Brevet FR2609176A1 — publié le 19880701

La présente invention concerne des mesures de diagraphie dans un puits et notamment des perfectionnements à un dispositif de diagraphie installé dans un trou de sonda- ge et désigné sous le terme de dispositif de télé-inspection de trous de sondage ou dispositif BHTV. Des dispositifs de ce type sont décrits par exemple dans le brevet US 3 369 626 (Zemanek, Jr., attribué le 20 Janvier 1986, 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 Juil- let 1986). En général les dispositifs de diagraphie utili- sant un dispositif de télé-inspection de trous de sondage fonc- tionnent acoustiquement en exécutant la commande pulsatoire périodique d'un transducteur acoustique rotatif pour qu'il émette d'une manière dirigée une suite d'impulsions acousti- ques à l'intérieur du trou de sondage en direction de la paroi de ce trou de sondage, et l'analyse des échos qui leur sont renvoyés. L'amplitude du signal réfléchi peut ensuite être affichée sur un tube cathodique, l'affichage étant quelque- fois photographié de manière à permettre de s'y référer ulté- rieurement. De façon typique, l'affichage représente une car- te de la paroi du trou de sondage, découpée suivant la direc- tionverticale et étalée à plat. Sinon, on peut obtenir un afficha- ge polaire, auquel cas le rayon de la trace circulaire est déterminé par le temps de propagation de l'impulsion acousti- que, ce qui fournit un profil en coupe transversale du trou de sondage. Un autre élément d'affichage, semblable au signal d'amplitude, est modulé par le signal du temps de propagation plutôt que par le signal d'amplitude. Ce dernier peut être transformé en une image pseudo-tridimensionnelle grâce à l'ad- jonction d'une légère polarisation au balayage vertical, con- formément à l'amplitude du signal de temps de propagation. Les dispositifs BHTV comportent de façon typique des moyens pour contrôler leur orientation à l'intérieur du trou de son- dage, comme par exemple un magnétomètre discriminateur de flux tournant de concert avec le transducteur. On peut trouver une bonne description technique d'un dispositif de télévision ser- vant à inspecter un trou de sondage et convenant pour être utilisé dans un environnement géothermique, dans "Développe- ment d'un dispositif acoustique géothermique de télé-inspec- tion des trous de sondage" de Fred B. Heard et Tom J. Bauman, Sandia report SAND83-0681'l, Août 1983. Comme cela est indiqué dans les publications men- tionnées précédemment, les dispositifs de télé-inspection de trous de sondage réalisent une exploration radiale par ba- layage, de façon typique avec un seul transducteur, qui réa- lise sensiblement une observation sur un petit anneau entou- rant le transducteur dans le corps transversal de ce dernier. Alors, lorsqu'on déplace le dispositif de télé-inspection du trou de sondage verticalement dans le trou de sondage, le tra- jet ou la trace de cet anneau, lorsqu'il se déplace le long de la paroi du trou de sondage, balaye à son tour la paroi. Cette exploration par balayage est ensuite cumulée de manière à produire les affichages décrits plus haut. L'un des avantages principaux extrêmement inté- ressants fournis par le dispositif de diagraphie BHTV est par conséquent l'image pseudo-"visuelle" de la paroi du trou de sondage, qu'il fournit. On peut observer des détails de la formation, de la stratification, l'inclinaison, etc. d'une manière appropriée en un autre endroit. En particulier dans l'industrie pétrolière, les dispositifs classiques d'inspec- tion optique ne sont pas suffisants d'une part en raison de l'environnement qui de façon typique est extrêmement hostile, mais principalement en raison du fait que le milieu fluidique présent dans le trou de sondage est normalement opaque à l'énergie optique. Très souvent on désire obtenir d'autres informa- tions concernant le trou de sondage, l'environnement du trou de sondage et les formations traversées par le trou de sonda- ge, en dehors des images fournies par le dispositif de télé- inspection du trou de sondage. La durée de mise en oeuvre est habituellement très importante lors de l'exécution de telles diagraphies d'un trou de sondage, de sorte que l'on peut em- piler plusieurs types de dispositifs de diagraphie sur un train de tiges pour qu'ils réalisent simultanément la dia- graphie du trou de sondage. C'est pourquoi ceci peut être très avantageux chaque fois que l'on peut obtenir une information additionnelle sensiblement à partir du même appareillage. C'est pourquoi un but de la présente invention O10 est de fournir un procédé et un dispositif perfectionnés pour déterminer l'épaisseur du gâteau de boue situé sur la paroi d'un trou de sondage, un tel procédé et un tel dispositif pou- vant être mis en oeuvre d'une manière appropriée et aisée à l'aide d'un dispositif de télé-inspection du trou de sondage de manière à contrôler une telle épaisseur d'un gâteau de boue. Conformément à la présente invention il est pré- vu un procédé pour déterminer l'épaisseur d'un gâteau de boue situé sur la paroi d'un trou de sondage, caractérisé en ce qu'il consiste à: - diriger une énergie acoustique depuis l'intérieur du trou de sondage en direction du gâteau de boue; - détecter une réflexion de l'énergie acoustique par le gâ- teau de boue au niveau de l'interface trou de sondage/gâ- teau de boue; - détecter la réflexion de l'énergie acoustique sur la paroi du trou de sondage au niveau de l'interface gâteau de boue/ paroi du trou de sondage; et - déterminer l'épaisseur du gâteau de boue à partir de la dif- férence des réflexions détectées produites sur le gâteau de boue et sur le trou de sondage. Conformément à l'invention, il est en outre pré- vu un dispositif servant à déterminer l'épaisseur du gâteau de boue situé sur la paroi d'un trou de sondage. L'appareil conforme à la présente invention com- porte: - des moyens servant à diriger une énergie acoustique depuis l'intérieur du trou de sondage en direction du gâteau de boue, - des moyens pour détecter la réflexion de l'énergie acousti- que par le gâteau de boue au niveau de l'interface trou de sondage/gâteau de boue; - des moyens pour détecter la réflexion de l'énergie acousti- que par la paroi du trou de sondage au niveau de l'interfa- ce gâteau de boue/paroi du trou de sondage; - des moyens servant à déterminer l'épaisseur du gâteau de boue à partir de la différence entre les réflexions détec- tées, se produisant sur le gâteau de boue et sur la paroi du trou de sondage. En bref, la présente invention fournit une amé- lioration substantielle, en étant particulièrement bien adap- téepourêtre utilisée avec des dispositifs de télé-inspection de trous de sondage et permettant de contrôler et de détermi- ner l'épaisseur du gâteau deboue situé sur la paroi du trou de sondage. Ce paramètre additionnel et important du trou de sondage peut être obtenu à peu de frais moyennant une très faible modification des dispositifs existants du type à télé- inspection des trous de sondage. Le coeur même de la présente invention réside dans l'identification du fait que, lorsque l'impulsion d'éner- gie acoustique partant du dispositif de télé-inspection du trou de sondage rencontre le gâteau de boue situé sur la pa- roi du trou de sondage, elle subit également une variation d'impédance acoustique lorsqu'elle se propage en passant du liquide (ou "de la boue", désignation que l'on donne de façon typique au mélange de forage) situé dans le trou de sondage pour pénétrer dans le gâteau de boue tapissant la paroi du trou de sondage. Comme cela est bien connu, une telle désadap- tation d'imoédance entraîne habituellement une réflexion d'une partie de l'énergie au niveau de cette interface. Il en ré- sulte l'obtention d'une réflexion précoce faible qui revient au niveau du dispositif de télé-inspection du trou de sondage, un peu avant la réflexion principale intervenant sur la paroi du trou de sondage (naturellement la réflexion principale sur la paroi du trou de sondage est également un phénomène de dé- sadaptation d'impédance, qui résulte des différences d'impé- dance du gâteau de boue et de la paroi du trou de sondage au niveau de l'interface gâteau de boue/paroi du trou de sondage). C'est pourquoi on peut obtenir une bonne détermination de l'épaisseur du gâteau de boue en détectant la réflexion de l'énergie acoustique par le gâteau deboue au niveau de l'in- terface trou de sondage/gâteau de boue, puis en détectant la réflexion de l'énergie acoustique par la paroi du trou de son- dage au niveau de l'interface gâteau deboue /paroi du trou de sondage, et en comparant la différence de ces réflexions (par exemple la différence entre les instants de retour au niveau du dispositif de télé-inspection du trou de sondage). D'autres caractéristiques et avantages de la pré- sente invention ressortiront de la description donnée ci-après prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une représentation un peu figu- rative et en vue partiellement arrachée, montrant un disposi- tif de diagraphie pour un trou de sondage, conforme à la pré- sente invention et situé à l'intérieur d'un trou de sondageet - les figures 2-6 représentent les formes d'ondes relatives à la présente invention et associées à une épais- seur croissante du gâteau de boue. En référence aux dessins, on va décrire le nou- veau dispositif perfectionné de formation d'images du trou de sondage et le procédé de formation d'images d'un trou de sondage, qui y est associé, conformément à la présente inven- tion. Sur la figure 1 on a représenté un système 10 formant dispositif de télé-inspection de trous de sondage, comportant une sonde descendant au fond du trou et comportant un boîtier 12 disposé dans un trou de sondage 14 rempli par une boue de forage fluide 15. Le trou de sondage 14 traverse différentes formations géologiques 16, dont l'appareil de télé- inspection du trou de sondage doit reproduire l'image. Le boîtier 12 de la sonde est supporté à l'inté- rieur du trou de sondage 14 par un câble classique de suspen- sion 17. Le câble 17 réalise à la fois un soutien physique permettant le déplacement de la sonde verticalement à l'inté- rieur du trou de sondage 14, et constitue également un lien de communication entre le module électronique 18 situé dans le boîtier 12 et le système électronique 19 installé en sur- face, à la partie supérieure du trou de sondage 14. Le systè- me 10 peut également comporter une unité d'affichage appro- priée 21 comme par exemple un dispositif d'affichage à tube cathodique, et un enregistreur comme par exemple un enregis- treur vidéo 22. Une fenêtre acoustique 25 réalisée en un maté- riau tel que du polyméthylpentène, qui est durable et résiste aux exigences extrêmement sévères que l'on rencontre dans l'étude diagraphique d'un trou de sondage, est installée sur le pourtour du boîtier 12. La fenêtre 25 possède également une impédance acoustique étroitement adaptée à celle des flui- des typiques présents dans le trou de sondage, comme par exem- ple la boue de forage 15 située dans le trou de sondage 14. Un transducteur acoustique 30 est disposé à l'in- térieur du boîtier 12 en étant monté de façon à pouvoir tour- ner autour de l'axe longitudinal du boîtier. Entraîné par un moteur électrique 32, le transducteur réalise alors une explo- ration radiale par balayage autour du boîtier 12 en projetant des impulsions acoustiques vers l'extérieur à travers une fe- nêtre acoustique 25 et en recevant des réflexions s'effectuant sur la paroi 34 du tube de sondage 14. La partie du boîtier 12, dans laquelle la fenêtre acoustique 25 est située, est remplie par un fluide acoustique 25, comme par exemple un li- quide incompressible, plutôt que par un gaz tel que l'air. En se référant maintenant à la figure 2, on y voit représentée, dans la partie gauche- du dessin, une impul- sion d'énergie acoustique typique 40 (impulsion de "source"), possédant un bref temps de retombée, telle qu'elle se présen- te lorsqu'elle est émise par le transducteur 30 dans le trou de sondage. Pour cette illustration, ainsi que sur les figu- res 3-6, on suppose que les vitesses acoustiques dans la boue et dans le gâteau de boue 43 (figure 1) sont égales à en- viron 1500 m/s et que les vitesses acoustiques dans la roche 16 de la formation sont égales à 3600 m/s. On suppose que les densité de la boue, du gâteau de boue et de la roche sont éga- les respectivement à 1,2 g/cm3, 1,8 g/cm3 et 2,3 g/cm3. On a utilisé une durée du cycle de boucle d'impulsions de 4 micro- secondes pour produire l'impulsion de source 40, ce qui équi- vaut à une fréquence de 240 kHz. A cette fréquence, la lon- gueur d'onde dans le gâteau de boue serait égale à 0,6 cm. Afin de pouvoir représenter aisément ce phénomène, la face de la roche (paroi du trou de sondage) 34 de la formation géo- logique 16 est située de sorte que les réflexionx 45 sur la roche apparaissent au bout de 50 microsecondes sur tous les tracés. Les lignes formées de tirets 45 représentent la forme d'onde réelle à laquelle on peut s'attendre dans le signal réfléchi. Les lignes en trait plein 46 représente la forme d'onde observée par le module électronique 19 installé en sur- face, après que le signal a été lissé sous la forme de l'en- veloppe réponse des différentes parties (transducteur 30) du système électronique 18 du dispositif, câble 17, système élec- tronique 19 installé en surface, etc) du système de télé-ins- pection du trou de sondage. L'effet de lissage de l'enveloppe de réponse du système 10 dépend naturellement de la largeur de bande de réponse du dispositif et de la manière dont le signal est traité (par exemple redressement, transmission à travers des étages d'attaque de ligne, etc). La figure 2 représente l'effet obtenu lorsque le gâteau de boue possède une épaisseur égale approximative- ment à 1/8-ème de la longueur d'onde (0,075 cm). En raison de la réflexion intervenant au niveau de la surface du gâteau de boue, le signal de réflexion 46A arrive plus tôt au niveau du transducteur 40, en étant avancé d'un intervalle de temps représenté par l'intervalle 51, que la fin de l'intervalle de temps de 50 microsecondes, auquel on s'attend pour la ré- flexion à partir de la paroi 34 elle-même de la formation géo- logique. Etant donné qu'il peut être difficile de distinguer le début précis de l'impulsion de réflexion par rapport au bruit de fond et au bruit du système, on règle de préférence un niveau de seuil 54 et on détecte l'instant T1, auquel la réflexion 46A dépasse le niveau d'énergie acoustique 54 pour repérer la réflexion de l'énergie acoustique par le gâteau de boue 43 au niveau de l'interface trou de sondage/gâteau de boue. Peu de temps après, à l'instant T2, la réflexion 46A atteint un maximum qui peut être utilisé de façon appropriée pour détecter la réflexion de l'énergie acoustique par la pa- roi 34 du trou de sondage au niveau de l'interface gâteau de boue/trou de sondage. La figure 3 représente un gâteau de cake possé- dant une épaisseur égale à 1/4 de la longueur d'onde, les for- mes d'ondes 45B et 46B correspondant à 45A et 46A de la figure 1. Ici on distingue maintenant clairement la réflexion 57B au niveau du gateau debcue, de la réflexion 58B sur la roche, bien que ces réflexions soient éliminés par lissage dans la forme d'onde de sortie 46B du dispositif. Les intervalles en- tre T1 et T2 sur cette figure montrent clairement la facilité avec laquelle on peut détecter et utiliser la réflexion pré- coce sur le gateau de boue, lorsque la forme d'onde 46B recou- pe le seuil 54, pour obtenir l'indication de l'épaisseur du gâteau de boue. Sur la figure 4, la réflexion 57C au niveau du gâteau de boue, qui est obtenue pour une épaisseur du gâteau de boue égale à la moitié de la longueur d'onde, affecte de façon nette le signal de réflexion 46C du dispositif. Ainsi, bien que la forme d'onde 46C possède maintenant deux maxima, le second maximum le plus élevé est identifié clairement comme étant le maximum "vrai" représentant la réflexion 58 au ni- veau de la roche. Les.figures 5 et 6, qui sont obtenues pour des épaisseurs respectives du gâteau de boue égales à une ou deux fois la longueur d'onde sont une extension du diagramme que l'on vient de décrire. On notera que le maximum représen- tant la réflexion 58 au niveau du rocher apparaît sensible- mement au même moment indépendamment de l'épaisseur du gâteau de boue (figures 2-6). C'est pourquoi étant donné que l'inter- valle T2 est sensiblement constant indépendamment de l'épais- seur du gâteau de boue, l'épaisseur de ce dernier peut être aisément déterminée au moyen des modifications de l'interval- le de temps T1. C'est pourquoi, comme on peut le voir, la présen- te invention présente de nombreux avantages. Dans la forme de réalisation préférée, on détermine aisément l'épaisseur du gâteau de boue en observant l'intervalle de tempsderetard entre le moment o la réflexion précoce faible (apparition au niveau de l'interface trou de sondage/gâteau de boue) re- coupe le seuil bas, et l'arrivée du signal maximum (au niveau de l'interface gâteau de boue/paroi du trou de sondage). Même si le gâteau de boue est très minces (1/4 à 1 longueur d'onde), auquel cas des interférences alternées additives et soustrac- tives, la longueur du temps de retombée de l'impulsion et les coefficients de réflexion relatifs entre la boue et le gâteau de boue et le gâteau de boue et la formation peuvent affecter d'une manière complexe l'amplitude de réflexion sur la forma- tion, on peut constater aisément la viabilité de la présente invention. Un autre avantage important de la présente inven- tion réside dans le fait que l'on peut commodément et aisément la mettre en oeuvre moyennant l'apport de très faibles modifi- cations à des systèmes existants de dispositifs de télé-ins- pection de trous de sondage, à hautes performances. Dans ces systèmes, o la caractéristique de réponse telle que celle représentée sur les figures des dessins sont disponibles, un léger traitement additionnel du signal, conformément à la pré- sente invention, fournit l'épaisseur du gâteau deboue en mê- me temps que l'obtention des images fournies par le disposi- tif de télé-inspection du trou de sondage. Une fois compris le principe de la présente in- vention, diverses modifications de cette dernière deviennent évidentes aux spécialistes de la technique et sont censées être incluses dans le cadre de la présente description. Par exemple moyennant l'utilisation d'un appareillage suffisam- ment sensible, on peut utiliser l'intervalle de temps de pro- pagation dans le gâteau de boue en tant qu'indication de l'épaisseur de ce dernier. C'est-à-dire qu'un temps de retard ' résiduel de propagation est normal en l'absence d'un gâteau de boue et pour un intervalle de temps de montée fini du si- gnal. Des valeurs plus importantes du temps de retard de pro- pagation sont alors associées à la présence d'un gâteau de boue. De façon similaire, dans des conditions appropriées, le temps de montée du signal varie en fonction de l'épaisseur du gâteau de boue. C'est pourquoi on peut également utiliser des écarts par rapport à une pente résiduelle en tant qu'indi- cations de l'épaisseur du gâteau de boue. il REVENDICATIONS 1. Procédé Dour déterminer l'épaisseur du gateau de boue (43) situé sur la paroi (34) d'un trou de sondage (14), caractérisé en ce qu'il comprend les opérations consistant à: - diriger une énergie acoustique depuis l'intérieur du trou de sondage (14) en direction du gateau de boue (43); - détecter une réflexion de l'énergie acoustique par le gâ- teau de boue (14) au niveau de l'interface trou de sondage (14)/gateau de boue (43); - détecter la réflexion de l'énergie acoustique sur la paroi (34) du trou de sondage au niveau de l'interface gâteau de boue (43) /paroi (34) du trou de sondage; et - déterminer l'épaisseur du gâteau de boue (43) à partir de la différence des réflexions détectées produites sur le ga- teau de boue et sur le trou de sondage. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite étape de détermination de l'épaisseur du gâ- teau de boue (43) inclut en outre la détermination de l'épais- seur du gâteau de boue au moyen de l'intervalle de temps en- tre lesdites détections de la réflexion produite au niveau de l'interface trou de sondage/gateau de boue et de la réfle- xion produite au niveau de l'interface gâteau de boue/paroi du trou de sondage. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite étape de détection de la réflexion de l'éner- gie acoustique par le gâteau de boue (43) au niveau de l'in- terface roue de sondage/gâteau de boue inclut en outre la dé- tection du moment o le niveau de l'énergie acoustique réflé- chie dépasse un niveau de seuil prédéterminé. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite étape de détection.de la réflexion de l'éner- gie acoustique sur la paroi (34) du trou de sondage (14) au niveau de l'interface gâteau de boue/paroi du trou de sondage inclut en outre la détection du moment o le niveau de l'éner- gie acoustique réfléchie atteint un maximum. 5. Procédé selon la revendication 1, selon lequel lesdites étapes consistant à diriger et détecter l'énergie acoustique sont exécutées en utilisant un dispositif (10) de télé-inspection de trous de sondage. 6. Dispositif pour déterminer l'épaisseur d'un gâteau de boue (43) situé sur la paroi (34) d'un trou de son- dage (14), caractérisé en ce qu'il comporte: - des moyens (30) servant à diriger une énergie acoustique depuis l'intérieur du trou de sondage (14) en direction du O10 gâteau de boue (43), - des moyens (11) pour détecter la réflexion de l'énergie acoustique par le gâteau de boue (43) au niveau de l'inter- face trou de sondage/gâteau de boue; - des moyens (30) pour détecter la réflexion de l'énergie acous- tique par la paroi du trou de sondage au niveau de l'inter- face gâteau de boue/paroi du trou de sondage; - des moyens (18,19) servant à déterminer l'épaisseur du gâ- teau de boue à partir de la différence entre les réflexions détectées, se produisant sur le gâteau de boue et sur la paroi du trou de sondage. 7. Dispositif selon la revendication 6, caracté- risé en ce que lesdits moyens (30) servant à déterminer l'épais- seur du gâteau de boue (43) comprennent en outre des moyens pour déterminer l'épaisseur du gâteau de boue au moyen de l'in- tervalle de temps entre les détections des réflexions inter- venant au niveau de l'interface trou de sondage/gâteau de boue et de la réflexion au niveau de l'interface gâteau de boue/ paroi du trou de sondage. 8. Dispositif selon la revendication 6, caracté- risé en ce que lesdits moyens (30) servant à détecter les ré- flexions de l'énergie acoustique sur le gâteau de boue au ni- veau de l'interface trou de perçage/gâteau de boue compren- nent en outre des moyens pour détecter l'instant o le niveau de l'énergie acoustique réfléchie dépasse un niveau de seuil prédéterminé. 9. Appareil selon la revendication 6, caractéri- sé en ce que lesdits moyens servant à détecter la réflexion de l'énergie acoustique par la paroi (34) du trou de sondage (14) au niveau de l'interface gâteau de boue/paroi du trou de sondage comprennent en outre des moyens pour détecter le moment o le niveau de l'énergie acoustique réfléchie atteint un maximum. 10. Appareil selon la revendication 6, caracté- risé en ce qu'il comporte en outre un dispositif (10) de télé- inspection de trous de sondage, comportant lesdits moyens (30) servant à diriger et détecter l'énergie acoustique.