Brevet FR2762043A1 — publié le 19981016

La présente invention concerne un outil de puits combinant une source d'ondes élastiques, un dispositif pour atténuer les ondes dites de tube se propageant le long d'un puits suite à l'émission dans le puits d'ondes élastiques (sismiques ou acoustiques) et éventuellement un ensemble de réception pour capter les ondes renvoyées par les discontinuités des formations environnant le puits. On connaît de nombreuses applications notamment en prospection sismique basse ou haute résolution, diagraphies soniques etc, o l'on explore les formations environnant un puits en émettant des ondes au moyen d'une source de puits et en enregistrant les ondes reçues par des récepteurs disposés dans le même puits par exemple, ou dans un autre puits ou encore à la surface du sol. On sait aussi que l'émission des ondes utiles s'accompagne de la formation d'ondes guidées dites de tube, qui se propagent le long du puits. Ces ondes guidées sont gênantes notamment parce qu'elles viennent masquer certains signaux réfléchis par les discontinuités des formations environnantes. Un procédé connu pour atténuer les effets des ondes guidées, décrit par exemple dans le brevet US 4,858,718 consiste à utiliser un équipement sismique de puits comportant une source impulsionnelle descendue dans le puits associée à des moyens d'atténuation. Il s'agit d'une vessie gonflable disposée au-dessus de la source et reliée à un réservoir local de gaz comprimé ou à un réservoir en surface par l'intermédiaire d'un conduit d'alimentation. Par le brevet FR 2 714 486 du demandeur notamment, on connaît une autre méthode pour 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. Cette méthode consiste essentiellement à réaliser les opérations de prospection sismique après dispersion au sein du liquide, dans la partie supérieure du puits, d'un gaz sensiblement insoluble dans le liquide et suffisamment compressible pour absorber une partie au moins de l'énergie transportée par les ondes de tube vers les récepteurs sismiques. Suivant un mode de réalisation, le gaz est obtenu par une réaction chimique déclenchée en surface et amené à la profondeur choisie par un tube. Les constituants de la réaction chimique peuvent encore être amenés séparément à la profondeur désirée et combinés pour produire le gaz. Celui- ci peut encore être obtenu en faisant exploser à la profondeur requise, une charge explosive à base notamment de nitro-méthane par exemple. L'outil de puits selon l'invention est adapté à l'exploration des formations environnant un puits au moyen d'ondes élastiques. Il est caractérisé en ce qu'il comporte au moins un ensemble d'émission ou de réception d'ondes élastiques, relié à un générateur autonome de gaz pourvu de moyens de régulation de pression et délivrant sur commande dans le fluide du puits des bulles de gaz calibrées propres à atténuer de façon très efficace les ondes de tube se propageant dans le puits. Le générateur de gaz autonome comporte par exemple un détendeur pour délivrer du gaz avec une surpression déterminée par rapport à la pression régnant dans le puits à la profondeur d'utilisation et un filtre poreux pour calibrer les dimensions des bulles éjectées. Suivant un mode de réalisation, le générateur de gaz comporte une chambre de combustion pour une substance pyrotechnique génératrice de gaz, et un réservoir pour le gaz généré par la combustion. Le générateur de gaz comporte par exemple un distributeur pour des cartouches de substances pyrotechniques et des moyens pour déclencher la combustion d'une nouvelle cartouche dans la chambre de combustion quand la pression du gaz dans le réservoir descend au-dessous d'un certain seuil fixé. Suivant un mode préféré de réalisation, on associe au générateur de gaz, des moyens de piégeage des bulles de gaz. A cet efftet, on utilise par exemple un élément présentant des discontinuités (trous, écailles, rugosités, mailles, nids d'abeille etc. ) o les bulles viennent se loger, cet élément pouvant être rapporté sur une portion de l'outil. Suivant un mode de réalisation, l'outil comporte un ensemble d'émission et de réception d'ondes élastiques. Suivant un autre mode de réalisation, le dit ensemble d'émission ou de réception et le générateur de gaz sont solidaires l'un de l'autre et réunis dans un même corps. L'outil de puits comporte par exemple un ensemble de réception comprenant une pluralité de récepteurs d'ondes élastiques, qui est relié au module d'émission, le générateur de gaz étant intercalé entre la source et le module de réception. Dans ce cas, on lui associe de préférence un module électronique pour l'acquisition des signaux délivrés par les récepteurs du module de réception, et l'outil est relié à une installation de surface par un câble électro-porteur. Avec cette combinaison d'un générateur de gaz autonome couplé à un ensemble d'émission et/ou de réception d'ondes élastiques, on n'est plus tributaire de moyens d'alimentation en gaz ou en substances génératrices de gaz comme précédemment, et l'on peut descendre l'outil à toute profondeur requise pour les besoins de la prospection. D'autres caractéristiques et avantages de l'outil de puits selon l'invention, apparaîtront à la lecture de la description ci-après d'un exemple non limitatif de réalisation, en se référant aux dessins annexés o: - la Fig. I montre schématiquement un outil de puits adapté à la réalisation de cycles d'émission-réception d'ondes élastiques avec atténuation des ondes de tube; - la Fig.2 montre schématiquement un générateur de bulles calibrées - les Fig.3, 3A montrent un autre mode de réalisation o le dispositif d'atténuation comporte un piège à bulles tel que des écailles ou rugosités sur une paroi: - les Fig.4, 5, 6 montrent à titre de comparaison, trois jeux de traces sismiques obtenus, le premier (Fig.4) sans atténuation des ondes de tube, le deuxième (Fig.5) avec utilisation du générateur de bulles et atténuation de ces mêmes ondes de tube sur une première distance d'atténuation par le gaz, le troisième (Fig.6), sur une distance plus grande; - la Fig.7 montre par comparaison comment varie l'atténuation A des ondes de tube avec la distance D séparant la source sismique des récepteurs, dans les trois cas illustrés par les Fig.4-6; et - la Fig.8 illustre la clarification qu'apporte l'injection de gaz dans la boue, sur une image sismique d'une formation environnant un puits horizontal. L'ensemble complet d'émission-réception schématisé à la Fig. 1, est descendu dans un puits W. Il comporte une source d'ondes élastiques I telle qu'un vibrateur piézo-électrique. Au-dessus de lui, dans le même corps d'outil par exemple, est disposé un générateur de bulles de gaz 2 qui comporte (Fig.2) un réservoir 3 délivrant un gaz peu soluble dans le liquide contenu dans le puits. Le réservoir communique par l'intermédiaire d'un détendeur 4, et d'une électro-vanne de commande 5, avec un embout d'éjection 6 ouvrant sur l'extérieur. La pression de sortie du détendeur 4 est réglée de façon à maintenir une certaine surpression par rapport à la pression hydrostatique, de l'ordre de 20 kPa par exemple. Le gaz issu du détendeur 4 traverse un filtre poreux 7 réalisé par agglomération d'une poudre métallique par exemple, et sort à l'extérieur au travers d'une grille 8 sous la forme d'un nuage de bulles de diamètre calibré. Le réservoir de gaz 3 communique avec une chambre de combustion 9 o l'on peut faire brûler des cartouches contenant des substances pyrotechniques choisies pour engendrer le gaz requis. Pour générer de l'azote, on peut utiliser les substances utilisées par les équipementiers automobiles pour gonfler les sacs de protection antichocs (airbags) telles que du NaN3 par exemple. Quand la pression dans le réservoir baisse au-dessous d'un certain seuil, on le recharge en gaz en déclenchant électriquement depuis la surface, la mise à feu d'une nouvelle cartouche dans la chambre de combustion 9 au moyen d'une ligne de commande 10. Un distributeur de cartouches 11 d'un type connu peut être adjoint au générateur de gaz pour alimenter la chambre de combustion. Dans le mode de réalisation décrit, l'outil de puits comporte un ensemble 12 de réception d'ondes élastiques disposé du côté du générateur de gaz 2 opposé à la source 1, à une certaine distance de celle-ci choisie en fonction du type d'application. L'ensemble de réception est relié à l'ensemble constitué de la source I et du générateur de bulles 2 soit par une longueur de câble électro- porteur, soit encore par des entretoises rigides 13. L'outil de puits comporte dans ce cas un module électronique 14 d'un type connu disposé par exemple dans le même corps que l'ensemble d'émission Ce module reçoit par un câble de liaison 15 les signaux captés par l'ensemble de réception 12. Il est adapté à numériser les signaux avant de les transmettre sous forme codée à une station de surface (non représentée). Comme modules électroniques, on peut utiliser par exemple ceux décrits dans les brevets FR 2 613 159, FR 2 613 496. Dans le cadre d'une application à la prospection sismique dite de haute résolution, on utilise par exemple une source I constituée d'un vibrateur piézo- électrique. L'ensemble de réception réuni à l'ensemble d'émission par des entretoises 13, est par exemple une flûte de puits constituée d'une gaine allongée remplie de liquide, le long de laquelle des hydrophones (non représentés) sont disposés à intervalles réguliers. En tête de la flûte, un câble électro-porteur à sept conducteurs 15 relie l'ensemble à la station de surface. Le module électronique 14 est connecté aux lignes du câble électro-porteur 15, par un câble multi- conducteurs 16 (qui peut être un élément de câble électro-porteur par exemple). C'est également le cas pour la ligne de commande 10 servant à déclencher la reconstitution de la réserve de gaz dans le réservoir 3 par combustion d'une cartouche. Les effets bénéfiques sur la lisibilité des jeux de traces, obtenus en faisant fonctionner le générateur de bulles, apparaissent immédiatement au spécialiste au vu des Fig.4, 5, 6, 7. Sur la Fig.4 qui représente un rejeu à gain constant (0 dB) d'un ensemble de 46 traces sismiques d'un enregistrement unitaire obtenu sans injection de gaz dans la boue du puits, en faisant varier pas à pas la distance entre la source et les récepteurs entre 20m et 23,4m, on voit que l'onde volumique de pression propagée dans la formation est invisible car trop faible comparée à l'onde de tube qui ne s'atténue que de 1,5 dB par mètre. Sur l'enregistrement correspondant de la Fig.5 (rejeu à gain constant de 34dB), obtenu en lâchant du gaz à 1,8 m au-dessous de la position de réception de la trace la plus proche, l'onde volumique de pression (P) est bien visible car l'onde tube (T) subit, du fait de l'atténuation des bulles de gaz, une atténuation de 6dB par mètre. L'enregistrement correspondant de la Fig.6 a été obtenu avec un gain de rejeu de 50dB, pour des distances source-récepteurs variant entre 16,3 et 19,8m, I'injection de gaz ayant eu lieu à 4,8 m au-dessous de la position de réception de la trace la plus proche. L'onde de tube (T) s'atténue à raison de 6dB/m et l'onde de pression (P) qui se propage dans la formation devient prépondérante car la distance parcourue par l'on de tube dans la boue gazéifiée, est plus grande que dans le cas précédent. Les effets de l'atténuation procurée par l'injection de gaz dans la boue, selon la distance d'atténuation apparaissent clairement à la Fig.7. Les graphes A, B, C correspondent, le premier (A) à l'effet d'une boue sans gaz, le deuxième (B) et le troisième (C), à l'effet d'une boue gazéifiée, la distance d'atténuation étant respectivement de I m et de 3, 5m comme dans le cas des Fig.4-6. L'enregistrement de la Fig.8 montre une image sismique d'une formation, lisible sur une profondeur de quelques 20 mètres de part et d'autre audessus et au- dessous d'un drain horizontal, obtenue en gazéifiant la boue, profondeur d'investigation qui n'aurait été que de quelques mètres sans la très efficace atténuation apportée par les bulles de gaz. On a décrit un ensemble intégré d'émission et de réception d'ondes élastiques dans un puits. Il est bien évident cependant que pour certaines opérations de prospection de type PSV par exemple, l'outil déplaçable dans le puits suspendu au câble 15 peut comporter seulement l'ensemble de réception 12 associé au générateur de bulles 2, la source d'ondes élastiques 1 étant déplaçable séparément dans le même puits ou placée en surface ou dans un autre puits. Suivant le mode de réalisation de la Fig.3, l'outil comporte en outre un piège à bulles 17 destiné à retenir une bonne proportion des bulles de gaz issues du générateur de bulles 2 ou à retarder leur remontée. A cet effet, on peut intercaler entre le module électronique 14 et l'ensemble de réception 12 un tube d'entretoise 13 pourvu de moyens de piégeage de bulles faisant obstacle à leur remontée. Parmi tous les moyens de piégeage possible, on peut citer: - des rugosités ou inégalités de surface ménagées sur la surface extérieure du tube ou sur une gaine rapportée sur cet élément, et notamment des écailles (Fig.3A); - un revêtement en nid d'abeille; ou - une garniture textile habillant extérieurement le tube adaptée à retenir des bulles dans ses mailles. Suivant un mode préféré de mise en oeuvre, ces moyens de piégeage de bulles 17 sont disposés entre la source I et l'ensemble de récepteurs 12, de façon à atténuer les propagations directes de l'un à l'autre. Il est bien évident cependant qu'il est possible selon les cas de placer ces moyens au-dessus et/ou au-dessous de l'ensemble de réception, par exemple lorsqu'il s'agit d'atténuer les ondes converties en ondes de tube, notamment dans le cas o la source d'ondes élastiques est placée en surface ou dans un autre puits. On ne sortirait pas du cadre de l'invention en remplaçant le câble électro- porteur 15 par tout autre moyen pour relier l'outil à une installation de surface, ni en changeant la disposition relative des éléments de l'outil de puits les uns par rapport aux autres, le générateur de gaz 2 pouvant par exemple se trouver sous la source d'ondes élastiques 1. Le dispositif selon l'invention, selon sa configuration convient pour de nombreuses applications classique, par exemple: a) la prospection sismique haute résolution ou diagraphies avec un outil comportant à la fois une source sismique, ensemble de réception et générateur de bulles; b) la prospection sismique de type PSV soit directe avec source sismique en surface et ensemble de réception associé au générateur de bulles dans le puits, soit de type PSV inverse avec source sismique et générateur de bulles dans le puits et récepteurs en surface; ou c) la prospection sismique de puits à puits. REVENDICATIONS 1) Outil de puits adapté à l'exploration des formations environnant un puits au moyen d'ondes élastiques, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un ensemble (I, 12) d'émission ou de réception d'ondes élastiques, relié à un générateur autonome de gaz (2) pourvu de moyens de régulation de pression et délivrant sur commande dans le fluide du puits, des bulles de gaz calibrées propres à atténuer de façon très efficace les ondes de tube se propageant dans le puits. 2) Outil de puits selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un détendeur (4) pour délivrer du gaz avec une surpression déterminée par rapport à la pression régnant dans le puits à la profondeur d'utilisation et un filtre poreux (7) pour calibrer les dimensions des bulles éjectées. 3) Outil de puits selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le générateur de gaz (2) comporte une chambre de combustion (9) pour une substance pyrotechnique génératrice de gaz, et un réservoir (3) pour le gaz généré par la combustion. 4) Outil de puits selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un distributeur (1 1) pour des cartouches de substances pyrotechniques et des moyens (10) pour déclencher la combustion d'une nouvelle cartouche dans la chambre de combustion (9) quand la pression du gaz dans le réservoir descend au- dessous d'un certain seuil fixé. ) Outil de puits selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (17) de piégeage des bulles de gaz. 6) Outil de puits selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de piégeage de bulles comportent un élément présentant des discontinuités o les bulles viennent se loger. 7) Outil de puits selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit élément est un revêtement rapporté sur une portion de l'outil. 8) Outil de puits selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un ensemble (1I, 12) d'émission et de réception d'ondes élastiques. 9) Outil de puits selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dit ensemble ( I, 12) d'émission ou de réception et le générateur de gaz (2) sont solidaires l'un de l'autre et réunis dans un même corps. ) Outil de puits selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'outil de puits comporte un ensemble de réception (12) comprenant une pluralité de récepteurs d'ondes élastiques, qui est relié au module d'émission (1, 2), le générateur de gaz (2) étant intercalé entre la source (1) et le module de réception (12). I 1) Outil de puits selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un module électronique (14) pour l'acquisition des signaux délivrés par les récepteurs du module de réception (12), et il est relié à une installation de surface par un câble électro-porteur (16).