Brevet FR3035437A1 — publié le 20161028

DESCRIPTION ÉVALUATION DU CIMENT INDÉPENDANTE DE LA FORMATION AVEC DÉTECTION DE RAYON GAMMA ACTIVE Contexte Des ressources naturelles telles que le gaz, le pétrole et l'eau résidant dans une formation géologique peuvent être récupérées en forant un puits de forage dans la formation. On fait passer un train de tube (par exemple un tubage) dans le puits de forage afin qu'il serve de support structurel pour les côtés du puits de forage. Le tubage peut être en métal (par exemple en acier). Un cimentage primaire peut être réalisé de manière à ce qu'un laitier de ciment soit injecté dans l'annulaire entre le tubage et la formation géologique. On laisse le ciment prendre en une masse dure (c'est-à-dire une gaine) pour supporter ainsi le train de tuyau au sein du puits de forage et obturer l'annulaire. En raison de la nature étroitement couplée de la formation, de la gaine, et du tubage, il peut être difficile d'évaluer le ciment durci. Brève description des dessins La figure 1 est un schéma en coupe d'un trou de forage tubé dans une formation géologique, selon divers exemples de la divulgation. La figure 2 est un schéma-bloc montrant une source radioactive et un outil de diagraphie de détecteur au 30 sein du trou tubé, selon divers exemples de la divulgation. La figure 3 est un graphique montrant des spectres d'énergie détectés associés à un bon ciment issu d'un 2 3035437 détecteur ayant des distances détecteur-à-source variables avec un détecteur-collimateur de taille relativement petite, selon divers exemples de la divulgation. 5 La figure 4 est un graphique montrant des spectres d'énergie détectés associés à un bon et un mauvais ciment issu d'un détecteur ayant une distance détecteur-à-source relativement proche, selon divers exemples de la divulgation. 10 La figure 5 est un graphique montrant des spectres d'énergie détectés associés à un bon et à un mauvais ciment, issu d'un détecteur ayant une distance détecteurà-source relativement grande, selon divers exemples de la divulgation. 15 La figure 6 est un organigramme d'un procédé permettant de réaliser une évaluation de ciment dans un environnement de fond de trou, selon divers exemples de la divulgation. La figure 7 est un schéma montrant un système de 20 forage, selon divers exemples de la divulgation. La figure 8 est un schéma montrant un système de câble métallique, selon divers exemples de la divulgation. La figure 9 est un schéma-fonctionnel d'un exemple 25 de système opérationnel pour mettre en oeuvre les activités de multiples procédés, selon divers exemples de la divulgation. Description détaillée On peut faire face à certains des défis notés ci- dessus, ainsi que d'autres, en mettant en oeuvre les appareils, systèmes, et procédés décrits ici. Dans de nombreux exemples, on peut concevoir un outil de 3035437 3 diagraphie ayant une source radioactive et un détecteur avec un collimateur dans lequel une distance détecteur-àsource et une géométrie de détecteur-collimateur sont fixées pour assurer une évaluation de ciment en fond de 5 trou qui soit sensiblement indépendante des propriétés de la formation géologique (par exemple indépendante de la porosité, indépendante de la densité). La figure 1 est un schéma en coupe d'un trou de forage tubé 101 dans une formation géologique 104, selon 10 divers exemples de la divulgation. Le trou de forage 101 est revêtu avec le tubage 102 qui peut comprendre un métal (par exemple l'acier). Du ciment 103 est injecté dans le trou de forage 101 de telle sorte que, après qu'il a atteint le fond du trou de forage, il revienne 15 vers le haut dans la région d'annulaire entre le tubage 102 et la formation 104. Ainsi, le ciment stabilise le tubage 102 au sein du trou de forage 101. Un écartement 106 peut être présent entre le tubage 102 et le ciment 103. 20 En raison d'imperfections éventuelles introduites dans le ciment 103 pendant la construction et/ou d'un endommagement d'usure ultérieur provoqué par l'utilisation du trou de forage, il est souvent souhaitable de réaliser des essais non destructeurs du 25 ciment. À l'aide d'un outil de diagraphie ayant une source radioactive, un détecteur et un détecteur-collimateur dans le trou de forage, des écartements ou bulles éventuel(le)s dans le ciment ou des écartements 106 entre le tubage 102 et le ciment 103, 30 ainsi que d'autres imperfections dans le ciment, peuvent être découverts. Divers exemples peuvent être utilisés pour détecter la présence de ces imperfections. 3035437 4 La porosité de la formation géologique 104 peut varier pour différents trous de forage 101. Telle qu'utilisée, la porosité peut être définie comme un pourcentage d'espace de pore dans un volume unitaire de 5 roche et est indiquée par une unité de porosité (up) ayant une plage de 0 à 100 up. Par exemple, porosité - volume de pores/volume total où 1 up - porosité de 1 %. La figure 2 est un schéma fonctionnel montrant une 10 source radioactive et un outil de diagraphie de détecteur 210 au sein du trou tubé, selon divers exemples de la divulgation. L'outil de diagraphie 210 utilise des photons transmis depuis une source radioactive 200 (par exemple gamma chimique) pour pénétrer le matériau de 15 tubage 102, le ciment 103 et la formation 104, avec des réflexions renvoyées à un détecteur 204 pour générer des spectres (par exemple figures 3 à 5) associés au ciment 103 et des écartements 106 éventuels derrière le tubage 102 et à l'intérieur du ciment 103. L'outil de 20 diagraphie 210 peut être situé dans un logement d'outil de train de tiges de forage à utiliser pendant une opération de diagraphie en cours de forage (LWD pour « Logging While Drilling »)/mesure en cours de forage (MWD pour « Measurement While Drilling ») (voir la 25 figure 7) ou un logement d'outil de câble métallique à utiliser pendant une opération de diagraphie de câble métallique (voir la figure 8). L'outil de diagraphie 210 inclut la source radioactive 200 permettant de générer le faisceau de 30 photons. La source radioactive 200 peut comprendre toute source de photon de haute énergie monochromatique, dont une source de rayons gamma (par exemple césium 137). De la chaleur générée par une opération de source peut être 3035437 5 dissipée par un fluide de refroidissement (par exemple air, eau, huile). Les photons dans le faisceau de rayons gamma interagissent avec le ciment 103 qui rediffuse les 5 photons à travers le matériau d'écartement 106 (le cas échéant) et le tubage 102. L'outil de diagraphie 210 comprend en outre un ou plusieurs détecteurs de rayon gamma 204 pour détecter des photons réfléchis par le ciment. 10 Un écran de protection radiologique 203 est localisé entre la source radioactive 200 et le détecteur 204. L'écran 203 bloque le déplacement des photons directement de la source 200 au détecteur 204 sans traverser le ciment 103. L'écran de protection radiologique 203 peut 15 être tout matériau de blocage de photons (par exemple tungstène, plomb) approprié pour bloquer des photons de haute énergie. L'avant du détecteur 204 est blindé avec un métal ayant un numéro atomique relativement élevé, tel que le tungstène, pour bloquer les photons provenant de 20 la diffusion autre que le ciment 103. Un détecteur- collimateur 220 peut être coupé dans le blindage du détecteur pour permettre la traversée des photons diffusés derrière le tubage. La taille (par exemple diamètre) D du détecteur-collimateur 220, sa position 25 relative vers un cristal de détecteur et son angle (le cas échéant) par rapport à la source 200 peuvent déterminer la quantité de rayon gamma (c'est-à-dire de photons) détectée par le détecteur 204. La quantité de photons peut être représentée par les graphiques des 30 figures 3 à 5 comme un taux de détection (c'est-à-dire des comptages par seconde). Comme évoqué ultérieurement plus en détail, un exemple d'un détecteur-collimateur 205 peut être plus 3035437 6 incliné vers la source 200 que vers la formation. Un autre exemple d'un détecteur-collimateur 206 peut être plus incliné vers la formation 104 que vers la source 200. Divers exemples du détecteur-collimateur 220 5 peuvent également avoir diverses tailles D afin de détecter des spectres d'énergie souhaités. Afin d'assurer une indépendance à la formation plus souhaitable des spectres d'énergie détectés, une gamme d'énergie peut être augmentée en réponse à une plus grande inclinaison 10 du détecteur-collimateur vers la source. Dans un autre exemple, la gamme d'énergie peut être augmentée en réponse à une diminution du diamètre du détecteur-collimateur. Dans l'un ou l'autre de ces exemples, la gamme d'énergie accrue peut être dans la plage de 300 keV 15 à 500 keV. Tel qu'utilisé ici, un détecteur-collimateur 205 qui est plus incliné vers la formation comprend le fait que le détecteur-collimateur 205 forme un angle d'approximativement 90° avec un axe longitudinal de 20 l'outil de diagraphie. Un détecteur-collimateur 205 qui est plus incliné vers la source 200 comprend une entrée du détecteur-collimateur 205 formant un angle inclus sensiblement de moins de 90° avec l'axe longitudinal de l'outil de diagraphie. 25 La distance entre le détecteur 204 et la source 200 peut être ajustée, en plus d'ajuster l'angle de collimateur et/ou le diamètre de collimateur, pour détecter et évaluer des spectres d'énergie de rayon gamma dans une gamme d'énergie (par exemple REVENDICATIONS1. Procédé d'évaluation de ciment, comprenant : la génération d'un rayon gamma, depuis une source, 5 dans le ciment disposé dans une formation géologique ; la détection, avec un détecteur, de photons résultant d'interactions de rayons gamma à travers le tubage et le ciment ; la numérisation de taux de comptage de photons 10 détectés d'énergie différente dans des spectres d'énergie multicanaux, une distance entre la source et le détecteur étant configurée de telle sorte que les spectres d'énergie multicanaux ne soient pas sensiblement affectés par la formation géologique ; et 15 la détermination d'une qualité du ciment sur la base des spectres d'énergie multicanaux. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel les spectres d'énergie sont indépendants de la formation 20 géologique dans une gamme d'énergie prédéterminée. 3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel les spectres d'énergie sont indépendants d'une porosité, densité ou minéralogie de la formation géologique. 25 4. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la génération du rayon gamma comprend la génération d'un courant de photons issu d'une source de césium-137. 30 5. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la détermination de la qualité du ciment comprend la détermination de la qualité du ciment sur la base d'un taux de comptage de photons détectés, d'une forme de 3035437 27 spectres d'énergie, ou d'une amplitude de spectres d'énergie. 6. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la 5 distance détecteur-à-source est fixée de telle sorte que les spectres d'énergie ne répondent qu'à un annulaire rempli de matière entre le tubage et la formation. 7. Procédé selon la revendication 2, dans lequel la 10 détermination de la qualité du ciment sur la base des spectres d'énergie des photons détectés comprend la détermination des spectres d'énergie dans une plage de 300 keV à 500 keV. 15 8. Procédé selon la revendication 2, comprenant en outre l'augmentation de la gamme d'énergie en réponse à une diminution du diamètre d'un détecteur-collimateur. 9. Procédé selon la revendication 2, comprenant en 20 outre l'augmentation de la gamme d'énergie en réponse à une plus forte inclinaison du collimateur vers la source. 10. Outil de diagraphie comprenant : une source radioactive qui génère un courant de 25 photons ; un détecteur disposé dans l'outil à une distance de la source radioactive, le détecteur permettant de détecter des photons résultant d'interactions de photons à travers le ciment disposé dans une formation 30 géologique ; et un organe de commande couplé au détecteur pour numériser des taux de comptage de photons détectés d'énergie différente dans des spectres d'énergie 3035437 28 multicanaux, la distance entre la source et le détecteur étant fixée de telle sorte que les spectres d'énergie multicanaux ne soient sensiblement pas affectés par la formation géologique, l'organe de commande étant en outre destiné à déterminer une qualité du ciment sur la base des spectres d'énergie multicanaux. 11. Outil de diagraphie selon la revendication 10, dans lequel la source radioactive comprend une source de 10 rayons gamma. 12. Outil de diagraphie selon la revendication 11, comprenant en outre un détecteur-collimateur couplé au détecteur et ayant un angle vers la source radioactive, 15 l'angle de détecteur-collimateur étant fixé de telle sorte que les spectres d'énergie soient indépendants de la formation géologique. 13. Outil de diagraphie selon la revendication 10, 20 dans lequel l'organe de commande détermine une amplitude et une forme des spectres d'énergie pour déterminer la qualité du ciment. 14. Outil de diagraphie selon la revendication 13, 25 dans lequel l'organe de commande détermine en outre la qualité du ciment sur la base d'un taux de comptage de photons détectés. 15. Système comprenant : 30 un outil de fond de trou incluant un outil de diagraphie, l'outil de diagraphie comprenant : une source radioactive pour transmettre un faisceau de photons ; 3035437 29 un détecteur disposé dans l'outil à une distance de la source radioactive, le détecteur permettant de détecter les photons résultant d'interactions de faisceaux de photons à travers un ciment dans une 5 formation géologique ; et un organe de commande couplé au détecteur pour numériser des taux de comptage de photons détectés dans des spectres d'énergie multicanaux, la distance entre la source et le détecteur étant fixée de telle sorte que les spectres d'énergie multicanaux ne soient sensiblement pas affectés par la formation géologique. 16. Système selon la revendication 15, dans lequel l'outil de fond de trou est disposé dans un outil de 15 câble métallique. 17. Système selon la revendication 15, dans lequel l'outil de fond de trou est disposé dans un outil de train de tiges de forage. 20 18. Système selon la revendication 15, dans lequel le ciment est disposé entre un tubage et la formation géologique. 25 19. Système selon la revendication 15, dans lequel l'organe de commande est en outre configuré pour déterminer une qualité du ciment en réponse aux spectres d'énergie multicanaux. 30 20. Système selon la revendication 19, dans lequel l'organe de commande détermine en outre la qualité du ciment sur la base d'une amplitude, de taux de comptage 3035437 30 de photons et d'une forme des spectres d'énergie multicanaux.