Brevet FR2822233A1 — publié le 20020920

PROCEDE ET DISPOSITIF PERMETTANT D'EVALUER LA PERMEABTE D'UN MILIEU ROCHEUX La présente invention concerne les procédés et dispositifs 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 nature ! est extrait à partir de puits réalisés 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 tors l'importance qu'it y'a'à'connaître ou évatuer ta 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 nature. L'un des premiers procédés connus pour évaluer la perméabilité d'un milieu rocheux consistait à réaiiser des carottes de ce milieu, puis à analyser ces carottes en laboratoire. Ce procédé présentait de nombreux inconvénients, en particulier le fait qu'il 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 oeuvre des procédés et de réaliser des dispositifs pour tenter d'effectuer in situ la mesure de la perméabilité d'un milieu rocheux. Du document constitué par le US-A-4 427 944, sont connus notamment un procédé et un dispositif qui permettent d'évaluer la perméabilité in situ d'un milieu 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 où la perméabilité doit être mesurée, une source d'excitation, à commander cette source de façon qu'e ! ! e produise un potentiel électrocinétique transitoire dans le milieu rocheux autour du point de contact, à mesurer l'amplitude de ce potentie ! étectrocinétique, à déterminer un signal caractéristique fonction du temps de réponse de ce potentiel 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 oeuvre ce procédé 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 où 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 éiectrocinétique, 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 procédé 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 dernier 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 potentiei 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 procédé a aussi été mis au point, qui est décrit dans le US-A-5 '13 o 519 322. Ce procédé 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 milieu rocheux en fonction du champ magnétique mesuré. Ce dernier procédé et le dispositif qui permet de le mettre en oeuvre donnent de bons résultats mais, dans certaines circonstances, ne permettent pas une investigation assez profonde du milieu rocheux. De plus, le dispositif présente malgré tout une structure relativement complexe et difficile à mettre en oeuvre par exemple au fond d'un puits de pétrole. La présente invention a donc pour but de mettre en oeuvre un procédé pour évaluer in situ la perméabilité d'un milieu rocheux, qui soit plus performant que les procédés de l'art antérieur définis ci-dessus. Elle a aussi pour but de réaliser un dispositif permettant de mettre en oeuvre le procédé selon l'invention, qui présente notamment une structure plus simple et plus facile à utiliser que les dispositifs de l'art antérieur. Plus précisément la présente invention a pour objet un procédé 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 dudit champ magnétique, et - à déterminer la perméabilité du milieu rocheux en fonction de la valeur de la variation de pression dudit fluide interstitiel. La présente invention a aussi pour objet un dispositif pour évaluer la perméabilité d'un milieu rocheux contenant un fluide dans ses interstices, caractérisé par le fait qu'il comporte : - des moyens pour appliquer un champ magnétique au fluide interstitiel situé dans le milieu rocheux, - des moyens pour mesurer la variation de pression du fluide interstitiel induite par l'application dudit champ magnétique, et - des moyens pour déterminer la perméabilité du milieu rocheux en fonction de la valeur de la variation de pression dudit fluide interstitiel. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante donnée en regard du dessin annexé à titre illustratif mais nullement limitatif, dans lequel : La figure unique représente, sous forme schématique, un mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention permettant d'évaluer in situ la perméabilité d'un milieu rocheux, dans une application à un puits dans un gisement de pétrole ou de gaz nature. Les Demandeurs tiennent à préciser que la figure représente de façon schématique un mode de réalisation de l'objet selon l'invention, mais qu'il peut exister d'autres modes de réalisation qui répondent à la définition de cette invention. Ils précisent en outre que, lorsque, selon la définition de l'invention, l'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 comportent 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, l'objet de l'invention pourra être défini comme comportant"au 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 procédé consiste tout d'abord, si ce n'est pas fait préalablement ou de façon 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 l'application du champ magnétique et celle pendant l'application de ce champ magnétique. Il consiste es'in à déterminer la perméabilité du milieu rocheux en fonction de la valeur de la variation de pression du fluide interstitiel Lorsque l'on cherche à évaluer la perméabilité d'un milieu rocheux encore inconnue, par la mise en oeuvre de ce procédé, 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 où est appliqué un champ magnétique donné. 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 après la mesure de la variation de pression induite en chaque point le long du puits. Il peut être en effet suffisant de connaître 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 connaître 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 procédé décrit ci-dessus est avantageusement mis en oeuvre par un dispositif dont un mode de réalisation est illustré schématiquement sur la figure unique. Ce dispositif 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 interstitiel 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 interstitiel. 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 50 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 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. Il 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. Il 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. REVENDICATIONS 1. Procédé 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 dudit champ magnétique, et - à déterminer la perméabilité du milieu rocheux en fonction de la valeur de la variation de pression du fluide interstitiel. 2. Dispositif pour évaluer la perméabilité d'un milieu rocheux (1) contenant un fluide (2) dans ses interstices (3), par application du procédé selon la revendication 1, 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. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les moyens (11) pour mesurer la variation de pression du fluide interstitiel induite par l'application dudit champ magnétique sont constitués par un capteur différentiel à membrane. 4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les moyens (11) pour mesurer la variation de pression du fluide interstitiel induite par l'application dudit champ magnétique sont constitués par un capteur à aiguille à jauge de contrainte. 5. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé par le fait que les moyens (10) pour appliquer un champ magnétique donné au fluide interstitiel (2) situé dans le milieu rocheux (1), sont constitués par au moins l'un des éléments suivants : bobine magnétique (50) et son alimentation (51), aimant permanent, combinaison d'une bobine et d'un aimant permanent. 6. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens (13) pour moduler la valeur dudit champ magnétique. 7. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé par le fait que les moyens (12) pour déterminer la perméabilité dudit milieu rocheux (1) en fonction de la valeur de la variation de pression du fluide interstitiel, comportent au moins un organe de traitement (20), une mémoire de données prédéterminées (21) correspondant à des valeurs de perméabilité de roches en fonction de variations de pression de fluide pour des valeurs de champ magnétique données, la sortie (22) de ladite mémoire étant reliée à une première entrée de commande (23) dudit organe de traitement, ledit organe de traitement comportant deux autres deuxième (24) et troisième (25) entrées de commande recevant les valeurs respectivement du champ magnétique et de la variation de pression mesurée. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait 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) dont l'entrée (31) est reliée à une sortie (32) de l'organe de traitement (20). 9. Dispositif selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisé par le fait que ledit organe de traitement (20) est à base d'un microprocesseur.