Brevet FR2857096A1 — publié le 20050107

PROCEDE POUR DETERMINER L'ORIENTATION D'UNE CAROTTE DE FORAGE PRELEVEE DANS UN MILIEU TERRESTRE DE TYPE ROCHEUX OU ANALOGUE La présente invention concerne les procédés pour déterminer l'orientation d'une carotte de forage prélevée dans un milieu terrestre de type rocheux ou analogue, qui trouvent une application particulièrement avantageuse dans le domaine de la détermination de l'orientation des carottes de forage prélevées dans des roches pétrolifères. Il est connu que, notamment dans le cadre de recherches pétrolières, il est nécessaire d'analyser le sous-sol terrestre. Dans ce but, on réalise, dans le sous-sol à analyser, des puits ou forages et on prélève simultanément des morceaux de roches dénommés "carottes de forage" au moyen d'outils spéciaux connus sous le nom de "carotteuses". Par l'analyse de ces carottes, il est possible de connaître la composition du sous-sol. Cependant, dans certains cas, notamment dans le cas d'une exploitation pétrolière, il est aussi nécessaire de connaître leur orientation exacte lorsqu'elles étaient initialement dans le sol avant leur extraction, notamment en vue de déterminer les directions suivant lesquelles le puits est préférentiellement productif, ainsi que les directions suivant lesquelles des fracturations hydrauliques provoquées vont ou peuvent se propager dans le milieu rocheux entourant le puits. La détermination de la direction de fracturation hydraulique d'un puits peut en outre conditionner l'emplacement d'un ou plusieurs autres puits dans un même champ pétrolifère. Or, comme évoqué ci-dessus, de telles carottes de forage sont découpées dans le sous-sol à l'aide de carotteuses qui sont des outils animés de mouvements de rotation et il n'est donc pas possible, à sa sortie du puits, de connaître l'orientation originelle d'une carotte prélevée. Il faut donc procéder à ce que les 3o techniciens dénomment son orientation . Ceci ayant été précisé, il est tout d'abord nécessaire de rappeler que, sur la Terre, règne un champ magnétique orienté vers un point dénommé "Nord" qui a actuellement une position bien déterminée par rapport au globe terrestre. Mais il faut aussi savoir qu'au cours des ères géologiques passées, la position du Nord magnétique n'a pas toujours été la même par rapport aux continents puisque ceux-ci ont notamment dérivé à la surface du globe terrestre. II est même connu que le sens du champ magnétique s'est inversé un grand nombre de fois. Tous ces changements sont bien connus et relativement bien répertoriés dans le temps. On sait aussi que les roches terrestres possèdent une aimantation qui comprend deux composantes, l'une représentant l'aimantation induite par le champ magnétique actuel, que les techniciens dénomment "aimantation induite", l'autre représentant l'aimantation dite "aimantation rémanente" correspondant à l'aimantation induite par le champ magnétique terrestre qui régnait au moment de la io formation de ces roches et dont elles ont mémorisé la direction et le sens. Connaissant, d'une part le sens et la direction de cette aimantation rémanente dans une carotte, et d'autre part l'époque de la formation de la couche rocheuse de laquelle a été extraite cette carotte et la position de cette couche rocheuse dans le sol, il est possible de déterminer l'orientation de la carotte par rapport à cette roche et donc par rapport au globe terrestre. Des dispositifs et des procédés permettant d'orienter, à partir de leur aimantation rémanente, des carottes de forage prélevées dans des milieux rocheux sont déjà connus. De tels dispositifs et procédés pour orienter une carotte de forage prélevée dans un milieu terrestre de type rocheux ou analogue sont par exemple décrits dans le WO 02146745. Le procédé décrit dans ce document donne de bons résultats, mais ne peut pas toujours être utilisé ou facilement utilisé quand les paramètres définis ci-dessus ne sont pas connus, ou pas avec suffisamment de précision, pour l'endroit où la carotte a été prélevée. La présente invention a pour but de mettre en oeuvre un procédé qui pallie notamment l'inconvénient mentionné ci-dessus et qui, en plus, permet de faciliter la détermination de l'orientation des carottes de forage, notamment dans le domaine de la recherche pétrolière dans un même champ. Plus précisément, la présente invention a pour objet un procédé pour 30 déterminer l'orientation d'une carotte de forage prélevée dans un milieu terrestre de type rocheux ou analogue, caractérisé par le fait qu'il consiste: à réaliser une première image de la paroi latérale de ladite carotte, à réaliser une seconde image de la paroi intérieure du puits obtenu dans ledit milieu terrestre après le prélèvement de ladite carotte, cette dite seconde image étant indexée par rapport à un second référentiel lié audit milieu terrestre, à recaler les première et seconde images l'une par rapport à l'autre, et s à réaliser une indexation de ladite première image par rapport à la seconde. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante d'un exemple de mise en oeuvre du procédé selon l'invention qui permet de déterminer l'orientation d'une carotte de forage prélevée dans un milieu terrestre de type rocheux ou analogue, à titre d'exemple dans un champ pétrolifère, ainsi que dans le cas d'une application à plusieurs carottes prélevées en plusieurs endroits d'un même champ pétrolifère. Le procédé consiste tout d'abord à réaliser une première image de la paroi latérale de la carotte prélevée et une seconde image de la paroi intérieure du puits obtenue dans le milieu terrestre après le prélèvement de cette carotte, cette seconde image étant indexée par rapport à un second référentiel lié au milieu terrestre, l'ordre selon lequel sont réalisées ces deux images n'ayant en fait pas d'importance. Le second référentiel est avantageusement choisi de type orthogonal en coordonnées X, Y, Z liées au globe terrestre. Dans ce cas, il est préférable que l'une Z des coordonnées de ce second référentiel soit définie suivant l'axe du puits, qui en général est vertical, et qu'une autre X soit définie suivant la direction du Nord magnétique actuel. Le procédé consiste ensuite à recaler les première et seconde images l'une par rapport à l'autre et, suite à ce recalage, à effectuer une indexation de la première image par rapport à la seconde, dans le but d'indexer la première image par rapport au globe terrestre puisque la seconde image est elle-même indexée par rapport au globe terrestre. Comme l'image de la paroi intérieure du puits et celle de la paroi latérale de la carotte sont de même nature et peuvent être facilement corrélées, ou les mêmes ou sensiblement les mêmes, il suffit de les transporter, par tous moyens, pour les superposer l'une sur l'autre jusqu'à ce qu'elles se correspondent. Une fois cette correspondance obtenue, comme la seconde image est parfaitement connue et indexée dans le second référentiel en X, Y et Z défini ci-dessus, il est facile de définir un repère d'orientation de la carotte, par exemple par rapport à la coordonnée X, c'est-à-dire la direction du Nord magnétique, et donc de définir son orientation lorsqu'elle était dans le milieu terrestre avant d'être prélevée. Le recalage des deux images selon cette phase du procédé peut bien entendu s'effectuer manuellement. Mais, du fait que, comme explicité ci- après, les images peuvent être obtenues sous forme de signaux électriques, cette phase du procédé pourra être effectuée de façon numérique, notamment grâce à des moyens informatiques et des logiciels adaptés qui se trouvent dans le commerce ou qui sont du domaine de l'homme du métier connaissant l'invention telle qu'elle est exposée ici. io Dans le cadre de la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, il peut être très avantageux de déterminer en outre au moins la composante radiale de la direction d'aimantation rémanente de la carotte, selon par exemple le procédé décrit dans le document mentionné au préambule de la présente description. Les techniciens dans le domaine dénomment cette direction d'aimantation rémanente, la direction du "paléo nord". Il est alors possible de déterminer un premier référentiel lié à la carotte, ce premier référentiel étant lui aussi un référentiel avantageusement orthogonal en coordonnées x, y, z, dont l'une z des coordonnées est définie suivant l'axe longitudinal de la carotte et dont une autre x est définie suivant la direction du paléo nord définie cidessus. Dans ce cas, après que le recalage des deux images ait été obtenu par leur superposition, le procédé consiste ensuite à déterminer la valeur de l'angle a entre la direction du Nord magnétique définie sur la seconde image et la direction du paléo nord définie sur la première image. Cet angle a peut être défini spatialement dans l'un ou l'autre des premier et second référentiels. Il faut mentionner qu'il existe plusieurs possibilités pour réaliser les première et seconde images. Cependant, dans le domaine pétrolier, elles sont préférentiellement obtenues par pendagemétrie, c'est-à-dire une représentation de l'inclinaison des différentes couches géologiques se situant au niveau de l'endroit où a été prélevée la carotte à orienter. En fait, bien que l'image d'une telle inclinaison puisse être définie par seulement trois points, plus le nombre de points de mesure sera important, plus la représentation de l'inclinaison sera précise et proche de sa forme réelle. L'un des moyens utilisés pour réaliser cette pendagemétrie est par exemple celui constitué d'un outil de mesure comportant une pluralité d'électrodes ou analogues (au nombre d'au moins trois) situées par exemple dans un plan perpendiculaire à l'axe du puits et agencées de façon qu'elles soient aptes à se déplacer sur la paroi rocheuse du puits lorsque l'outil est translaté suivant l'axe de ce puits. Ces électrodes sont par exemple aptes à mesurer au moins l'un des paramètres suivants du milieu rocheux dans lequel est réalisé le puits: la conductivité, la résistivité, la susceptibilité magnétique, le pouvoir de réflexion acoustique. i0 Cet outil est apte à délivrer en continu des signaux qui sont fonction de la valeur des paramètres mentionnés ci-dessus, et qui représentent donc les première et seconde images définies ci-dessus. Cependant, comme ce procédé de pendagemétrie est bien connu en lui-même, il ne sera pas plus amplement décrit ici dans l'unique souci de simplifier la is présente description. Dans le but de faciliter le recalage des première et seconde images, il est avantageux de déterminer la profondeur, dans le puits, à laquelle la carotte a été prélevée. Pour ce faire, il peut être procédé à la mesure d'un paramètre représentatif d'une position spatiale le long de l'axe du puits, et à la mesure du même paramètre sur la carotte le long de son axe z. Ce paramètre est par exemple le rayonnement gamma qui est présent naturellement dans les milieux rocheux. Le procédé de base décrit ci-dessus est avantageux quand il est possible de réaliser une pendagemétrie directement sur la paroi rocheuse du puits et sur la paroi latérale de la carotte. Mais il est aussi très avantageux pour déterminer l'orientation d'une première carotte de forage prélevée dans un milieu terrestre de type rocheux ou analogue, dont le prélèvement a généré un premier puits dont il n'est pas ou plus possible de réaliser une image de la paroi intérieure, par exemple parce que ce puits a été tubé, chemisé ou analogue, aux conditions cependant qu'au moins un second puits ait été réalisé au voisinage de ce premier puits et qu'ait été déterminée la valeur de l'angle a défini ci-dessus, à partir de carottes provenant de ce second puits. Le procédé consiste tout d'abord à déterminer la direction du paléo nord de la première carotte provenant du premier puits, et à définir l'orientation de cette première carotte en l'indexant par positionnement de sa direction du paléo nord par rapport au nord magnétique de façon que cette direction du paléo nord fasse avec la direction du nord magnétique l'angle a qui a été déterminé avec la seconde carotte prélevée dans le second puits. Mais avantageusement en outre, lorsque le premier puits est entouré d'une pluralité de seconds puits dans lesquels il est possible de mettre en oeuvre le procédé de base avec des secondes carottes, la valeur de l'angle a est obtenue par une interpolation entre les valeurs des angles a mesurés sur ces secondes carottes. REVENDICATIONS 1. Procédé pour déterminer l'orientation d'une carotte de forage prélevée dans un milieu terrestre de type rocheux ou analogue, caractérisé par le fait qu'il 5 consiste: à réaliser une première image de la paroi latérale de ladite carotte, à réaliser une seconde image de la paroi intérieure du puits obtenu dans ledit milieu terrestre après le prélèvement de ladite carotte, cette dite seconde image étant indexée par rapport à un second référentiel lié audit milieu terrestre, à recaler les première et seconde images l'une par rapport à l'autre, et à réaliser une indexation de ladite première image par rapport à la seconde. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit second référentiel est un référentiel en coordonnées X, Y, Z. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'une Z des coordonnées du second référentiel est définie suivant l'axe du puits et qu'une autre X est définie suivant la direction du Nord magnétique. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les première et seconde images sont obtenues par pendagemétrie. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait que les images obtenues par pendagemétrie sont obtenues par la mesure d'au moins l'un des paramètres suivants: la conductivité, la résistivité, la susceptibilité magnétique, le pouvoir de réflexion acoustique. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il consiste en outre à déterminer au moins la composante radiale de la direction d'aimantation rémanente de ladite carotte, ladite direction d'aimantation rémanente définissant la direction du paléo nord, et à déterminer un premier référentiel lié à ladite carotte, ledit premier référentiel étant un référentiel en coordonnées x, y, z. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé par le fait que l'une z des coordonnées du premier référentiel est définie suivant l'axe longitudinal de la carotte et qu'une autre x est définie suivant la direction du paléo nord. 8. Procédé selon les revendications 1 et 6 ou 7, caractérisé par le fait qu'il consiste en outre à déterminer la valeur de l'angle a entre la direction du Nord magnétique et la direction du paléo nord. 9. Procédé selon la revendication 8 pour déterminer l'orientation d'une io première carotte de forage prélevée dans un milieu terrestre de type rocheux ou analogue, dont le prélèvement a généré un premier puits dont il n'est pas possible de réaliser une seconde image de la paroi intérieure, dans le cas où au moins un autre second puits a été réalisé au voisinage du premier et que la valeur de l'angle a a été déterminée à partir de carottes provenant de ce second puits, caractérisé par 15 le fait qu'il consiste: à déterminer la direction du paléo nord de ladite première carotte provenant dudit premier puits, et à indexer ladite première carotte par positionnement de sa direction du paléo nord par rapport au Nord magnétique de façon que cette direction du paléo nord fasse avec la direction du Nord magnétique l'angle a. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé par le fait que, lorsque ledit premier puits est entouré d'une pluralité de seconds puits, la valeur de l'angle a est obtenue par une interpolation entre les valeurs des angles a mesurés sur les secondes carottes. 11. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il consiste à mesurer un paramètre définissant une donnée spatiale du milieu terrestre le long de l'axe d'un puits. 12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé par le fait que ledit paramètre est le rayonnement gamma naturel.