Brevet FR2968348A1 — publié le 20120608

PROCEDE DE MESURE DE PRESSION DANS UNE FORMATION SOUTERRAINE DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne un procédé de mesure de pression dans une formation souterraine ainsi qu'un dispositif adapté à la mise en oeuvre de celui-ci. 15 ARRIERE-PLAN TECHNIQUE Une exploration approfondie de toute formation souterraine contenant des hydrocarbures est un préalable nécessaire à l'extraction des hydrocarbures de la formation. Afin de procéder à cette exploration approfondie, il est connu de forer 20 un puits d'exploration et d'introduire dans ce puits d'exploration une série d'instruments permettant d'effectuer des mesures in situ : mesure de pression, mesure de température, prélèvement d'échantillons... Il est également connu d'intégrer l'ensemble des instruments de mesure dans un outil de fond de puits assemblé sur un câble (« wireline formation tester ») et 25 adapté à être descendu dans le puits pour déterminer des profils de divers paramètres le long du puits. En particulier, les mesures de pression sont utilisées pour déterminer la mobilité des fluides contenus dans la formation souterraine et la perméabilité de la formation souterraine. En général, la pression est mesurée 30 en imposant localement une dépression par aspiration de fluide dans une chambre de test munie d'un piston jusqu'à rompre le cake du puits, puis en laissant le système revenir vers l'équilibre et en mesurant l'évolution de la pression lors du retour vers l'équilibre. C'est ainsi que la société Schlumberger a développé plusieurs 35 générations d'outils de fond de puits permettant notamment d'effectuer des mesures de pression. Tout d'abord, l'outil RFT (« repeat formation tester ») comprend deux chambres de test, la première opérant à un débit Q1 fixé et la seconde opérant à un débit Q2 fixé qui est le double du débit Q1. Une R:\32000\32038 SNP\32038--101202-texte depot.doc- 3 décembre 2010 séquence de mesure unique est effectuée en aspirant le fluide successivement dans les deux chambres. Ce dispositif ne permet pas d'effectuer plusieurs séquences de mesure successives (pré-tests) à une même position le long du puits. En outre, le débit de fluide aspiré n'est pas ajustable, or le débit nécessaire varie grandement selon les caractéristiques de la formation souterraine. Par ailleurs, l'outil MDT (« modular formation dynamics tester tool ») est équipé d'une unique chambre de test munie d'un moteur à commande hydraulique. Enfin, l'outil XPT (« express pressure tool ») comprend une chambre de test munie d'un moteur à commande électrique avec une vis sans fin. Ces outils permettent un contrôle du débit lors des pré-tests mais la précision du débit ou l'étendue de la gamme de débit atteignable restent insatisfaisants. En outre, un problème lié à ces outils est que lorsque plusieurs pré- tests sont enchaînés à une même position le long du puits, l'évolution de la pression lors du retour vers l'équilibre diffère nécessairement d'un pré-test à l'autre, du fait de la variation du volume de fluide dans l'instrument. La durée du régime transitoire augmente au fur et à mesure des pré-tests successifs. Ainsi, il est nécessaire d'acquérir la pression pendant un temps très long afin de pouvoir effectuer un traitement statistique des résultats, mais aussi afin de vérifier si les mesures sont cohérentes entre elles ou si éventuellement les mesures sont incohérentes et donc non-significatives, ce qui est le cas pour des formations souterraines de faible perméabilité. En effet, dans les formations souterraines de faible perméabilité, des phénomènes de surcharge surviennent, c'est-à-dire que la boue dans le puits a tendance à pénétrer dans la formation souterraine du fait de la faible différence entre la perméabilité du cake et la perméabilité de la formation (le cake étant corrélativement peu étanche vis-à-vis de la formation souterraine). Autrement dit, les outils de l'état de la technique ne permettent pas d'identifier rapidement les situations dans lesquelles la perméabilité de la formation souterraine est trop faible pour permettre une mesure de pression significative ; et ils ne permettent pas d'effectuer rapidement des pré-tests répétés afin d'obtenir des données de pression réellement représentatives. Il existe donc un réel besoin de mettre au point un procédé et un dispositif permettant d'effectuer des mesures de pression dans une formation souterraine de manière plus rapide, plus simple et plus fiable qu'avec les procédés et dispositifs de l'état de la technique. R:\32000\32038 SNP\32038--101202-texte depot.doc- 3 décembre 2010 RESUME DE L'INVENTION L'invention concerne en premier lieu un procédé de mesure de pression dans une formation souterraine contenant un fluide, comprenant les étapes successives suivantes : établissement d'une communication fluidique entre une chambre de test disposée dans un puits de forage et la formation souterraine, via une conduite d'écoulement ; déplacement d'un piston dans la chambre de test de sorte à aspirer du fluide dans la chambre de test ; isolation fluidique de la chambre de test par rapport à la conduite d'écoulement ; mesure de la pression dans la conduite d'écoulement ; et répétition des étapes précédentes. Selon un mode de réalisation, l'isolation fluidique de la chambre de test est effectuée par fermeture d'au moins une vanne entre la conduite d'écoulement et la chambre de test, et l'établissement de la communication fluidique entre la chambre de test et la formation souterraine est effectué par ouverture de ladite vanne. Selon un mode de réalisation, le procédé est mis en oeuvre au moyen d'un outil de fond de puits disposé dans le puits de forage. Selon un mode de réalisation, l'outil de fond de puits comporte une pluralité de chambres de test, le procédé comportant une étape préliminaire de choix d'une chambre de test. Selon un mode de réalisation, chaque chambre de test est associée à une gamme de débit déterminée, le procédé comportant les étapes préliminaires de : - choix d'un débit approprié ; - choix d'une chambre de test dont la gamme de débit comprend le débit approprié ; et le fluide est aspiré dans la chambre de test au débit de fluide choisi. Selon un mode de réalisation, le choix du débit est effectué dans une gamme de débit comprise entre un débit minimal et un débit maximal, le rapport du débit maximal sur le débit minimal étant supérieur ou égal à 10, de préférence supérieur ou égal à 100, de préférence supérieur ou égal à 1000, de préférence supérieur ou égal à 104, de préférence supérieur ou égal à 105, et de préférence supérieur ou égal à 106. L'invention a également pour objet un procédé de détermination de la perméabilité de la formation souterraine ou de détermination de la mobilité R:\32000\32038 SNP\32038--101202-texte depot.doc- 3 décembre 2010 du fluide de la formation souterraine, comprenant une mesure de pression selon le procédé ci-dessus, et le calcul de la perméabilité de la formation souterraine ou de la mobilité du fluide de la formation souterraine à partir du résultat de la mesure de pression. L'invention a également pour objet un dispositif de mesure de pression dans une formation souterraine contenant un fluide, comprenant : au moins une chambre de test munie d'un piston ; une conduite d'écoulement en communication fluidique avec la chambre de test ; un capteur de pression dans la conduite d'écoulement ; une sonde adaptée à établir une communication fluidique entre la formation souterraine et la conduite d'écoulement ; au moins un système de fermeture adapté à isoler fluidiquement la chambre de test de la conduite d'écoulement. Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend une pluralité de chambres de test, de préférence au moins deux, ou au moins trois, ou au moins quatre, ou au moins cinq ou au moins six chambres de test. Selon un mode de réalisation, le système de fermeture comporte une vanne unique adaptée à isoler fluidiquement l'ensemble des chambres de test de la conduite d'écoulement. Selon un mode de réalisation, le système de fermeture comporte une pluralité de vannes, chaque vanne étant adaptée à isoler fluidiquement l'une des chambres de test de la conduite d'écoulement. Selon un mode de réalisation, au moins une partie des chambres de test sont de volumes différents. Selon un mode de réalisation, les pistons des chambres de test sont respectivement commandés par un moteur électrique relié à une vis sans fin dont le pas de vis diffère d'une chambre de test à l'autre. L'invention a également pour objet un outil de fond de puits adapté à effectuer des mesures dans une formation souterraine contenant un fluide, l'outil de fond de puits comportant un câble adapté à être introduit dans un puits de forage et un dispositif de mesure tel que décrit ci-dessus intégré dans le câble. La présente invention permet de surmonter les inconvénients de l'état de la technique. Elle fournit plus particulièrement un procédé et un dispositif permettant d'effectuer des mesures de pression dans une formation souterraine de manière plus rapide, plus simple et plus fiable qu'avec les procédés et dispositifs de l'état de la technique. R:\32000\32038 SNP\32038--101202-texte depot.doc- 3 décembre 2010 Ceci est accompli grâce à l'introduction d'un système de fermeture comportant au moins une vanne, qui permet d'isoler fluidiquement la chambre de test à chaque pré-test, sitôt le piston arrêté. Ainsi, on fait en sorte que le volume disponible pour le fluide lors du retour vers l'équilibre (au cours duquel on effectue la mesure de pression) reste constant d'un pré-test à l'autre. Ainsi, on peut directement comparer les résultats des différents pré-tests sans avoir à attendre la fin du régime transitoire, afin de savoir si ces résultats sont cohérents et donc exploitables, ou bien si la mesure de pression n'est pas significative en raison d'une trop faible perméabilité de la formation souterraine. Selon un mode de réalisation particulier, l'invention prévoit d'utiliser une pluralité de chambres de test opérant chacune à un débit ajustable dans une gamme de débit donnée (et distincte d'une chambre à l'autre). Ainsi, il est possible d'assurer le succès de la mesure de pression pour des perméabilités de la formation souterraine très variables. En effet, si le débit est trop élevé compte tenu d'une relativement faible perméabilité de la formation souterraine, la dépression induite ne peut être résorbée en une durée raisonnable et il est impossible d'effectuer une mesure significative. Inversement, un débit trop faible ne permet pas d'obtenir un rapport signal / bruit suffisant. Il est donc extrêmement utile de pouvoir adapter le débit dans la gamme la plus large possible, afin de s'adapter aux situations les plus diverses (étant donné que la perméabilité de la formation souterraine et / ou la mobilité du fluide qu'elle contient peuvent être très variables). BREVE DESCRIPTION DES FIGURES La figure 1 représente de manière schématique un dispositif selon l'invention. DESCRIPTION DE MODES DE REALISATION DE L'INVENTION L'invention est maintenant décrite plus en détail et de façon non limitative dans la description qui suit. En faisant référence à la figure 1, l'invention est mise en oeuvre dans un puits de forage 1 qui est foré dans une formation souterraine 4 contenant un fluide. Le terme de « fluide » désigne du gaz et / ou du liquide, le liquide comprenant en général de l'eau et / ou des huiles. Un puits de forage est généralement rempli d'un fluide de forage tel que de l'eau ou un fluide à base d'huile. La densité du fluide de forage est R:\32000\32038 SNP\32038--101202-texte depot.doc- 3 décembre 2010 généralement accrue par l'ajout de solides, tels que des sels et autres additifs, pour former une boue de forage. La boue de forage permet d'obtenir une pression hydrostatique dans le puits adaptée à éviter l'effondrement du puits et à empêcher le fluide de la formation souterraine de s'échapper dans le puits. Les solides contenus dans la boue de forage créent une couche sur la paroi interne du puits, appelée cake 3. Le cake 3 isole la formation souterraine 4 de l'intérieur du puits 1. Un outil de fond de puits 2 est un appareil comprenant un câble adapté à être introduit dans le puits et pourvu en général d'une pluralité de dispositifs de mesure tels que des dispositifs de prélèvement d'échantillon, de mesure de température, de mesure de point de bulle et autres. L'outil de fond de puits 2 de l'invention comporte au moins un dispositif de mesure de pression 5 intégré au câble. Le dispositif de mesure de pression 5 comporte une sonde 14 qui est adaptée à mettre en communication fluidique la formation souterraine 4 et une conduite d'écoulement 6 du dispositif. Typiquement la sonde 14 comprend un orifice d'entrée pourvu d'un filtre et entouré de patins, et est adaptée à venir au contact du cake 3 en isolant une portion du cake 3 de l'intérieur du puits 1. Selon un autre mode de réalisation non illustré, la sonde 14 peut comprendre un ensemble de pneus supérieurs et inférieurs adaptés à isoler une section du puits 1 du reste du puits, ainsi qu'un orifice d'entrée dans la section isolée pourvu d'un filtre, à distance du cake 3. Le dispositif de mesure de pression 5 comporte également une vanne d'équilibrage 13, qui est adaptée à mettre la conduite d'écoulement 6 à la pression hydrostatique du puits 1. Cette vanne d'équilibrage 13 est ouverte au début du procédé de mesure, puis refermée pour isoler fluidiquement la conduite d'écoulement 6 de l'intérieur du puits 1 pendant l'ensemble des pré-tests. Un capteur de pression 7 permet de mesurer la pression dans la conduite d'écoulement 6. Le dispositif de mesure de pression 5 comporte encore une ou plusieurs chambres de test 8a, 8b, 8c, 8d. De préférence, on prévoit plusieurs chambres de test 8a, 8b, 8c, 8d, par exemple 2 ou 3 ou 4 ou 5 ou 6. Chaque chambre de test 8a, 8b, 8c, 8d est munie d'un piston respectif 9a, 9b, 9c, 9d adapté à se déplacer dans la chambre de test 8a, 8b, 8c, 8d de sorte à induire un écoulement de fluide. R:\32000\32038 SNP\32038--101202-texte depot.doc- 3 décembre 2010 De préférence, les pistons 9a, 9b, 9c, 9d sont actionnés par des moteurs électriques respectifs reliés à des vis sans fin 10a, 10b, 10c, 10d, ce qui permet de contrôler le débit de l'écoulement de fluide induit par chaque chambre de test 8a, 8b, 8c, 8d. Il est avantageux de prévoir des vis sans fin 10a, 10b, 10c, 10d de pas de vis différent selon les chambres de test 8a, 8b, 8c, 8d. De la sorte, la gamme de débit accessible diffère d'une chambre de test 8a, 8b, 8c, 8d à l'autre. Ainsi, on peut disposer au total d'une gamme de débit très large, chaque débit de la gamme pouvant être atteint par une ou plusieurs chambres de test 8a, 8b, 8c, 8d données. A titre d'exemple, on peut utiliser une première chambre de test adaptée à fonctionner dans une gamme de débit Q1-Q2 avec Q2=10xQ1, une première chambre de test adaptée à fonctionner dans une gamme de débit Q2-Q3 avec Q3=10xQ2, une troisième chambre de test adaptée à fonctionner dans une gamme de débit Q3-Q4 avec Q4=10xQ3 et ainsi de suite. Les chambres de test 8a, 8b, 8c, 8d peuvent être de volumes différents afin de tenir compte de la diversité des débits correspondants. L'invention prévoit également un système de fermeture adapté à mettre en communication fluidique la conduite d'écoulement 6 avec la ou les chambres de test 8a, 8b, 8c, 8d ou au contraire à isoler la conduite d'écoulement 6 de la ou les chambres de test 8a, 8b, 8c, 8d. Par exemple, on peut utiliser une vanne 11a, 11 b, 11c, 11d respective associée à chaque chambre de test 8a, 8b, 8c, 8d. Alternativement, on peut prévoir une vanne unique 12 entre la conduite d'écoulement 6 et l'ensemble des chambres de test 8a, 8b, 8c, 8d. La mise en oeuvre du procédé de l'invention suppose d'effectuer plusieurs pré-tests à un même emplacement du puits 1 (c'est-à-dire pour le même ancrage de la sonde 14). Au cours de chaque pré-test, on aspire du fluide dans l'une des chambres de test 8a, 8b, 8c, 8d au débit choisi en déplaçant le piston 9a, 9b, 9c, 9d concerné à une vitesse contrôlée. Ainsi, une dépression apparaît dans la conduite d'écoulement 6 et du fluide issu de la formation souterraine 4 est introduit dans la conduite d'écoulement 6 (après rupture locale du cake 3). Ensuite, le piston 9a, 9b, 9c, 9d est arrêté. La vanne 11a, 11 b, 11c, 11d, 12 concernée est fermée essentiellement simultanément à l'arrêt du piston 9a, 9b, 9c, 9d (de préférence soit exactement simultanément, soit légèrement avant). On acquiert la pression dans la conduite d'écoulement 6 pendant un certain temps puis on passe au pré-test suivant. R:\32000\32038 SNP\32038--101202-texte depot.doc- 3 décembre 2010 On rouvre alors la vanne 11a, 11 b, 11c, 11d, 12 concernée, et on aspire à nouveau du fluide dans la chambre de test 8a, 8b, 8c, 8d ainsi que décrit ci-dessus. La vanne 11a, 11 b, 11c, 11d, 12 est refermée pour la mesure de la pression une fois le mouvement du piston 9a, 9b, 9c, 9d interrompu. La durée de prélèvement de fluide est généralement constante d'un pré-test à l'autre, elle peut être par exemple de l'ordre de 5 à 10 secondes. Ainsi, la mesure de pression par le capteur de pression 7 est toujours effectuée à volume constant et à perte de charge constante pour l'ensemble des pré-tests. Les données obtenues d'un pré-test à l'autre sont donc directement comparables. Il est possible d'établir une moyenne ou tout autre traitement statistique des données à partir de l'ensemble des pré-tests. La mesure de pression permet d'évaluer la perméabilité de la formation souterraine ou la mobilité du fluide dans la formation souterraine, selon des méthodes connues dans le domaine, et qui sont par exemple exposées dans le document US 7,263,880. Une fois l'ensemble des pré-tests souhaités effectués, on désancre la sonde 14, on change la position de l'outil de fond de puits 2 dans le puits 1, et on peut recommencer une nouvelle série de pré-tests à une nouvelle position. R:\32000\32038 SNP\32038--101202-texte depot.doc- 3 décembre 2010