Brevet FR2714486A1 — publié le 19950630

La présente invention concerne une méthode et un dispositif de prospection sismique dans un puits, permettant un filtrage de certaines ondes indésirables susceptibles de se propager dans une formation souterraine depuis une source d'ébranlements, provoqués ou non, jusqu'à des capteurs couplés avec les formations traversées par ces puits. La méthode de prospection sismique selon l'invention est du type PSV (prospection sismique verticale) ou RPSV (prospection sismique verticale inverse). Dans le premier cas, elle 1 O peut être mise en oeuvre au moyen d'un agencement d'émission- réception comportant des capteurs sismiques (géophones ou hydrophones) placés dans un puits et une source d'ébranlements disposée en surface. Dans le second cas, l'agencement comporte une source placée dans un puits et des capteurs sismiques 1 5 disposés soit en surface soit dans un autre puits. La méthode selon l'invention peut encore être mise en oeuvre dans un puits au moyen de sondes de diagraphie sonique. La méthode et le dispositif peuvent s'appliquer aussi par exemple pour réaliser des opérations sismiques o l'on enregistre les bruits émis par un outil de forage en action au fond d'un puits (écoute de bruits de forage). Il est connu que, dans la partie haute d'un puits traversant la zone dite altérée, il se produit des conversions d'ondes. Les ondes dites de *ground roll' générées par une source en surface, sont converties en ondes dites de tube qui sont guidées le long du puits jusqu'aux capteurs installés en profondeur, quand on met en oeuvre une méthode de type PSV. C'est la même chose dans la configuration inverse (RPSV), o les ondes engendrées par une source disposée dans un puits, 3 0 sont guidées le long de celui-ci vers la zone altérée et converties en ondes de surface qui viennent perturber les signaux reçus par les capteurs disposés en surface. La méthode selon l'invention permet de réduire dans des proportions importantes, les ondes dites de tube se propageant le long d'un puits contenant du liquide et responsables de signaux parasites captés par des récepteurs sismiques couplés avec une formation souterraine traversée par le puits, en réponse à des ondes appliquées dans le sol. Elle est caractérisée en ce qu'elle comporte la réalisation d'opérations de prospection sismique alors que l'on a dispersé au sein du liquide dans la partie supérieure du puits, un gaz sensiblement insoluble dans ledit liquide et suffisamment compressible pour absorber une partie au moins de l'énergie transportée par les ondes de tube vers les récepteurs sismiques. 1 0 Suivant un premier mode de mise en oeuvre, la dispersion du gaz est effectuée en provoquant à une certaine profondeur du puits une réaction chimique capable de générer un gaz susceptible d'absorber l'énergie des ondes. Suivant un autre mode de mise en oeuvre, on utilise comme 1 5 source d'ondes, un outil de forage associé à une garniture de forage, en action au fond d'un puits, et la dispersion du gaz est effectuée en injectant du gaz dans du fluide de forage pompé à l'intérieur de la garniture, de façon que le gaz injecté, remontant dans l'espace annulaire entre le puits et la garniture, atténue les ondes de tube. Suivant un autre mode de mise en oeuvre, on peut aussi réaliser successivement: - une dispersion du gaz dans dans du fluide de forage pompé à l'intérieur d'une garniture d'outil de forage; et - des opérations de prospection sismique en utilisant une source d'ondes sismiques distincte de l'outil de forage, ces opérations étant effectuées par exemple après le retrait hors du puits de l'outil de forage. Cette source peut être logée par exemple dans une sonde de puits adaptée à faire des diagraphies soniques. 3 0 Suivant un premier mode de réalisation, le dispositif de mise en oeuvre comporte une source produisant des ondes sismiques et des récepteurs couplés avec la formation, et il est caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour créer in situ à une profondeur déterminée du puits, une réaction chimique génératrice d'un gaz sous pression, ce gaz étant sensiblement insoluble dans le liquide du puits et ayant une compressibilité relativement grande de façon à atténuer les ondes dites de tube se propageant le long du puits et responsables de signaux parasites captés par les récepteurs sismiques en réponse à des ébranlements appliqués dans le sol par la source. Les moyens pour disperser du gaz sous pression dans le puits peuvent comporter des circuits pour injecter à une certaine profondeur du puits, des constituants d'une réaction chimique engendrant des gaz sous pression de compressibilité relativement 1 0 grande et sensiblement insolubles dans le liquide du puits. Les moyens pour disperser du gaz sous pression dans le puits, peuvent aussi comporter une charge explosive libérant des gaz sous pression de compressibilité relativement grande et sensiblement insolubles dans le liquide du puits, cette charge I 5 explosive constituant par exemple la source d'ondes. Suivant un deuxième mode de réalisation, le dispositif de mise en oeuvre comporte un outil de forage associé à une garniture de forage et des récepteurs couplés avec la formation et il est caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'injection dans le fluide de forage d'un gaz sous pression, ce gaz étant sensiblement insoluble dans le liquide du puits et ayant une compressibilité relativement grande de façon à atténuer les ondes dites de tube se propageant le long du puits et responsables de signaux parasites captés par les récepteurs sismiques en réponse aux ondes créées par l'outil de forage en fonctionnement, et une source produisant des ébranlements sismiques, cette source pouvant être l'outil de forage ou une source distincte disposée dans le puits et notamment dans un corps de sonde de diagraphie sonique. 3 0 La méthode selon l'invention s'est avérée très efficace. On a pu vérifié que le facteur d'atténuation sur des enregistrements sismiques des perturbations provoquées par la conversion des ondes guidées obtenue par cette dispersion de gaz, est compris par exemple entre 8 et 20. D'autres caractéristiques et avantages de la méthode et du dispositif selon l'invention, apparaîtront à la lecture de la description ci-après de modes de réalisation décrits à titre d'exemples non limitatifs, en se référant aux dessins annexés o: - la Fig.l montre schématiquement un agencement sismique convenant pour une méthode de type PSV; -la Fig.2 montre schématiquement un agencement pour réaliser une méthode de type RPSV; -la Fig.3 montre schématiquement une installation sismique 1 0 pour mettre en oeuvre une méthode sismique de type PSV, associée à un ensemble permettant la dispersion d'un gaz sous pression dans un puits; - la Fig.4 montre schématiquement une installation sismique pour réaliser une écoute de bruits de forage, associée à un autre 1 5 ensemble d'injection de gaz; -la Fig.5A montre un exemple d'enregistrement analogique obtenu par une méthode sismique de type PSV en collection source commune et fortement perturbés par les ondes guidées qui se sont propagées le long d'un puits; -la Fig.SB montre un autre enregistrement analogique obtenu après dispersion d'un gaz absorbant à une certaine profondeur du même puits; et -la Fig.6 montre un exemple d'enregistrement analogique en collection capteurs communs, obtenue en utilisant des charges explosives classiques d'une part et une charge explosive liquide, qui illustre clairement l'action de filtrage que peuvent réaliser des gaz insolubles dans le fluide remplissant le puits. Un agencement sismique permettant de mettre en oeuvre une méthode de type PSV par exemple comporte (Fig.1) une 3 0 source S d'ébranlements couplée avec la surface du sol telle qu'un vibrateur, une charge explosive ou une source impulsionnelle de type à impact par exemple, et des capteurs sismiques disposés dans un puits I traversant la formation souterraine à explorer. Les capteurs R sont placés par exemple dans un outil 2 descendu 3 5 dans le puits au bout d'un câble électro-porteur 3 déroulé par un ensemble de manoeuvre 4 disposé en surface. L'outil de puits 2 comporte au moins une sonde pouvant être ancrée dans le puits par ouverture de bras d'ancrage, de façon à coupler un ou plusieurs capteurs sismiques (des géophones triaxiaux par exemple). L'outil de puits peut encore comporter une sonde principale 5 et une ou plusieurs sondes satellites disposées en chapelet sous la sonde principale, chacune renfermant un ou plusieurs capteurs sismiques. Un outil de puits convenant pour ce type de méthode PSV 1 0 est décrit par exemple dans les brevets suivants du demandeur: FR-A-2.656.034, FR-A2.636.741 ou FR-A-2.501.380 par exemple. On constate que le "ground roll" créé par la source S dans les couches superficielles, est réfracté au niveau du puits et 1 5 transformé en ondes dite de tube qui se propagent le long du puits et viennent parasiter les arrivées utiles qui se sont propagées dans les terrains jusqu'aux récepteurs R. Pour la mise en oeuvre d'une méthode dite de PSV inverse, (Fig.2) on dispose dans le puits une source d'ébranlements telle qu'une charge d'explosif, un vibrateur ou une source impulsionnelle, ancrée aux parois par des bras d'ancrage ou un élément d'ancrage expansible tel qu'un packer. Des sources de puits convenant pour l'application, sont décrites par exemple dans les brevets suivants du demandeur: FR-A- 2.656.110 ou FR- A-2.646.241 par exemple. Les capteurs sismiques sont disposés dans ce cas soit en surface soit encore dans un autre puits. Le phénomène de réfraction précédent se produit aussi dans ce cas, les ondes créées par la source sont canalisées le long 3 0 du puits jusqu'aux couches superficielles o elles sont converties en "ground roll" et captées par les récepteurs R en surface. La méthode selon l'invention est mise en oeuvre par exemple au moyen de réservoirs 7 contenant des constituants choisis qui mis en présence l'un de l'autre, réagissent en 3 5 générant un gaz également peu ou pas soluble dans le fluide du puits, assez compressible pour atténuer les ondes guidées se propageant le long du puits et éviter leur conversion en 'ground roll'. Suivant un premier mode de mise en oeuvre, les constituants de la réaction chimique peuvent être amenés séparément par des conduits 8 que l'on dispose le long du puits, jusqu'à la profondeur choisie, de 100 à 300 mètres par exemple, jusqu'à une chambre de réaction C. La réaction chimique est déclenchée in situ. 1 0 Suivant un autre mode de réalisation, la réaction chimique est déclenchée en surface et les gaz sous pression produits par la réaction chimique sont injectés par un conduit 8 à la profondeur d'injection choisie. Ce conduit est pourvu d'au moins une ouverture à son extrémité ou de plusieurs ouvertures réparties 1 5 suivant sa longueur. Suivant un autre mode de réalisation, convenant pour mener des opérations de PSV inverse (RPSV), on produit dans le puits les gaz absorbant les ondes au moyen d'une réaction chimique explosive. De préférence, on utilise des charges capables d'engendrer des gaz qui atténuent les ondes de tube, par exemple des charges à base de nitro- méthane. Cette charge peut être déclenchée avant les émissions sismiques proprement dites ou bien servir elle-même de source d'ondes simiques. Les explosifs classiques génèrent le plus souvent des gaz solubles dans le fluide de forage qui se condensent brutalement et en totalité après les explosions. Dans le cas o l'on utilise de tels explosifs, il est préférable, de combiner leur action avec une injection de gaz additionnelle au-dessus du lieu de déclenchement. 3 0 L'atténuation des ondes guidées peut être obtenue de manière analogue dans le cadre d'opérations d'écoute en cours de forage o l'on capte les ébranlements créés par un outil de forage 9, au moyen de récepteurs R placés en surface ou dans un autre puits, comme décrit dans la demande de brevet FR 92/15.986 du demandeur. A cette fin, on connecte un réservoir 7 de gaz sous pression ou un compresseur classique sur les circuits de l'installation de pompage 10 destinée à injecter de la boue de forage à l'intérieur de la garniture de forage 11. Les gaz remontant dans l'espace annulaire entre la garniture 11 et le puits 1, jusque dans la partie supérieure de celui-ci, contribuent là encore à atténuer les ondes de tube. Le temps de remontée jusqu'à la surface des gaz en émulsion dans le fluide de forage est souvent très long, beaucoup 1 0 plus long en tout cas que le temps néccessaire à la remontée complète de l'outil de forage hors du puits. On peut donc réaliser successivement: - des opérations de forage avec injection de gaz dans le fluide de forage comme décrit précédemment, 1 5 - un retrait complet de l'outil de forage et le dégagement du puits; la descente dans le trou libéré de moyens sismiques: source de puits ou récepteurs sismiques convenant pour le type de méthode utilisée (PSV ou RPSV) ou sonde de diagraphie sonique o sont disposés à la fois des moyens d'émission et des moyens de réception; et - la réalisation d'opérations de prospection sismique en bénéficiant de l'effet d'absorption des ondes de tube par les gaz dispersés dans le fluide de forage précédemment et encore en cours de remontée le long du puits. Les Fig.5 et 6 montrent des exemples de l'effet d'atténuation des ondes de tube, obtenu par la diffusion de gaz dans la colonne de boue d'un puits, dans à une mise en oeuvre de type RPSV au moyen de charges explosives déclenchées en trou ouvert. Les enregistrements des Fig.5A et 5B ont été obtenus respectivement sans injection de gaz et après injection de gaz dans la colonne liquide du puits. On voit que les alignements PW de la Fig.5A qui correspondent à des ondes de 'ground roll", sont très atténués sur la Fig.5B. 8 2714486 La Fig.6 correspond à des enregistrements analogiques obtenus en déclenchant des charges explosives successivement en une pluralité de points à des profondeurs différentes (indiquées en mètres) d'un trou ouvert. Les tirs ont été effectués successivement du bas vers le haut, avec des explosifs classiques produisant lors de leur déclenchement des gaz à condensation rapide. A 410 mètres de profondeur, on a déclenché une charge liquide à base de nitro- méthane LEC comme indiqué plus haut. On vérifie que les ondes de tube PTW visibles quand on utilise des charges classiques sont importantes. On constate aussi que les ondes de tube ATW sont très atténuées pour tous les tirs effectués postérieurement en raison de la présence du nuage de gaz insoluble dissipé dans la partie supérieure du puits après l'explosion de la charge liquide, 1 5 et qui remonte lentement le long de la colonne de fluide. 9 2714486 REVENDICATIONS 1) Méthode de prospection sismique permettant d'atténuer les ondes dites de tube se propageant le long d'un puits contenant un liquide, et responsables de signaux parasites captés par des récepteurs sismiques couplés avec une formation souterraine traversée par le puits, en réponse à des ondes appliqués à la formation, caractérisée en ce qu'elle comporte la réalisation d'opérations de prospection sismique alors que l'on a dispersé au 1 0 sein du liquide dans la partie supérieure du puits, un gaz sensiblement insoluble dans ledit liquide et suffisamment compressible pour absorber une partie au moins de l'énergie transportée par les ondes de tube vers les récepteurs sismiques. 2) Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce que I 5 la dispersion du gaz est effectuée en provoquant à une certaine profondeur du puits une réaction chimique capable de générer un gaz susceptible d'absorber l'énergie des ondes. 3) Méthode selon la revendication 1, dans laquelle on utilise comme source d'ondes, un outil de forage associé à une garniture de forage, en action au fond d'un puits, caractérisée en ce que la dispersion du gaz est effectuée en injectant du gaz dans du fluide de forage pompé à l'intérieur de la garniture, de façon que le gaz injecté, remontant dans l'espace annulaire entre le puits et la garniture, atténue les ondes de tube. 4) Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte successivement: -la dispersion du gaz dans du fluide de forage pompé à l'intérieur d'une garniture d'outil de forage; et - la réalisation des opérations de prospection sismique en 3 0 utilisant une source d'ébranlements sismiques distincte de l'outil de forage. ) Méthode selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'elle comporte la réalisation d'opérations de prospection sismique par utilisation de moyens d'émission et de réception disposés dans au moins une sonde de puits. 6) Méthode selon la revendication précédente, caractérisée en ce que les opérations de prospection sismique sont réalisées après le retrait hors du puits de l'outil de forage. 7) Dispositif pour effectuer une prospection sismique d'une formation souterraine traversée par un puits (1) contenant du liquide, comportant une source (S) produisant des ondes sismiques et des récepteurs (R) couplés avec la formation, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (7, 8) pour créer in situ à une profondeur déterminée du puits, une réaction chimique génératrice d'un gaz sous pression, ce gaz étant sensiblement insoluble dans le liquide du puits et ayant une compressibilité relativement grande de façon à atténuer les ondes dites de tube se propageant le long du puits et responsables de signaux parasites captés par les récepteurs 1 5 sismiques en réponse à des ébranlements appliqués dans le sol par la source (S). 8) Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens pour disperser du gaz sous pression dans le puits comportent des circuits (8) pour injecter à une certaine profondeur du puits des constituants d'une réaction chimique engendrant des gaz sous pression de compressibilité relativement grande et sensiblement insolubles dans le liquide du puits. 9) Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens pour disperser du gaz sous pression dans le puits, 2 5 comportent une charge explosive libérant des gaz sous pression de compressibilité relativement grande et sensiblement insolubles dans le liquide du puits. ) Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ladite charge explosive constitue la source d'ondes. 3 0 11) Dispositif pour effectuer une prospection sismique d'une formation souterraine traversée par un puits (1) contenant du liquide, comportant un outil de forage associé à une garniture de forage et des récepteurs sismiques (R) couplés avec la formation, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'injection 3 5 dans le fluide de forage d'un gaz sous pression, ce gaz étant sensiblement insoluble dans le liquide du puits et ayant une compressibilité relativement grande de façon à atténuer les ondes dites de tube se propageant le long du puits et responsables de signaux parasites captés par les récepteurs sismiques et une source (S) pour produire des ébranlements sismiques 12) Dispositif. selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'e la source d'ébranlements sismiques est constituée par l'outil de forage. 1 0 13) Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que la source d'ébranlements sismiques est disposée dans le puits. 14) Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les source et les récepteurs sismiques sont disposés i 5 dans au moins une sonde descendue dans le puits.