Brevet FR2661750A1 — publié le 19911108

La présente invention concerne un procédé d'évalua- tion du paramètre Rwb destiné à être utilisé dans l'inter- prétation des diagrammes électriques, acoustiques et radioactifs des puits de pétrole, suivant le modèle de l'eau double, suggéré par C Clavier et al dans "The Theoretical and Experimental Bases for the Dual Water Model for the Interpretation of Shaly Sands", communication SPE no 6859 ( 1977) Plus précisément, l'invention concerne un procédé d'évaluation du paramètre Rwb -résistivité de l'eau adsorbée sur les schistes contenus dans une roche réservoir de pétrole par une opération de filtration par osmose réalisée sur des argiles naturelles et/ou des schistes concassés. Lors du relevé de diagrammes de réservoirs, consti- tués par des tracés de mesures pétrophysiques en fonction de la profondeur, on cherche une corrélation entre les variations d'un paramètre physique et les variations de profondeur, afin que les variations du paramètre permettent la détermination de la présence plus ou moins grande de pétrole dans les réservoirs La plupart des mesures réali- sées dans les diagrammes géophysiques des puits sont relatives à la porosité des roches, puisqu'une porosité plus ou moins grande ou petite est directement liée à la capacité de stockage de pétrole par le réservoir. La porosité y, c'est-à-dire le rapport du volume vide dans les roches au volume total des roches, est directement liée à la saturation en eau du réservoir A son tour, la porosité est aussi influencée par la structure schisteuse ("schistosité"), ou le rapport du volume de schistes au volume de pores d'une roche Vsh En général, la porosité est calculée à partir de diagrammes électriques, acoustiques et radioactifs des puits. La saturation en eau Sw, constituant un paramètre, est exprimée par le rapport du volume d'eau d'une roche au volume total de la roche La quantité d'hydrocarbures dans un réservoir peut être déterminée par différence, lorsque S est connu, c'est-à-dire sous la forme Shc = 1 S Par ailleurs, les définitions de la porosité O et la saturation en hydrocarbures Shc sont directement appliquées à l'évaluation du volume disponible pour les hydrocarbures ou des réserves stratégiques d'une roche réservoir. La saturation en eau S est aussi liée à la résisti- w vité de l'eau interstitielle de la roche, et à la résisti- vité globale de la roche, par l'équation de G E Archie, comme décrit dans la communication "The Electrical Resisti- vity Log as an Aid in Determining some Reservoir Characte- ristics", Trans AIME 146, 54-62 ( 1942): Sn = (a Rw)/(Om Rt) w a, m et N étant des paramètres empiriques, Rw étant la résistivité de l'eau interstitielle de la roche et Rt étant la résistivité globale de la roche, S et O étant comme indiqué précédemment. H.W Patnode et M R J Wyllie, dans "The Presence of Conductive Solids in Reservoir Rocks as a Factor in Elec- tric Log Interpretation", Trans AIME 189, 47-52 ( 1950) ont reconnu l'influence de la structure schisteuse ("schis- tosité") sur la résistivité de la roche Rt et sa porosité. Dans "Electrical Conductivities in Oil-Bearing Shaly Sands", Soc Pet Eng J 8, 107-122 ( 1968), M H Waxman et L.J M Smits ont établi le fondement en laboratoire du principe de l'eau double, pour les eaux contenues dans les réservoirs de pétrole: un premier type est l'eau libre présente dans les pores et l'autre type est l'eau fixée par adsorption par les particules minérales d'argile. Ce principe a été appliqué par Clavier et al pour la présentation de données dans la publication précitée, afin d'introduire l'expression "résistivité de l'eau adsorbée" (R Wb), ce paramètre étant dérivé des caractéris- tiques des diagrammes de résistivité liés aux schistes adjacents aux réservoirs de pétrole qui sont examinés. Cependant, Waxman et Smits ainsi que Clavier considèrent que la résistivité de l'eau schisteuse située au-dessus ou au-dessous du grès, appelée Rwb, est la même que celle de la fraction schisteuse contenue dans le grès Ceci conduit à des erreurs sur la mesure de la résistivité de la roche Rt ainsi que sur la porosité calculée directement à partir des diagrammes Ces erreurs sont également transmises aux calculs de saturation en eau Sw, ainsi qu'à la mesure de la capacité de stockage du réservoir ou des réserves Les calculs réalisés par Waxman et Smits ainsi que par Clavier ne sont convenables que lorsque la concentration en eau au- dessus et au-dessous du grès est exactement la même que celle de l'eau de la fraction schisteuse contenue dans le grès, et ceci est rarement le cas comme le démontre l'in- vention. L'imprécision des calculs proposés par Waxman et Smits ainsi que par Clavier et al a été déterminée lorsque les pétrographes ont commencé l'identification, dans les pores des roches réservoirs, d'argiles autogènes (c'est-à- dire créées après le dépôt des grès par précipitation d'aluminosilicates provenant directement des eaux intersti- tielles) Ils se sont rendus compte que la résistivité R Wb des eaux schisteuses au-dessus et au-dessous du grès était différente de la résistivité R de l'eau dans le grès. Comme cette erreur est transmise aux calculs de la capacité de stockage du réservoir, il est très important qu'une mesure convenable de R b soit introduite, cette mesure étant réalisée par l'opération de filtration osmotique décrite et revendiquée selon l'invention. Ainsi, l'imprécision précitée des calculs provient de trois raisons principales et logiques: a) les schistes, imbriqués ou disposés stratigraphi- quement au-dessus ou au-dessous des grès à étudier par les diagrammes, ne présentent pas obligatoirement les mêmes caractéristiques minéralogiques que les argiles autogènes ou allogènes qui sont présentes dans les pores des roches à sable schisteux, essentiellement dans le cas des argiles autogènes, b) les porosités calculées des schistes sont déduites des propriétés des grès purs; en conséquence, il s'agit de porosités apparentes et non réalistes; et c) en outre, les paramètres pétrophysiques a, m et n des schistes ne sont pas identiques à ceux des grès. En conséquence, le problème principal qui se pose pour la mesure précise de la résistivité des roches sédi- mentaires schisteuses provient essentiellement de la présence de matières minérales argileuses à l'intérieur des pores des roches réservoirs, ces matières minérales argi- leuses se comportant comme des membranes semi-perméables ou de filtration automatique Ce comportement a d'abord été mentionné par L U De Sitter dans "Diagenesis of Oil Field Brines", Bull: AAPG, 31 ( 11), p 2030-2040 ( 1947), puis par F Bernstein dans "Distribution of Water and Electro- lytes between Homoionic Clays ans Saturating Na Cl Solutions" Proc 8th National Clay Conference, Pergamon Press, p 122-149 ( 1960) Cette propriété physicochimique des membranes schisteuses est due à un phénomène d'adsorp- tion cationique présent dans les gigantesques surfaces de contact des matières minérales argileuses afin que les sites à charges négatives, formés par substitution iso- morphe ou dissociation d'hydrogène provenant des groupes hydroxyle de la structure ou même de la rupture mécanique des particules des matières minérales argileuses, soient supprimés Cette adsorption crée des zones ayant des concentrations ioniques distinctes à proximité des surfaces des matières minérales argileuses, alors qu'une zone de salinité neutre se forme dans les sites plus centraux des espaces poreux Ces zones d'adsorption sont appelées "zones électriques doubles" La présente invention détermine que les filtrations osmotiques à basse pression peuvent égale- ment provoquer la retenue ou même la libération des sels. Des simulations expérimentales de compression progressive à basse pression réalisées sur des boues schisteuses artificielles suggèrent que les processus diagénétiques initiaux suivant la sédimentation subie par les roches sédimentaires sont de nature osmotique Ces processus ont leur origine dans les concentrations diffé- rentes des sels et/ou dans la tension de vapeur différente des solutions présentes dans les pores, provoquant des variations de la salinité des filtrats ou des effluents, -cette variation étant proche de 10 %. En conséquence, l'osmose est un processus diagéné- tique qui est actif pendant les étapes initiales de com- pression des boues schisteuses Les variations observées des salinités de leurs filtrats sont telles que les boues très concentrées présentent un rendement élevé de retenue de sels ou de filtration, alors que les boues les plus diluées provoquent une libération ou une expulsion des sels Le processus de retenue ou de filtration de sels dans ces étapes diagénétiques est appelé dans lé présent mémoire "filtration osmotique" ou "filtration à basse pression". Il existe un point de stabilité osmotique entre les salinités des solutions interstitielles de boues et de leurs effluents Au-dessous de ce point, la boue retient les sels alors que son effluent se dilue ou s'adoucit par rapport à la solution originale utilisée pour la prépara- tion de la boue Au-dessus du point de stabilité, la boue libère des sels et son effluent se concentre ou devient plus salé Le point de stabilité ou d'équilibre indique la concentration réelle de l'eau adsorbée sur les particules de matières minérales argileuses présentes dans la boue, celleci pouvant être transformée en une résistivité Rwb puis utilisée dans des modèles quantitatifs élaborés des diagrammes électriques, acoustiques et radioactifs,, ana- logues à ceux qui ont été proposés par Clavier et al, indiqués précédemment, ainsi que dans d'autres modèles semblables. Un aspect principal à prendre en considération dans ces études est le principe de la couche électrique double des matières minérales argileuses Cette couche double est formée par l'excès des charges négatives tournées à l'exté- rieur, dans les matières minérales argileuses, leur neutra- lisation nécessitant des ions positifs complémentaires, ce phénomène étant appelé "capacité d'échange de cations" CEC. A leur tour, les ions complémentaires sont soumis à un système à deux forces opposées: la force électrostatique qui-les attire vers la surface de contact vers l'extérieur des matières minérales argileuses, alors qu'un potentiel de diffusion chimique les conduit vers la partie interne des pores Alors que, à l'état anhydre, les ions complémen- taires se fixent à la surface des matières minérales argileuses, dans les solutions aqueuses, les forces d'at- traction sont considérablement réduites en fonction de la constante diélectrique élevée de l'eau, et donnent une diffusion ordonnée dans la solution ambiante, avec création de zones de concentrations ioniques ou de charges élec- triques distinctes, appelées "couches électriques doubles". Dans le processus diagénétique qui est à l'origine des modifications postérieures au dépôt des roches sédimen- taires, la compression des sédiments atteint des pressions efficaces très élevées; il existe alors un recouvrement de deux couches électriques provenant de particules voisines de matières minérales argileuses, la conséquence étant la perte volumique des ions (effet Donnan) et le déséquilibre électrique Du côté opposé à la circulation ionique, il existe une retenue électrostatique de cations ou de sels. De Sitter a observé cette semi-perméabilité dans le docu- ment précité Il n'existe aucun accord entre les divers auteurs pour la pression minimale nécessaire pour que les schistes ou les matières minérales argileuses se comportent électrostatiquement comme une membrane semi-perméable, les auteurs donnant des valeurs comprises entre 100 et 700 bars. Les membranes semi-perméables permettent l'établis- sement d'un écoulement osmotique dont la conséquence est l'équilibre des concentrations ou pressions des deux côtés d'une membrane Un exemple est le dépôt d'une boue schis- teuse qui a initialement la même concentration des solu- tions de ses micropores et ses macropores, malgré les différences de tensions de vapeur La plus faible tension de vapeur dans les micropores est due à l'adsorption importante des cations et des molécules d'eau sur les parois des matières minérales argileuses Un courant osmotique s'établit des macropores vers les micropores grâce à la petite séparation existant entre le macropore et le micropore qui, selon F Bernstein dans le document précité, se comporte comme une membrane semi-perméable, le courant cessant lorsque les tensions de vapeur des deux côtés de la membrane sont équilibrées Le sens d'écoulement osmotique provoque l'apparition d'une plus grande concen- tration des sels dans le macropore et, dans le cas o la boue est soumise à une pression ou est comprimée d'une autre manière, les fluides des macropores, qui ne sont pas facilement libérés, créent des effluents qui sont plus concentrés que la solution d'origine Dans d'autres situa- tions, la solution des micropores est plus diluée que celle des macropores, l'osmose s'établit des micropores vers les macropores, et la solution des macropores devient plus diluée Dans le cas o cette boue est comprimée, on obtient des effluents plus dilués que les eaux d'origine utilisées pour la préparation de la boue Dans ce dernier cas, l'effet d'osmose correspond à une retenue effective des sels, très semblable à la filtration qui se produit dans le cas d'un recouvrement des couches électriques doubles ou par filtration électrostatique. En conséquence, les processus osmotiques ont une importance primordiale pour la détermination de la salinité des effluents de boues ou filtrats soumis à des pressions telles que celles qui existent dans les processus diagéné- tiques naturels D'autre part, la salinité est liée à la résistivité des roches par l'équation suivante F = R /RW = C /C F étant le facteur de la formation, R la résistivité d'une roche réservoir totalement saturée (saturation à 100 %) par un électrolyte aqueux de résistivité Rw, et C O et Cw étant les conductivités correspondantes. Selon cette équation, pour un échantillon, le tracé de C O en fonction de Cw doit être une droite de pente 1/F pourvu que les conditions suivantes soient remplies: le réservoir dépourvu de schistes est totalement saturé d'eau de résistivité R Dans ces conditions, le facteur de la w formation (F) est un paramètre de la roche décrivant la géométrie de ses pores F est indépendant de Cw si bien que la variation de C /C O en fonction de C, pour un échantil- lon donné, doit également donner une droite sur un tracé linéaire. Cependant, dans le cas des sables schisteux et d'une valeur donnée pour Cw, le rapport C w/C est réduit, ceci étant attribué à l'influence des schistes contenus par la roche sur C Lorsque Cw est réduit, CO est réduit plus rapidement ou, pour de petites valeurs de Cw, il existe une conductivité supplémentaire attribuée aux schistes conte- nus Ainsi, le comportement électrique des effets de la présence d'argiles (schistes) dans les roches a été décrit en terme de "conductivité en excès" représentée par un facteur X dans l'équation suivante: o= (Cv IF) + X Au cours des études d'interprétation des diagrammes, un autre paramètre important lié à la porosité est la saturation en eau S qui est fonction de la porosité et de la résistivité globale de la roche, ainsi que de la résis- tivité de l'eau, c'est-à-dire la salinité G V. Chilingarian, dans "Chemistry of Interstitial Solutions in Shales versus that in Associated Sandstones", communication SPE no 2527 ( 1969), contient une discussion poussée sur ce sujet. L'article précité de Clavier et al contient d'autres considérations importantes sur les corrélations existant entre la porosité, la conductivité et la satura- tion en eau dans les sables schisteux. La littérature connue permet de déterminer une porosité d'un réservoir à l'aide d'un ensemble de dia- grammes acoustiques, neutroniques et de masse volumique. Comme il existe une relation directe entre la porosité et la résistivité, des mesures plus précises de résistivité constituent un outil précieux pour la détermination de la porosité d'un réservoir et finalement pour une meilleure détermination de la teneur en hydrocarbures des réservoirs. En conséquence, le procédé décrit et revendiqué selon l'invention représente une contribution à la mise au point de procédures plus simples et plus précises pour l'évaluation du paramètre Rwb, c'est-à-dire la résistivité des eaux liées aux schistes Ce paramètre peut être déter- miné par filtration osmotique et peut être utilisé dans le modèle d'interprétation des diagrammes de l'eau double et analogues A son tour, cette valeur Rwb est utilisée pour la détermination du paramètre Sw, c'est-à-dire la satura- tion en eau, qui est utilisé pour l'évaluation de la teneur en hydrocarbures des roches réservoirs. 1 Enoncé général de l'invention En conséquence, la présente invention a pour objet la détermination du paramètre Rwb qui est primordial pour la détermination quantitative des hydrocarbures contenus dans une roche réservoir, cette valeur étant obtenue à partir des données de salinité d'un effluent de boue, des boues ayant été soumises à des pressions de l'ordre de celles qui se produisent au début de la compression des roches sédimentaires. A cet effet, le procédé selon l'invention, destiné à déterminer la salinité des eaux interstitielles des roches sédimentaires, comprend les étapes suivantes: A) la préparation des matières solides, comprenant a) l'identification minéralogique des matières solides par diffractométrie des rayons X, b) le broyage des carottes schisteuses identifiées en a), avec conservation de la fraction passant par un tamis à orifices de 74 pm, et c) la mesure de la capacité d'échange de cations (CEC) des matières solides de l'étape (b), B) la préparation des solutions, comprenant a) la préparation de saumures ayant des quantités variables d'ions potassium, magnésium, sodium et calcium, et b) la mesure de la résistivité Rw des saumures originales préparées en a), C) la préparation des boues, a) avec préparation de boues ayant une concentration de 20 % de matières solides et 80 % de matières liquides, la masse volumique des boues étant de 1,4 g/cm, les boues restant au repos pendant au moins 72 heures après leur préparation, D) la filtration-mesure comprenant a) l'application aux boues préparées en C) d'une pression de 7 bars, la collecte des divers filtrats et la mesure de'leur résistivité Rmf dans un appareil de mesure de résistivité de précision, E) la détermination du rendement de filtration saline (SFE), a) avec détermination de la valeur SFE(R) pour chaque boue en fonction des données de résistivité à l'aide de la relation: SFE(R) = l(Rw R Mf) /Rwl x 100, F) la formation des tracés, comprenant a) la formation d'un tracé logarithmique de la résistivité R des saumures originales (voir B, b) en fonction des résistivités des filtrats Rmf (voir D), donnant une droite de coefficient de corrélation proche de 1, la situation de l'équilibre osmotique étant donnée par R w= Rmf et b) le tracé de SFE(R) en fonction de R, par forma- tion d'un tracé des valeurs de Rw déterminées en B, b, en fonction des valeurs de SFE(R) déterminées en E, a, et, lorsque SFE(R) est nul, il existe un équilibre osmotique, c'est-à-dire que Rmf = Rw = R wb, la boue artificielle ayant alors la même concentration saline dans l'eau intersti- tielle de ses macropores et de ses micropores. La diffractométrie des rayons X est destinée à l'identification minéralogique des matières solides utili- sées pour la préparation de la boue L'analyse est réalisée dans des matières solides glycolées séchées à l'air, il chauffées à 490 'C Pour les schistes, le procédé proposé a été appliqué à des échantillons de bentonite qui est un matériau minéralogiquement pur utilisé comme référence et comme témoin A côté des solutions salines contenant du potassium, du magnésium, du sodium et du calcium, on a aussi utilisé une solution contenant du chlorure de sodium pur. Les échantillons de schistes sont concassés dans un broyeur céramique La dimension de la fraction (orifice de 0,074 mm) convient pour la collecte de matières solides de dimension plus petite qui contiennent la fraction silteuse, avec simulation de cette manière du processus réel de dépôt sédimentaire. La capacité d'échange de cations CEC des schistes a été déterminée par le procédé à l'acétate d'ammonium, selon D.T Davidson et J Sheeler, comme décrit dans "Cation Exchange Capacity of Loess and its Relation to Engineering Properties", ASTM Special Publication 142, 10-28, 1952. Pour les schistes, cette valeur a atteint 44 meq/100 g de matières sèches alors que, pour la bentonite pure, la valeur atteignait 97 meq/100 g. Des solutions de concentrations variables des principaux sels présents dans l'eau de mer sont préparées par des évaporations successives d'eau de mer, la composi- tion initiale étant Na = 11 000 mg/l, K = 426 mg/l, Ca = 419 mg/l et Mg = 1 440 mg/l Pour les solutions plus diluées, on ajoute un volume supplémentaire d'eau dis- tillée. Le rapport de 80 % de matières de solides et 20 % de matières liquides est celui qui reproduit le mieux la porosité initiale des sédiments réels, comprise entre environ 50 et 90 %. Après préparation, les boues sont homogénéisées par agitation à 18 000 tr/min et restent au repos pendant 72 heures au moins, afin que l'équilibre osmotique soit obtenu parmi les divers constituants impliqués. Les mesures de résistivité sont réalisées à l'aide d'un appareil de mesure de résistivité à quatre éléments ayant une précision nominale absolue égale à 0,001 n m, et une précision relative comprise entre 0,5 et 2,0 % dans l'intervalle choisi. A titre de référence, en plus des mesures de résis- tivité, les concentrations ioniques des solutions salines initiales et de leurs filtrats sont déterminées par spec- trométrie d'absorption atomique. On a utilisé l'algorithme de R M Bateman et C E. Konen pour transformer les données de résistivité en salinités équivalentes Na Cl, selon le numéro de The Log Analyst 18 ( 5), 3-11 ( 1977): "The Log Analyst and the Programmable Pocket Calculator: Determination of R from w the SP". L'invention est maintenant décrite par les exemples qui suivent qui ne sont nullement limitatifs. Exemples 1 à 23 Les exemples qui suivent ont été réalisés sur des carottes de schistes collectées dans un puits en développe- ment dans le champ Araçàs, dans l'état de Bahia au Brésil. Macroscopiquement, le schiste est vert grisâtre, légèrement calcifère, fragile, demi-dur à dur Minéralogiquement, il est composé de quartz ( 20 %), de plagioclase ( 20 %), de calcite ( 10 %), de dolomite ( 10 %) et de matières minérales argileuses ( 30 %), en plus de traces de feldspath de potassium En pourcentage, les matières minérales argi- leuses sont représentées par des couches intermédiaires d'illite-smectite ( 55 %), d'illite ( 30 %) et de chlorite ( 15 %). Stratigraphiquement, les carottes appartiennent au genre Gomo de la formation Candeias, Recôncavo Basine, Bahia, Brésil. Dans les exemples qui suivent, les auteurs ont établi des simulations de compression progressive, infé- rieures à une pression de 7 bars, par addition de vingt- trois échantillons de boues artificielles, pour obtenir et mesurer la salinité des effluents (filtrats) Les boues ont été préparées à partir de 20 % de matières solides (soit de la bentonite naturelle soit des fragments de schistes, broyés et tamisés par un tamis à orifices de 74 pm) , et % de matières liquides (soit une solution de Na Cl soit des saumures tirées d'eau de mer) La teneur en sel, les mesures et les résultats des analyses sont comme indiqué précédemment. Les résultats des mesures de résistivité des exemples 1 à 23 figurent dans le tableau I Les boues numérotées 8 à 23 ont présenté une réduction constante de résistivité de leurs filtrats (Rmf) reliée aux eaux d'ori- gine utilisées pour leur préparation (Rw) En d'autres termes, ces boues ont chassé les sels vers les filtrats respectifs D'autre part, les boues numérotées 1 à 7 (à l'exception du numéro 5) ont eu un comportement opposé, c'est-à-dire que les filtrats ont présenté des résistivités (R f) supérieures aux contreparties d'eau d'origine (R w), indiquant une retenue efficace des sels Le tableau I indique également que, dans cette expérience, la résisti- vité à l'équilibre osmotique (R = Rmf) doit se trouver entre celle des échantillons 7 et 8, c'est-à-dire 0,058 D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figze 1 est un gr Nhique réalisé a î les dm-s du tfleau I, c'et- à-dire représentant R en fonction de R donnant une mf w équation dont le coefficient de corrélation est égal à 0,098: R = 1,299 1,095 w mf la figure 2 représente les résultats du tableau II pour les analyses d'absorption atomique des éléments K, Mg, Na et Ca dans les échantillons, le coefficient élevé de corrélation 0,978 indiquant la reproductibilité importante des mesures de résistivité et de salinité limitées aux quatre éléments précités; les figures 3 à 6 sont des graphiques indiquant les résultats d'absorption atomique individuelle dans le cas du sodium, du potassium, du calcium et du magnésium; et les figures 7 et 8 représentent des résultats tirés des tableaux I et II. La figure 7 représente le rendement de filtration de sels (SFE) tiré de l'équation de Bateman et Konen, par rapport à Rw (résistivité de l'eau originale utilisée pour la préparation des boues) Le coefficient de corrélation est égal à 0,840 et la réponse donnée par l'équation est SFE = 2,610 R R 0,746 _ 20 w Lorsque SFE a une valeur nulle (équilibre osmotique), l'équation précédente donne Rw= 0,065 Q m à 24 OC, corres- pondant à une valeur SAL(BK) de 116 500 ppm ou 18 000 mg/l de Na Cl. La figure 8 relie R à SFE(R), le rendement de filtration est calculé d'après les résistivités mesurées, le coefficient de corrélation étant égal à 0,849 L'équa- tion obtenue est la suivante: SFE(R) = 34,166 + 20,458 log Rw 10 Les deux dernières équations doivent donner la même valeur pour Rw, car elles sont tirées d'une même mesure (résistivités transformées en salinités) En conséquence, lorsque SFE = SFE(R) = 0, on a R = 0,065 Q m à 24 C. Corrélations La figure 1 et le tableau I indiquent que les boues utiliséesdans le procédé de l'invention, lorsqu'elles sont soumises à une faible pression (condition favorable pour la diffusion osmotique) peuvent chasser ou retenir les sels selon la concentration de l'eau originale Plus la concen- tration de l'eau originale est élevée (faible valeur de R w), et plus l'efficacité des matières minérales argileuses pour filtrer ou retenir les sels est grande Ainsi, les effluents de ces boues sont plus dilués ou plus doux (R Mf > Rw) Plus la concentration de l'eau originale est basse (valeur élevée de R w), et plus la concentration saline dans les effluents est grande (Rmf est faible. Les lectures de la résistivité ont été transformées en salinités par rapport à Na Cl par l'équation précitée de R M Bateman et Konen: SAL(BK) = 1 ol 3,562 log (Rw 0,0123)/0,955 l Rw étant exprimé en N m à 24 OC et SAL(BK) en ppm de Na Cl. Par ailleurs, le tableau I a deux colonnes qui correspondent au rendement de filtration de sel pour chaque échantillon de boue SFE a été obtenu à partir des sali- nités déterminées dans les colonnes SAL(BK), alors que SFE(R) a été calculé avec les valeurs correspondantes de résistivité. Le rendement de filtration de sel SFE est donné par l'équation indiquée par I Demir dans "The Interrelation of Hydrodynamic and Electrical Conductivities, Streaming Potential and Salt Filtration during the Flow of Chloride Brines through a Smectite Layer at Elevated Pressures", Journal of Hydrology, vol 98, p 31-52 ( 1988): SFE = l(MW ME)/MWl x 100 SFE étant le rendement de filtration des sels, M désignant la concentration de la solution en ppm alors que W et E correspondent respectivement à l'eau originale utilisée pour la préparation de la boue et de son effluent. De manière analogue, SFE(R) a été déterminé par l'équation: SFE(R) = (Rw R Mf /Rw) x 100 les deux résistivités étant déterminées à 24 OC. Comme indiqué précédemment, les résultats d'absorp- tion atomique globale pour K, Mg, Na et Ca dans les échan- tillons, indiquent, avec un coefficient de corrélation de 0,978, une excellente reproductibilité entre les résistivi- tés et les salinités relatives pour ces quatre éléments. Cependant, les résultats individuels de l'absorption atomique pour les mêmes éléments, indiqués sur les figures 3 à 6, montrent que, séparément, le comportement de chaque élément est très différent Sur chacune des figures 3 à 6, les points qui se trouvent au-dessous de la bissectrice indiquent une salinité supérieure dans le filtrat à l'eau de la boue d'origine Cela démontre une retenue ou un plus grand rendement de filtration par l'échantillon particulier de boue, ce comportement étant indiqué dans le tableau II avec une valeur positive Les points qui se trouvent au- dessus de la bissectrice indiquent que les filtrats ont une salinité supérieure à celle de l'eau originale, avec une valeur négative dans le tableau II Ceci indique un faible rendement de filtration (évacuation des sels). En outre, les figures 3 à 6 indiquent visuellement que les concentrations de K, Mg, Na et Ca (dans cet ordre) sont réduites, ce fait étant aussi évident dans le tableau II qui donne les valeurs 16, 3, -5 et -60 Le tableau II montre aussi que seul le calcium a une valeur numérique nettement différente entre les valeurs SFE des bentonites et des schistes (-105 et -14 respectivement), alors que les autres éléments ont un comportement très analogue à la filtration. En conséquence, à partir des nombres du tableau II, on peut établir une échelle de retenue pour les éléments étudiés K > Mg > Na > Ca Cette échelle coïncide avec celle qu'on observe dans les eaux interstitielles récupérées de la formation de Sergi, placée au-dessous de la formation Candeias On peut supposer, d'après ces arguments, que, pendant la compression des sédiments Sergi, les schistes Candeias ont formé une membrane semi-perméable électrosta- tique parfaite, avec filtration partielle des sels qui étaient dirigés vers la surface, sous l'action de la surcharge. Le rendement de filtration des boues schisteuses peut aussi être représenté par la mesure des salinités partielles à l'aide de l'absorption atomique de K, Mg, Na et Ca SFE(PDS) = l(MDPS EPDS)/MPDSl x 100 PDS désignant les matières solides partiellement dissoutes, M et E étant respectivement l'eau et l'effluent d'origine. Le tableau II donne les résultats. En d'autres termes, les équations indiquées précé- demment représentent la meilleure approximation des condi- tions réelles d'équilibre osmotique des boues schisteuses, dans les conditions expérimentales établies selon l'inven- tion Si aucune filtration osmotique n'existe du fait de la stabilisation du déplacement des fluides, on a: Rw = Rmf = SFE = SFE(R) et les eaux interstitielles des macropores des schistes présentent la même salinité que les eaux des micropores Leur résistivité est le paramètre R Wb qui doit être utilisé dans les modèles d'interprétation des diagrammes tels que le modèle de l'eau double et analogue. Lors de l'utilisation des valeurs déterminées pour les schistes Candeias ( 116 500 ppm ou 180 000 mg/l de Na Cl) et des valeurs estimées pour les eaux interstitielles du champ dans la même formation ( 180 000 ppm ou 200 000 mg/l de Na Cl), on obtient un rapport de 1/1,55 (eau des schistes/eau des grès) qui correspond à l'équilibre osmo- tique des schistes de la côte du golfe du Mexique, comme déterminé par H H Hinch, dans "the Nature of Shales and the Dynamics of Hydrocarbon Expulsion in the Gulf Coast Tertiary Section", AAPG Problems od Petroleum Migration, Studies in Geology 10, p 1-18 ( 1980) Cet auteur a trouvé une valeur 1/2. En conséquence, les matières minérales argileuses ont deux types distincts de retenue de sels ou de filtra- tion Le premier type se produit aux basses pressions et est de nature osmotique alors que le second type se produit uniquement pour des compressions élevées dans lesquelles la surcharge provoque l'expulsion de la plus grande partie des fluides qui existent dans les pores La distance comprise entre les granules est réduite et provoque un recouvrement des couches électriques doubles des particules adjacentes de matières minérales argileuses Ce second type de retenue est de nature purement électrostatique Avant d'atteindre des pressions élevées, dont la limite inférieure n'est pas encore bien établie, les boues schisteuses interagissent suivant un processus osmotique, étant donné la différence entre les tensions de vapeur établie entre les solutions des macropores et des micropores. Pour qu'un courant osmotique s'établisse entre deux solutions électrolytiques, non seulement il doit exister une différence numérique entre leur concentrations électro- lytiques mais il est aussi essentiel que leurs tensions de vapeur soient très distinctes Bien que les solutions des macropores et des micropores de boues schisteuses puissent présenter la même salinité pendant l'étape initiale de dépôt, l'adsorption des molécules d'eau sur les micropores ou à la surface des ions complémentaires provoque rapide- ment un abaissement de la pression dans les micropores par rapport aux macropores. Dès que l'osmose est établie, les solutions des macropores changent de concentration si bien que toute augmentation de la surcharge chasse une solution dont la concentration est différente de celle de la solution initiale Les solutions des macropores sont plus facilement déplacées que celles des micropores qui, à leur tour, s'écoulent à des pressions très élevées, puisqu'elles sont retenues dans des tubes extrêmement fins, ayant une pres- sion capillaire élevée. Plusieurs modèles d'interprétation des diagrammes utilisent le principe de la couche électrique double pour l'étude des roches schisteuses, l'une d'elles étant la méthode très connue de Clavier, citée précédemment Selon cette théorie, il existe deux types distincts d'eaux dans les roches schisteuses, l'un étant adsorbé sur les matières minérales argileuses dont la résistivité est appelée Rwb et l'autre étant libre dans les pores des roches et sa résis- tivité est appelée R w L'équilibre volumique résultant des deux eaux donne l'eau interstitielle réelle de résistivité R wm Pour les roches dépourvues de schistes, Rwm = Rw. * La quantité d'argile contenue dans la roche réser- voir joue un rôle important pour l'évaluation de l'eau totale présente dans la roche réservoir Lorsque le volume d'argile augmente ou lorsque sa capacité d'échange de cations augmente, la quantité d'eau adsorbée augmente aussi Ainsi, 10 % en poids de smectite dispersés dans du grès absorbent plus de molécules d'eau que la même quantité de kaolinite. Actuellement, les interprétations quantitatives élaborées des diagrammes des puits reconnaissent que les propriétés des schistes, situés audessous et au-dessus des couches étudiées, ont les mêmes caractéristiques minéralogiques que les schistes présents dans les pores de ces couches Cependant, cette hypothèse ne reflète pas une situation véritable puisque: a) les schistes voisins et/ou les matières minérales argileuses voisines ne sont pas obligatoirement les mêmes que ceux qui sont dispersés dans les pores d'une roche réservoir (essentiellement parce qu'ils sont de type autogène), et b) de même, les paramètres pétrophysiques (a et m) ne sont pas obligatoirement les mêmes pour les matières minérales argileuses et les grès. En conséquence, les erreurs sur l'interprétation des diagrammes peuvent être réduites au minimum par réalisation d'expériences de filtration osmotique, comme décrit et revendiqué selon l'invention De telles filtrations néces- sitent un coût minimal supplémentaire puisque, dans la plupart des régions intéressantes pour les hydrocarbures, un nombre relativement grand de carottes est collecté pour que les couches de production soient soumises à des études pétrochimiques plus précises. Les exemples indiqués précédemment, réalisés sur des boues artificielles contenant du schiste Candeias et de la bentonite disponible dans le commerce, pour des pressions progressives atteignant 7 bars seulement, conduisent à la conclusion selon laquelle le rendement de filtration osmotique (SFE) de ces boues est: I: indépendant de leur contenu minéralogique (puisque les schistes et la bentonite ont été utilisés), II: indépendant de la capacité d'échange de cations (CEC) des matières minérales argileuses (bentonite = 97, schiste Candeias = 44 meq/100 g de matières sèches), III: indépendant de l'eau originale ou intersti- tielle utilisée pour la préparation de la boue (solution de Na Cl et saumure préparées à partir d'eau de mer concentrée, la plage étant comprise entre 29 623 et 255 995 ppm d'équi- valents Na Cl), et IV: dépendant de la concentration des sels dissous dans l'eau interstitielle ou originale: 1 le rendement de filtration (osmotique) augmente avec l'augmentation de la concentration originale de sels de la solution interstitielle, et 2 le rendement de filtration (osmotique) diminue lorsque la concentration originale ou interstitielle de la solution saline est réduite. En conséquence, d'après les exemples indiqués, on suppose que la résistivité de l'eau adsorbée dans les pores des schistes Candeias, pour cette région et à la profondeur étudiée, est Rwb = 0,065 n m à 24 O C ( 75 OF) ou 116 500 ppm de Na Cl. Référence A titre de comparaison numérique entre le procédé de l'invention et un procédé très connu et très utilisé dans l'industrie pétrolière, c'est-à-dire le logiciel "LOGCALL" disponible auprès de PETROBRAS (compagnie pétrolière nationalisée du Brésil), le paramètre Rwb a été calculé par le procédé classique: Rwb = SHE RSH/a 0 SH étant la porosité apparente des schistes près des corps réservoirs, calculée dans les diagrammes des zones schisteuses considérées à titre d'exemples, et RSH étant la résistivité lue pour les schistes correspondantes Ce procédé a indiqué R wb = 0,016 n m à 82 OC (ou 0,036 Q m à 24 OC) Cette résistivité implique une concentration supérieure à 300 000 ppm d'équivalents Na Cl, c'est-à-dire une-solution saturée en Na Cl dans les conditions du réser- voir Cependant, dans les conditions naturelles, il s'agit d'un fait qui ne peut pas se produire puisque la concentra- tion indiquée est bien supérieure à la limite de stabilisa- tion du chlorure de sodium, avec précipitation corres- pondante. On considère les résultats indiqués par Hinch en 1980, pour le rapport de l'eau interstitielle des schistes et l'eau interstitielle des grès, donné comme étant égal à 1/2 (schistes du golfe du Mexique), le même rapport consi- déré comme convenable et déterminé par le procédé de l'invention étant de 1/1,55 (schistes Candeias, champ Araçàs), et il faut noter que R Wb déterminé par la méthode LOGCALL" indique un rapport bien supérieur aux deux autres rapports ( 1/0,6), et ne correspond donc pas à la considéra- tion théorique relative à l'équilibre osmotique comme décrit dans le présent mémoire La salinité des eaux des schistes doit toujours être inférieure à celle des grès adjacents. Il est recommandé que des procédés de laboratoire soient utilisés de préférence pour la détermination du paramètre R Wb' puisque les valeurs tirées directement des résultats des diagrammes sont influencées par les porosités apparentes, d'une manière qui ne correspond pas à la réalité Le procédé décrit et revendiqué dans le présent mémoire est indépendant de la porosité du réservoir et est fonction de la composition minéralogique des matières minérales argileuses. TABLEAU I Rendement Résistivités et salinités de filtration EX n R SAL(BK) Rmf SAL(BK) EFS EFS(R) NOTE w Mf 0,043 0,047 0,049 0,052 0,054 0,055 0,058 0, 066 0,071 0,076 0,079 0,079 0,086 0,093 0,095 0,105 0,114 0,125 0,145 0, 153 0,188 0,190 0,208 0,045 0,049 0 052 0,054 0,053 0,056 0,062 0,065 0, 070 0,074 0,073 0,074 0,084 0,091 0,092 0,102 0,106 0,116 0,138 0,141 0, 173 0,172 0,192 -3 -2 -2 -3 -10 -9 -3 -3 -4 -4 -9 -9 -6 -10 -10 -12 -9 -5 -4 -6 -4 -2 -7 SH + S SH + A SH + A BEN + S SH + S SH + S BEN + S SH + S BEN + S SH + S BEN + A SH + A SH + S SH + S BEN + S BEN + S BEN + S BEN + S BEN + S BEN + S BEN + A SH + A SH + S NOTES Salinités en ppm Na Cl Résistivités en ohm m à 24 C BEN SH A S = bentonite = schiste = solution de Na Cl = eau de mer évaporée E 09 91 9 = (HS + N Ea) Sas L P 1 91 E = (HS) HS O SO 9 T LT L = (NS) HAS S+W Ni 9 T'P 9 P 8 S 9 T 9 06 E Sl 08 SE 9 g I OZZ úE 681 t 1 T T S+Nr L O 1 TP8 1 T 1 8 6 Z 96 988 Il 980 Z úSe Z E SZT EL ZOL OL 9 S+Wqa L OZT T 80 Z T Tz LOS Z OZ O Z 9 Z LOZ 8 LZ 6 6 P 9 T 9ZOL OL 9 S+NW OT O 60 ES IZ 6 9 S SSZ I O ZZ I ZT 89 T I I 99 T T Z 6 E TgTLZ 6 T 8 S+WME ú SL 6 P Z 98 I SSZ I L 9 Z T 9 t'e T 89 Sú T 816 ZT 6 T O T OTI S+W'1 6 LLS LT 6 ú PT SEZ T T 60 T LZ SZ 8 9 E 11 T Se S SE PE ZE ET S+NWA 6 LGZ E 989 E OT 990 I Z 96 61 ZZ 8 610 T Z 09 T O S9 L 6 6 Z PT S+WTM 9 Z 8 Z O T86 S I I 8 Zt TET IZ LOS T 6 ú TT PTT SE Z 80 ZI EZ E V+W/A 9 009 8 L 009 TL Z V+N'I T 008 O T 00 Z 6 E ZTI V+W Nq 8 009 PT 009 ET ZZ V+N I TT V+NSE TZ S+NHE S+N Ea S+N Za S+NSE S+NEl 1 S+Nglg S+NHEI S+NSEI S+NZEI 0 Z- OT- s- úú Tti- E ESE 8 6 E 8 9 T 56 T TT 8 Z P Z E 9 T' 918 T Z 89 I 00 T 8 Z 9 T 69 T TPZ T G 16 Z 8 GS Z l TS Z 900 Z E 1 L 1- L/- 09- 69- 69- ESI- 6 T'1- 061- 9 ZZ- 8 00 I 96 L I 9 TI Z 9 T 6 I 96 T Z 916 I 9 T 6 I 916 I 968 I 81 Z SZE ZZZ L.E ZZ 8 Z 8 L I I I I Zi OZ 01- TZ TT- ú 90 T 6 T T O PLS 9/. úLS z I I ZES 98 L E Z 81 6 EL ETL 0 TS z T T T I I I Z- 1ZI- Z 0 T- úP- S- 9- 6- OZ- OSL OOZ 00 T SE Il 9 ú TZ TZ LT 9 T 009 99 000 05 000 TE 00 T ZE 009 SZ 009 OZ 00 T OZ 000 9 T 000 ti L T' 9 i /Il OZ anoq ap ad Aj, Wn ISRN Dg V Nn I Dq D I Wn IS Svi Od II nvsqeav G ui N (O (O (,q cn Wn IUOS Sas ( 2)+M (frl)+MSas ( 9)++e N(fri),+e N U Ol ITD il -uietlo sas (S+Bw (d)+Bw Sig We D (d)+Vo I I TABLEAU II (suite) ABSORPTION ATOMIQUE MPDS 16 838 19 252 24 436 24 739 710 39 048 41 325 59 212 77 150 EPDS 951 21 678 26 408 16 229 209 29 220 46 111 329 78 394 SALINITES (B & K) EFS(PDS) -24 -13 -8 -6 -40 -12 -2 -2 Eau Effluent SFE -10 -6 -9 -4 -4 -2 Type de boue BEN+S BEN+S BEN+S BEN+S BEN+S BEN+S BEN+S BEN+S BEN+S 21 BEN+A 11 BEN+A 22 FLM+A 12 FLM+A 2 FLM+A 3 FLM+A 23 14 305 15 177 -6 29 623 32 390 -9 FLM+S 14 35 542 35 595 O 74 899 76 893 3 FLM+S 13 38 498 39 180 -2 82 364 84 771 -3 FLM+S 47 671 50 582 -6 95 951 99 211 -3 FLM+S 8 58 066 59 414 -2 114 739 117 020 -2 FLM+S 6 74 208 68 483 8 145 864 142 371 2 FLM+S 82 082 84 312 -3 149 529 153 378 3 FLM+S 1 115 471 114 687 255 995 192 881 25 FLM+S SFE (BEN) -9 -3 SFE (SH) -7 -2 EFS (BEN + SH) -5 -1 Echan- tillon r.l r-n REVENDICATIONS 1 Procédé d'évaluation du paramètre Rwb d'un modèle -d'interprétation des diagrammes d'eau double, comprenant les étapes suivantes: A) la préparation de matières solides, comprenant a) l'identification des matières solides par dif- fractométrie des rayons X, b) le broyage de carottes de schistes identifiées dans l'étape a), avec retenue de la fraction passant par un tamis à orifices de 74 pm, et c) la mesure de la capacité d'échange de cations (CEC) des schistes de l'étape b), B) la préparation des solutions comprenant a) la préparation de saumures d'eau de mer avec des teneurs variables en ions potassium, magnésium, sodium et calcium, la concentration des solutions étant modifiée par addition d'eau ou par évaporation successive des solutions, et b) la mesure de la résistivité originale Rw des saumures préparées en a), C) la préparation des boues, comprenant a) la préparation de boues ayant une concentration de matières solides de 20 % en poids, les matières solides étant tirées de l'étape A, b), avec 80 % en poids de matières liquides, les matières liquides étant obtenues en B, a), la masse volumique des boues atteignant 1,4 g/cm, les boues préparées étant laissées à reposer pendant 72 heures au moins, D) la filtration-mesure, comprenant a) l'application aux boues préparées en C) d'une pression de 7 bars, avec collecte des divers filtrats et détermination de leur résistivité Rmf dans un appareil de mesure de résistivité, E) la détermination du rendement de filtration de sels SFE(R) , comprenant a) la détermination de SFE(R) de chaque boue en fonction des données de résistivité avec la formule suivante SFE(R) = l(R W R f)/R W x 100, et F) la réalisation d'un tracé, comprenant a) le tracé de la résistivité Rw des saumures d'origine et des résistivités des filtrats Rmf, avec obtention d'une droite ayant un coefficient de corrélation proche i 1 lorsque la situation d'équilibre osmotique est donnée par Rw = Rmfi et b) le tracé de SFE(R) en fonction de R W avec les diverses valeurs de Rw déterminées en B, b) en fonction des valeurs de SFE(R) déterminées en E), avec obtention ainsi d'un point auquel SFE(R) est égal à zéro, ce point indi- quant l'équilibre osmotique tel que Rmf = Rw = Rwb. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la détermination est uniquement fonction de la salinité de l'effluent de chaque boue, les salinités d'origine étant libres de varier entre des limites très éloignées.