PROCESS FOR DETECTING UNDERGROUND FRACTURES USING AN ACOUSTIC TOOL

Abstract: 1. A method of detecting fractures in earth formations, comprising the step of processing echo waveforms WFn(z) which have been detected in a borehole as a function of depth z by an acoustic tool including separate acoustic transducers for transmitting and receiving with m transmitter-to-receiver spacings, n being an index which varies from 1 to m and related to said spacing and sn being the length of the corresponding half-spacing, characterized by the steps of : a) extracting a compression amplitude magnitude from each waveform WFn(z), in a selected window thereof containing acoustic compression waves, and providing corresponding compression amplitude curve An(z) ; b) isolating, from each compression amplitude curve An(z), amplitude peaks having a width close to a predetermined value, thereby obtaining amplitude peak curves Pn(z) ; and c) determining the presence of fractures from a comparison of the curves Pn(z + sn ) and of curves Pn (z - sn ).

Description: Procédé pour la détection de fractures du sous-sol à l'aide d'un outil acoustique. L'invention concerne la détection de fractures que présente le sous-sol, à partir d'un puits foré dans celui-ci. La détection de fractures est intéressante à de nombreux titres. En prospection petrolière, elle est particulièrement importante : les zones de fracture ont de fortes chances de constituer des zones de production d'hydrocarbures, car le système de fractures procure un trajet de haute perméabilité, et constitue par conséquent un mécanisme de drainage efficace, à travers une roche réservoir qui, pour sa part, est dense et possède une faible perméabilité. Beaucoup d'outils actuellement connus sont susceptibles, après interprétation convenable des mesures, de donner des indications sur la présence de fractures. Aucun d'entre eux ne le fait de manière véritablement satisfaisante. Parmi les outils disponibles, une attention particulière a été portée aux outils à émission/réception acoustique (Sonic Tool). Des études ont été menées dans le but d'évaluer la possibilité de repérer en pratique des fractures avec un tel outil. A cet égard, il est fait référence aux publications suivantes : R.L. Morris, D.R. Grine and T.E. Arkfeld, 1964. "The use of compressional and shear acoustic amplitudes for the location of fractures" : J. Pet. Tech., 16, 623-635. E.A. Koerperich, 1978, "Investigation of Acoustic Boundary Waves and Interference Patterns as Techniques for Detecting Fractures" : J. Pet. Tech., 30, 1199-1207. F.L. Paillet, 1980, "Acoustic Propagation in the Vicinity of Fractures which intersect a Fluid-filled Borehole" : Proceedings SPWLA Symposium, 1980, paper DD. Les procédés connus jusqu'à présent font largement appel à l'interprétation par un spécialiste d'une représentation convenable des mesures effectuées par l'outil sonique. L'homme de l'art connaît les inconvénients d'un tel procédé. C'est pourquoi il est vivement souhaitable d'accéder à une détection de fractures qui puisse etre automatisée, fiable, et autant que possible dépourvue d'ambiguïté. La présente invention a essentiellement pour but de fournir des moyens qui permettent d'atteindre cet objectif. L'un des buts de la présente invention est d'obvier aux inconvénients des techniques antérieures de détection de fractures par atténuation d'amplitude des ondes sonores. Un autre but de l'invention est d'obtenir une identification de fractures avec une résolution de profondeur qui soit bien meilleure que l'espacement entre émetteur et récepteur de sons. Un troisième but de l'invention est de permettre l'évalua- tion objective de configurations à trajets multiples qui permettent l'identification de fractures. Un autre but encore de l'invention est de fournir aux spécialistes des informations et/ou une représentation améliorées des mesures afin de bénéficier de la plus grande précision qu'apporte l'invention. Le procédé selon l'invention est du type dans lequel: a) on traite les données provenant d'un outil de diagraphie descendu de manière repérée dans un puits traversant des formations géologiques et comportant des transducteurs acoustiques séparés pour émission et la réception avec au moins un espacement entre émetteur et récepteur, l'émission acoustique de l'outil étant répétée au cours de la descente, ces données résultant de l'enregistrement à chaque fois de la forme d'onde d'échos WFn reçue par l'outil, en relation avec le ou les espacements, ces échos résultant du couplage acoustique de l'outil au sous-sol à travers le fluide emplissant le puits. De façon générale, l'invention est remarquable en ce que la détection des fractures est effectuée par l'étape suivante: b) on traite les portions de formes d'onde WFn qui sont représentatives de l'un au moins des deux effets locaux corrélatifs des fractures que sont les pointes d'amplitudes dues à une élévation locale du couplage acoustique, et les configurations croisées (en anglais "Criss-Cross patterns") dues à une conversion de mode. Selon un premier aspect de l'invention, le procédé comporte en outre les étapes suivantes c) extraire de chaque forme d'onde WFn, dans une fenêtre choisie de celle-ci, contenant les échos en ondes de compression, une grandeur d'amplitude de compression An, ce qui fournit au moins une courbe d'amplitude de compression en fonction de la profondeur An(z), associée à un demiespacement 5n entre émetteur et récepteur; d) isoler de la courbe d'amplitude de compression An(z), les pointes d'amplitude de largeur voisine d'une valeur prédéterminée, ce qui fournit au moins une courbe de pointes d'amplitude Pn(z); et e) déterminer la présence de fractures à partir des courbes Pn(z+s) d'une part et Pn(z-s) d'autre part. Ceci peut être appelé "analyse par les pointes d'amplitude". De préférence, les données proviennent de l'enregistrement sélectif des formes d'ondes FWn reçues à chaque émission et pour chaque espacement, l'outil comportant plusieurs récepteurs disposés sur l'outil selon un nombre m d'espacements, 5n désignant le demi-espacement (avec n = 1 à m); - les étapes c) et d) sont exécutées sélectivement pour chaque espacement, fournissant un jeu de courbes d'amplitude de compression An(z), puis un jeu de courbes de pointes d'amplitude Pn(z) respectivement associées à chacun des demi-espacements sn; et - l'étape e) comprend .e1) la détermination de deux courbes de coefficients de corrélation croisée T(z) et R(z), en fonction de la profondeur, selon les relations: n=m T (z) = Prod Pn(z+sn) ; et n=1 n=m [R (z)]m = Prod CPn(z-sn) n=1 .e2) la détermination de la présence de fractures à partir des crêtes de la courbe T(z) d'une part, de la courbe R(z) d'au- tre part. Très avantageusement, l'étape d) comprend dl) la détermination de courbes lissées Mn(z) par filtrage en moyenne mobile de chacune des courbes d'amplitude An(z);et d2) la détermination de la courbe de pointes Pn(z) par soustraction stricte de Mn(z) dans An(z), avec Pn(z)=An(z)-Mn(zo) si An (z) > Mn(z) et Pn(z) = 0 dans le cas contraire. Dans un mode de réalisation particulier de l'étape dl), le filtrage en moyenne mobile est- réalisé à l'aide d'un filtre de médiane opérant sur 5 points,la répétition des émissions acoustiques se faisant tous les 15 cm environ. En pratique, la valeur prédéterminée pour la largeur des pointes d'amplitude correspond à environ une longueur d'onde de l'onde acoustique de compression dans le sous-sol, en particulier 0,3 mètre pour une onde; acoustique de 16 kHz. Par ailleurs, il est souhaitable que m soitaumoins égal à 3. Selon d'autres particularités de l'invention, à l'étape c), la grandeur An est définie par le maximum de l'amplitude crête à crête de la forme d'onde FWn, sur une partie au moins de sa fenêtre contenant les échos en ondes de compression. La grandeur d'amplitude de compression est de nature loga rythmique. Pour une observation par un spécialiste, l'étape e) comprend l'établissement d'une représentat-ion conjointe d'es courbes T(z), R(z), et de préférence¯9n(z) f en fonction de la profondeur. Selon un autre aspect de l'invention, le traitement relatif aux configurations croisées comprend la détermination de l'amplitude ou de l'énergie propre à celles-ci, relativement à l'amplitude ou l'énergie des échos directs. Très avantageusement, les portions-de formes d'ondes prises en compte sont celles qui sont dues aux ondes de compression, et se terminent au premier écho du type onde de cisaillement ou ondes pseudo-Rayleigh. De manière plus précise, le traitement relatif aux configurations croisées comprend la sommation d'amplitudes tirées des formes d'ondes, et relatives à des positions attendues pour les deux bras d'une configuration croisée, à l'intérieur d'une fenêtre qui recouvre l'espacement émetteur/récepteur, afin de déterminer l'énergie cumulée EX des échos sur les deux bras de la configuration croisée, la présence d'une fracture étant déterminée d'après l'écart de cette énergie cumulée par rapport à zéro. L'énergie cumulée EX est déterminée de préférence comme la moyenne géométrique des énergies E +, E- relevées sur les deux bras. On note maintenant par S(t,p) le carré de la somme des amplitudes selon une ligne qui intersecte le temps t avec une pente p. Les énergies sur les bras ascendants E+ et sur les bras descendants E- de la configuration croisée peuvent être déterminées par les relations = = somme S(t,p) /N+ (p > O) où N+ est le produit du nombre de niveaux ou échantillons dans la fenêtre d'accumulation par le nombre de 1lignes d'accumulation 'ascendantes' considérées et E- = Somme S(t,p) /N (p < O) où N est le produit du nombre de niveaux ou échantillons dans la fenêtre d'accumulation par le nombre de lignes d'accumulation 'descendantes' considérées. Dans ces conditions, la gamme des valeurs de t utilisées coïncide avec la fenêtre des échos de compression, tandis que la gamme des valeurs de p coïncide avec la pente des lignes joignant les échos de compression aux échos de cisaillement. Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, le traitement relatif aux configurations croisées-comprend les étapes suivantes c') définir une fenêtre de sommation couvrant l'espacement émetteur/récepteur et s'étendant entre les échos de compression et la monée.du premier écho pseudo-Rayleigh ou de cisaillement; d') normaliser l'amplitude de chaque forme d'onde par rapport à l'écho direct le plus intense qu'elle contient; e') éliminer les échos directs par filtrage de médiane dans la direction profondeur; f') déterminer les amplitudes sommées comme défini plus haut pour un jeu choisi de lignes de sommation possédant des pentes et intersections temporelles correspondant à une configuration croisée dans ladite fenêtre, g') déterminer les grandeurs E+, E- et EX comme défini plus haut, et h') répéter les étapes c')- à g') pour les différentes positions admissibles de la fenêtre de sommation. Le procédé peut alors se compléter d'une visualisation de l'intensité des configurations croisées, ou mieux d'une visualisation conjointe des informations tirées de l'éldva- tion locale du couplage acoustique et des configurations croisées. D'autres caractéristiques et avantages de 1 invention apparateront à l'examen de la description détaillée ci-après, ainsi que des dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une illustration schématique d'un outil dit LSS, propre à la mise en oeuvre de l'invention; - les figures 2A et 2B sont des chronogrammes illustrant respectivement une forme d'onde d'émission FE et une forme d'onde d'écho WFn; - la figure 3 est un diagramme illustrant les différentes étapes de la mise en oeuvre du procédé d'analyse par les pointes d'amplitude, dans un mode de réalisation particulier de celui-ci; ; - la figure 4 illustre, sous forme d'une représentation plane à effet tridimensionnel, un jeu de formes d'ondes reçues WFn, - les figures 4a et 4b illustrent des formes d'ondes reçues, ainsi que le traitement que celles-ci subissent par la mise en oeuvre du procédé d'analyse des pointes d'amplitude; - la figure 5 est un dessin très schématique illustrant certains phénomènes qui se déroulent au niveau d'une fracture; - les figures 5a et 5b sont des représentGtions de signaux captés qui mettent en évidence certains phenoxenes utilés selon l'invention,en relation avec les conficurations croisées; - la figure 6 est un schéma illustrant le procédé de traite ment des configurations croisées selon l'invention, dans un exemple particulier; ; - la figure 7 montre certains résultats obtenus par le procédé de la figure 6; et - les figures 8a et 8b illustrent des résultats obtenus par mise en oeuvre conjointe des procédés qui forment les deux aspects de la présente invention. I1 est entendu que la présente invention concerne un procédé de traitement des données issues d'un outil de diagraphie du type acoustique (quels que soient les modes d'acquisition des données faisant l'objet de traitement). Le traitement est indépendant de l'acquisition et peut être effectué ultérieurement à cette dernière et en surface. La figure 1 illustre un outil émetteur/récepteur acoustique du type dit LSS (pour "Long Spacing Sonic Sonde", c'est-àdire sonde acoustique à grand espacement). Axialement,cette sonde comporte deux émetteurs acoustiques TI et T2, en principe omnidirectionnels latéralement, espacés de deux récepteurs acoustiques également omnidirectionnels R1 et R2. Au-dessous des émetteurs est prévu un dispositif de déclenchement de l'émission et d'enregistrement des échos, noté globalement DE. Cet outil permet de définir plusieurs espacements, à savoir: - un premier espacement 2.s1 entre l'émetteur T1 et le récepteur R1; - un autre espacement 2.s2 entre l'émetteur T1 et le récepteur R2, de même qu'entre l'émetteur T2 et le récepteur Rî;et - un troisième espacement 2.s3 entre l'émetteur T2 et le récepteur R2. Les demi-espacements sl, s2 et s3 ont par exemple pour valeurs 1,22 mètre (4 pieds), 1,52 mètre (5 pieds) et 1,83 mètre (6 pieds). La figure 2A illustre une forme d'onde d'émission qui sera appliquée à l'un et l'autre des émetteurs Tî et T2. La forme d'onde est appliquée successivement aux deux émetteurs, à des instants suffisamment distants pour éviter toute interférence au niveau des récepteurs R1 et R2, mais aussi suffisamment rapprochés pour que l'on puisse considérer que les échos obtenus sont relatifs à la même profondeur, compte tenu de la vitesse de déplacement de l'outil. Par ailleurs, la cadence de ce déclenchement séquentiel des deux émetteurs est choisie telle que l'on obtienne des informations sensiblement tous les 15 centimètres, dans l'échelle des profondeurs. Les émetteurs T1 et T2 produisent des ondes acoustiques de compression, également dénommées "longitudinales", par opposition aux ondes de cisaillement ou "transversales". En effet, seules les ondes longitudinales sont de nature à traverser le fluide qui remplit un puits sans atténuation excessive. De même, les récepteurs R1 et R2 vont recevoir à travers le fluide du puits des échos sous forme d'ondes longitudinales Mais, par l'interaction des parois du puits avec le sous-sol, ces échos pourront correspondre à différents autres types d'ondes qui se seront propagées dans le sous-sol. Ainsi, la figure 2B montre qu'après l'impulsion d'émission, la forme d'onde WFn d'un signal reçu comprend tout d'abord une portion p1 qui est relative à des échos de compression, dus notamment à l'aller-retour des ondes de compression à l'intérieur du fluide contenu dans le puits, après réflexion par les parois de celui-ci. Il intervient ensuite, dans une section p2 de la forme d'onde WFn des échos de cisaillement, dits également de Rayleigh. Une partie significative du signal émis sous forme d'onde de compression va entrer dans le sous-sol,et se propager dans celui-ci sous la forme d'ondes de cisaillement, qui peuvent pénétrer à l'intérieur de la matière solide, et également sous la forme d'ondes dites de Rayleigh, qui, pour leur part,se propagent au voisinage d'un interface solide/liquide (ou solide/gaz). Ces ondes se distinguent les unes des autres par des vitesses de propagation différentes, d'où une durée différente de leurs alternances. Il existe également des ondes dites pseudo-Rayleigh, qui apparaissent du fait que l'énergie acoustique tend à s'écarter de l'interface (donnant lieu aux ondes de Rayleigh) dès lors que des ondes de compression s'établissent dans la boue de forage. La portion p3 de la forme d'onde WFn fait ensuite apparaître des échos dits de boue. L'homme de l'art sait que, à l'inverse des ondes de compression et de cisaillement, qui se propagent dans un milieu infini,les ondes de Rayleigh et pseudo-Rayleigh ne se propagent que dans un milieu fini, c'est-à-dire qu'il s'agit d'ondes guidées. Un troisième type d'ondes guidées apparaît dans un forage, et se manifeste dans la portion p4 de la forme d'onde WFn. Il s'agit des échos ou ondes de Stonely, qui s'établissent dans la boue par interactionentrecelle-ci et les formations du sous-sol. Les fréquences les plus basses des ondes de Stoneley sont également appelées ondes tubulaires. Il a déjà été proposé d'utiliser l'atténuation qui se manifeste dans les formes d'ondes enregistrées par un outil acoustique, dans le but de repérer les fractures, Présentes dans le sous-sol. Mais on comprend aisément, compte tenu notamment du grand nombre de types différents d'ondes qui interviennent, que l'interprétation des mesures est très délicate. La Demanderesse a observé notamment que l'atténuation du signal reçu peut être aussi bien produite par des fractures que par d'autres inhomogénéités dans'la formation. De plus, la résolution en profondeur que l'on pouvait obtenir par l'étude de l'atténuation est relativement modeste. On décrira maintenant en référence à la figure 3 un procédé qui permet d'améliorer considérablement la détection de fractures, en S2 fondant au contraire sur l'élévation locale du couplage acoustique entre le fluide du forageet-les formations du sous-sol que l'on a pu observer au voisinage de fractures. Pour la mise en oeuvre du procédé, on descend dans le puits, de manière repérée, un outil émetteur/récepteur acoustique tel que celui illustré sur la figure 1, ou en variante un autre outil, par exemple celui connu sous le nom de Digital Sonic Tool. Il est considéré comme souhaitable que cet outil permette d'accéder à au moins trois espacements entre émetteur et récepteur, pour chaque niveau de profondeur où l'on va rechercher une forme d'onde, et que ces espacements soient supérieurs au mètre. Au cours delta descente, on produit répétitivement l'émission acoustique de l'outil, soit pour l'un de ces transducteurs, soit pour chacun de ces transducteurs, en succession, comme défini plus haut. On enregistre à chaque fois la forme d'onde d'écho WFn reçue par les récepteurs de l'outil, en relation avec les espacements. Il y a donc en principe une forme d'onde pour chaque espacement et pour chaque profondeur, d'où l'écriture WFn(z). Comme décrit en relation aux figures 2A et 2B, les échos résultent du couplage acoustique de l'outil au sous-sol à travers le fluide ou boue emplissant le puits. Compte tenu du fait que les données reçues sont échantillonnées en profondeur, on notera maintenant les formes d'ondes par WFn(zi). L'écart entre deux-profondeurs d'échantillonnage, Zi+1 - Zi = hz est de l'ordre de t5 centimètres et l'indice n qui représente les espacementsrestvariable de 1 à m avec m au moins égal à 3. Ces informations sont en principe transmises en surface, où les formes d'ondes sont alors acquises, comme le rappelle l'étape 10 de la figure 3. Intervient ensuite une étape 12, qui consiste, pour chacune des formes d'ondes WFn(zi), , à determiner l'amplitude crête à crête maximale que présente cette forme d'onde dans sa fenêtre de compression. La fenêtre de compression est aisément repérable comme on l'a vu en référence à la figure 2B. On peut prendre l'amplitude maximale crête à crête soit sur tous les cycles compris dans cette fenêtre de compression, soit, plus simplement, déterminer l'amplitude maximale à partir de celle de la seconde ou troisième alternance présente dans la fenêtre de compression (p1 figure 2B), ou encore la somme de celles-ci, De préférence, l'information d'amplitude ainsi obtenue, qui est rapportée à un espacement et à une profondeur, est transformée en son logarithme, par exemple décimal. Il en résulte une suite d'échantillons logarithmiques An(zi), ce qui termine l'étape 12 de la figure 3. Une telle suite d'échantillons s'analyse comme un tableau de grandeurs numériques. En l'espèce, on a m suites d'échantillons numériques associées respectivement à des profondeurs croissantes. Pour simplifier l'exposé, on appelle ici courbe chaque suite d'échantillons définie en relation avec la profondeur. La suite du procédé consiste alors à isoler de chaque courbe d'amplitude de compression An(zi), les pointes d'amplitude qui ont une largeur voisine d'une valeur prédéterminée. Il semble actuellement souhaitable de définir cette largeur prédéterminée comme correspondant à environ une longueur d'onde de l'onde acoustique de compression dans le sous-sol, ce qui donne en particulier 0,3 mètre (1 pied) pour une onde acoustique de 16 kHz. Ceci fournit des courbes de pointes d'amplitude Pn(zi) associées aux différents espacements. La présence de fractures est alors déterminée à partir des courbes Pn(z+sn) d'une part et Pn(z-sn) d'autre part, sn désignant la demi-espacement. Ceci sera maintenant décrit de manière plus précise en se référant à nouveau à la figure 3. Après l'étape 12, l'étape 14 consiste à lisser par filtrage en moyenne mobile, chacune des courbes d'amplitude An(zi), ce qui fournit autant de courbes Mn(zi). Ce lissage s'effectue en tenant compte des pointes d'amplitude que l'on veut conserver dans le signal. Typiquement, pour un échantillonnage en profondeur tous les 15 centimètres, il est apparu convenable d'effectuer le lissage de l'étape 14 à l'aide d'un filtre de médiane opérant sur cinqpointsde profondeur,c'est-à-dire deux points de part et d'autre du point concerné, en plus de celui-ci. Des filtres de médianes sont décrits dans l'article de J.B. Bednar, 1983, "Applications of Median Filtering to Deconvolution, Pulse Estimation, and Statistical Editing or-Seismic Data" Geophysics, 48, pp 1598 à 1610. L'étape 16 consiste alors à déterminer la différence alcébri- que, provisoirement notée Pn(zi) entre An(zi) et Mn(z.). Ensuite, un test 18 détermine si cette différence est posi tive ou négative ou nulle. Si elle est positive, on conserve à Pn(zi) la définition que lui donne l'étape 16. Si la différente est négative ou nulle, on affecteà Pn(zi) la valeur 0, à l'étape 20. Ceci peut être considéré comme la soustraction stricte, cest-à-dire arithmétique, de Mn(Zi) à An(zi). Ainsi a pu être déterminée la courbe de pointes d'amplitude Pn (zi) . Comme on dispose de préférence de plusieursespacements, l'étape 22 va non seulement calculer tout d'abord les courbes Pn(zi-sn) et Pn(zi+sn), mais aussi utiliser ensuite ces courbes pour effectuer une comparaison entre les résultats relatifs aux différents espacements. De préférence, cette comparaison s'effectue sous la forme du calcul de deux coefficients de corrélation, fonction de la profondeur, et notés respectivement T(zi) et R(zi) > Ces coefficients sont donnés par les relations suivantes n=m [T(z)]m = Prod Pn(z+sn) n=1 n=m ER(z)flm = Prod Pn(z-sn)] n=1 Comme on le verra mieux plus loin sur un exemple, la Demanderesse a observé que les crêtes dans les courbes T(zi) et R(zi) indiquent les emplacements de couplage acoustique augmentés, c'est-à-dire de fractures. La résolution verticale de ce procédé est de l'ordre de la largeur d'une crête, c'est-à-dire typiquement 0,3 mètre (1 pied). On note que, par oppositIon à la technique antérieure, le procédé de l'invention aboutit à une résolution en profondeur qui est bien meilleure que ; espacement entre emetteur et récepteur. Le procédé peut alors se terminer par une étape 24, qui consiste à visualiser conjointement les deux grandeurs T(zi) et R(zi), de préférence avec les courbes de pointes d'amplitude Pn(z1) valables pour les m espacements que permet l'outil. Un exemple particulier sera maintenant discuté én référence aux figures 4, 4a et 4b. La figure 4 donne, en représentation tridimensionnelle, des formes d'ondes recueillies par un outil du genre précité. L'échelle horizontale est la profondeur, l'échelle verticale est l'amplitude de I'onde,tandis que des formes d'ondes relatives à plusieurs temps différents, échantillonnées de 600 à 800 microsecondes, sont illustrées conjointement. On voit immédiatement la difficulté d'interprétation de telles courbes pour l'homme de l'art, même expérimenté. Sur la figure 4a, la partie basse illustre l'amplitude des quatre formes d'ondes obtenues avec l'outil LSS,pour les espacements de 8 et 10, 10 et 12 pieds en échelle logarithmique. La partie intermédiaire de la figure 4a illustre les courbes de crêtes Pn(zi). La partie haute illustre les courbes T(zi) et R(zi) en regard l'une de l'autre. La section illustrée sur la figure 4 correspond en fait à la région qui se trouve autour de la profondeur 2655 mètres sur la figure 2A. Il apparaît que l'amplitude des quatre formes d'ondes manifeste le comportement décrit plus haut, à savoir que - l'amplitude montre deux pointes pcsitives à des positions où l'émetteur ou le récepteur se trouve adjacent à la fracture (ces points sont marqués T et R respectivement sur la figure 4); - le niveau général d'amplitude se trouve diminué entre ces deux pointes. Effectivement, pour chaque espacement, on obtient deux pointes à 2655,3 mètres, plus ou moins le demi-espacement, et les courbes T et R montrent deux pointes importantes (3 décibels) à cette profondeur. Ces pointes manifestent donc une fracture horizontale isolée. Mais, dans la section comprise entre 2680 et 2687 mètres sur la figure 4a, il y a une forte atténuation d'amplitude, qui s'étend sur une zone plus large que l'espacement émetteur/ récepteur. Trois pointes de récepteur (deux intenses, l'une plus faible) sont observées. Ceci suggère une zone fracturée qui contient au moins trois emplacements de couplage acoustique augmenté. La section qui va des profondeurs 2688 à 2693 suggère la présence d'une fracture verticale. En effet, et c'est là un autre aspect avantageux de l'invention, le procédé décrit permet aussi la détection de fractures verticales, que la technique antérieure considérait comme pratiquement inopérantes quant à l'atténuation sur les échos reçus. Bien que les phénnomènes ne soient pas simples à modéliser, la Demanderesse pense que, très schématiquement,des pointes intenses sont en principe indicatrices de fractures horizontales, tandis qu'une série de petites pointes semble indiquer une fracture verticale, dès lors qu'elles ne sont pratiquement pas accompagnées d'une atténuation des échos reçus. On se réfère maintenant à la figure 4b, qui vient se rattacher à la figure 4a du côté des profondeurs faibles. Il-.ap- paraît, dans la section comprise entre 2570 et 2610 mètres, une zone où l'amplitude change de manière tout à fait erra tique. Toutefois, l'analyse de crête réduit ce magma d'informations en un petit nombre de pointes intenses, qui sont indicatrices d'une collection de zones de fracture isolées. D'autres aspects de ce procédé seront discutés plus loin. Auparavant, il est fait référence à la figure 5, laquelle explicite les conversions de modes de propagation qui peuvent se produire au niveau d'une fracture FS du sous-sol. Il s'agit là uniquement d'illustrer les effets d'une fracture, étant observé qu'une conversion de mode se produit chaque fois que l'onde rencontre une frontière qui sépare des zones de fort contraste acoustique. Toutefois, il est estimé que les fractures vont produire des conversions de modes particulièrement intenses, tout spécialement entre les modes relatifs à la formation et ceux relatifs au forage. Les raisons en sont les mêmes que celles qui président au couplage acoustique augmenté que l'on a décrit plus haut. Dans la partie gauche de la figure 5, un front d'onde de compression FOC rencontre la fracture FS, située entre émetteur T et le récepteur R. Une partie de l'énergie incidente FOC va demeurer sous la forme d'une onde de compression,pour arriver au récepteur R. Une autre partie va se trouver convertie en onde de cisaillement OS,ou encore en une onde OR de l'un des modes guidés par le forage, à savoir Rayleigh, pseudo-Rayleigh ou Stoneley. Ces ondes sont détectées par le récepteur R. Les ondes de cisaillement et les ondes guidées vont arriver après les ondes de compression OC qui sont demeurées telles de l'émetteur au récepteur, mais avant les modes correspondants de cisaillement ou guidé oui auront voyagé directement de émetteur au récepteur. Lorsque l'outil se déplace vers le haut, le temps d'arrivez de ces échos "à conversion de mode". va augmenter à partir du temps de pure compression, pour aller jusqu'au temps de pur mode cisaillement ou guidé, au fur et à mesure que la fraction du trajet des ondes qui aura..fait l'objet d'une conversion s'accroît de 0 à 1. Les échos qui résultent d'une conversion d'un mode rapide à un mode lent (en termes de vitesse de propagation) constituent donc les bras sud-ouestànord-est des X que forme la configuration croisée. Les bras nord-ouest à sud-est des Xsontexpliqués à l'aide d'un processus analogue illustré dans la partie de droite de la figure 5. Ici, l'énergie est convertie depuis un mode lent à un mode rapide au niveau de la fracture. Plus précisément,un front d'ondes de cisaillement, noté FOS, qui arrive au niveau de la fracture FS, va se trouver pour partie transformé en ondes de compression OC, donc plus rapides. Une partie de l'énergie peut demeurer sous la forme d'une onde de cisaillement OS plus lente. On observe donc bien une conversion d'un mode lent à un mode rapide. Si maintenant on note par v et u les vitesses respectives de propagation des modes rapide et lent, et que celles-ci sont constantes à l'intérieur de l'espacement émetteur/ récepteur, alors la pente p (la dérivée du temps par rapport à la profondeur) des bras de la configuration en X possédera l'amplitude 1/u - 1/v, qui est indépendante de l'espacement. Les figures 5a. et 5b font apparaître des manifestations typiques de configurations croisées. La Demander'esse a pu observer que leurs traits principaux sont les suivants - la configuration s'étend sur une profondeur égale à l'es pacement émetteur/récepteur; - chaque configuration est constituée de plusieurs croix ou X qui sont superposés aux échos directs; - dans la direction de profondeur, les bras des X recouvrent toujours l'espacement émetteur/récepteur; - dans la direction temps, les bras des X commencent soit dans la région des échos de.compression, soit dans celle des échos de cisaillement, et se terminent dans la région des échos de cisaillement ou pseudo-Rayleigh, ou bien des échos de Stoneley, respectivement. Bien entendu, des configurations croisées, comme illustrées sur les figures 5a et 5b,sont accessibles à l'observation visuelle directe. Mais cela est apparu insuffisant pour différentes raisons que l'homme de l'art connaît bien - l'influence subjective liée notamment à la qualité de la visualisation à densité variable, ainsi que du choix des niveaux de gris; - difficulté pour l'observateur, même entraîné, de faire abstraction du côté relatif des configurations croisées, qui doivent être rapportées au niveau du signal de fond. Or, en fait, les configurations croisées se présentent souvent lorsque les échos directs sont faibles. Il en résulte que les configurations croisées sont souvent sous-estimées, et même qu'elles passent quelquefois inaperçues. Ainsi, un second aspect de l'invention prévoit que l'on effectue sur les signaux relatifs aux configurations croisées, un traitement qui comprend la détermination de l'amplitude et de l'énergie propre à ces configurations croisées, relative ment à l'amplitude ou l'énergie des échos directs. Il est préférable, mais pas absolument nécessaire, que les portions des formes d'ondes WFn qui sont prises en compte soient celles qui sont dues aux ondes de compression, et se terminent au premier écho du type onde de cisaillement ou onde pseudo-Rayleigh. Il est maintenant fait référence à la figure 6. La première étape du procédé relatif aux configurations croisées,étape notée 30, consiste à définir une fenêtre de sommation qui recouvre l'espacement émetteur/récepteur, et se trouve comme on vient de le dire définie entre les échos de compression, et la montée du premier écho de type pseudo Rayleigh ou cisaillement (voir figure 2B). En pratique, pour chaque profondeur, on inclut dans la fenêtre de sommation les parties de formes d'ondes qui se situent de chaque côté des 'limites, jusqu'à concurrence de la moitié de l'espacement émetteur/récepteur. Par exemple, pour un espacement de 3 mètres (10 pieds), on utilisera 21 formes d'ondes, échantillonnées à 15 centimètres, pour effectuer les différents calculs à une profondeur donnée, jusqu'à arriver à la grandeur EX définie plus loin. A noter que l'information ainsi obtenue n'est pas équivalente à l'amplitude An(z) mentionnée plus haut. Ensuite, l'étape 32 consiste à normaliser l'amplitude de chaque trace sur son maximum, qui est arbitrairement fixé à 1. Ceci assure que l'on donnera sensiblement le même poids à toutes les traces dans la sommation, et en même temps que toutes les amplitudes dans une trace donnée seront rapportées à l'écho direct le plus intense. L'étape 34 consiste alors à appliquer un filtrage en profondeur pour éliminer les échos directs. Ce filtrage est de préférence un filtrage de médiane, qui est moins critique que le précédent,et peut porter sur cinq ou sept points en profondeur. On passe ensuite à l'étape 36, qui consiste à déterminer les interceptions temporelles t et pente p d'une configuration croisée qui se trouverait dans la fenêtre. A partir de là, on peut construire des sommes de la forme S(t,p) =Li V1È(T+p.z)2 où V.(t) est l'amplitude de la forme d'onde FWn en fonction du temps à la profondeur Zi' T est l'interception (ou intersection) de la. ligne de sommation avec la trace ou forme dlonde considérée dans le temps, tandis que p est la pente de cette même ligne de sommation. L'homme de l'art comprendra que cette sommation d'amplitudes correspond aussi à'une sommation d'énergies. En pratique, on utilise un jeu limité de lignes de sommations qui présentent les pentes et intersections temporelles appropriées, tout en s'étendant sur la fenêtre de sommation définie à l'étape 20. Chaque somme correspond donc à un bras qui est soit ascendant, soit descendant, dans l'un des X que comporte la configuration croisée, s'il en existe une. L'étape 38 va alors consister à faire la somme des énergies E+ relatives aux bras montants, c'est-à-dire ceux dont la pente p est positive, ainsi que la somme E-, relative aux bras descendants, dont la pente est négative. Les énergies sont dans chaque cas rapportées au nombre d'échantillons considérés, qui sont notés N+ et N- respectivement. Chacune de ces grandeurs N est définie comme le produit du nombre de niveaux situés dans la fenêtre de sommation, par le nombre de lignes de sommation utilisées. On peut alors déterminer l'énergie totale EX contenue du fait de la conversion de mode dans la configuration croisée, en faisant la moyenne géométrique des grandeurs E+ et E-. En présence d'une configuration- croisée, l'énergie EX ne sera pas nulle. Son intensité représente- en fait la proportion de l'énergie acoustique totale qui aura fait l'objet d'une conversion de mode, d'où d'une part la possibilité de détecter une fracture, d'autre part celle d'en apprécier éventuellement l'importance. Bien entendu, une étape 40 va tester s'il existe une autre fenêtre de sommation possible, auquel cas les étapes 32 à 38 sont répétées avec cette ou ces autres fenêtres de sommation. Au terme du procédé, une étape 42 va permettre une visualisation de l'énergie EX déterminée à chaque fois,en fonction du paramètre restant, à savoir la profondeur. La figure 7 fait apparaître l'énergie S sommée en oblique, pour une position de fenêtre qui est à peu près centrée sur la configuration illustrée à la profondeur 2655 mètres, pour un espacement de 3,60 mètres (12 pieds). Cette figure couvre une gamme étendue de valeurs de la pente et de l'interception temporelle. Il apparaît en fait que S est concentré sur deux bandes étroites, qui présentent les caractéristiques suivantes - pente de plus ou moins 50 microsecondes par pied, qui est la pente de la ligne -joignant l'écho de compression au premier écho du type pseudo-Rayleigh/cisaillement - valeur de l'intersection temporelle qui se situe pratiquement entre.900 et 1000 microsecondes, ce qui correspond au temps d'arrivée des échos de compression. Des mesures ont été faites avec une fenêtre déplacée de t5 centimètres (6 pouces) vers le haut. Le résultat (non représenté) a été que les lobes situés à plus ou moins 50 microsecondes par pied sont décalés horizontalement vers la gauche et la droite respectivement de 25 microsecondes. Lorsque la fenêtre est déplacée vers le bas de 15 centimètres, ils sont à nouveau décalés horizontalement de 25 microsecondes, mais dans la direction opposée. Ces dernières observations montrent bien que les lobes observés dans la grandeur S de la figure 7 correspondent effectivement aux bras d'un X dans la configuration croisée. Ceci indique également, en pratique, dans quelle mesure la grandeur EX s'écartera de sa valeur maximum lorsque la fenêtre de sommation n'est pas en alignement exact avec la configuration croisée. Les figures 8a et 8b qui complètent la précédente aux profondeurs plus faibles, montrent de-manière combinée les résultats des procédés qui forment les deux aspects de l'invention. Tout fait en bas sont illustrées les grandeurs T(z) et R(z) obtenues comme précédemment décrit. Immédiatement au-dessus est illustrée l'évolution de la grandeur d'énergie de configuration croisée EX obtenue pour l'espacement de 3 mètres (10 pieds). Au-dessus sont illustrées d'autres mesures sur lesquelles on reviendra plus loin. Les figures 8a et 8b correspondent par ailleurs, respectivement, aux figures 5a et 5b. En ce qui concerne les configurations croisées, il y a un bon accord entre les figures 5 et 8, là où les configurations croisées étaient d'ores et déjà clairement visibles dans la représentation à densité variable. Aux endroits où les échos directs sont-faibles, et où les configurations croisées éventuelles sont difficiles à discerner, on observe malgré tout une réponse très nette au niveau de la grandeur EX. Cela constitue un avantage important du procédé selon le second aspect de l'invention. Par ailleurs7 les résultats des procédés qui forment les deux aspects de'l'invention sont en bon accord l'un avec l'autre, puisque tout pic dans la grandeur EX coïncide d'une manière générale avec un pic individuel ou une rafale de pics dans les grandeurs T et R. On observe que la grandeur EX, toutefois,n'a pas...une résolution verticale (en profondeur) aussi bonne que les pics des grandeurs T et S. La résolution de la grandeur EX est alors estimée de l'ordre de 60 centimètres (2 pieds) pourpninter- valle d'échantillonnage de 15 centimètres (6 pouce). Toutefois, on peut obtenir une meilleure résolution en prenant un intervalle d'échantillonnage en profondeur plus fin. Du bas vers le haut, les figures 8a et 8b comportent égale-. ment quatre autres pistés d'enregistrement, qui représentent respectivement - pour la piste T3 rayonnement gamma naturel - total - corrigé (c'est-à-dire uranium supprimé) - pour la piste T4 résistivité de la formation en mode respectivement profond (pointillés), superficiel (tiretés) et ponctuel (continus). - pour la piste T5 - densité RHOB de la formation, par outil à rayonnement gamma, - porosité NPHI de la formation,par outil à rayonnement gamma. - pour la piste T6 - mesure du diamètre du puits, par outil à rayonnement gamma (pointillés longs). - densité relative DRHO mesurée à 2 espacements différents (pointillés courts). L'homme de'l'art comprendra que les procédés selon la présente invention sont tout à fait complémentaires, et qu'ils apportent des informations que les moyens de la technique antérieure ne savaient pas fournir, mais aussi qu'ils peuvent néanmoins, comme cela est courant dans l'étude du sous-sol, se compléter avec eux.

Claims: Revendications. 1. Procédé pour la détection de fractures dans le sous-sol à partir d'un puits traversant les formations géologiques, dans lequel a) on traite les données provenant d'un outil de diagraphie descendu de manière repérée dans un puits traversant des formations géologiques et comportant des transducteurs acoustiques séparés pour l'émission et la réception avec au moins un espacement entre émetteur et récepteur, l'émission acoustique de l'outil étant répétée au cours de la descente, ces données résultant de l'enregistrement à chaque fois de la forme d'onde d'échos loin reçue par l'outil, en relation avec le ou les espacements, ces échos résultant du couplage acoustique de l'outil au sous-sol à travers le fluide emplissant le puits, caractérisé en ce que la détection des fractures est effectuée par l'étape suivante b) on traite les portions des formes d'ondes WFn qui sont représentatives de l'un au moins des deux effets locaux corrélatifs des fractures que sont les pointes d'amplitude dues à une élévation locale du couplage acoustique, et les configurations croisées dues à une conversion de mode. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il compte en outre les étapes suivantes c) extraire (12) de chacue forme d'onde WFn, dans une fenêtre choisie de celle-ci, contenant les échos en ondes de compression, une grandeur d'amplitude de compression A n (z) ce qui fournit au moins une courbe d'amplitude de compression en fonction de la profondeur An(z), associée à un demiespacement 5n entre émetteur et récepteur; d) isoler de la courbe d'amplitude de compression Ln An(z) les pointes d'amplitude de largeur voisine d'une valeur prédéterminée (14-20) et ce qui fournit au moins une courbe de pointes d'amplitude Pn(z); et e) déterminer la présence de fractures (22) à partir des courbes Pn(z+s) d'une part et Pn(z-s) d'autre part. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les les données proviennent de l'enregistrement sélectif des formes d'ondes FWn reçues à chaque émission et pour chaque espacement, l'outil comportant plusieurs récepteurs disposés sur l'outil selon un nombre m d'espacements, 5n désignant le demi-espacement (avec n = 1 à m); - les étapes c) et d) sont exécutées sélectivement pour chaque espacement, fournissant un jeu de courbes d'amplitude de compression An(z), puis un jeu de courbes de pointes d'amplitude Pn(z) respectivement associées à chacun des demi-espacements sn; ; et - l'étape e) comprend (22) .el) la détermination de deux courbes de coefficients de corrélation croisée T(z) et R(z), en fonction de la profondeur, selon les relations n=m [T (z)]m = Prod [Pn(z+sn)] n=1 n=m ER(z)m = Prod |Pn(z-sn)2 n=1 .e2) la détermination de la présence de fractures à partir des crêtes de la courbe T(z) d'une part,de la courbe R(z) d'autre part. 4. Procédé selon la revendication 3,. caractérisé en ce que l'étape d) comprend dl) la détermination (14) de courbes lissées Mn(z) par filtrage en moyenne mobile de chacune des courbes d'amplitude An(z); et d2) la détermination de la courbe de pointes Pn(z) par soustraction stricte de Mn(z) dans An(z), avec Pn(z) = An(z) - Mn(z) si An(z) > Mn(z) et Pn(z) = 0 dans le cas contraire (18, 20). 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'à l'étape dl) le filtrage en moyenne mobile (14) est réalisé à l'aide d'un filtre de médiane opérant sur cinq points, la répétition des mesures acoustiques se faisant tous les 15 cm environ. 6. Procédé selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que la valeur prédéterminée pour la largeur des pointes d'amplitude correspond à environ une longueur d'onde de l'onde acoustique de compression dans le sous-sol,en particulier 0,3 mètre pour une onde acoustique de 16 kHz. 7. Procédé selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que m est au moins égal à 3. 8. Procédé selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce qu a l'étape c) la grandeur An est définie par le maximum de l'amplitude crête à crête de la forme d'onde WF n sur une partie au moins de sa fenêtre contenant 'les échos en ondes de compression (12). 9. Procédé.:.selon l'unedesrevendications 2 à 8,caractérisé en ce que la grandeur d'amplitude de compression est de nature logarithmique (12). 10. Procédé selon l'une des revendications 2 à 9,prise en combinaison avec la revendication 3, caractérisé en ce que l'étape f) comprend l'établissement d'une représentation conjointe (24) des courbes T(z), R(z) et de préférence Pn(z), en fonction de la profondeur. 11. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le traitement relatif aux configurations croisées comprend la détermination de l'amplitude ou de l'énergie propre à celles-ci, relativement à l'amplitude au l'énergie des échos directs (30-34). 12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que les portions de formes d'ondes prises en compte sont celles qui sont dues aux ondes de compression, et se terminent au premier écho du type onde de cisaillement ou ondes pseudo-Rayleigh (30). 13. Procédé selon l'une des revendications 11 et 12, caractérisé en ce que le traitement relatif aux configurations croisées comprend la sommation d'amplitudes, tirées des formes d'ondes, et relatives à des positions attendues pour les deux bras d'une configuration croisée, à l'intérieur d'une fenêtre qui recouvre l'espacement émetteur/récepteur (30-36), afin de déterminer l'énergie cumulée EX des échos sur les deux bras de la configuration croisée, la présence d'une fracture étant déterminée d'après l'écart de cette énergie cumulée par rapport à zéro. 14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'énergie cumulée EX est déterminée comme la moyenne géomé- trique des énergies E+,E- relevées sur les deux bras (38). 15. Procédé selon l'une des revendications 13 et 14, caractérisé en ce que, S(Trp) notant le carré de la somme des amplitudes selon une ligne qui intersecte le temps r avec une pente p, on détermine les énergies sur les bras ascendants E+ et sur les bras descendants E- de la configuration croisée par les relations (36, 38) E+= Somme |S(,p) /N+ p > O où N est le produit du nombre de niveaux ou échantillons dans la fenêtre d'accumulation par le nombre de lignes d'accumulation 'ascendantes' considérées et E- = Somme FS(',p) /N p < O où N est le produit du nombre de niveaux ou échantillons dans la fenêtre d'accumulation par le nombre de lignes d 'accumulation '' descendantes' considérées. 16. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que la gamme des valeurs de t utilisées coïncide avec la fenêtre des échos de compression, tandis que la gamme des valeurs de p coïncide avec la pente des lignes joignant les échos de compression. 17. Procédé selon l'une des revendications 15 et 16, caractérisé en coque le traitement relatif aux configurations croisées comprend les étapes suivantes c') définir une fenêtre de sommation (30) couvrant l'espacement émetteur/récepteur et s'étendant entre les échos de compression et la montée du premier écho pseudo-Rayleigh ou de cisaillement; d') normaliser l'amplitude de chaque forme d'onde par rapport à l'écho direct le plus intense qu'elle contient (32); e') éliminerleséchos directs par filtrage de médiane dans la direction profondeur (34); f') déterminer les amplitudes sommées comme défini plus haut pour un jeu choisi de lignes de sommation possédant des pentes et intersections temporelles correspondant à une configuration croisée dans ladite fenêtre (36); g') déterminer les grandeurs E+, E- et EX comme défini plus haut (38); et h') répéter les étapes c') à g') pour les différentes positions admissibles de la fenêtre de sommation. 18. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une visualisation de l'intensité des configurations croisées (42). 19. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par une visualisation conjointe des informations tirées de l'élévation locale du couplage acoustique et des configurations croisées.

Inventors: CHEUNG, PHILIP SIU-YU
Applicants: SCHLUMBERGER LIMITED, SOCIETE DE PROSPECTION ELECTRIQUE  SCHLUMBERGER
Application year: 1985
Main classification: G01V1
IPC codes: G01V1