Brevet FR2609177A1 — publié le 19880701

-1- La présente invention se rapporte à la diagraphie dans les puits et elle concerne en particulier un pro- cédé et un appareil nouveaux pour former acoustiquement des images de la paroi d'un trou de sonde en détail fin pour déterminer la microstructure des formations tra- versées par le trou de sonde. L'invention, qui utilise des techniques acoustiques de formation d'images simi- laires à celles utilisées avec les appareils d'obser- vation à distance des trous de sonde (BHTV), est diffé- rente des appareils d'observation à distance des trous de sonde en ce qui concerne le type d'image et de détail produit et les moyens précis par lesquels cela est effectué. Toutefois, l'invention est particulièrement utile conjointement avec des outils tels que des appareils d'observation à distance des trous de sonde, comme on l'expliquera plus complètement ci-après. A ce propos, on peut se référer à plusieurs brevets concernant les appareils d'observation à distance des trous de sonde, tels que les brevets des E.U.A. No 3 369 625 (Zemanek, Jr., délivré le 20 février 1968) , 3 478 839 (Zemanek, Jr., délivré le 18 novembre 1969), 4 463 378 (Rambow, délivré le 31 juillet 1984) et 4 601 024 (Broding, délivré le 15 juillet 1986). En général, de tels outils de diagraphie par observation à distance des trous de sonde fonctionnent acoustiquement en excitant périodiquement un transducteur acoustique tournant de manière qu'il émette des impulsions dirigées dans le trou de sonde allant vers la paroi du trou de sonde et en analysant les échos qui sont réfléchis à l'outil. L'amplitude du signal réfléchi peut alors être affichée sur un tube à rayons cathodiques, l'image affichée étant quelquefois photographiée pour référence ultérieure. Typiquement, l'image affichée représente une carte de la paroi du trou de sonde fendue le long de la direction nord et déposée à plat. En variante, 2 2609177 -2- une représentation polaire peut être produite, auquel cas le rayon du tracé circulaire est déterminé par la durée de trajet de l'impulsion acoustique, présentant ainsi un profil en coupe transversale du trou de sonde. Une autre représentation, similaire à la représentation de l'amplitude, est modulée par le signal de durée de trajet plutôt que par le signal d'amplitude. Cette dernière représentation peut être transformée en une image pseudo-tridimensionnelle par addition d'un léger biais au balayage vertical en fonction de la grandeur du signal de durée de trajet. Plus la résolution est forte, évidemment, plus intéressante sera l'information fournie par les outils de diagraphie à BHTV. Dans un passé récent, des progrès importants ont été réalisés dans la conception physique et dans le choix des matériaux pour une résolution encore meilleure des images. Ainsi que cela sera évident, toutefois, en raison des objectifs concurrents, il y aura probablement toujours certains compromis imposés aux outils de diagraphie du type à appareil d'obser- vation à distance des trous de sonde. C'est-à-dire qu'un objectif principal est de fournir une image "visuelle" complète. Cela exige un balayage essentiellement continu autour de la circonférence de la paroi du trou de sonde. Ainsi, pour explorer ou observer de si nombreux éléments de cible contigus, la solution adoptée a été de placer l'outil en position centrale dans le trou de sonde et d'envoyer radialement un faisceau d'exploration autour du trou de sonde, ce faisceau se réfléchissant sur les points visés sur la paroi du trou de sonde pour revenir à l'outil. Il parait extrêmement difficile de réaliser un contact physique avec le même nombre et d'observer le même nombre de points. Ainsi, comme le transducteur acoustique est placé dans ce cas à une certaine distance de sa cible, on -3- doit s'attendre à une certaine perte de résolution. Tout d'abord, en raison de la nature même du transducteur, on peut s'attendre à ce que la dimension de la cibre ou de l'empreinte du faisceau acoustique émis, sur la paroi du trou de sonde, augmente un peu par rapport à sa dimension plus près du transducteur (en fonction, évi- demment, des caractéristiques particulières du moment). Une certaine diffusion de l'énergie acoustique se pro- duira aussi tandis qu'elle se propage à travers les divers fluides dans le BHTV et dans le trou de sonde. De plus, comme la paroi du trou de sonde est rarement lisse et plane, le faisceau sera un peu diffusé ou brouillé par des surfaces réfléchissantes différentes à des angles différents dans la zone de l'empreinte sur la paroi du trou de sonde. Cet effet sera effectivement accru généralement en relation avec la distance entre la zone visée sur la paroi du trou de sonde et le trans- ducteur acoustique dans l'appareil d'observation à distance du trou de sonde. En conséquence, des lits de formations à strates fines (par exemple de moins de 1 cm) que l'on observe souvent, par exemple, dans certains environnements sédimentaires, peuvent ne pas être bien résolus avec de tels outils. Les problèmes peuvent être aggravés dans des boues lourdes, des trous de sonde de grand diamètre ou dans des zones de poches de disso- lution dans le puits. C'est donc un but de la présente invention de fournir un procédé et un appareil perfectionnés pour former acoustiquement des images de la paroi d'un trou de sonde afin de déterminer la microstructure des for- mations traversées par le puits. Brièvement, la présente invention satisfait les besoins et atteint les buts ci-dessus grâce à un procédé et un appareil pour former acoustiquement des images de la paroi d'un trou de sonde, et elle convient -4- particulièrement bien pour déterminer la microstructure des formations traversées par le puits. Le procédé selon l'invention comprend: l'envoi d'énergie acoustique vers la paroi d'un tel trou de sonde à partir d'un ensemble à transducteur substantiellement en contact avec la paroi; le recueil dans l'ensemble à transducteur de l'énergie acoustique réfléchie par la paroi du trou de sonde; et la détermination d'après l'énergie acoustique réfléchie reçue d'une image de la microstructure de la formation. De préférence, en évitant le développement d'une image visuelle complète de la paroi du trou de sonde, le procédé selon la présente invention se concentre plutôt sur le détail extrêmement fin, par exemple une ligne ou une trace linéaire se déplaçant verticalement à travers la formation à lits ou strates minces. En conséquence, bien que la présente invention utilise des techniques de réflexion acoustique similaires à celles utilisées avec les appareils d'observation à distance des trous de sonde, la présente invention ne cherche pas à construire une image pseudovisuelle, mais plutôt révèle le détail de lits à très fines strates d'une manière plus linéaire. Dans le mode de mise en oeuvre préféré, cela est effectué en plaçant le transducteur très près des formations elles-mêmes. De préférence, l'appareil selon l'invention comprend un ensemble de patin à transducteur qui est utilisé à proximité étroite ou presque en contact avec la formation réelle examinée. Dans la pratique, pour protéger le transducteur acoustique contre les dommages, il sera monté sur un ensemble à transducteur, tel qu'un patin monté sur un bras déployable, qui supporte le trans- ducteur aussi près que possible de la paroi du trou de sonde. Cela donne la plus haute résolution et réduit au --5-- minimum le risque que les fluides du trou de sonde, les débris, etc., interfèrent avec le signal d'énergie acoustique quand il examine les lits à fines strates. Dans son mode de mise en oeuvre le plus simple, par conséquent, la présente invention incorpore un ensemble à transducteur et des moyens pour placer l'ensemble à transducteur substantiellement en contact avec la paroi du trou de sonde afin de diriger l'énergie acoustique vers la paroi du trou de sonde. L'ensemble à transducteur reçoit alors l'énergie acoustique réfléchie par la paroi du trou de sonde et la transmet à un ins- trument anoroDrié de formation d'image qui construit l'image désirée de la microstructure de la formation qui est examinée. Comme indiqué, cette image peut être sim- plement une trace linéaire représentant une ou plusieurs des caractéristiques de l'énergie réfléchie. Ces carac- téristiques, par exemple, pourraient être l'amplitude, la durée du transit acoustique, etc. Une caractéristique intéressante possible, en plus de l'amplitude et/ou de la durée de trajet, serait la quantité de diffusion de l'énergie acoustique. Un autre mode de mise en oeuvre de l'invention, par conséquent, comprend des moyens pour recevoir l'énergie réfléchie non seulement sur l'axe de l'ensemble à transducteur, mais aussi en dehors de l'axe. Cela fournit une mesure directe de la diffusion qui se produit à la surface de la formation, ce qui à son tour peut donner des infor- mations concernant les microfractures, les effets des grosseurs des grains, la distance entre particules, la texture de la roche, la lithologie de la formation et/ou la porosité. Comme le patin peut être placé en contact avec la formation, d'autres mesures directes concernant la for- mation peuvent avantageusement être effectuées simulta- nément. Par exemple, un bouton pour mesurer la Z609177 -6- résistivité de la formation peut être incorporé dans le patin de façon que des informations concernant la résis- tivité des lits à fines strates puissent être obtenues aussi, avec un très faible coût supplémentaire. Ces buts et avantages, et d'autres, de l'invention seront évidents d'après la description suivante avec référence aux dessins annexés, o: La figure 1 est une vue de côté, un peu figurative, montrant un appareil pour diagraphie dans les trous de sonde selon la présente invention mis en place dans un trou de sonde. La figure 2 est une vue en coupe d'un des patins à transducteur représentés sur la figure 1. La figure 3 est une vue en coupe similaire à celle de la figure 2 montrant un autre mode de réalisation d'un patin à transducteur. -La figure 4 est une autre vue en coupe similaire aux figures 2 et 3 montrant encore un troisième mode de réalisation d'un patin à transducteur. Avec référence aux dessins, on va décrire le nouvel appareil perfectionné de formation d'images de trous de sonde, et le procédé de formation d'images de trous de sonde avec cet appareil, selon la présente invention. Un système 10 pour diagraphie dans les trous de sonde, com- prenant une sonde à descendre dans le trou de sonde pourvue d'un logement 12, est mis en place dans un trou de sonde 14 rempli d'une boue de forage fluide 15. Le trou de sonde 14 traverse diverses formations souterraines 16 dont des images doivent être formées par le système. Le logement 12 de la sonde est supporté dans le trou de sonde 14 par un câble classique pour diagraphie 17. Le câble 17 constitue un support physique pour déplacer la sonde verticalement dans le trou de sonde 14, et est aussi un lien de communication entre le dispositif élec- tronique situé dans le logement 12 et le dispositif 2 6 0 9 1 7 7 -7- électronique de surface 19 situé en haut du trou de sonde 14. Le système 10 peut comprendre aussi une unité de présentation appropriée 21 telle qu'un indicateur cathodique, et un enregistreur tel qu'un enregistreur vidéo 22. Comme expliqué ci-dessus, le système pour dia- graphie 10 doit être distingué des appareils d'obser- vation à distance des trous de sonde, mais en fait peut être utilisé efficacement pour compléter les rensei- gnements concernant une formation fournis par un appareil d'observation à distance des trous de sonde. A cet effet, donc, le logement 12 a une ligne transversale tracée sur lui suggérant qu'il pourrait être constitué de plusieurs modules de diagraphie combinés, d'une manière classique, dans un chapelet d'outils, dont l'un pourrait être un appareil d'observation à distance des trous de sonde. Selon la présente invention, un mode de réalisation préféré du système pour diagraphie comprend plusieurs transducteurs acoustiques 25, fixés chacun sur un support approprié 27 placé derrière une fenêtre protectrice appropriée 31 dans un évidement ou une cavité 33 dans plusieurs patins à transducteurs 35. Les patins 35 sont supportés pour déploiement vers l'extérieur sur des bras 40 à partir du corps du logement 12 pour contact direct avec les formations souterraines 16 à la surface du trou de sonde 14, comme illustré sur la figure 1. Un ou des conducteurs appropriés 43 relient les transducteurs 25 au dispositif électronique (non représenté) situé à l'intérieur du logement 12. De manière classique, les bras 40 sont de préférence aussi rétractables pour faci- liter le déplacement de l'outil de diagraphie dans des portions du trou de sonde qui ne sont pas soumises à la diagraphie. Avec cette configuration, l'atténuation par la boue -8- est notablement réduite et la distance entre un trans- ducteur et la paroi peut être réglée par la forme du patin. On peut s'attendre à une résolution descendant jusqu'à trois millimètres ou moins, suivant la fréquence et la configuration des transducteurs. En raison de la très grande proximité des formations souterraines 16, l'atténuation du signal acoustique due à la boue de forage 15 constituera un problème bien moindre que dans les appareils classiques d'observation à distance des trous de sonde. Ainsi, de plus hautes fréquences peuvent être utilisées avec le transducteur acoustique et des boues plus lourdes peuvent être présentes (ces paramètres causant tous deux une atténuation accrue du signal acous- tique), fournissant une résolution très supérieure même dans les conditions de diagraphie les plus difficiles. De plus, par réglage approximatif des dimensions des patins (par exemple de leur épaisseur), les patins peuvent être prévus pour maintenir les transducteurs à leur distance optimale des formations souterraines. Typiquement, ce sera la distance à laquelle la taille du faisceau est à un minimum pour une résolution maximale. La figure 3 représente un patin 45 comportant un second transducteur 50. Le transducteur 50 est un trans- ducteur désaxé qui peut être utilisé avantageusement pour déterminer la quantité de diffusion de l'énergie acoustique qui se produit à la surface de la formation. Bien qu'utilisé principalement comme seulement un dis- positif d'écoute, dans ce mode de réalisation le trans- ducteur 50 peut avantageusement être similaire au trans- ducteur 25 et ainsi capable aussi de produire également de l'énergie acoustique. En détectant ainsi et en enre- gistrant la quantité d'énergie diffusée, on peut obtenir des informations concernant les microfractures, les effets des grosseurs des grains, la distance entre parti- cules, la texture de la roche, la lithologie et/ou la porosité. -9- La figure 4 illustre encore un autre mode de réali- sation de patin 55 dans lequel un bouton électrique 60 est placé de manière à être en contact avec les for- mations souterraines 16 pour mesurer la résistivité de la formation à partir du patin 55. En combinant le trans- ducteur acoustique 25 avec le patin à résistivité 55, on peut obtenir une information supplémentaire concernant la résistivité vraie de la formation complexe étudiée. Avantageusement, les coûts supplémentaires de cette mesure de résistivité supplémentaire sont très faibles. Comme on peut le voir, donc, la présente invention a de nombreux avantages. Dans le mode de mise en oeuvre préféré, trois, quatre ou un plus grand nombre de patins , 45 ou 55 seront montés sur un nombre correspondant de bras respectifs 40 distribués autour du logement 12 de l'outil. Ils peuvent être maintenus dans leur position déployée (figure 1) , par exemple, d'une manière connue au moyen de ressorts appropriés, dont l'effet sera d'aider à maintenir en position centrale le logement 12 de l'outil. Comme suggéré plus haut, un avantage supplémentaire de l'invention est de la combiner avec un appareil d'obser- vation à distance des trous de sonde de manière que les mesures respectives puissent être combinées pour une meilleure interprétation des zones à fines strates dans les formations traversées par le trou de sonde. Comme la plupart des appareils d'observation à distance des trous de sonde comprennent des centreurs, la présente invention peut être combinée avec eux tout en simplifiant la réali- sation mécanique. En conséquence, la présente invention fournit un procédé et un appareil nouveaux pour une éva- luation à haute résolution et une exposition de la struc- ture de lits finement stratifiés d'une manière non seu- lementpeu coûteuse et peu compliquée, mais en outre souple et convenant facilement pour la plus large utilisation possible dans l'évaluation fine de telles formations difficiles. -10- - 1 7 7 REVENDICATIONS 1. Un procédé pour former acoustiquement des images de la paroi d'un trou de sonde afin de déterminer la microstructure des formations traversées, comprenant: l'envoi d'énergie acoustique vers la paroi d'un tel trou de sonde à partir d'un ensemble à transducteur substantiellement en contact avec la paroi; le recueil dans l'ensemble à transducteur de l'énergie acoustique réfléchie par la paroi du trou de sonde; et la détermination d'après l'énergie acoustique réfléchie reçue d'une image de la microstructure de la formation. 2. Un procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble à transducteur est un patin. 3. Un procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend l'envoi et le recueil de l'énergie acoustique par plusieurs tels patins. 4. Un procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on mesure aussi la résistivité de la formation à partir du patin. 5. Un procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de recueil comprend le recueil de l'énergie réfléchie tant substantiellement sur l'axe de l'ensemble à transducteur que d'une manière décalée par rapport à cet axe. 6. Un procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on combine les résultats de l'étape de déter- mination avec des mesures provenant d'un appareil d'observation à distance des trous de sonde pour une interprétation améliorée de zones finement stratifiées dans les formations traversées par le trou de sonde. 7. Un appareil pour former acoustiquement des images de la paroi d'un trou de sonde afin de déterminer la microstructure des formations traversées, comprenant: 2609.177 -11- un ensemble à transducteur pour envoyer de l'énergie acoustique vers la paroi d'un tel trou de sonde; des moyens pour placer l'ensemble à transducteur substantiellement en contact avec la paroi; des moyens dans l'ensemble à transducteur pour recevoir l'énergie acoustique réfléchie par la paroi du trou de sonde; et des moyens pour déterminer d'après l'énergie acous- tique réfléchie reçue une image de la microstructure de la formation. 8. Un appareil selon la revendication 7, caracté- risé en ce que l'ensemble à transducteur est un patin. 9. Un appareil selon la revendication 8, caracté- risé en ce qu'il comprend plusieurs de ces patins. 10. Un appareil selon la revendication 8, caracté- risé en ce que l'ensemble à transducteur comprend des moyens pour recevoir l'énergie réfléchie tant substan- tiellement sur l'axe de l'ensemble à transducteur que d'une manière décalée par rapport à cet axe. 11. Un appareil selon la revendication 8, caracté- risé en ce qu'il comprend des moyens pour combiner les résultats d'énergie acoustique réfléchie reçue avec des mesures provenant d'un appareil d'observation à distance des trous de sonde pour une interprétation améliorée de zones finement stratifiées dans les formations traversées dans le trou de sonde.