Brevet FR2712698A1 — publié le 19950524

La présente invention se rapporte à un appareil de mesure acoustique et plus particulièrement à un tel appareil destiné à mesurer les caractéristiques acoustiques d'un échantillon de roche. Lors d'un forage pétrolier, des échantillons de roche, plus communément appelés carottes, sont pris dans le puits de forage. Des échantillons sont ensuite prélevés à intervalle régulier dans les carottes afin de déterminer les caractéristiques pétrophysiques et minéralogique de la roche. Parmi les différentes mesures réalisées sur les échantillon de roches, les mesures acoustiques de laboratoire ont pour objectif d'établir des relations entre propriétés pétrophysiques et acoustiques des roches. Ces relations pourront ensuite être utilisées dans l'interprétation quantitative des mesures sismiques et des mesures soniques de puits en terme de propriétés pétrophysiques, pour une meilleure caractérisation des réservoirs. Dans le cadre de ces mesures acoustiques, afin d'avoir une connaissance la plus complète des caractéristiques acoustiques de la roche, des mesures acoustiques doivent être effectuées à des intervalles rapprochés le long de la carotte et, de préférence, selon plusieurs génératrices le long de l'axe longitudinal de la carotte. I1 a déjà été proposé d'interpréter les mesures sismiques et soniques à l'aide des relations empiriques de la littérature. La présente invention a donc pour objet, un appareil de mesure acoustique qui permet de faire une suite de mesures sur une carotte, selon plusieurs génératrices le long de l'axe longitudinal de la carotte. Pour ce faire, l'invention propose un appareil de mesure acoustique d'un échantillon de roche comprenant un support pour l'échantillon de roche, un émetteur et un récepteur acoustique destinés à être disposés de part et d'autre de l'échantillon caractérisé en ce que l'émetteur et le récepteur sont déplaçables sélectivement ensemble par rapport à l'échantillon, le support comprenant des moyens destinés à mettre l'échantillon en rotation. L'appareil selon l'invention permet une meilleure utilisation de la sismique et des mesures soniques du puits. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après faite en référence aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une vue schématique en plan d'un appareil de mesure acoustique selon l'invention - la figure 2 est une vue schématique de la figure 1 prise dans le sens de la flèche - 2 - et - la figure 3 est une courbe de l'évolution avec le temps, d'une onde acoustique appliquée à la carotte. Comme représentée sur la figure 1, une carotte 10, dont on cherche à déterminer des caractéristiques acoustique, est placée sur deux rouleaux 12 et 14 qui sont montés en parallèle l'un à côté de l'autre et qui sont destinés à être mis en rotation, sélectivement dans le même sens et à la même vitesse, par un ensemble moteur 16 afin de faire tourner la carotte 10 autour de son axe longitudinal. Deux vis sans fin 18 et 20, disposées parallèlement à l'axe longitudinal de la carotte 10, sont destinées à être mises en rotation, dans le même sens et à la même vitesse, par deux moteurs associés 22 et 24. Une poutre transversale 26 est montée sur les vis sans fin 18 et 20 par l'intermédiaire de deux manchons filetés associés 28 et 30. Aussi la mise en rotation des vis sans fin 18 et 20 entraîne un déplacement de la poutre transversale 26 dans le sens de l'axe longitudinal de la carotte 10. Un perméamètre 32, monté sur la poutre 26, comporte un piston 34 qui est déplaçable selon son axe longitudinal pour venir en contact étanche avec la surface de la carotte 10. Le piston 34 du perméamètre 30 est relié à une source d'azote sous pression (non-représentée) dont la pression et le débit de gaz sont mesurés de manière conventionnelle afin de pouvoir déterminer la perméabilité de la carotte en un point donné. Selon l'invention, l'appareil de mesure comprend un émetteur 36 et un récepteur 38 de signaux acoustiques disposés de part et d'autre de la carotte 10. L'émetteur 36 et le récepteur 38 sont montés sur des bras 40 et 42 associés qui sont destinés à amener l'émetteur et le récepteur en contact intime avec la surface extérieure de la carotte 10. Afin d'assurer un bon contact entre la carotte et l'émetteur et le récepteur, ceux-ci sont recouvert d'une fine membrane en caoutchouc qui assure la bonne transmission des ondes. L'émetteur 36 comprend un capteur piézo-électrique relié à un générateur d'impulsions 44. Le signal est capté par un récepteur, amplifié par un amplificateur intégré du générateur d'impulsions 44, puis est envoyé sur un oscilloscope avant d'être enregistre numériquement sur une station de traitement (non représentée). La distance émetteur-récepteur est également mesurée à l'aide d'une réglette à affichage numérique et enregistrée pour chaque point de mesure. L'appareil permet d'enregistrer simultanément des ondes de compression (ondes P) et des ondes de cisaillement (ondes S). A cette fin, les émetteurs et récepteurs sont polarisés transversalement de façon à émettre et recevoir préférentiellement des ondes S. Cependant avec le présent dispositif, il es possible également d'enregistrer des ondes P correspondant à des modes convertis d'ondes S. Après chaque mesure, les bras 40 et 42 retirent l'émetteur 36 et le récepteur 38 de la surface de la carotte, puis les vis sans fin 18 et 20 sont mises en rotation afin d'avancer la poutre transversale 26 d'une distance prédéterminée dans le sens de l'axe longitudinal de la carotte 10. Une fois que la poutre a été déplacée, l'émetteur 36 et le récepteur 38 sont placés à nouveau au contact de la carotte 10. Il est également possible de prendre une série de mesures selon des rayons différents de la carotte dans un même plan transversal. Pour ce faire, l'émetteur 36 et le récepteur 38 sont retirés de la surface de la carotte 10, puis l'ensemble moteur 16 est mis en marche afin de faire tourner les deux rouleaux 14 et 16, entraînant ainsi la carotte 10 en rotation. Afin de s'assurer que la carotte 10 a tourné de l'angle requis, celle-ci est avantageusement munie d'un capteur 48 auquel est associé un récepteur 50 monté fixe sur l'appareil de mesure. Dans la mesure ou tout le train d'onde est enregistré sous forme numérique, un traitement élabore de ces mesures est possible. Les mesures et le traitement concernent deux paramètres, notamment le temps de propagation du signal acoustique à travers la roche de l'échantillon, d'oû sa vitesse de propagation, et, l'atténuation de ce signal engendrée par la roche. Le temps de propagation et la vitesse peuvent être aisément définis par des méthodes conventionnelles. En revanche, l'atténuation, qui est liée à la décroissance exponentielle de l'enveloppe du signal, est plus difficile à déterminer. Le temps de propagation des ondes P et S est déterminé par la technique de pointe d'impétus (ou arrivée première). La technique consiste à identifier le début du signal à l'aide d'un seuil sur l'amplitude du signal reçu. Le point de l'impétus est représenté sur la figure 3, d'oû il ressort que le point retenu est celui où le signal émis atteint 4 % du premier maximum local qui est supérieur à lo % du maximum du signal. La station de traitement détermine d'abord le maximum du signal émis par l'émetteur 36, puis le premier extrémum précédent ce maximum et supérieur à 10 % de ce dernier. Ayant trouvé ce point, l'impétus peut être calculé. La vitesse de propagation est égale au quotient de la largeur de la carotte sur la valeur de l'impétus. L'atténuation est calculée par une relation empirique fondée sur la proportionnalité entre le temps de montée t du signal et le facteur d'atténuation Q. Des expériences d'étalonnage permettent de déterminer les constantes de proportionnalité. Les mesures combinées d'ondes P et S permettent de déduire nombre de propriétés physiques des roches, par exemple leurs différents modules élastiques. L'appareil selon l'invention permet de faire des mesures de perméabilité, de vitesse acoustique et d'atténuation dans un même plan d'une carotte, ce qui permet d'associer avec précision les résultats. REVENDICATIONS 1) Appareil de mesure acoustique d'un échantillon de roche comprenant un support (12,14) pour l'échantillon de roche (10), un émetteur (36) et un récepteur (38) acoustiques destinés à être disposés de part et d'autre de l'échantillon (10) caractérisé en ce que l'émetteur et le récepteur (36,38) sont déplaçables sélectivement ensemble par rapport à l'échantillon, le support comprenant des moyens (12,14) destinés à mettre l'échantillon (10) en rotation. 2) Appareil selon la revendication 1 caractérisé en ce que le support comprend deux rouleaux disposés en parallèle l'un à côté de l'autre et agencés pour être mis en rotation, dans le même sens et à la même vitesse, par un ensemble moteur (16). 3) Appareil selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que l'émetteur et le récepteur (36,38) sont montés sur un support (26), déplaçable par rapport à l'échantillon, l'appareil comprenant, en outre, des moyens aptes à amener l'émetteur et le récepteur sélectivement au contact de l'échantillon.