, une couche d'un matériau élastique 16 est interposée entre chaque capteur sismique 10 et la paroi du tubage 2 (fig. 7), de mani ere a 1 e decoupl er acousti quemeret de celle-ci. La couche 16 est par exemple un revtement extérieur du tubage. L'ensemble des capteurs sismiques 10 disposé dans l'espace annulaire autour du tubage 2 pour tre utilisé, comme le montre la figure 8, pour effectuer des relevés sismiques. Une source sismique 17 (un vibrateur ou une source impulsionnelle) engendre à la surface du sol des ondes sismiques qui se propagent en profondeur. Les ondes renvoyées par les différents réflecteurs du sous-sol et en particulier ceux de la zone de production P, sont reçues par les différents capteurs 10 et les signaux sismiques détectes sont transmis par les câbles de transmission 11 jusqu'à un laboratoire d'enregistrement 18. Les capteurs sismiques peuvent aussi tre utilisés pour effectuer des opérations de prospection sismique de puits puits ou encore pour faire une écoute passive des phénomènes intervenant dans un puits en cours de production (bruits d'écoulement des fluides circulant dans les colonnes) ou en arrt de production (détection des fracturations induites par la production ou l'injection de fluides). Les capteurs sismiques utilisés sont par exemple des gëophones ou des accéléromètres. On choisit leur nombre et leur disposition selon les applications envisagées. Les capteurs-sont disposes par exemple suivant une seule et mme génératrice du tubage 1, comme le montre la figure 8. On peut aussi utiliser éventuellement des capteurs directifs (fig. 9,10) dont on oriente les axes tangentiellement au tubage (capteur 19), suivant des directions radiales (capteur 20) ou encore suivant des directions intermédiaires (capteur 21). Ces directions intermédiaires peuvent tre contenues dans le plan transversal comme le montre la figure 9 ou bien inclinées vers le haut ou vers le bas par rapport ce plan. En un mme emplacement, on peut disposer un boitier 22 contenant 3 capteurs directifs orientes suivant trois directions orthogonales. On peut également disposer les capteurs de manière déterminer la direction d'arrivée des signaux sismiques. A cet effet, on dispose plusieurs capteurs directifs 23 la périphérie du tubage dans un mme plan transversal 120 les uns des autres. Suivant le mode de réalisation de la figure 10, les axes des capteurs sont disposés radialement. Ceci n'est pas limitatif. I1 est possible également d'incliner les axes des capteurs par rapport au plan transversal, soit vers le haut du puits, soit vers le bas, l'angle d'inclinaison pouvant tre quelconque. Dans sa configuration la plus générale, l'ensemble de capteurs sismiques peut comporter plusieurs groupes de capteurs répartis le long d'une partie du tubage, chacun des groupes comportant plusieurs capteurs, éventuellement directifs, disposés la périphérie de celui-ci. REVENDICATIONS 1. Procédé d'installation de capteurs sismiques dans un puits fore (1) équipe pour la production de fluides pétroliers et comportant un tubage (2) scellé dans le puits par cimentation, caractérisé en que l'on dispose lesdits capteurs sismiques (10) à l'extérieur du tubage et en ce qu'on les noie dans le ciment qui assure le scellement. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on dispose les différents capteurs sismiques des profondeurs différentes l'extérieur du tubage et en ce qu'on les relie la surface par des conducteurs électriques (11). 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on dispose au moins un ensemble de capteurs sismiques l'extérieur du tubage sensiblement une mme profondeur, ces capteurs étant reliés la surface par des conducteurs électriques. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'on dispose une pluralité d'ensembles de capteurs sismiques des profondeurs différentes. 5. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le tubage (2) est solidaire extérieurement de moyens de guidage (12,14), caractérisé en ce que l'on fixe les capteurs sismiques aux moyens de guidage, les conducteurs électriques associés étant maintenus par des colliers (13) contre la paroi extérieure du tubage. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de guidage (14) sont dissymétriques, de manière que le tubage (2) soit écarté vers un côté du puits sur une partie au moins de sa longueur, les capteurs sismiques étant disposés l'extérieur du tubage du côté oppose. 7. Procédé selon la revendication 1, caractérise en ce que la section transversale du tubage est réduite sur une partie (15) de sa longueur, les capteurs étant disposés contre le tubage dans sa partie de section réduite. 8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on utilise des capteurs directifs (19,20,21) et en ce que l'on dispose au moins un capteur directif chaque niveau de profondeur. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'on dispose plusieurs capteurs (22) chaque niveau de profondeur, de manière capter des ondes polarisées suivant plusieurs axes. 10. Procédé selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que l'on dispose des capteurs directifs (23) la périphérie du tubage (2). 11. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les capteurs sont des gophones ou des accéléromètres. 12. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on interpose une couche d'un matériau amortisseur entre les capteurs et le tubage.