Brevet FR2692931A1 — publié le 19931231

PROCÉDÉ POUR L'ETUDE MORPHOLOGIQUE DE FORMATIONS GÉOLOGIQUES TRAVERSÉES PAR UN FORAGE L'invention concerne l'étude des formations géologiques traversées par un forage, et plus particulièrement un procédé permettant de caractéri- ser leur morphologie en relation avec la profondeur dans le forage. Si l'on se réfère, en ce qui concerne les formations traversées par un forage, à une caractéristique physique telle que la résistivité, on peut classer les formations en fonction des critères suivants: la formation peut être massive, c'est-à-dire présenter des valeurs de résistivité relative- ment homogènes, soit résistantes, soit conductrices, ou non-massive; dans ce dernier cas, elle peut être litée, si elle présente une alternance relativement rapide de zones résistantes et de zones conductrices, ou hétérogène; si elle est hétérogène, elle peut être du type entremêlé, comportant des éléments résistants et des éléments conducteurs; ou du type à inclusions résistantes dans un fond conducteur; ou du type à inclusions conductrices dans un fond résistant. Il est bien évident que les types de morphologie des formations sont en relation avec leur porosité et leur perméabilité Ces paramètres, dans les réservoirs d'hydrocarbures, sont déterminants pour évaluer le potentiel de production Il est donc intéressant de pouvoir caractériser la morphologie des formations, en fonction d'une typologie telle qu'exposée ci-dessus. L'invention a pour objet un procédé permettant de caractériser les formations géologiques du point de vue de leur morphologie. Le procédé de l'invention se caractérise, dans son principe, par le fait qu'il repose sur un traitement automatique d'une image de la paroi du forage Une telle image est disponible, avec une résolution inférieure au centimètre, depuis l'introduction du dispositif FMS (Formation Microscan- ner) de Schlumberger Ce dispositif fournit une image électrique de la paroi d'un forage, c'est-à-dire une image dans laquelle l'intensité d'un pixel est fonction de la résistivité de la formation. 2 - Selon l'invention, à partir d'une image de la paroi du forage re- présentative des variations d'un paramètre physique de la formation suivant la direction longitudinale du forage ("profondeur") et selon la périphérie de la paroi ("latéralement"), on construit une image dite traversante, qui comporte uniquement les composantes présentant une continuité latérale du point de vue du dit paramètre, et on détermine les variations suivant la profondeur d'un ou plusieurs attributs liés au dit paramètre pour l'image traversante, les dites variations donnant une indication en rapport avec la morphologie. De préférence, on détermine en outre le ou lesdits attributs pour l'image initiale, la comparaison des valeurs obtenues pour l'image de départ et pour l'image traversante fournissant des indications supplémen- taires relatives à la morphologie. Selon une forme de réalisation avantageuse, on binarise l'image initiale pour former une image à deux phases, dans laquelle l'une des phases ("phase blanche") correspond aux valeurs relativement élevées et l'autre ("phase noire") aux valeurs relativement basses du dit paramètre, laquelle image binaire sert d'image de départ pour la construction de l'image traversante. De façon appropriée, l'image traversante est obtenue en éliminant de l'image binarisée les composantes non traversantes de la phase blanche et les composantes non traversantes de la phase noire. De façon appropriée, on détermine en tant qu'attribut le pourcen- tage de la surface de l'image occupé par l'une des phases. Un autre attribut envisagé par l'invention est un indicateur de la valeur du dit paramètre dans chacune des phases de l'image binaire. Une forme de réalisation de l'invention sera décrite ci-après en faisant référence aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1-1 présente un exemple d'image de diagraphie en niveaux de gris, obtenue à partir de mesures de résistivité; la figure 1-2 montre une image binaire obtenue à partir de l'image de la figure 1-1; la figure 1-3 montre l'image traversante construite à partir de l'image binaire de la figure 1-2; la figure 2 illustre une classification décrite dans la littérature 3 - pour caractériser la texture des formations géologiques; la figure 3 illustre la notion de structure traversante utilisée pour la construction de l'image traversante; la figure 4 A représente, pour la section correspondant aux images de la figure 1, les variations selon la profondeur de la valeur médiane de conductivité pour chacune des phases; la figure 4 B représente, pour la même section, les variations selon la profondeur du pourcentage de la surface qu'occupe la phase noire, respectivement dans l'image binaire de la figure 1-2 et dans l'image traversante de la figure 1-3; la figure 5 est un diagramme synoptique montrant les étapes du traitement selon l'exemple de réalisation décrit. La figure 1-1 représente la paroi d'un forage sur une longueur d'environ 2 mètres et est obtenue au moyen d'un dispositif FMS (Formation Microscanner) de Schlumberger Ce dispositif comporte des patins munis chacun d'un réseau dense d'électrodes, la dimension des électrodes et la distance entre électrodes adjacentes étant de l'ordre du centimètre ou moins Pendant l'opération de mesure, effectuée en remontant le dispositif vers la surface à l'aide d'un câble, les patins sont appliqués contre des secteurs respectifs de la paroi du forage Les courants émis par les élec- trodes sont représentatifs de la résistivité de la formation en regard de l'électrode considérée L'ensemble des mesures fournies par les électrodes d'un patin sont combinées pour produire une image électrique de la paroi du forage, selon une échelle de gris: le noir correspond à une faible résis- tivité (ou conductivité élevée), le blanc à une résistivité élevée La dimension latérale de l'image correspond à la direction circonférentielle du forage, et est limitée par le secteur angulaire couvert par le réseau d'électrodes Une description succincte du dispositif FMS est contenue dans la publication de Rivest J F et al "Marker-controlled segmentation: an application to electrical borehole imaging'l, Journal of Electronic Imaging avril 1992 Vol 1 ( 2) 136-142, voir paragraphe 2 "Acquisition" pages 137-138 et figure 2 page 137. Le-procédé décrit ci-après vise à obtenir par un traitement automa- tique d'une telle image une indication relative à la morphologie des forma- tions traversées par le forage. 4 - Ce qu'on entend par morphologie dans la présente demande se traduit par l'arrangement géométrique des éléments de la formation présentant une valeur élevée pour le paramètre physique mesuré (la conductivité dans l'exemple décrit) et des éléments de la formation présentant une valeur faible pour le dit paramètre) Ceci est illustré par la figure 2, qui reproduit la figure 2, page 99 de la publication de Nurmi R et al "f Heterogeneities in carbonate reservoirs: détection and analysis using borehole electrical imagery", in Hurst A et al, Geological Applications of Wireline Logs, Geological Society Special Publication No 48, 1990 Dans cette publication, le paramètre physique considéré est la porosité (la position selon l'axe horizontal représente la porosité) La classification morphologique décrite est constituée des types suivants: zones massives, qui peuvent être poreuses (A) ou non-poreuses (B) zones litées, formées d'une alternance de couches poreuses et non- poreuses plus ou moins épaisses: ces zones litées pouvant être à prédomi- nance poreuse (C), équilibrées (D) ou à prédominance non-poreuse (E); zones hétérogènes à éléments poreux et non-poreux entremêlés (F); zones hétérogènes à inclusions poreuses dans un fond non-poreux (G); zones hétérogènes à inclusions non-poreuses dans un fond poreux (H). Cette classification est applicable avec un paramètre physique autre que la porosité, en particulier la conductivité électrique qui est le paramètre mesuré pour produire l'image de la figure 1 On obtient donc une classification pertinente vis-à-vis de l'image électrique de la figure 1 en remplaçant dans ce qui précède "poreux" par "conducteur" et "non-poreux" par "résistant". Le procédé décrit ci-après vise à réaliser une zonation morpholo- gique d'une image de diagraphie telle que celle de la figure 1-1 Il s'agit de diviser l'image en segments (dans le sens de la profondeur) qui soient homogènes du point de vue morphologique. Dans l'exemple décrit en référence aux figures, il est prévu une première étape de "binarisation" consistant à transformer l'image en niveaux de gris de la figure 1-1 en une image à seulement deux niveaux, noir et blanc, représentée à la figure 1-2 Cette étape n'est pas indispensable car le procédé selon l'invention peut s'appliquer à une image en niveaux de gris, ou à une image comportant un nombre de niveaux supérieur à 2, par exemple une image à trois niveaux Son introduction - permet toutefois de simplifier le traitement. Pour réaliser la binarisation, chaque pixel de l'image de départ est comparé à un seuil On affecte des pixels noirs aux points o la con- ductivité est supérieure à un certain seuil, et des pixels blancs aux points o elle est inférieure ou égale à ce seuil Pour définir ce seuil, plusieurs méthodes peuvent être proposées Une méthode simple consiste à donner au seuil une valeur fixe On lui préfère une méthode à seuil adapta- tif, plus élaborée, o l'on fait varier le seuil selon la profondeur en fonction du niveau médian de conductivité à la profondeur considérée Ce niveau médian correspond à ce qu'on peut appeler la conductivité de fond de l'image On utilise de préférence, pour déterminer la valeur du fond, le filtre morphologique décrit dans la publication susvisée de Rivest J F et al "Marker-controlled segmentation: an application to electrical borehole imaging", Journal of Electronic Imaging avril 1992 Vol 1 ( 2) 136-142 On se reportera plus particulièrement au paragraphe 4 "Artifact élimination" page de cette publication et à la figure 7 page 140 Le filtre en question utilise les opérations connues en morphologie mathématique sous le nom d'ouverture et de fermeture par reconstruction sur la base d'un élément structurant p: par une première opération de fermeture par reconstruction, on élimine les minima plus petits que p; puis à partir de l'image fermée, on élimine les maxima plus petits que p par une opération d'ouverture par reconstruction Les pixels de l'image qui n'ont pas été modifiés sont considérés comme appartenant au fond L'élément structurant p est'de façon appropriée un rectangle dont la dimension latérale est celle de l'image et dont la dimension longitudinale est de l'ordre de 15 cm. Il est en outre envisageable de faire précéder la binarisation d'une opération consistant à construire à partir de l'image de départ une "image-mosaïque", conformément aux indications données dans la thèse de Beucher S "Segmentation d'images et morphologie mathématique" Ecole Nationale Supérieure des Mines de Paris, 5 juin 1990, page 226 et suivantes. Le résultat de la première étape du traitement est l'image binaire de la figure 1-2, formée de deux phases: une phase plus conductrice, dite "noire", etlune phase plus résistive, dite "blanche". L'étape suivante est la construction d'une "image traversante" telle que représentée à la figure 1-3. 6 - L'image traversante est obtenue à partir de l'image binaire de la figure 1-2 en éliminant de l'image les composantes non traversantes de la phase noire, et de façon duale les composantes non traversantes de la phase blanche. La figure 3 aide à comprendre la notion de composante traversante une composante de l'image est traversante si elle présente une continuité latérale sur toute la largeur de l'image, en d'autres termes, si elle est connexe avec les deux bords de l'image Parmi les composantes (a) à (g) représentées à titre d'exemples sur la figure 3-1, les composantes traver- santes sont les composantes (b), (e), (f) et (g) représentées sur la figure 3-4 La composante (a) ne touche aucun des bords, la composante (c) seulement le bord droit et la composante (d) seulement le bord gauche. Les figures 3-2 et 3-3 illustrent le principe du traitement permet- tant d'éliminer les composantes connexes non traversantes On élimine d'une part les composantes qui ne touchent pas le bord gauche de l'image Ceci élimine les composantes (a) et (c), comme on le voit sur la figure 3-2. D'autre part, on élimine de l'image de départ les composantes qui ne tou- chent pas le bord droit de l'image: les composantes (a) et (d) sont ainsi éliminées, comme le montre la figure 3-3 Enfin, on effectue l'intersection des deux images obtenues, de manière à ne conserver que les composantes qui touchent les deux bords de l'image Ceci conduit à l'image de la figure 3-4, qui résulte de l'intersection des images des figures 3-2 et 3-3. Les traitements correspondants sont réalisés par une transformation morphologique de type connu appelée "reconstruction à partir de marqueurs". Cette opération est définie comme "le résultat de dilatations géodésiques successives jusqu'à idempotence d'une image-marqueur dans l'image de départ", voir Beucher S et al "Introduction aux outils morphologiques de segmentation", in: Traitement d'images en microscopie à balayage et en microanalyse par sonde électronique, ANRT 1990 Cette transformation consiste en l'occurrence à prendre comme marqueur l'un des bords de l'image, par exemple le bord gauche, et à effectuer une reconstruction par dilatation géodésique à l'aide d'un élément structurant jusqu'à atteindre les limites de la composante connexe considérée, comme représenté à la figure 3-2 Cela permet de conserver les composantes connexes qui touchent le bord gauche de l'image La même opération est effectuée en prenant comme marqueur le bord droit de l'image, pour obtenir le résultat illustré par la figure 3-3. Le traitement défini ci-dessus permet d'éliminer de l'image les composantes non traversantes de la phase noire En se référant aux images des figures 1-2 et 1-3, on note ainsi que des objets tels que ceux repérés Ni, N 2 sur la figure 1-2 sont éliminés sur l'image de la figure 1-3. La construction de l'image traversante comprend en outre l'élimina- tion des composantes non traversantes de la phase blanche Ceci est effec- tué par un traitement exactement identique à celui décrit pour la phase noire, mais appliqué à l'image obtenue en inversant l'image de la figure 1-2, dite image duale Par ce traitement, des objets tels que ceux repérés Bi, B 2 sur la figure 1-2 sont éliminés dans l'image de la figure 1-3. Au total, si l'on envisage schématiquement une zone de formation comme constituée d'une phase continue et d'une phase dispersée la phase continue étant par exemple la phase blanche dans la zone située autour de 1563 m, et la phase noire entre 1563,5 et 1563,7 m on peut présenter l'image traversante comme une image formée en remplaçant chaque zone hété- rogène par une zone homogène uniquement composée de la phase continue de la zone considérée. A partir des images obtenues au moyen des traitements décrits ci-dessus, différents attributs peuvent être déterminés pour caractériser la morphologie et réaliser une zonation. Un premier attribut, de nature géométrique, est la variation latérale d'épaisseur DLAT des composantes, blanches ou noires, de l'image traversante L'épaisseur est ici la dimension d'une composante suivant la profondeur (verticale sur les images de la figure 1) Cet attribut DLAT peut être défini comme la différence entre les valeurs maximale et minimale de l'épaisseur d'une composante Il présente l'intérêt qu'il permet de distinguer les zones litées des autres zones En effet, les zones litées se caractérisent par une variation latérale d'épaisseur faible, inférieure à un seuil qui peut de manière appropriée être de l'ordre de 20 mm La représentation graphique de DLAT en fonction de la profondeur sera donc un graphique rectangulaire, chaque rectangle ayant pour base l'épaisseur d'une composante traversante et pour hauteur la valeur de l'attribut DLAT. Un autre attribut de nature géométrique est le pourcentage de la surface de l'image occupé par la phase noire On obtient en effet un indi- 8 - cateur morphologique d'un intérêt particulier en comparant les valeurs de cet attribut dans l'image traversante et dans l'image binaire de départ, car par différence, on met en évidence l'existence d'une phase continue, et la présence de composantes non traversantes La figure 4 B représente les variations de cet attribut pour l'image binaire brute de la figure 1-2 (ARBA) et pour l'image traversante de la figure 1-3 (XREA) En pratique, on effectue le calcul de ces attributs sur une fenêtre de profondeur glissante, par exemple de 30 cm. On note que les valeurs AREA et XREA sont identiques ou voisines dans les zones litées (voir par exemple la zone située entre les niveaux de 1562,2 et 1562,4 m, ou celle située autour de 1563,9 m) Elles sont égale- ment identiques ou voisines dans les zones entremêlées, comportant des composantes noires et blanches non traversantes sans phase continue En revanche, les valeurs AREA et XREA sont sensiblement différentes dans les zones hétérogènes à inclusions noires dans un fond blanc et dans les zones hétérogènes à inclusions blanches dans un fond noir Dans le premier cas, dont la zone située entre 1562,5 et 1563,2 m donne un exemple, la valeur AREA pour l'image de départ est supérieure à la valeur XREA pour l'image traversante Dans le second cas, dont un exemple est fourni par la zone située entre 1563,4 et 1563,7 m, on a au contraire une valeur AREA inférieure à la valeur XREA. On peut remarquer que, si la comparaison des attributs AREA et XREA ne permet pas de distinguer les zones litées des zones entremêlées, l'attribut DLAT défini précédemment permet d'identifier de façon spécifique les zones litées. Un autre attribut permet d'identifier de façon spécifique les zones massives Il s'agit de la valeur du paramètre mesuré, dans l'exemple décrit la conductivité, exprimée par une valeur représentative sur un ensemble de pixels, telle que la médiane, pour chacune des parties de l'image de départ correspondant aux phases de l'image binaire brute La figure 4 A représente les variations en fonction de la profondeur de la conductivité médiane COPC de la phase noire et de la conductivité médiane REPC de la phase blanche, sur une fenêtre de profondeur glissante qui peut également de manière appropriée couvrir 30 cm. Le fait que l'image binaire comporte une phase noire "conductrice" et une phase blanche "résistante" résulte d'une comparaison avec une con- 9 - ductivité de fond, et ne donne aucune information sur l'ampleur de la différence entre les conductivités des deux phases Or, la différence entre les conductivités est une grandeur significative En effet, si la différen- ce est faible, inférieure à un certain seuil, la zone considérée est une zone relativement homogène, soit conductrice, soit résistante, c'est-àdire une zone massive Si la différence est supérieure à ce seuil, on se trouve dans l'un des autres cas, zone litée ou hétérogène. Dans l'exemple représenté, la différence entre les attributs COPC et REPC n'est jamais négligeable, et on peut conclure que sur la section représentée par les images de la figure 1, il n'y a aucune zone massive. Les attributs décrits ci-dessus sont donnés à titre d'exemples préférés, car leur combinaison permet d'obtenir une zonation morphologique de façon simple Mais il est clair que d'autres types d'attributs peuvent être définis en relation avec l'image traversante et/ou l'image de départ pour constituer des indicateurs morphologiques. Le diagramme de la figure 5 présente un synopsis du traitement décrit plus haut L'image de départ étant une image en niveaux de gris telle que celle de la figure 1-1, la première étape 50 est la définition adaptative d'une image de seuil correspondant à la conductivité de fond. L'étape 51 est la comparaison de l'image de départ avec cette image de seuil, qui produit une image binaire brute telle que celle de la figure 1-2 La construction de l'image traversante à partir de l'image binaire brute est réalisée par les étapes 52-54 et 55-57 Les étapes 52-54 assurent l'élimination des composantes non traversantes de la phase noire: recons- truction par marqueur à partir du bord gauche (étape 52); même opération à partir du bord droit (étape 53); intersection des images obtenues en 52 et 53 (étape 54) De façon similaire, les étapes 55-57 effectuent l'élimina- tion des composantes non traversantes de la phase blanche, à partir de l'image issue de l'étape 54 après inversion des phases (étape 54 a): reconstruction à partir du bord gauche (étape 55); reconstruction à partir du bord droit (étape 56); intersection des images résultant des étapes 55 et 56 (étape 57) Enfin, l'image issue de l'étape 57 ayant été à nouveau inversée, on détermine dans l'étape 58 les différents attributs (AREA, XREA, DLAT, COPC, REPC) décrits plus haut, et suivant un arbre de décision correspondant aux critères définis pour ces différents attributs, on obtient une zonation morphologique des formations considérées (étape 59). - Comme indiqué plus haut, l'invention n'est pas limitée à l'exemple décrit comportant une binarisation de l'image En effet, les opérations conduisant à l'image traversante sont applicables à l'image de départ en niveaux de gris, ou à une image comportant un nombre de phases supérieur à 2 Par exemple, on pourrait envisager de produire une image ternaire, en utilisant, au lieu d'un seuil unique correspondant à la conductivité de fond, un seuil supérieur et un seuil inférieur équidistants de la conducti- vité de fond: on aurait alors en plus d'une phase "noire" et d'une phase "blanche", une phase de fond pour les valeurs de conductivité comprises entre les deux seuils Les principes à la base de la définition des attributs décrits plus haut dans le cas binaire restent applicables, les définitions spécifiques étant à adapter mutatis mutandis. il - REVENDICATIONS 1 Procédé pour l'étude morphologique de formations géologiques traversées par un forage, caractérisé par le fait qu'à partir d'une image de la paroi du forage représentative des variations d'un paramètre physique de la formation suivant la direction longitudinale du forage ("profondeur") et selon la périphérie de la paroi ("latéralement"), on construit une image dite traversante, qui comporte uniquement les composantes présentant une continuité latérale du point de vue du dit paramètre, et on détermine les variations suivant la profondeur d'un ou plusieurs attributs liés au dit paramètre pour l'image traversante, les dites variations donnant une indication en rapport avec la morphologie. 2 Procédé selon la revendication 1, dans lequel on détermine en outre le ou lesdits attributs pour l'image initiale, la comparaison des valeurs obtenues pour l'image de départ et pour l'image traversante fournissant des indications supplémentaires relatives à la morphologie. 3 Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel on détermine en tant qu'attribut la variation latérale d'épaisseur des composantes de l'image traversante. 4 Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel on binarise l'image initiale pour former une image à deux phases, dans laquelle l'une des phases ("phase blanche") correspond aux valeurs relativement élevées et l'autre ("phase noire") aux valeurs relativement basses du dit paramètre, ladite image binaire servant d'image de départ pour la construction de l'image traversante. Procédé selon la revendication 4, dans lequel on détermine en tant qu'attribut le pourcentage de la surface de l'image occupé par l'une des phases. 12 - 6 Procédé selon l'une des revendications 4 et 5, dans lequel l'image traversante est obtenue en éliminant de l'image binaire les composantes non traversantes de la phase blanche et les composantes non traversantes de la phase noire. 7 Procédé selon l'une des revendications 5 et 6, dans lequel on détermine en tant qu'attribut une valeur représentative du dit paramètre pour chacune des phases de l'image binaire, et on compare les deux valeurs obtenues.