Brevet FR2691747A1 — publié le 19931203

La présente invention concerne l'utilisation de données provenant d'un télécapteur de trou de sonde dans un puits actif pour déterminer des propriétés de fluides. Des conditions d'écoulements de phases multiples compliquent les levés diagraphiques de production et, ensuite, leur évaluation. Des capteurs classiques de diagraphie de production utilisés pour l'identification de fluides (densité nucléaire, gradiomanomètre et capacité) sont généralement défaillants ou deviennent imprécis dans des environnements à forte présence d'eau. Par exemple, des sondes à capacité perdent leur fiabilité lorsque la fraction d'eau ou retenue liquide, in situ, dépasse 40 % ; autrement dit, le signal est au mieux qualitatif et n'est pas fiable du point de vue quantitatif pour la localisation du pétrole. Des outils à densité tels que le gradiomanomètre ne fonctionnement pas lorsque la densité du pétrole est élevée (proche de la densité de l'eau), lorsque la fraction de pétrole est basse et lorsque la fraction d'eau (retenue) est importante. Dans ces cas, le gradiomanomètre ne peut pas détecter le pétrole. L'invention consiste à utiliser des données provenant d'un télécapteur de trou de sonde dans un puits actif pour déterminer des propriétés de fluides. Une image est formée à partir d'amplitudes d'écho renvoyés par la paroi du tubage. Pendant une diagraphie, des bulles se déplaçant entre le transducteur de l'outil et la paroi du tubage apparaissent sous forme de zones sombres (signal faible), permettant une détection d'un mouvement de fluides à phases discontinues et sa direction. Des mesures stationnaires permettent de contrôler la fraction de retenue de la phase discontinue en fonction du temps. Dans des conditions idéales, le rapport entre les zones sombres et les zones claires sur l'image est proportionnel au rapport volumique des deux phases présentes. La présente invention porte sur une variante de procédé pour identifier et quantifier la fraction de pétrole (retenue de pétrole) s'écoulant à l'intérieur d'un environnement à fraction d'eau (retenue d'eau) élevée. L'invention permet l'identification et la quantification de la fraction de volume d'une phase discontinue dans une phase continue, à savoir du pétrole dans de l'eau, du gaz dans du pétrole, du gaz dans de l'eau. Elle peut être utilisée pour améliorer l'évaluation de la diagraphie classique de production, car elle procure une visualisation d'écoulement in situ d'une phase discontinue dans des puits de forage. Une visualisation d'écoulement in situ peut fournir des indices concernant le régime d'écoulement, le sens d'écoulement et le volume d'écoulement de la phase discontinue. Lorsque la phase discontinue est du pétrole, une visualisation de l'écoulement peut indiquer un écoulement transversal du pétrole et une migration des fluides du puits de forage. Dans une forme de réalisation, on détermine les effets de paroi à partir des données et on élimine par factorisation ces effets de paroi des données pour déterminer les propriétés des fluides. De préférence, le télécapteur de trou de sonde est immobile. Par exemple, les effets de paroi peuvent être déterminés à partir des données en déterminant les valeurs d'amplitude maximale enregistrées sur chaque position de faisceau d'un balayage circonférentiel de la paroi. Dans ce cas, les propriétés des fluides peuvent être déterminées d'après les données d'amplitude par calcul du rapport des valeurs d'amplitude moyenne aux valeurs d'amplitude maximale enregistrées pour chaque position du faisceau d'un balayage circonférentiel de la paroi. Un réflecteur repliable est avantageusement utilisé comme paroi de substitution. Dans une deuxième forme de réalisation, on utilise des données provenant d'un télécapteur de trou de sonde à sections de balayage multiples dans un trou de sonde, pour déterminer des propriétés de fluides. Le temps écoulé est déterminé entre des images de balayage similaires sur chaque dispositif de balayage. Dans cette forme de réalisation, le télécapteur peut soit être mobile, soit être déplacé à une vitesse connue. Une matière discontinue connue est avantageusement introduite dans le trou de sonde. Dans une troisième forme de réalisation, on introduit dans le trou de sonde une matière discontinue et connue à une distance connue du télécapteur du trou de sonde, et on détermine le temps écoulé entre l'injection et la détection de la matière par le télécapteur du trou de sonde. Dans une quatrième forme de réalisation, on utilise une technologie de reconnaissance de formes pour localiser et analyser des bulles. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limitatif et sur lequel la figure 1 est un schéma d'un télécapteur de trou de sonde en place dans le trou de sonde d'un puits actif ; et la figure 2 est une image produite à partir de données enregistrée par le télécapteur de trou de sonde. Dans son aspect le plus large, l'invention concerne un procédé d'utilisation de données provenant d'un télécapteur de trou de sonde dans un puits actif pour déterminer des propriétés de fluides. Habituellement, un télécapteur de trou de sonde est descendu dans des trous ouverts pour balayer la face de la formation pour des applications telles qu'une identification de fractures, une analyse de couches minces, une localisation de vacuoles et de cavités, et une interprétation stratigraphique. Le télécapteur à été utilisé dans des puits tubés pour une inspection du tubage, par exemple l'identification de trous, d'une corrosion, de tartre, etc. L'invention résulte d'études portant sur la propagation de l'énergie ultrasonore à travers des systèmes de fluides à deux phases et à trois phases. On a démontré que le télécapteur peut être utilisé pour contrôler un écoulement de fluides à l'intérieur de puits le forage. En particulier, un écoulement d'une phase discontinue telle que du pétrole dans l'eau peut être contrôlé et évalué. Un contraste d'impédance acoustique existe entre des fluides de différentes densités, à savoir pétrole/eau, gaz/eau, gaz/pétrole et pétrole/gaz/eau. Lorsque de l'énergie ultrasonique est transmise à travers un milieu à phases multiples, un écho est renvoyé au transducteur si l'interface entre les phases est normale au faisceau d'ultrasons. Ceci se produit si un faisceau ultrasonique est propagé à travers une interface telle qu'un contact gaz/pétrole ou une interface pétrole/eau qui apparaît pendant un écoulement horizontal de fluides séparés, stratifiés. On a observé que les surfaces de bulles engendrent des contrastes d'impédance. Dans ce cas, la surface d'une bulle disperse l'énergie ultrasonique et aucun écho n'est renvoyé au transducteur. Lorsque de l'énergie ultrasonique se propage à travers un fluide uniforme à une seule phase, sans interface, le signal se propage jusqu'à ce qu'il atteigne une limite ou une surface, c'est-à-dire un tubage ou une paroi du trou de sonde. I1 est alors renvoyé par réflexion au transducteur. La compréhension du contraste d'impédance et des caractéristiques d'écho d'interfaces fluide/fluide, de surfaces de bulles par rapport à des caractéristiques d'un signal d'une phase continue et unique, a donné naissance à une nouvelle application du télécapteur de trou de sonde pour contrôler l'écoulement d'un fluide à phase discontinue (tel que du pétrole) dans une phase continue (telle que de l'eau). Des valeurs numériques pour la retenue de liquide sont déterminées par une numérisation de l'amplitude d'écho et du temps de parcours et par l'utilisation d'un algorithme conçu pour donner la retenue de liquide tout en réduisant les effets des bruits. Le tartre et la corrosion sur la paroi du tubage produisent un bruit de fond, introduisant des erreurs notables dans le calcul de rapport. Des mesures de diagraphie fixe sont utilisées pour fournir un signal d'entrée à l'algorithme, nécessaire à la correction. Les paramètres d'étalonnage permettent de convertir le rapport des volumes en des débits d'écoulement estimés. Dans une première forme de réalisation, le procédé consiste à déterminer les effets de paroi à partir de ces données, et à éliminer par factorisation ces effets de paroi des données pour déterminer les propriétés de fluides. On entend par "puits actif" un trou de sonde contenant deux ou plus de deux fluides non miscibles, un liquide et des particules solides, ou un liquide et un gaz dont l'un se déplace axialement par rapport à l'autre suivant l'axe du trou de sonde. On entend par "effets de paroi" l'affaiblissement de l'écho ultrasonique renvoyé au transducteur, qui est provoqué par une paroi rugueuse. Cette rugosité peut être due à de la roche rugueuse ou, dans un puits tubé, à une corrosion ou à du tartre accumulé sur la paroi du tubage. Un télécapteur de trou de sonde convenablement centré dans un tubage lisse reçoit des échos d'une amplitude identique en provenance de la totalité du balayage circonférentiel. On entend par "propriétés de fluides : 1. la vitesse caractéristique du son dans un fluide. Cette mesure permet la détection d'interfaces pétrole/eau ou des niveaux de fluides dans un puits. 2. L'uniformité du fluide sur le trajet du faisceau. Des bulles de gaz ou des bulles d'un fluide ayant une impédance acoustique différente de celle de la phase principale provoquent une dispersion du faisceau et abaissent l'amplitude de l'écho. De préférence, le télécapteur du trou de sonde est immobile. En étant immobile, le télécapteur du trou de sonde peut être utilisé pour contrôler des changements affectant le fluide parcouru par le faisceau ultrasonique. Bien que l'outil soit fixe, l'effet de paroi est constant, affectant l'amplitude de l'écho pour une position donnée du transducteur, de la même manière, à chaque balayage. Une façon de déterminer des effets de paroi à partir des données est de déterminer les valeurs maximales d'amplitude enregistrées pour chaque position de faisceau d'un balayage circonférentiel de la paroi. En. d'autres termes, un outil fixe travaillant dans un fluide à une seule phase enregistre une amplitude caractéristique de l'écho à chaque position du transducteur durant un balayage circonférentiel. I1 s'agit des amplitudes maximales qui peuvent être obtenues en cet emplacement. Si un second fluide, la phase mineure, est introduit dans le trajet du faisceau, une réduction importante de l'amplitude d'écho apparaît. Dans des conditions d'écoulement avec bulles (seconde phase discontinue), la probabilité d'enregistrer des amplitudes maximales pour chaque position du transducteur augmente avec l'allongement du temps d'enregistrement. Par exemple, les propriétés des fluides peuvent être déterminées à partir des données d'amplitude en calculant le rapport des valeurs d'amplitude moyenne aux valeurs d'amplitude maximale enregistrées pour chaque position du faisceau d'un balayage circonférentiel de la paroi. En d'autres termes, la somme des amplitudes maximales par balayage est calculée, donnant une indication de l'effet de paroi (WE). Similairement, la somme des amplitudes mesurées pour un balayage donné dans l'image (MA) est obtenue et on estime une indication du volume de la seconde phase (VS) en fonction du temps, de la manière suivante VS=K*(1-MA/WE) où k est une constante de proportionnalité. Les données peuvent être-considérées comme étant une image ou un réseau à deux dimensions A[n,m, constitué de m balayages ou lignes et de n échantillons (A) par balayage. On obtient un réseau de valeurs maximales Amaxtn] en testant tous les balayages dans l'image et en extrayant les amplitudes les plus grandes (A) dans une position donnée du faisceau [i] (i=l...n). L'effet de paroi WE est la somme des échantillons (Amax). La somme (MA) des amplitudes mesurées est obtenue par addition de tous les échantillons dans un balayage donné. Les effets de paroi peuvent avantageusement être déterminés à partir des données en utilisant un réflecteur repliable en tant que paroi de substitution. En d'autres termes, on collecte des données en utilisant un réflecteur repliable circulaire servant de paroi de substitution. Cet agencement réduit l'amplitude des effets de paroi ou l'erreur de la mesure et, par conséquent, la correction demandée dans la mesure. Dans une deuxième forme de réalisation, le télécapteur de trou de sonde est composé de sections de balayage multiples espacées d'une distance connue. Ce télécapteur de trou de sonde est utilisé dans un trou de sonde pour déterminer les propriétés de fluides en mesurant le temps écoulé entre des images de balayage similaires sur chaque dispositif de balayage. Ce télécapteur de trou de sonde produit des images à partir de chacun des dispositifs de balayage, lesquelles sont marquées par des mesures de temps. On peut obtenir le retard d'une bulle de fluide passant devant les dispositifs de balayage en mettant en corrélation les images et en estimant la vitesse de la bulle depuis le retard et la distance entre les dispositifs de balayage. Ce télécapteur est immobile ou bien se déplace à une vitesse connue. Une matière discontinue et connue est avantageusement introduite dans le trou de sonde. Cette matière discontinue peut être introduite soit par éjection de la matière à un instant connu à partir d'un réservoir placé audessus ou au-dessous de la section d'analyse, suivant le mouvement prévu de la phase principale du fluide, ou bien le fluide se trouvant dans le puits peut être converti en une phase gazeuse par un étinceleur. L'étinceleur est une électrode à laquelle on applique de l'énergie électrique d'une puissance suffisante pour provoquer la transformation du fluide. A cet effet, le fluide doit pouvoir conduire le courant électrique. Dans une troisième forme de réalisation, les données provenant d'un télécapteur de trou de sonde sont utilisées pour déterminer des propriétés de fluide par introduction, dans le trou de sonde, d'une matière discontinue et connue, à une distance connue du télécapteur du trou de sonde, et détermination du temps écoulé entre l'injection et la détection de la matière par le télécapteur du trou de sonde. Plus particulièrement, de petites quantités d'un fluide d'une seconde phase ou de particules solides peuvent être injectées à la surface, à des intervalles de temps déterminés, et introduites par pompage dans le puits. La matière est détectée par le télécapteur du trou de sonde et le temps de son arrivée est mesuré, soit au-dessus d'une zone perforée, soit en plusieurs emplacements entre des zones perforées multiples. Dans la quatrième forme de réalisation, des données d'amplitude provenant d'un télécapteur immobile de trou de sonde dans un puits actif sont utilisées pour déterminer des propriétés de fluides en utilisant une technologie de reconnaissance de formes pour localiser et analyser des bulles. Dans cette forme de réalisation, chaque bulle du fluide de la seconde phase est détectée sur l'image marquée en temps et son diamètre est estimé sur la base de l'aspect de la bulle sur l'image. Le volume du fluide contenu dans la bulle est calculé et l'écoulement total du fluide de la seconde phase est estimé sur la base des volumes intégrés des bulles et du temps écoulé. En référence à la figure 1, un télécapteur 10 de trou de sonde est placé de façon immobile à l'intérieur d'un trou de sonde actif 5. Au passage de bulles sur le télécapteur, celles-ci sont diagraphées par le télécapteur. La figure 2 montre une photographie d'une telle diagraphie d'écoulement. I1 va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au procédé décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé d'utilisation de données provenant d'un télécapteur (10) de trou de sonde (5) dans un puits actif pour déterminer des propriétés de fluides, caractérisé en ce qu'il consiste (a) à déterminer les effets de paroi à partir desdites données, et (b) à éliminer par factorisation lesdits effets de paroi desdites données pour déterminer les propriétés de fluides. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le télécapteur de trou de sonde est immobile. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les effets de paroi sont déterminés à partir desdites données par détermination des valeurs d'amplitude maximales enregistrées pour chaque position du faisceau d'un balayage circonférentiel de la paroi. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les propriétés des fluides sont déterminées à partir des données d'amplitude par calcul du rapport des valeurs moyennes aux valeurs maximales d'amplitude enregistrées pour chaque position du faisceau d'un balayage circonférentiel de la paroi. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les effets de paroi sont déterminés à partir desdites données par l'utilisation d'un réflecteur repliable en tant que paroi de substitution.