Brevet FR2815074A1 — publié le 20020412

La présente invention concerne une méthode d'analyse chimique et isotopique des carbones des constituants liquides ou gazeux contenus dans un fluide de forage. Par constituants, on désigne ici des hydrocarbures, par exemple de Cl à C8 incluant benzène, toluène, xylène, ou des gaz tels que C02. Ces constituants proviennent de l'opération de forage à travers des couches de terrain, opération qui a pour effet de briser la roche en libérant les gaz ou les fluides contenus dans les pores de roche. Le forage se fait conventionnellement avec une circulation d'un fluide, dit de forage, qui a, entre autres, pour fonction de nettoyer l'outil de forage et de remonter les débris de roche à la surface du sol. Les constituants en question remontent donc également par entraînement vers la surface par l'intermédiaire de ce vecteur. Il est clair que, compte tenu du débit de fluide de forage comparé à la vitesse de destruction de la roche, la quantité volumique desdits constituants est toujours relativement faible comparée au volume de boue. On connaît des installations permettant d'effectuer des mesures qualitatives et quantitatives sur du gaz Cl-C5 contenu dans un fluide de forage, mesures (ou diagraphies instantanées) qui permettent d'identifier les zones géologiques forées pour des raisons d'exploration, de sécurité du forage et/ou du personnel. Le document FR-2646508 décrit un procédé et un appareil pour prélever en continu des échantillons gazeux contenus dans un liquide chargé de solides, notamment un fluide de forage. Plus récemment, la demande française FR-99/12032 de la demanderesse décrit les conditions nécessaires pour l'extraction de constituants gazeux ou liquides contenus dans un fluide de forage, pour transporter ces constituants sous une forme gazeuse, et pour effectuer des analyses et des mesures sur ces constituants. Pour effectuer des analyses correctes, permettant de mieux déterminer la nature et la composition des terrains traversés par un forage, les constituants ne doivent pas condenser dans les éléments du système et le temps de transit de ces constituants entre le point d'extraction et le point de mesure doit être acceptable pour permettre une surveillance de l'opération de forage. On connaît le document SU-483645 qui décrit le prélèvement d'un échantillon de liquide dans le sondage pour obtenir la teneur géochimique en isotopes et en soufre dans la zone aux abords du puits. Une comparaison est alors faite entre la composition du filtrat du fluide de forage envahissant la formation et la composition des fluides saturant la formation, en suivant le critère de composition isotopique du méthane. Les prélèvements sont menés au droit des couches étudiées de manière à étudier leur degré de saturation. Plusieurs documents proposent de déterminer l'évolution de la composition des réservoirs à partir des puits par injection de molécules traceurs (US-5892147) ou à partir des sédiments (US-5388456). L'invention présente consiste à analyser la boue de forage de façon à obtenir des données en continu lors du forage sans intervention supplémentaire au niveau du puits, notamment prélèvement par des échantillonneurs de fond de puits de type RFT. La présente invention concerne une méthode d'analyse et de mesure sur des constituants entraînés par un fluide de puits au cours d'opération de forage, dans laquelle on effectue les étapes suivantes : - on prélève un volume d'échantillon de fluide de forage, - on extrait les constituants sous forme vapeur, - on transporte ces constituants vers un spectrographe de masse, - on détermine le rapport C/C des isotopes du carbone contenu dans lesdits constituants. Dans la méthode, on peut déterminer la nature et/ou la quantité des constituants par chromatographie en phase gazeuse. L'invention concerne également un dispositif d'analyse et de mesure sur des constituants entraînés par un fluide de puits au cours d'opération de forage. Ce dispositif comporte le couplage d'un chromatographe en phase gazeuse et d'un spectromètre de masse adapté à déterminer le rapport"C/C des isotopes du carbone contenu dans lesdits constituants. La précision des mesures isotopiques peut atteindre 1/1000. A l'aide de la méthode et du dispositif selon l'invention, on peut effectuer un suivi du forage à partir de l'enregistrement, continu ou discontinu, du rapport C/C. En corrélant les mesures de ce rapport avec d'autres mesures du type mud logging on peut obtenir une plus grande précision sur les milieux traversés, ainsi que leurs constituants. L'information obtenue à partir d'analyses chimiques sur des gaz hydrocarbures a montré son intérêt dans le domaine de l'exploration du pétrole et du gaz. Au cours des forages, l'information chimique (natures, quantités de gaz hydrocarbures et proportions entre hydrocarbures) donne un guide puissant pour le contrôle de la localisation du forage, en particulier dans le cas des forages horizontaux, où il est ainsi possible de distinguer très rapidement la proximité des niveaux de roches couvertures, les niveaux phréatiques, ou les niveaux potentiellement producteurs. La combinaison de ces mesures chimiques avec les mesures de l'isotopie du carbone de chaque composé hydrocarbure apporte de nouvelles informations pertinentes au cours du forage : le signal chimique du gaz (quantités de Cl-C5 dans les déblais de forage ou cuttings ) pouvant être fortement perturbé par la génération de gaz d'origine bactérienne. La combinaison des mesures chimique et isotopique permet de s'affranchir de ce bruit bactérien en permettant l'identification des origines. On peut ainsi déduire une quantité de gaz thermogénique associé à des réservoirs profonds de manière plus sensible et plus fiable. Ce signal, ainsi déconvolué, peut permettre en cours de forage d'estimer la plus ou moins grande proximité d'un réservoir rempli d'hydrocarbures ; un réservoir pétrolier est généralement traversé par des barrières de perméabilité séparant des blocs que l'on doit exploiter spécifiquement. Le signal isotopique mesuré en cours de forage peut permettre de mieux déterminer ces barrières de perméabilité, car elles correspondent généralement à des hétérogénéités isotopiques. L'implantation dans les tubages des puits des perforations pour des tests de production ou pour la production proprement dite peut alors être directement contrôlée par les résultats de ces mesures ; la proximité d'un plan d'eau dans un réservoir pétrolier accentue le risque de biodégradation des hydrocarbures accumulés, augmentant du même coup la viscosité du fluide qui devient alors plus difficile à produire. Le plan d'eau pouvant solubiliser une part des hydrocarbures gazeux (méthane et éthane principalement), et cette solubilisation dynamique s'accompagnant d'un fractionnement chimique et isotopique, la mesure en continu du signal isotopique doit permettre de discerner l'approche du plan d'eau et du contact hydrocarbures/eau par le forage, alors que la seule mesure chimique ne montre un changement qu'après la traversée effective du contact hydrocarbures/eau par le forage. La mise en oeuvre de la présente invention peut se faire à l'aide du système décrit dans la demande de brevet FR-99/12032, citée ici en référence. REVENDICATIONS 1) Méthode d'analyse et de mesure sur des constituants entraînés par un fluide de puits au cours d'opération de forage, caractérisée en ce que l'on effectue les étapes suivantes : on prélève un volume d'échantillon de fluide de forage, on extrait lesdits constituants sous forme vapeur, - on transporte ces constituants vers un spectrographe de masse, on détermine le rapport C/C des isotopes du carbone contenu dans lesdits constituants. 2) Méthode selon la revendication 1, dans laquelle on détermine la nature et/ou la quantité desdits constituants par chromatographie en phase gazeuse. 3) Méthode selon l'une des revendications précédentes dans laquelle on effectue un suivi du forage à partir de l'enregistrement dudit rapport C/C. 4) Dispositif d'analyse et de mesure sur des constituants entraînés par un fluide de puits au cours d'opération de forage, caractérisé en ce qu'il comporte le couplage d'un chromatographe en phase gazeuse et d'un spectromètre de masse adapté à déterminer le rapport C/C des isotopes du carbone contenu dans lesdits constituants.