Brevet FR2823850A1 — publié le 20021025

reprécentatif (6). 1 2823850 La présente invention concerne les procèdés et dispositifs perfectionnés permettant d'évaluer la perméabilité d'un milieu rocheux, trouvant une application particulièrement avantageuse dans le cas de la détermination in situ de la perméabilité d'une formation géologique, par exemple qui entoure un puits de pétrole. On sait que le pétrole ou le gaz naturel est extrait à partir de puits réatisés dans les champs pétrolifères qui se trouvent dans de nombreux types de sols et sous-sols qui n'ont pas tous la même qualité de production. Cette qualité dépend essentiellement de la quantité de pétrole disponible, mais aussi récupérable, et donc, notamment mais non exclusivement, de la perméabilité du milieu rocheux dans lequel il se trouve emprisonné, c'est-à-dire la facilité avec laquelle le pétrole peut s'écouler jusqu'au puits pour être ensuite extrait par des techniques qui sont connues en elles-mêmes. On conçoit alors l'importance qu'il y a à conna'^tre ou à évaluer la perméabilité de toute formation géologique susceptible d'être le siège de l'exploitation d'un gisement d'un fluide, par exemple de pétrole ou de gaz naturel. L'un des premiers procèdés connus pour évaluer la perméabilité d'un milieu rocheux consistait à réaliser des carottes de oe milieu, puis à analyser ces carottes en laboratoire. Ce procédé présentait de nombreux inconvénients, en particulier le fait qu'ii était très difficile de déduire la valeur réelle de la perméabilité du milieu rocheux à partir du résultat de mesures effectuées en laboratoire. Pour pallier cet inconvénient, on a essayé de mettre en _uvre des procédés et de réaliser des dispositifs pour tenter d'effectuer in situ la mesure de la perméabilité d'un milieu roceux. Du document constitué par le US-A4 427 944, sont connus notamment un procédé et un dispositif qui permettent d'évaluer la perméabilité in situ d'un mitieu rocheux, par exemple au fond d'un puits de pétrole. Le procédé qui est décrit dans ce document consiste à positionner, en contact avec la paroi latérale du puits et sensiblement en un point situé au niveau o la perméabilité doit être mesurée, une source d'excitation, à commander cette source de façon qu'elle produise un potentiel électrocinétique transitoire dans le milieu rocheux autour du point cle contact, à mesurer l'amplitude de ce potentiel électrocinétique, à déterminer un signal caractéristique fonction du temps de réponse de ce potentiel 2 2823850 électrocinétique créé dans le milieu rocheux, et à déterminer la perméabilité de ce milieu rocheux autour du point de contact en fonction du signal caractéristique. Le dispositif qui permet de mettre en _uvre ce procèdé est essentiellement constitué par un outil capable de créer un potentiel électrocinétique transitoire dans le milieu rocheux, des moyens pour positionner cet outil au contact de la paroi du puits sensiblement en un point situé au niveau du milieu rocheux o l'on veut mesurer la perméabilité, des moyens pour commander l'outil afin qu'il produise une excitation capable de réaliser effectivement le potentiel électrocinétique transitoire, au moins deux électrodes plaquées contre la paroi du puits de part et d'autre du point d'excitation pour mesurer le potentiel électrocinétique, et des moyens pour traiter le signal délivré par ces électrodes afin de déterminer la perméabilité du milieu rocheux au niveau du point d'excitation. Ces procèdé et dispositif présentent l'avantage de permettre la mesure de la perméabilité des formations géologiques, effectuée in situ dans des puits réalisés dans ces formations géologiques, mais présentent encore, notamment, les inconvénients suivants. Un bruit de fond de potentiel spontané généralement important environne le potentiel électrocinétique à détecter, alors que ce demier est toujours très faible. Le contact des électrodes avec la paroi du puits doit être constant et excellent, ce qui est très difficile compte tenu de la géométrie d'un forage, et la présence de boues dans le puits peut créer des impédances parasites entre les électrodes et la paroi. En conséquence, même lorsqu'elle est théoriquement possible, la mesure du potentiel électrocinétique n'est pas fiable et les résultats de test fournis par les moyens de traitement des signaux délivrés par les électrodes sont faussés. Un autre procèdé a aussi été mis au point, qui est décrit dans le US-A-5 519 322. Ce procèdé consiste à remplir les interstices pouvant se trouver dans le milieu rocheux avec un fluide donné, puis à imprimer au fluide interstitiel un mouvement relatif par rapport au milieu rocheux, et à mesurer le champ magnétique produit par le mouvement relatif du fluide interstitiel dans le milieu rocheux, pour finalement déterminer la perméabilité du miiieu rocheux en fonction du champ magnétique mesuré. Ce dernier procédé et le dispositif qui permet de le mettre en _uvre donnent de bons résultats mais, dans certaines circonstances, ne permettent pas 3 2823850 une ln-lgion assez pnde du milieu meux. De plus, le dlsposltif pe malg u1 une struum liment mpl_ et dicile me#m en muv par _mple au nd d'un pui de le. La psente invenDon donc pour but de mm en muv un p=d. pour luer in situ 18 pe-dablli d'un milieu cheux, qui so# plus permant que les pAs de l'ad anMeur dA#nis d-dessus. Elle s sui pour but de aliser un dispositif permettan1 de mm en muv le pcAdA selon l'invention, qul psen notammen1 une s1um plus slmple plus cile utlliser que les dissiti de l'ad andeur. Plus pcAment psen -n1n a pour o un pmcAdA permeMant d'aluer la permabilitd d'un milieu rocheux, =6hsA par le it qu'il consie mplir les intentis pount se tur dans le milieu cheux svec un fuide donnd, appquer audR Due i^kl un amp magnque donnd, mesur n de n du fu 1^ i- -n dk amp magnique, drminer la rmab du mnu cheux en nion de valeur de la riation de pssion dudlt Duide inntitiel. La p-nte invention a aussl pour oet un dispitlf pour sluer la permblli d'un milieu che connan1 un dulde dans ses inis, mM par le k qu'il mde: des mons pour sppllquer un ohamp magnique su fuide initiel situA dans le milieu meux, des moyens pour mur Is Mion de pssn du Due 11 lndui par lpplion dudR smp mnlque, des mons pour d--iner pe-dabU#A du miBeu mche en nlon de la valeur de la vsMation de psion dudit fuide initiel. s Miques avantages de llnnDon appammnt au urs de la de=ion suivan donn en ga du dsin ann=6 tit illumtlf mais nullement llmitatit dans lequel: Ls gum unue psen, us o hAmaUque, un mode de alisatlon d'un disposltif selon l'invention permeRsnt d'Aluer in situ la Nl dn mllu h dans une applon un pui ns un pement de pAt[e ou de gaz n-L Les Demandeurs 1nnant pcer que [gu psente de n sdmque un mode de slislon de l'oq selon l'invention, mais qu'il peu1 sr d'auts modes de alisation qui ponden1 Is d6tnition de =de venDon. 4 2823850 lls précisent en outre que, lorsque, selon la définition de l'invention, I'objet de l'invention comporte "au moins un élément ayant une fonction donnée, le mode de réalisation décrit peut comporter plusieurs de ces éléments. Ils précisent aussi que, si le mode de réalisation tel qu'illustré comporte plusieurs éléments de fonction identique et que si, dans la description, il n'est pas spécifié que l'objet selon cette invention doit obligatoirement comporter un nombre particulier de ces éléments, I'objet de l'invention pourra être défini comme comportantau moins un de ces éléments. La présente invention concerne un procédé permettant d'évaluer la perméabilité d'un milieu rocheux, par exemple un milieu pétrolifère ou analogue bordant la paroi d'un puits réalisé dans ce milieu rocheux. Le procèdé consiste tout d'abord, si ce n'est pas fait préalablement ou de fa,con naturelle, à remplir les interstices pouvant se trouver dans le milieu rocheux avec un fluide donné, comme par exemple de l'eau ou tout autre fluide adapté pour remplir ces interstices. Il consiste ensuite à appliquer à ce fluide interstitiel un champ magnétique donné, dont la valeur sera définie essentiellement expérimentalement pour obtenir les meilleurs résultats, puis à mesurer la variation de pression du fluide interstitiel induite par l'application du champ magnétique, par exemple la différence entre la valeur de cette pression avant 1'application du champ magnétique et celle pendant l'application de ce champ magnétique. La mesure des variations de pression peut s'effectuer au moyen d'un capteur de pression placé directement dans le fluide interstitiel. Cependant, cette possibilité est très rare, notamment dans l'application à la mesure de la perméabilité d'un milieu rocheux au fond d'un puits de pétrole Aussi, selon la présente invention, il est avantageusement possible de déterminer ces variations de pression à partir des rnesures de variations de pression des ondes sismiques qui sont induites lorsque le fluide interstitiel est soumis lui-même à une variation de pression, notamment variable, par application d'un champ magnétique comme mentionné ci-dessus. En effet, quand le fluide interstitiel est soumis à une variation de pression, il est soumis à un ébranlement qui engendre une onde sismique qui se transmet dans tout le milieu environnant, la roche, le fluide interstitiel et le fluide qui se trouve généralement au nd du puits. Il suffit alors de disposer, par exemple, des hydrophones dans le fluide contenu dans le fond du puits et de relever les variations de pression enregistrées par ces hydrophones qui captent les ondes sismiques définies ci-dessus Il est de plus précisé que, lorsqu'une onde sismique est produite, elle se décompose en deux composantes que les hommes du métier dénomment respectivement "onde de compression P" et "onde de cisaillement S". De fa,con avantageuse, en disposant les hydrophones dans le fluide présent dans le fond du puits, on obtient une mesure sur les ondes P. mais il est aussi possible, en disposant un sismographe de paroi ou analogue contre la paroi du puits, d'obtenir une mesure significative de la variation de pression en mesurant les ondes S. Les variations de pression du fluide interstitiel sont obtenues à partir des mesures de variations de pression eFfectuées sur Ies ondes sismiques, notamment au moyen d'abaques obtenues par expérimentation. Le procédé consiste enfin à déterminer la perméabilité du milieu rocheux en fonction de la valeur de la variation de pression du fluide interstitiel déterminée selon l'une des méthodes décrites ci-dessus, étant entendu que l'homme du métier choisira l'une ou l'autre de ces méthodes en fonction notamment de la nature du milieu rocheux, de l'environnement et des facilités d'accès. Lorsque l'on cherche à évaluer la perméabilité d'un milieu rocheux encore inconnue, par la mise en ceuvre de ce procèdé, il suffit de mesurer la variation de pression du fluide interstitiel induite par l'application du champ magnétique dans ce milieu rocheux, puis, par exemple, d'interroger des banques de données obtenues expérimentalement, qui délivrent à leur sortie la valeur de la perméabilité correspondant à la valeur de la variation de pression du fluide interstitiel qui a été mesurée, la valeur de la perméabilité étant obtenue directement ou par extrapolation par rapport aux valeurs de la perméabilité mémorisées dans ces banques de données. Les valeurs préenregistrées dans ces banques de données Le procédé décrit ci-dessus permet donc d'évaluer la perméabilité d'un milieu rocheux aux environs du point o est appliqué un champ magnétique donné. 6 2823850 Pour évaluer la perméabilité du milieu rocheux dans son ensemble, par exemple le long d'un puits réalisé dans ce milieu rocheux, on applique une pluralité de fois le procédé selon l'invention, le long de ce puits. Dans ce cas cependant, il n'est pas obligatoirement nécessaire d'interroger les banques de données comme mentionnées ci-dessus aprés la mesure de la variation de pression induite en chaque point le long du puits. il peut étre en effet sumsant de conna^'tre la valeur de la perméabilité en au moins un point de ce milieu rocheux et de ne mesurer ensuite, en d'autres points le long du puits, que les variations de pression. De même, s'il est suffisant de ne conna^'tre que la variation de la perméabilité du milieu rocheux autour d'un puits, il suffira de comparer les variations de pression du fluide interstitiel induite par le champ magnétique mesurées le long du puits ou de la portion du puits à investiguer. Le procèdé décrit ci-dessus est avantageusement mis en _uvre par un dispositif dont un mode de réalisation est illustré schématiquement sur la figure unique. Ce dispositit permettant d'évaluer la perméabilité d'un milieu rocheux 1 contenant un fluide 2 dans ses interstices 3, comporte des moyens 10 pour appliquer un champ magnétique donné au fluide interstitiet 2, des moyens 11 pour mesurer la variation de pression du fluide interstitiel 2 induite par l'application du champ magnétique, et des moyens 12 pour déterminer la perméabilité du milieu rocheux en fonction de la valeur de la variation de pression du fluide interstitieJ. Dans une réalisation possible, les moyens 11 pour mesurer la variation de pression du fluide interstitiel induite par l'application du champ magnétique sont constitués par un capteur différentiel à membrane, ou même si cela est possible par exemple par un capteur à aiguille à jauge de contrainte qui peut ainsi pénétrer à l'intérieur du milieu rocheux 1. Quant aux moyens 10 pour appliquer un champ magnétique donné au fluide interstitiel 2 situé dans le milieu rocheux 1, ils sont de préférence constitués par au moins l'un des éléments suivants: une ou plusieurs bobines magnétiques avec leurs alimentations 51, au moins un aimant permanent, une combinaison d'une bobine et d'un aimant permanent, etc. Dans une réalisation avantageuse, quand les moyens 10 pour appliquer le champ magnétique sont constitués par une bobine magnétique ou analogue, les 7 2823850 moyens 11 pour mesurer la variation de pression du fluide interstitiel induite par l'application de ce champ magnétique sont agencés pour mesurer préférentiellement cette variation de pression sur l'axe de la bobine magnétique comme schématiquement représenté sur la figure unique. 11 peut être prévu, pour certaine applications, que le dispositif comporte en outre des moyens 13 pour moduler la valeur du champ magnétique. Ces moyens peuvent être par exemple constitués par des moyens pour moduler la valeur du courant électrique délivré par la ou les sources d'alimentation 51 Les moyens 12 pour déterminer la perméabilité du milieu rocheux 1 en fonction de la valeur de la variation de pression du fluide interstitiel induite par le champ magnétique appliqué à ce fluide, comportent au moins un organe de traitement 20, par exemple à base d'un microprocesseur, une mémoire de données prédéterminées 21 correspondant à des valeurs de perméabilité de roches en fonction de variations de pression du fluide interstitiel dans ces roches pour des valeurs de champ magnétique données, la sortie 22 de la mémoire étant reliée à une première entrée de commande 23 de l'organe de traitement, cet organe de traitement comportant deux autres deuxième 24 et troisième 25 entrées de commande recevant les valeurs respectivement du champ magnétique appliqué et de la variation de pression mesurée. 11 est aussi possible que les moyens 12 pour déterminer la perméabilité du milieu rocheux en fonction de la valeur de la variation de pression du fluide interstitiel comportent en outre une mémoire permanente 30, comme un enregistreur ou analogue, dont l'entrée 31 est reliée à une sortie 32 de l'organe de traitement 20. Le dispositif tel que décrit ci-dessus présente des avantages par rapport à ceux de l'art antérieur. En effet, avec un tel dispositif, il n'est pas nécessaire de prévoir des moyens pour commander une modulation de la pression du fluide interstitiel, mais uniquement des câbles, par exemple pour l'alimentation de la bobine 50, pour la mesure des variations de pression du fluide interstitiel, etc. Bien entendu, le dispositif tel que décrit ci-dessus dans son application à la mesure de la perméabilité des roches le long d'un puits, sera associé à un outil bien connu en lui-même, notamment dans le domaine pétrolier. 8 2823850 REVENDICATIONS 1. Procèdé permettant d'évaluer la perméabilité d'un milieu rocheux, caractérisé par le fait qu'il consiste: à remplir les interstices pouvant se trouver dans le milieu rocheux avec un fluide donné, à appliquer audit fluide interstitiel un champ magnétique donné, à mesurer la variation de pression du fluide interstitiel induite par l'application dud it champ magnétique, et à déterminer la perméabilité du milieu rocheux en fonction de la valeur de la variation de pression du fluide 1 0 interstitiel. 2. Procèdé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la variation de pression du fluide interstitiel induite par l'application dudit champ magnétique est déterminée à partir de la mesure de la variation de pression de l'onde sismique induite par ladite variation de pression du fluide interstitiel. 3. Procèdé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la mesure de la variation de pression de l'onde sismique est effectuée sur au moins l'une des deux composantes de l'onde sismique, à savoir l'onde de compression e et l'onde de cisaillement S. 4. Dispositif pour évaluer la perméabilité d'un milieu rocheux (1) contenant un fluide (2) dans ses interstices (3), par application du procèdé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'il comporte: des moyens (10) pour appliquer un champ magnétique donné au fluide interstitiel (2) situé dans le milieu rocheux (1), des moyens (11) pour mesurer la variation de pression du fluide interstitiel (2) induite par l'application dudit champ magnétique, et des moyens (12) pour déterminer la perméabilité du milieu rocheux en fonction de la valeur de la variation de pression du fluide interstitiel. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que les moyens (11) pour mesurer la variation de pression du fluide interstitiei induite par l'application dudit champ magnétique sont constitués par un capteur différentiel à membrane. 6 Dispositif selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé par le fait que les moyens pour mesurer ia variation de pression du fluide interstitiel induite par l'application dudit champ magnétique comportent au moins l'un des éléments suivants: un hydrophone, un sismographe.