LES
DIAGRAPHIES
Introduction En quelque décennies, l’exploration pétrolière pétrolière à accompli accompli des pas pas de de géant. géant. Au début des années 50, le prospect prospecteur eur pétrolier pétrolier devait devait avant avant tout être : Ø Ø Ø Ø
Un bon géologue de terrain, Observateur consciencieux, Fin stratigraphe, Cartographe précis,
apte apte à décel déceler er dans dans un un bassi bassin n sédim sédiment entair airee : • la meilleu meilleure re structu structure re à forer, • puis capable de corréler les formations traversées par les sondages avec les terrains reconnus en surface sur les marges du bassin,
f ondant essentiellement sur Ø ceci en se fondant l’analyse minutieuse des déblais.
Le sism sismic icie ien, n, à part partir ir : Ø
d’enregistrements d’enregistrements graphiques sur papier sensible • restituant par le calcul des miroirs •
et traçant des horizons fantômes, •
s’efforçant de prolonger sous la couverture discordante les terrain terrainss vus vus à affleuremen affleurement. t.
Ø
Il apportait apportait quelque quelquess précisions précisions :
Ø sur la structure profonde Ø des anticlinaux reconnus en Surface,
masquées. Ø au mieux parfois, détectait des fermetures masquées.
Les diagraphies différées, que l’on appelait encore encore le ‘’carot ‘’carottage tage électrique’ électrique’’, ’, étaient étaient déjà : une aide précieuse pour caler en profondeur les coupes fournies par l’examen des cuttings. Et repérer les zones poreuses et perméables.
C’est avec ces méthodes simples qu’ont été découverts de nombreux gisements.
Peu à peu au cours des deux dernières dernières décennies, décennies, l’accroissement l’accroissement vertigineux vertigineux des besoins besoins en énergie à conduit conduit à : Ø
rechercher des gisements moins évidents
Ø
et à s’efforcer d’améliorer les taux taux de récupération par une connaissance plus approfondie des caractères du réservoir.
La prospection est devenue plus difficile, exigeant toujours plus de finesse et de certitude des outils d’observation d ’observation indirecte indirecte que sont les méthodes géophysiques.
La technologie à répondu à son attente. D’énormes progrès ont été réalisés aussi bien en sismique qu’en diagraphies.
Les diagraphies différées constituent l’un des outils les communément utilisés en exploration pétrolière. Outre leur leur rôle historique historique et fondamen fondamental tal dans : • la détection des hydrocarbures,
leurs applications géologiques n’ont cesser de se développer avec l’apparition de nouveaux procédés : • d’enregistrement • et de techniques d’interprétation plus élabores. élabores.
D’abord D’abord limitée limitéess à la détermi déterminatio nation, n, souve souvent nt sommai sommaire re : Ø de la lithologie l’établissemen ementt de corrél corrélation ation , Ø et à l’établiss l’utilisation des diagraphies s’est étendue à la recon reconnai naiss ssanc ancee de nombr nombreux eux doma domaine iness : Ø Cycles de dépôt sédimentaires Ø Environnement et discontinuités sédimentaires Ø Etat de compactions des séries
Elles, seules donnent une vision partielle certes, mais toujours continue et objective des séries traversées par les forages.
Elles sont le lien entre les mesures géophysiques géophysiques et la géologie de subsurface. Elles seules, permettent une quantification des données. donn ées.
Donc l’introduction d ’une certaine rigueur dans la description et la représentation des phénom nomènes sédimentaires.
DIAGRAPHIES DIFFEREES
Elles ne sont sont exécutées qu’à la fin de multiples multiples passes d’outils et après l’arrêt des forages. forages. Ø
Elles sont exécutées, ü ü
Soit en trou ouvert (open-hol (open -hole) e) Soit en trou trou tubé (case (cased d -hole). -hole).
Ellles mesu El esurent ent : caractéristiques q les caractéristiques 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
géométriques, structurales, texturales, électriques, acoustiques thermiques ou radioactives des formations formations traversées, selon les problèmes à traiter. traiter.
PRESENTATION DES MESURES Polarisatio Polarisation n sponta spontanée née . (P.S) (P.S) C’est le potentiel potentiel électrique électrique mesuré dans la colonne de de boue par rapport rapport à un potentiel potentiel de référence référence fixé. fixé. Ce potentiel est du principalement au déséquilibre dé séquilibre ionique crée entre l’eau de formation et la boue de forage par les formations argileuses.
Le potenti potentiel el sponta spontané né indique indique si les formations sont perméables ou non en face d’une formation formation perméable,
Il est est fonc foncti tion on : salinité ité de l’eau de formation, formation, üde la salin salinité ité du filtrat filtrat üde la salin üet de la teneur en argile.
Donc la la PS , est est liée liée à des phé phénom nomène èness Ø Donc électrocin électrocinétiqu étiques es et électrochi é lectrochimiques. miques.
On admet admet que que c’es c’estt généra généralem lement ent à ce derni dernier er qu’est qu ’est du le potentiel spontané.
La courbe de PS permet de localiser les zones perméables, sans cependant, donner la valeur de la perm éabilité et la porosité. Elle Elle perm permet et auss aussii : q q q
La détermination des interfaces Les corrélations des couches , La détermination de la lithologie (reconnaissance des niveaux d’argile et l’estimation de la teneur en argile d’un d ’un réservoir ) ,
l’étude qL’analyse faciologique et séquentielle par l’étude de la forme de la courbe , qL’indication possible de la saturation en huile ou
gaz de sables argileux , possible du contact gaz –eau – eau dans qL’indication possible des sables argileux .
LA MESURE
Bien qu’apparemment facile à exécuter, la diagraphie PS peut être perturb ée par de nombreux facteurs parasites. Il faut donc prêter une attention toute particuli particulière ère à sa mise en œuvre. œuvre.
L’établiss L’établissement ement du log log PS est est simple simple : mesure re à l’aide l’aide d’un voltmètre voltmètre ØOn mesu la différence différence de potenti potentiel el entre deux deux électro électrodes des , ü l’une mobile dans le trou ü et l’autre fixe en surface.
Le zéro est arbitraire puisqu’il s’agit de valeurs relatives. L’échel L’échelle le est donnée donnée en Millivolt Millivoltss par division division ; Et par conventi convention, on, le positif positif est est toujours toujours à droite et le négati négatiff à gauc gauche he (fi (figu gure re 1) 1) .
Principe de Mesure de la P.S N
• Fig. Fig. P.S P.S ____ ____Rés Résis isti tivi vité té • Fig. Fig. Distri Distrib. b. Schéma Schémat. t. Des couran courantt de P.S • Fig. ig. Effect Effectss des des cour couran ants ts Téllur lluriq ique uess et du magnétisme sur la P.S • Fig. Fig. P.S P.S Plate Plate et P.S P.S Normal Normalee et influe influence nce de la salinité. • Slide lide Rési ésisti stivité et sal salinité équi quival valente ente à parti partirr de la PS. PS. • Abaques.
CALCUL DU % D’ARGIL D’ ARGILE E
Nous avons vu que l’on peut, dans de bonnes condition , tracer sur le log PS la ligne de base des argiles argiles qui qui correspo correspond nd à un volume de 100% 1 00% d’arg d ’argile. ile.
Il est aussi possible de tracer la ligne de base des sables qui représente alors 0 %d ’argile . Cette particular particularit itéé du log PS permet permet d’estimer d’estimer le volume d’argile d ’argile en un point donné.
Le volume d’argile au point x se calc calcul ulee de de la la faço façonn sui suiva vant ntee : FIG. 9
Examinons les différen diff érentes tes étapes qui permettent d’obtenir la valeur de Rw. Déterminat Détermination ion de Rw à partir de la P.S. Ø Tracer la ligne de base des argiles.
Cette ligne de base peut présenter une légère dérive Ø Repérer les zones poreuses et perméables.
La valeur de la déflexion PS étant Influencée par l’épaisseur des bancs, il faut si possible choisir dans l’intervalle intéressant un banc assez assez épais qui montre une anomalie anomalie PS maximum maximum et constante .
Déterminer la température de la formation à la pro profo fond ndeur eur choisi choisiee à l’aid l’aidee de de la temp températur ératuree de surface et de la température du fond du trou. Rmf est est en général énéral donné donné à la températ température ure de surfac surfacee ; il faut donc donc obtenir la valeur valeur de Rmf Rmf à la température température de la formation formation à l’aide de L’ABAQUE L’ABAQUE 1. D’autre part , si cette nouvelle valeur de Rmf est inférieure inférieure à 0,1 ohm.m, ohm.m, on doit doit trans transfor former mer en Rmfe Rmfe à l’aide de l’ABAQUE l’ABAQUE 5 . Lire la valeur de la déflexion déf lexion P.S. (nombre de millivolts) depuis la ligne de base.
Il y a lieu dans certains cas d’apporter une correction pour l’épaisseur du banc Si la déflexion PS montre un palier , il n’est pas nécessaire nécessaire d’effectuer une correction Si l’anomalie est ‘’pointue’’, il faut alors corriger la valeur de la PS lue sur le log PS corrigée = facteur de correction X valeur de la PS lue.
LA RESISTIVITE La résistivité résistivité d'une formation est un paramè paramètre de base qui reflète ref lète son contenu en fluides (eau ou hydrocarbures) et qui est aussi une fonction : de la porosité porosité de la roche, roche, de la salinité, de l'eau de formation, de la teneur teneur en argile, argile, et de la résistivité de l'argile. Du fait que, les formations perméables sont envahies par la boue de forage, la valeur de la résistivité aux abords abords immédiats du sondage n'est pas pas représentative de la résistivité résistivité réelle de la formation, telle qu'elle était avant le forage.
D'autre D'autre part, la mesure mesure de la la résistivité résistivité de la zone zone envahie envahie permet une évaluation de la mobilité des hydrocarbures. c'est pourquoi, il existe plusieurs types de diagraphie de résist résistivité ivité ayant differentes differentes profondeurs profondeurs d 'investigation, 'investigation, (profonde moyenne et faible) La combinaison de trois mesures ayant différentes différentes profondeurs d'investigation, permet la détermination de la résist résistiv ivit itéé vraie vraie (Rt),d (Rt),dee la la résis résisti tivit vitéé de la zone zone lavée lavée (Rxo), (Rxo), la rési résisti stivi vité té de la zone zone envah envahie ie (Ri) et le diam diamètre ètre d'invasi d'invasion on (Di) (Di) .
Mais, quelque soit l'outil retenu, le principe fondamental de mesure reste le même. Une source émettrice (électrode ou sonde) envoie un signal (courant (courant électrique, champ électromagnétique ) . Un dispositif de mesure (récepteur) situe a une certaine distance de la source, appelée "espacement", enregistre enregistre les réactions du terrain à ce signal.
Plus la distance entre l’émetteur l’ émetteur et récepteur est grande, plus I'investigation est profonde, mais corrélativement corrélativement plus la définition verticale diminue. diminue. Aussi doit-on jouer sur I'espacement pour obtenir la résistivit ré sistivitéé dont on souhaite la mesure. C'est ainsi que selon I'espacement et donc I'ordre de grandeur du rayon d'investigation, on distinguera : Les macrodispositifs comprenant : la diagraphie électrique conventionnelle (ES) normale et latérale, Inductol tolog og (IL), (IL), ü Induc les laterolo laterologs gs (LL), (LL), ü les ü le spherically focused log (SFL),
qui sont d'autant moins influencés par la boue du trou de sonde et la zone envahie par le filtrat, que I'espacement est grand et donc que le rayon d'investigation est grand. Ils donnent une lecture plus ou moins proche de Rt -Les microdispositifs , , montés sur patins appliqués contre la paroi du trou, De ce fait leur lecture n'est n'est pratiquement pratiquement pas affecté affecté par le trou de sonde.
mais peut peut par contre I'être I'être par par le ( mud cake ) Ils comprennent : le MicroL MicroLog og (ML), le Micro MicroLat Latero eroLog Log (MLL), le Proximi Proximite te-Log -Log (PL), (PL), le Micro-Spherically Micro-Spherically Focused Log (MSFL). L 'espacement émetteur-r écepteur étant faible, ils ont un rayon d'investigation tr ès faible et de ce fait, ils lisent dans la zone dite lavée par le filtrat de la boue, dans le cas de roches poreuses envahies.Il donnent donc, généralement. une lecture proche de Rxo.
Pour améliorer la définition définition verticale et surtout diminuer les effets de trou et d'invasion, d'invasion, on a imaginé imaginé des dispositifs de focalisation qui accroissent par ailleurs le rayon d'investigation. C'est ainsi qu'on peut distinguer sposit si ti fs non non fo focali calissé comprenant la diagraphie les di spo électrique électrique conventi conventionnel onnelle le et le microlog microlog et des dispositifs laterologs, le foc focalis li ses dont font parties I'induction, les laterologs, sphe spheri rica call lly y focus focused ed log, log, le microlaterolog, microlaterolog, le proximite-Iog proximite-Iog et le micro-spherically micro-spherically focus focused ed log. log. .
On dispose dispose ainsi ainsi d'une grande grande diversite diversite d'outils d'outils de mesure mesure de la résistivité résistivité (et dont la combinaison permet permettra tra de determ determine inerr Rt, Rxo Rxo et di ) dont on va étudier ci-après le principe, en faisant ressortir pour chacun d'eux leurs caracteristiq caracteristiques ues propres (point de mesure, rayon d'lnvestigation, définition verticale, facteurs géométriques integres) integres) et les facteurs ‘’parasite ‘’parasitess ’’ encore encore appeles appeles effets d'environne d'environnement, ment, affectant la mesure ou I'allure de la courbe.
MACRODISPOSITIFS NON FOCALISES Principe de mesure Supposons un milieu infiniment épais et homog ène au sein duquel serait noy ée une électrode d'envoi de courant (Fig. ci-contre). Le courant I émis par I' électrode A se propagerait également dans toutes les directions et porterait à un même potentiel V tous les points situ és à une même distance r de A donc sur une centré sur A. La chute de potentiel potentiel même sphère centré qui qui se se pro produ duir irai aitt entre entre la sphè sphère re de rayon rayon r + dr sera serait it : -dv -dv = RI RI /4p /4pii r2 r2 * dr où R : Résis Résisti tivi vité té du mili milieu eu Rdr / 4pi r2 : Résistan Résistance ce du milieu milieu dr dr longueur longueur dr, de surf. surf. 4pi 4pi r2 et de de Résist. Résist. R
Laterolog LL
Principe II consiste a obliger le courant a pénétrer dans la formation suivant un fin pinceau de lignes de force parall èles en envoyant de part et d'autre un courant de focalisation a l ’ aide d'électrodes de garde. Ce type d'outils donne des r éponses beaucoup moins influenc ées par la colonne de boue ou les épontes que les normales et lat latérales" car le courant est confine dans une tranche de terrain de faible épaisseur perpendiculaire a I'axe du dispositif. II en r ésulte une mesure plus significative. Plusieurs dispositifs existent.
On decr decrira ira tr és rapi rapide deme ment nt le fonctionnement de chacun d'eux.
L at érolog 3 -LL3 L a s onde Comporte Comporte une petite peti te électrode centrale d'envoi de C ourant A o,et deux de ux Iong ues électrode. de g arde" court-cir cuite cui tees es entre entre el elle" A 1 et et A 1' (Fi g . ci -contre). -contre). On mes mes ure le le pot potent entiel iel V g et A 1 et et A1‘ A1‘ et on envoie envoie par par A 1 A1' A 1' un coura cour ant Ig tel que Vg soit soit é g al à un potentiel potenti el de r é f érence.
Induction IL Principe On envoie dans une bobine émettrice émettrice un courant alternatif d'un oscillateur. Le champ électromagnétique électromagnétique alternatif qui en résulte, résulte, induit dans la formation des courants qui circulent en anneaux coaxiaux à la sonde (courants de Foucault). Foucault). Ces courants courants,, à leur tour engendre engendrent nt leur propre propre champ électromagnétique qui en traversant, un solénoïde (bobine réceptrice. réceptrice. coaxiale), y induit un force éIectromotrice proportionnelle au flux traversant la bobine. Le courant alternatif émis étant d'amplitude intensi té des et de fréquence constante, l’ inte
coura cour ants de F oucault oucault es t proportionnelle proportionnelle à la conductivité, du s ol et et de même même le le f.e. f .e.m m i nduite ndui te,dans ,dans la bobine réceptri réceptri ce.
Introduction
GAMMA-RAY. (GR) .
Le log nucléaire nucléaire le plus simple, le GAMMA RAY, RAY, c’est la mesure mesure de la radioac radioactivité tivité naturelle naturelle existant existant dans certaines roches. Ce log apporte des informations lithologiques ; il met bien en évidence les charbons, les évaporites et surtout les niveaux d'argiles qui constituent souvent les limites des réservoirs dans le sous-sol.
D'autre part, le log gamma naturel permet : d'estimer le pourcentage d'argile dans les formations sableuses. Ø
Contrairement au log P.S.qui a la même fonction, il peut être utilise dans les forages tubes, en présence de boues résistantes, et dans les forages remplis d'air.
Avant d'examiner cette diagraphie, il faut dire quelques mots de la radioac radioactiv tivit itéé des minér minéraux aux et et des roch roches. es. •
Les éléments radioactifs dominants
De très nombreux nombreux isotopes isotopes naturels naturels sont radioactifs radioactifs.. Seuls troi Seuls troiss d'entre d'entre eux eux jouent jouent un role role notable notable dans dans la radioactivite naturelle des mineraux et des roches. Les autres sont extremement peu stables ou extremement rares.
Gamma Gamma Ray corrigé corrigé de l'influence l'influence de l'uranium l'uranium
Fonctionn Fonctionnement ement du compteur compteur à scintilla scintillation tion Les outils modernes utilisent un compteur à scintillation qui fonctionne de la fa çon suivante : un cristal scintillant (le plus souvent iodure de sodium activ é au thallium) émet un photon lumineux lorsqu'il est atteint par un rayon gamma. Cette photo émission est transform ée par un photomultiplicateur en une impulsion électrique amplifiée pour devenir mesurable. L'intensité de chaque émission lumineuse est proportionnelle à l'énergie des photons gammas qui l'ont produite. En définitive donc l'impulsion électrique mesurée est proportionnelle à l'énergie de la radiation gamma incidente.
La sensibilité de ces compteurs compteurs est fonction de la taille taille et de la la forme du cristal. Plus le cristal utilisé utilisé est grand, plus plus le nombre d'impulsion d'impulsion mesurées mesurées est important. Le cristal mesure en général général quelques centimètres centimètres cubes, ce qui permet une excellente définition dé finition verticale par contre contre la temp température érature a une grande influence et ces compteurs compteurs sont le plus souvent dans des vases Thermos.
Les trois trois isotopes isotopes qui intéressent intéressent le géophysic géophysicien ien sont sont : 2 3 8 U a) L' ur anium ium 23
IL émet un rayonnement gamma de haute énergie, jusqu'a 2,446 Mev, et représente représente en moyenn moyennee 2 a 3 ppm ppm de la la croûte croûte terres terrestre tre.. Un gramme d'uranium avec ses produits de filiation émet 33 400 photons gamma par seconde.
2 3 2 T h b ) Le t hor hor i um 23
Le thorium est présent dans dans l' écorce terrestre avec une concentration moyenne de 8 a 12 ppm. L’énergi L’énergiee de son émiss émission ion gamma gamma peut attei atteindre ndre 2,615 Mev. Il est moins actif que l'uranium , un gramme de thorium et ses produits de filiation émet 17400 photons gamma par seconde.
c) Le potassium
4 0 K
Le potassium est un élément très répandu dans les roches, son abondance, ça se chiffre en % de l'ordre de 2,5 % Seul l'isotope 40 est radioactif !
il représente environ 0,012 du potassium total et ilil constit constitue ue quelq quelques ues 2,8 2,8 ppm de la la croûte croûte terrestre. L'énergie du rayonnement gamma due au potassium est relativement faible, 1,46 Mev. Son activ activité ité est de de 3,31 3,31 photon photonss gamma gamma par par seconde pour un gramme de potassium total, soit 27583 photons gamma par seconde pour un gramme de potassium 40 radioactif.
II faut noter que : les instruments utilisés utilisés ne mesurent pas l'én l'éner ergi giee de l'l'émiss émissio ionn mais mais la la radio radioac acti tivi vité té à une une certaine distance de la source. Cette Cette radioact radioactivit ivitéé est une une fonctio fonctionn complexe complexe du type de rayonnement son énergie, de l'importance de la source, de la densité des milieux traversés…
La radio radioact activi ivité té des min minéraux éraux et des des roches roches On peut subdivis subdiviser er les les minér minéraux aux où entren entrentt des éléments radioactifs en minéra minéraux ux essentie essentiels ls et minéraux minéraux accessoires. accessoires. sont des constituants importants des roches. Le potassium entre dans la composition de nombreux minéraux essentiels. Les feldspaths alcalins en contiennent beaucoup ainsi que certains micas. sont aussi riches en potassium. Enfin, parmi les minéraux argileux, l'illite potassique est radioactive. Les mi mi nér aux essen ess entt i el elss
Il faut noter que l'uranium et le thorium ne forment que des minér inér aux accesso ccess oi r es. Ceux- ci sont sont quatre quatre fois fois plus plus abondan abondants ts dans dans les roches acides que dans les roches ultrabasiques. On les rencontre surtout dans les granites et les pegmatites et dans les roches qui en dérivent soit par métamorphisme soit par érosion.
iL ressort de ce bref survol que les principales roches réservoirs peuvent être classé classées es selon selon leur leur degré degré de radioa radioacti ctivit vité. é. Roches de r adio ioa activ ct ivit it é élevée : -granites potassiques -certains sables et grés riches en minéraux accessoi accessoires, res,àà uraniu uranium m ou thorium thorium,, -phosphates,évaporites potassique sur la plupart des argiles,schistes-tes noirs . Roches de r adi oact i vi t é moyenn yenne : -gre -gress et sa sables Roche de r adio ioa activ cti vit é f aib iblle : -calcaires et dolomies. -charbons en général, -évaporites sans potassium, halite, anhydrite,
SLIDES 1. Exem Exempl plee de radi radioa oact ctiv ivit itéé natu nature rell llee des des argi argile less 2. Calc Calcul ul du du pour pource cent ntag agee d’ar d’argi gile le.. 3. Comp Compar arai aiso son n du du GR GR et et de de la la PS. PS. 4. Exercice.
Log Gamma Gamma ou Log densité Après avoi avoirr étu étudier le log log de de ra radio dioactivi ivité naturelle ou Gamm Gammaa Ra Ray No Nous allons voir les les di diagraphi phies qui ut utilisen sent la radio radioac acti tivit vitéé provo provoqué quée. e. Les Les diagraphies de cette nature sont toutes basée sées sur le principe de l’i l’interaction entre une radioact oactiivité ité inc incide idente et le les co composan sants de la la formation sou soum mis à un bomba bombarde rdeme ment nt Radi Radioa oact ctif if..
Nous allons tout d' abord envisager ce qui se passe passe lors lors d‘un bombard bombardemen ementt de la format formation ion avec un faisceau de rayons gamma, c' est est LE LE LOG LOG GAMMA GAMMA GAMMA GAMMA ou DIAGRAPHIE DE DENS1TE. Comme son nom l'indique, ce Log a pour but princip principal al une mesur mesuree de la densit densitéé des des diver diverses ses formatio formations ns trav travers ersees ees par le fora forage. ge. Cett Cettee mesu mesure re per perme mett à son son tour tour de de ded dedui uire re les les diffe differen rentes tes poros porosité ités. s.
LE PARAMETRE ENREGISTRE Nous avons vu que lorsqu'un rayonnement gamma passe à travers la matière il est atténué cette atténuation peut se faire de trois façons : L'effet photoélectrique Si la radiation gamma incidente est de faible énergie, inféri inférieure eure à 0,1 Mev, Mev, et que que le numé numéro ro atomi atomique que Z de de élev evé, é, le photon gamma entrant l'élément bombar dé est él en collision avec un électron orbital va l'éjecter de son orbite en lui transmettant toute son énergie, é nergie, cette réaction s'appelle l' effet PHOTOELECTRlQUE.
L'effet Compton Une autre forme d'atténuation d 'atténuation est l'EFFET COMPTON Dans une réaction le photon incident perd une partie seul seulem emen entt de son son énerg énergie ie pour pour éjecter un électron et continu sa trajectoire dans une autre direction sous forme d’un photon diffuse.
SLIDE Echelle des diagraphies Gamma Gamma
Spectrométrie du Gamma Ray Les émetteurs de rayonnement ( naturel rencontrés dans les formations formations appartiennen appartiennentt à trois familles familles radioactives : Thorium, Uranium et Potassium. La spectrométrie de ce rayonnement permet de différencier ces familles et d’indiquer les contributions relatives du Thorium, de l’Uranium et du Pot Potas assi sium um à la rad radio ioac acti tivi vité té tota totale le de de la formation. Cette information fournit des indications géologiques Utiles sur les couches traversées et permet une meilleure évaluation de leur teneur en argile.
Neutron L'outil L'outil Neutron Neutron mesure mesure l'aptitude l'aptitude d'une d'une formation formation à ralentir ralentir des neutron neutronss rapides rapides jusqu'au jusqu'au niveau niveau d'énergie d'énergie thermique. thermique. La réponse de l'outil est surtout fonction de la teneur en hydrogène de la formation, donc, de sa porosité porosité et du type de fluide fluide qu'elle qu'elle contien contient. t. Cette mesure mesure peut s'effect s'effectuer uer à travers travers un tubage tubage d'acier. d'acier. Elle s'exprime s'exprime habituellemen habituellementt en porosité porosité équivalente, équivalente, déterminée, comme si la roche était un calcaire saturé d'ea d'eau. u. Les Les outil outilss "neut "neutro ron« n« et « dens densit ité" é" sont sont gén généra érale leme ment nt descendus ensemble avec un appareil G-ray.
Sonic
L'outil Sonic Sonic mesure le temps temps de propagatio propagationn d'ondes d'ondes acoustique acoustiquess dans la formation. Le temps de propagation est invers inversemen ementt proport proportionn ionnel el à la vitess vitesse. e. Il est surtout fonction du type de roche, de sa porosité et de son degré degré de comp compact action ions. s. On l'exprime habituellement en (ms/ft); Le Sonic peut peut être être utilise utilise pour pour la la poro porosit sitéé intergra intergranula nulaire ire.. Cette mesure aide à la déterminati détermination on de la lithologie lithologie Au même titre que les autres diagraphies, le temps de trajet de parcours parcours est utilis utiliséé à des fins de corrél corrélati ations ons et dans les analyses sédimentoloqiques.
Pendagemétrie Cet outil nous informe sur la structure et la texture d’une formation afin d’approcher d’approcher aux corrélations d’un même ensemble stratigraphique qui deviennent difficiles.
Interprétation des diagraphies L’interprétation lithologique est la première étape de l’interprétation sédimentaire des diagraphies. Pour qu’elle soit correcte,il est indispensable d’utiliser l’ensemble des diagraphies disponibles Elles consistent dans les cas les plus simples à un rapport graphique de valeurs de paramè paramètres tres combiné combinéss deux deux à deux. deux.
Les données diagraphiques sont considérées comme des données géologiques et requièrent un même esprit d'analyse, il faut donc leur appliquer les mêmes principes et méthodes. Ce qui revient a dire que toute interprétation des diagraphies est en soi une interprétation géologique.
LI T H OL O LO G I E E T FA F A CI CI E S
Tout comme on procède dans une coupe géologique, on arrivera avec un jeu de "log "log"" de bonne bonne qual qualit itéé à reco recons nsti titu tuer er la la col colon onne ne lithologique d'un puits.
Formations Gréseuses Gréseuses Les grés sont généralement peu radioactifs, Néanmoins certains types de grés (sable) présente des anomalies radioactifs radio actifs élevés lorsqu’ils lorsqu’ils contièn contiènnen nentt des minérau minérauxx radioact radioactifs ifs,, tels que les les micas micas et les les felde feldespat spaths hs potassiq potassiques. ues. Les réponses en face de ces grés, sont sont analog analogues ues à celles celles d’une d’une argiles argiles Les grés de l'Ordovicien Terminal, du Sahara Algérien en sont un bon exemple. Il s'agit la, en 1 'occurrence, non d'une concentration en K, mais en Th (et dans une certaine moindre mesure en U) dans des sables sables tres tres rich riches es en minera mineraux ux lourds. lourds.
Charbons ou lignites. Très caractéristiques par leur double déflexion vers la gauche gauche aux outils outils de de densit densité et neutron. neutron. ~ Faible densite ~ Tre Tress fort fortee poro porosi site te Neut Neutro ronn ~ Resi Resist stiv ivit itee el elev evee ee ~ Vitesse faible Pour que ce banc puisse être décelé, il faudrait que l'épaisseur soit grande.
Carbonates Ils fournissent une image inverse des charbons sur sur les les lo logs de den densi sité té et de neut neutro ron. n. • Vitesse forte Forte résist résistivité ivité (peu de de fluide, fluide, effet effet de • Forte matrice) • GR très faible. La différence entre un carbonate compacte et celui celui poreux poreux se mesur mesuree à traver traverss l’anal l’analyse yse du Sonic.
Sidérite. l'exception de la résistivité qui sera faible, la sidérite en tant que carbonate de fer induira des réponses diagraphiques analogues aux autres carbonates. Elle est souvent associée à un environnement anoxique, tels que les argiles organiques de marais ou des argiles de prodelta. Pyrite En grande concentration, elle sera détectée par les dispositifs de microresistivite, cara caracté ctérisé riséee par une une faible faible résist résistivit ivitéé .
CORRELATIONS GEOLOGIQUES Comme nous l'avons vu précédemment, toutes les diagraphies participent d'une façon directe au indirecte dans leurs applications aux établissements de corrélation entre puits. La corrélation géologique à pour pour but but de réaliser réaliser une correspondanc correspondancee entre deux objets géologiques, et d'établir ensuite la chrono corrélation et la corrélation lithologique. La corrélation lithologique se propose d'établi d'établirr l'iden l'identit titéé des faciès, faciès, tandis que la chrono corrélation vise à établir tablir un un lien lien chro chronol nologiq ogique ue entre les objets .
INTERPRETATION SEQUENTIELLE. Les diagraphies diagraphies GR, Neutron Neutron,, densité, densité, Sonic etc.., enregistr enregistrent ent des paramètres traduisant partiellement la nature lithologique et pétrophy pétrophysique sique des formati formations ons traver traversées sées.. II est donc, donc, possi possible ble,, à partir partir des des diagraphi diagraphies es en ayant une connaissance préalable (terrains et carottes) des types de faciès, de définir des électrosequences. Bien évidemment, les séquences décimétriques de premier ordre {alternances-marno-calc {alternances-marno-calcaires, aires, séquence séquencess turbidiques) turbidiques) ne peuvent être décelées par les diagraphies classiques, à l'exceptio l'exceptionn des outils outils de HDT" HDT" en raison raison de leur leur trop trop faible faible pouvoir de résolution (compris généralement entre 0,3 et 1 m)
COMMENT CONTRIBUENT LES DIAGRAPHIES DIFFEREES DANS LES RESERVOIRS.
Les diagraphies en trou ouvert ou en trou tube représentent un outil efficace pour l' explorateur et le producteur du domaine minier. Donc, on va voir comment et avec quels moyens les Diagraphies différées contribuent elles dans l'évaluation des paramètres des réservoirs. Les questions que posent l'explorateur, le producteur en général sont: existe t'il des réservoirs ? üquels sont ? (toit, mur) üleurs contenu en fluide ? ünature des fluides ? (gaz, huile, eau) ü
caractéristique caractéristique pétrophys pétrophysique ique (lithologie, minér minéralogie alogie,, texture) texture) quantité de chaque fluide (porosité (porosité,, saturatio saturation, n, épaisseur épaisseur ü quantité utile, utile, mobilité mobilité des flui fluides des,, perméabilité perméabilité ü le contact eau / hydrocarbures ü existe t-il un réservoir potentiel non prevu? ü pendage des couches? ü existe t-il des fractures surtout ouvertes? ü pressions des réservoirs. üquelle est la profondeur réelle du puits. ü les cotes de différents tubages. ü détecter les zones de pertes et les zones de gain. ü
ü ü ü ü
quelle est la trajectoire du puits (deviation). quelle que lle est la geometrie geometrie du puit puits. s. quant qu antit itee de cime ciment nt neces necessai saire re pour pour la cimen cimenta tati tion on quelle que lle est la qualite qualite de ciment cimentatio ationn ?
POU OUR R REP REPONDRE ONDRE A CES CES Q UES TI ONS L’EN REG REGII S TREMENT D E S D I A GR G R A PH PH I E S D I F FE F E RE R E ES E S D A N S LE S PU PUI T S E S T I N D I S CU C UT A BL B LE .
Les diagraphies occupent une place toute particuliere, puisqu ' elles donnent une vision continue et objective des des ser serie iess trav traver erse sees es en fora forage ge.. Elles sont le seul lien entre les mesures geophysiques de surface surface et la geologie de subsurface subsurface.. elles permettent une quantification des donnees c'e c'est à dire dire l' étude des paramètres des réservoirs réservoirs
Avant d'aller au but recherché, il faut d'abord définir cette discipline: la Diagraphi Diagraphiee ou ou
d'autre part : Le CONTENU (nature et et pourcentage, pourcentage, porosité, porosité, saturation saturation des fluides remplissant les vides existant entre les éléments solides), parmi ces deniers, il y' a la matrice et l' argile, cette distinction est imposée d'une part par la différen différence ce des compo comporte rtement mentss vis à vis des phénomènes physiques exploites en diagraphie de ces deux solides, d'autres part par l'influence des argiles sur les propriétés propriétés pétrophysique pétrophysique des réservoirs. réservoirs.
UN RESERVOIR EST CARACTERISE PAR: Ø Ø
Ø
la Matrice, l'Argile, , ce denier qui rassemble les dépôts sédimentaires constitués par des minéraux minéraux phylliteux phylliteux qui ont ont différentes différentes influence influence sur les paramètres pétrophysique et sur les réponses des outils de diagraphie. Par Par les les Flui Fluide dess : l' arrangement des éléments solides laisse généralement subsister des espaces (pores, canicules )qui sont occupes par des fluides ( eau, gaz, air, huile, bitume ), or le pourcentage de ces fluides dépend du pourcentage des espaces vides donc de la porosité.
On a constate qu' a l' exception de l' eau, les autres fluides ont une propriété commune commune avec avec la la majorité majorité des minérau minérauxx constituant la matrice, celle d' être mauvais conducteur du courant, par contre l' eau laisse passer plus au moins le courant (chargée en sel minéraux ).
POROSITE : c'est la fraction du volume d'une roche non occupée par les éléments solides (phiT=VP/VT). Or les roches poreuses contiennent toujours de l' eau suivant d 'une part la porosité, d' autre part le pourcentage d'eau dans les pores (saturations), c'est pourquoi la mesure de la résistivité d'une roche est une une donnée donnée de de base base de toute l' évaluation des réservoirs. Par ailleurs ailleurs on distingue plusieur plusieurss type de poros porosités ités a savoir savoir : Inter Inter granula granulaire ire , inter inter crist cristalli alline ne qui consti constitue tuent nt la poros porosité ité primaire primaire qui dépend de la forme, taille, classement des grains. La poro porosi sité té vacuo vacuolai laire re acqu acquis isee par dis disso solu luti tion on et por poros osit itéé de fiss fissur uree, de fracture fracture acquise mécaniquement mécaniquement constituent constituent la la porosité porosité secondaire secondaire..
Mais dans toutes les porosités citées ci dessus ce qui intéresse l' explorateur c ' est est la poro porosi sité té effe effect ctiv ivee (uti (utile le ) qui qui est est une une porosité porosité accessi accessible ble aux aux fluides fluides libres libres,, à l' excl exclus usion ion de la la poro porosi sité té non-c non-con onne nectée ctée et l' espace occupée par l' eau adsorbée et l'eau liée a l'argile.
RESISTIVITE : on a signa signalé lé plus plus ha haut ut qu quee c 'est le paramè paramètre tre clé de tout toutee évaluat évaluation ion.. Elle est fonction de : . La Résist Résistivi ivité té propre propre de l'l' eau( eau( Rw) envahissant les pores laquelle est liee au contenu contenu en en sels sels dissous dissous et et a la températu température. re. . De la la quanti quantité té de cette cette eau dans dans la la roche roche donc de la porosit porositéé d'une part part et de la la saturation saturation de la la lithologie lithologie nature et pourcentage d' argile et nature et pourcentage des minerau minerauxx condu conduct cteu eurs rs.. .Texture de la roche (mode de répartition des pores ). Donc la résistivité résistivité vraie d 'une 'une roche roche est résultan résultante te de la matrice matrice et son contenu en fluide.
PERMEABILITE : C ' est une une propr proprié iété té de laiss laisser er passer passer ou laisser circuler les fluides dans les pores, sous l' action d 'une différence de pressions. SATURATIONS: On appelle saturation en fluides d'une formation le rapport de volume occupe par ce fluide au volume total des pores: qui sera a priori un des objectifs lors de l' évaluation des réservoirs.
LES PARAMETRES SECONDAIRES : ( m,a,n,F) Ces paramètres sont calculés ou déterminés au laboratoire et qui sont sont vari variabl ables es d'un d'un réservoir réservoir à un autre autre m:fact m:facteur eur de de ciment cimentati ation on ou tortu tortuosi ositté (1.6 (1.6 - 3 ) F : facteur de formation n: exposan exposantt de la satura saturation tion (1.2 (1.2 - 2.2) a: coefficient qui dépend de la lithologie Les informations obtenues sont utilisées en deux caractères qui sont : Information Information à caractèr caractèree quanti quantitati tatif: f: .Profondeur réelle, Épaisseur réelle du banc .Composition minéralogique des formations ,Argilosité .Densité .Densité des hydrocarb hydrocarbures,Tortuosit ures,Tortuosité,facte é,facteur ur de cimentation cimentation .Porosit .Porositéé effective, effective, Porosi Porositté second secondai aire, re, Diamè Diamètre tre d'invasi d'invasion on .Rési .Résistivit stivitéé de la zone zone vierge vierge,, Résistivit Résistivitéé de la la zone zone lavée lavée .Résistivité .Résistivité de l' eau de de formation, formation, Résistivité Résistivité de la boue et du filtrat filtrat .Densit .Densitéé global globalee (Rhob ),Impé ),Impédan dance ce acoustiq acoustique, ue, Coeffic Coefficien ientt de réflexion réflexion .Diamètre .Diamètre du trou,Déviation du trou .Température in situ, Volume du trou, Atténuation acoustique
.Saturation ( eau,huile ) .Pendage des couches .Mobilit .Mobilitee des fluides fluides .Perm .Perméabilité éabilité .Contrôle de la cimentation .Gradient géothermique Informations a caract caracter eree Qual Qualit itat atif if .Nature des fluides .Détectio .Détectionn des gaz .Détection .Détection de l 'huile .Taille des des grains .Classement .Classement granulométrique granulométrique .Anisotropie .Anisotropie .Mode de distribution distribution des argiles .Type de porosité porosité .Faciès .Discordance, Corrélation.Fracturation, Fissuration , .Distribution des fluides .Estimation des reserves. Ces informations peuvent être obtenues à partir partir des des mesure mesuress de base base ( directement lue sur le log) ou à partir partir d 'une 'une comb combinai inaison son de mesures mesures de base ( chart, cross-plot etc. ..)
En diagraphie, diagraphie, on on caractér caractérise ise un réservoir ou plusieurs réservoirs par : .Types de Réservoirs .Épaisseur des Réservoirs .Profondeur Réelle ( cotes des intervall intervalles es d ' intérêt ) .Nature des Fluides .Types d 'Écoulement (Perméabilités ) .Types de Porosités .Types d' Argiles .Types de Ciments .Types de lithologie .Structure, texture, composition minéralogique
Programme des diagraphies de réservoirs pré-élaboré, Les diagraphies différées sont réalisées pendant l'arrêt de forage.
Lors de l' établissement du rapport d'implantation du puits ou des puits. Le programme est comme suit :
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
GR-D GR-DSISI-AI AIT T OU ARI ARI : Rés Résis isti tivi vité té LDTDT-CNT-N T-NGT : Po Poros rosité ité FMI FMI : Détec ecti tioon des Fractures Fer Ferm més ou Ou Ouvvertes. UBI : Fra Fract ctur ures es,, Stab Stabililité ité du trou rou,éval ,évalua uati tion on corr corros osio ionn du du tubage et son son endo endomma mmagem gement. ent. MDT MDT : Pre Pression du rés réservoir,perméab méabililit itéé et éc écha hanntill illonnag nnagee de fluides aux condi conditio tions ns de formati formation. on. VSP : Profile sismique du puits. CBLL-VDL-C CB L-CCL / CET ou USIT DIAMETREUR
Il faut noter que ces programmes sont fonction du type type de bou boue, e, salin salinité ité de l' eau de formation, et de la lithologie traversée par le sondage, évidemment ce sont les informations recherchées par l’ explorateur explorateur et et le producteur producteur en géné général. ral. Les résultats résultats de l 'interprétatio 'interprétationn va dépendre dépendre de la supervision supervision de la la qualité qualité des enregistre enregistrements ments obtenus par les outils utilises. Cette condition condition étant étant satisfaite satisfaite (bonne qualité des logs), logs), on pass passee à l’ expl exploi oita tati tion on des des log logss subd subdiv ivis iséé en troi troiss éta étape pess
a). Contribution rapide Dans cette étape qui est dite rapide intervient non seulement dans l ' évalua évaluatio tionn des paramètre paramètress pétrophy pétrophysiqu siques es des réserv réservoirs oirs prévu prévus, s, mais aussi aussi au au cours cours des des phases phases intermédiaire à savoir : Diagraphies au cours des phases intermédiaires ü ü ü ü ü ü ü ü
Géométrie du trou, volume du trou Contrô Contrôle le de la qual qualité ité de ciment ciment (adhéren (adhérence ce ) Éventuelle Éventuelle coincement coincement de garnitu garniture re (back -off) Contrôle de déviation du trou. Détecter les aquifères qui risquent de nuire les forages Détecter des horizons réservoirs non prévus Détection Détection des zones zones à pression pression anormale anormale Détection Détection de zones à gradient gradient de température température anormale anormale
Tous les points cites plus haut les diagraphies contribuent à l’ apport apport des solutions solutions adéquates. Mais l’l’ effic efficac acité ité et le le beso besoin in rap rapide ide de l 'uti 'utililisa satio tionn des des logs logs est est l 'infirmation 'infirmation ou la confirmatio confirmationn de la mise en évidence évidence des hydrocarbures dans les réservoirs traversés par des sondages, « N'EST N'EST CE PAS PAS L'OBJECTI L'OBJECTIFF FINAL FINAL DES FORAGE FORAGES S DES PUITS PUITS ? C'EST TROUVER LES HYDROCARBURES». Pour continuer les travaux dans cette étape il faut atteindre ces objectifs prévus (réservoirs), donc ces derniers sont atteints, le programme des diagraphies est prêt pour la réalisation.
Le jour jour d 'acquisit 'acquisition ion des logs logs c'est c'est , r>, et chantier> d'abord il va faire faire ses ses corrélations de peur qu' il pénètre dans le réservoir, si c 'est le cas on aura des conséquences lors de la mise en oeuvre des tests potentiels potentiels etc. .. concemant le Log-An Log-Analyst alystee : Il Doit Veiller Veiller Sur La La Bonne Qualité Des Enregist Enregistremen rements ts et Donner Donner un résultat dans l 'immédiat 'immédiat de la profonde profondeur ur réelle réelle du réservo réservoir ir et le contenu en fluide et décider de la suite des opérations (suite du programme) sur ce puits dans les conditions idéales.
La contributio contributionn rapide rapide ou «QUICK-LOG» «QUICK-LOG» s ' effectu effectuee par simple simple observation des logs, Ce qui veut dire sans calculs, ni lecture. Ces observations se feront sur : Compa Compara rais ison on de de la la sal salini inité té de 1 ' eau eau de form format atio ionn à la sali salini nité té du filtrat de boue.
DIAGRAPHIES DE CIMENTATION
Introduction Si l'on l'on devait devait énoncer énoncer un critère critère de qualité qualité d'une cimentation, on dirait : "pour que la cimentation soit considérée de bonne qualité, il faut que la gaine de ciment soit au moins aussi étanche que la formation qu'elle remplace". En effet, lorsqu'on réalise le forage, on met en communication différentes zones. L'isolement initial sera rétabli par l'ensemble cuvelage + gaine de ciment. Cette fonction sera donc correctement assurée si cet ensemble autorise un débit de fuite de fluide (eau, huile, gaz)
Les défauts de la cimentation qui peuvent pertur perturber ber cette cette étanch étanchéit éitéé sont : Ø Ø Ø Ø Ø
micro ou macro-annulaire ciment-cuvelage, micro ou macro-annulaire ciment-formation ciment-formation canal de boue au niveau du cuvelage, canal de boue au niveau de la formation, Canal de gaz dans la gaine de ciment
Le but des diagraphies est de détecter si un de ces défauts est présent dans la gaine de ciment.
Les causes de ces défauts peuvent être nombreuses et variées: Mauvais déplacement de la boue formulation"spacer",non adaptée, formulation formulation ‘’laitier’’non ‘’laitier’’non conforme conforme aux exigences exigences du puits fissures fissures de l'annula l'annulaire ire cimenté sous l'effet l'effet des des chocs thermiques, hydrauliques et du vieillissement, évolut évolution ion de la permé perméabil abilité ité pendant pendant le le vieillissement.
Comment contrôler une cimentation ? Le dégagement de chaleur et l'augmentation de la contrainte d'adhérence du ciment lors de sa prise permettent d'étudier la cimentation cimentation d'un d'un tubage tubage et et sa qualité grâce aux diagraphie diagraphiess suivantes : Thermomètrie
ü
Sonic (CBL-VDL [Cement Bond Log-Variable Density Log)]
ü
Ultras Ultrasonic onic CET (Cem (Cement ent Evaluatio Evaluationn Tool Tool)) et USIT USIT (Ultr (Ultraa Sonic Sonic Imager Tool)
ü
SLIDE DEFAUTS DE CIMENTATION
Thermométrie Le dégagement de chaleur produit lors de la prise du ciment entraîne une augmentation de température en face des zones cimentées du tubage. L'enregistrement se fait lors de la descente de l'outil et est possible dans dans une période période de de 8 à 24 heures heures selon selon le ciment employ employéé après après la fin de la la cimenta cimentation tion.. Cette diagraphie permet de localiser le sommet du ciment dans l'espace annulaire et la présence de ciment derrière le tubage.
Exemple de thermométrie
Les Son Sonics ics : CBL CBL -VDL (Ceme (Cement nt Bond Bond Log Log –Varia –Variable ble Dens Densit ityy Log) Log) Outil sonique enregistrant l'amplitude d'une onde sonore dans le tubage dont le taux d'atténuation est fonction de la compression du ciment et du pourcentage de circonférence cimentée. Sa mesure mesure est appliquée appliquée à la détermin détermination ation de de la qualité qualité de la cimentation d'un tubage.
Principe du CBL Un train d'onde de fréquence variant entre 15 et 30 KHz selon les appareillages, est périodiquement génère par un émetteur. Cette onde traverse la BOUE, passe dans le TUBAGE, LE CIME CIMENT NT et la FOR FORMA MATI TION ON Si ces divers milieux sont couplés acoustiquement, puis est détectée par un récepteur qui se trouve sur le corps de l'outil (généralement (généralement à 3 pied piedss de de l'émette l'émetteur). ur).
Les vitesses des différentes ondes émises et créées lors des passages passages et et des ondes ondes successi successives ves d'un d'un milieu à un autre sont fonction des caractéristiques physiques du milieu. L'énergie acoustique,voyageant le long d’un tube se propage plus rapidement que les ondes de formation elles même plus rapide que les ondes de boue.
La détection de la première arrivée se fait suivant le même principe que celui de la mesure du temps de propagation d'une onde acoustique dans une formation ( outil sonique ou acoustique), par un seuil minimum d'énergie détectable. L'amplitude de cette première arrivée ( généralement l'onde de tubage) est mesurée par positionnement d'une fenêtre. Cette diagraphie diagraphie est est appelée appelée couramment couramment "Cement "Cement Bond Log" Log" ou CBL Elle permet permet d'étudie d'étudierr et de quantifie quantifierr la qualité qualité de la cimentation cimentation par la mesure d'adhérence.
Interprétation du CBL Dans le cas d'un tubage "libre" (non cimente) toute l'énergie acoustique circule le long de l’acier :
•
il y a très peu d'atténuation de l'onde et de l'amplitude de la première arche du signal est importante Dans le cas d'un tubage parfaitement cimenté, cette énergie se propagera a travers le ciment jusque dans la formation.
•
L'atténuation dans une zone cimentée à 100% est est obtenue obtenue par la relation Atténuation (db/pied) = -20/z log10 A maxi:A mini Z: distance entre émetteur et récepteur (pieds) A mini : amplitude minimum exprimée en millivolts A maxi : amplitude maximum exprimée en millivolts
• Dans le cas d'un d'un tubage tubage mal ciment cimenté, l‘énergie se repartit repartit entre le tubage et la formation. L'amplitude mesurée A sera comprise entre A maxi et A mini Il est alors alors possible possible de definir un index index de cimentati cimentation on BI (Bond Index) ainsi : BI = Attenuat Attenuation ion da dans ns la zone zone étudier Atte Attenu nuat atio ionn da dans ns une zone zone parf parfai aite teme ment nt cime ciment ntéé Le Bond Index représente la fraction de la circonférence du tubage en contact avec le ciment.
A l’aide de l’abaque empirique suivante on peut déduire la longueur Nécessaire de bonne cimentation (BI>80%) pour assurer assurer l’étanchéité l’étanchéité hydrauliq hydraulique ue
Principe du VDL L'étude L'étude de la qualité de la cimentation cimentation peut être être faussée faussée par par un certain nombre de phénomènes. II s'est avéré avéré utile d'enregist d'enregistrer rer l'ensemble l'ensemble du train d'ondes sonores reçues par un récepteur situe généralement à 5 pied piedss de l'émet l'émette teur ur.. Enregistré en compléme complément nt du CBL, le VDL VDL permet permet de définir l'adhérence Ciment Formation. ,
La présentation de cet enregistrement est : Sous forme du train d'onde complet ou de sa partie positive uniquement ("Wave ("Wave Forme", Forme", "Signature "Signature Curve") : la la lecture lecture est difficile. •
En densité variable variable (VDL), seules seules les les arches arches positives positives étant reproduites en une échelle de gris d'autant plus fonces que l'amplitude est plus grande. •
Inte Interp rpre reta tati tion on du CBL- VDL Voir Voir les exem exempl ples es en anne annexe xe 1. Tuba Tubage ge libr libree (non (non ci cime ment ntee) • •
L'ampl L'amplitu itude de CBL est est forte forte (corr (corres espo pond ndan antt à celle attendue en fo fonction du diametre du tubage). T.T. app approxima imative ivemen ment égal gal à celui calculé à partir des do donnees de la la boue et du du tubage.
Onde Ondess de tuba tubage ge trés trés nett nettes es,, rec recti tililign gnes es et bien parallèles sur le VD VDL. • Joint Jointss de tuba tubage ge net net pou pourr tous tous les les logs logs.. •
Tubage age bien bien cimente •
L'amp amplitu itude du CB CBLL est faib faible le..
•
Le T .T est peu different à celui mesuré dans ans le tubage libre.
•
Dans tous les cas le VDL montre des ondes de tubage trés faib faiblles voir voiree inex inexis ista tant ntes es et de des onde ondess de form format atio ionn trés trés nett nettes es don’ don’tt les les vari variat atio ions ns cor corresp respoonden ndentt à ce cellllee vues vues sur sur le so sonic nic enr enrég égis isttré en trou trou ouver uvertt.
Rena Renard rdag agee ( tuba tubage ge impa imparf rfai aite teme ment nt cim cimen enté té ou "ch "chan anne neliling ng") ") .L'amplitude du CBL est. moyenne. .Le VDL_montre VDL_montre.'des,o .'des,ondes ndes detubage relativement relativement bien bien visibles. visibles. .Bonne liaison tubage-ciment, pas de liaison ciment-formation -Les -Les ondes ondes de tubage tubage sont sont tres attenuee attenuee (amplit (amplitude ude sur le CBL CBL et et glissement ou saut de cycle.'sur le T.T). Les ondes formatIons n'apparaISSent pas et seules les ondes de , boue.'alr boue.'alriven ivenfapre fapres. s.,, les.'o les.'oild ildes es de tubage. .Micto.Micto-ann annula ulaire ire (ou sep separ arat atio ionn tubage tubage-c -cime iment nt)) -Le couplage couplage acoustiqu acoustiquee se fait tout tout de meme ; une partie partie de l'energie passe par le tubage, tubage, le CBL n'est n'est pas pas a son maximum. maximum. Comme une parti partiee de l'l' energie passe par la formation formation on remarque remarque des ondes de formation sur le VDL. -Seul -Seul un deuxie deuxieme me control controlee avec avec mise mise en en press pression ion du tuba tubage ge permettra permettra de voir si si le couplag couplagee s'ameliore. s'ameliore. Reduction de l'amplitude l'amplitude CBL et et nette attenuation attenuation des ondes ondes de tubage tubage sur sur le VDL, confirmant ainsi la presence presence d'un micro-annulaire. micro-annulaire.
.Formations rapides -Dans le le cas de formations formations compact compactes es ou a tres faible porosite porosite dont dont le le Delt Deltaa T est est inferieu inferieurr au Delta T de l'acier du tubage (57 micron.s/pied), l'onde de formation arrive la premiere. Le CBL devient inutilisable. -Sur le VDL, l'onde de tubage s'efface au profit de l'onde de formation plus rapide. .Formations a vitesse lente et forte attenuation -Dans le cas de formations lentes (de 77 a 125 ~/pied), l'energie acoustique sera plutot transmise par le ciment que par la formation. Les ondes de formation apparaissent apparaissent tres faibles, faibles, voire voire inexist inexistantes. antes. L'arrivee des ondes ondes de de boue boue peut peut meme meme etre etre visible visible avant avant l’on l’onde de de formation. C’est le cas des formations de surface.
Facteurs Facteurs pouvant pouvant influencer influencer la la mesure mesure CBLCBL- VDL .Les etudes etudes laboratoire laboratoire montrent montrent qu'a qu'a partir partir d'une d'une epaisseur epaisseur de ciment ciment de 3/4", l'attenuation l'attenuation ne depend depend plus de cette epaisseu epaisseur. r. Une interpretat interpretation ion dans une zone zone ou une une cette cette epaisseu epaisseurr de cime cimente ntest st iilfer iilferieur ieuree serait serait pessimiste. .Les v~ago¥sdepr~ssi9.n,dans le tubage entre le moment de la cimentation et le log ,iub~g~ ,iub~g~par par rappq~cau rappq~cau ci~ent ci~ent par diminut diminution ion du " "'c"'." "'c"'."""" """"". "". i',c'.,'c..c"."~~i'!:1{.',~'f"~,,,,9...;i'"'.."'c i ,,~;"'i'.C', c , ", ,EX::.' ,EX::.'dii diirii riiriu riutio tiorid ridee la densit densitee de boue ...; *""t\c~!"c'Tir~ *""t\c~!"c'Tir~ ti'.I' .'t~c # '", , ". ,. ~i!!t~~""~~ Ii.~~-t~ai!~"'.~'-~1""!' ..C ..Cv !.' d'A~"~; ':' t';i1:~;'.J3.o: t';i1:~;'.J3.o:uu i;,O11~u~'~ues i;,O11~u~'~ues!,j1, !,j1, lem;:c~nffe~ lem;:c~nffe~'c'.'smo 'c'.'smorizram rizram ptu_u~, ptu_u~, qsl~(Unsq qsl~(Unsq eUvlVJ eUvlVJ.Le .Le
.Fonnations rapides (temps de transit transit comparable comparable a celui de l'acier) : ii s'agit generalement de fonnations fonnations sans porosi porosite te (basalte, (basalte, bancs compacts compacts)) sauf le gypse et le sel, qui sont plutot lents. On trouvera aussi le calcaire (moins. de 10 % de porosite), la d.olomie d.olomie (moins de 15 % de porosite) et des gres a quelques pourcentages pourcentages de porosite. porosite. .Tubage excentre : dans la partie libre du tubage, il est possible de voir des ondes de fonnation si le tubage tubage est en contact contact avec celle-ci..Joints de tubage: tubage: ils sont detectes detecte s sur les 3 enregistrements enregistrements : -le - le Transit Time est allonge d'environ 8 JlS Jl S, -le CBL donne des valeurs plus faibles au niveau du tubage libre, -.~~1.."t 1T'\T~ ' A ' A ~~. ,. , . tI.s=dc-l. c-l...- ~'ge~ 5presontC'0({e-sc--ilgucs 5presontC'0({e-sc--ilgucs-"GaraGLenS -"GaraGLenS q ue 6'liHvvronc;=~= ~",,~~ La hauteur perturbee perturbee par le joint correspon correspond d a I'espacement I'espacement emetteur-rec emetteur-recepteu epteurr pour I'enregistr I'enregistrement ement considere considereee (generale (generalement ment 3' pour le CBL, 5' pour pour le VDL).
3.6 Synthese CBL.- VDL .Le CBL indique indique la qualite qualite de I'adherence I'adherence casing/C casing/Cimen imentt.Le VDL juge de la qualite des adherences casing/c casing/cimen iment, t, cimen cimentt formation formation et le le bon bon remplissage de l’espace annulaire c’est le seul OUTIL qui puisse analyser le contact ciment –formation Il est est sen sensib sible le : . Au Au micromicro-annul annulaire aire > à 10 microns microns .au centrage de l’outil, .A la variation variation de la densite de la boue boue dans le puits. .A la resistance resistance a la compressio compression n du ciment. ciment. .Aux formations rapides . .A la la gai gaine ne de de cime ciment nt qui qui doi doitt etre etre > ¾ " II n'est pas sensible: .Aux boues lourdes, .A la calibration (il n'y en a pas).
FIG Synthèse CBL
.Ultra Sonic: CET ( Cement Evaluation Evaluation Tool) Tool) Le CET est un outil concu pour donner donner une une vision vision plus plus elaboree elaboree de la qualite qualite de la :imentation, et qui est soit moins influence par le micro-annulaire que le CBL. 11 permet de faire faire un decoup decoupage age de l'espace l'espace annulaire annulaire et pourra pourra faire la difference difference entre un :hanneling :hanneling et une cimentat cimentation ion de mauvais mauvaisee qualite et mettre en evidence une gaine gaine de de ciment ciment ~nvahie ~nvahie par du gaz.
..1 Princ Principed ipedee I'outiI I'outiI 11 etudie etudie la resonance resonance du tubage tubage lorsque lorsque celui celui-ci -ci est soumis a l'influence l'influence d'une onde onde lcoustiqu lcoustiquee de haute fr~uenc fr~uencee (environ (environ 500 500 KHz). KHz). Cette Cette resonance resonance est amortie amortie par par la presence presence iu ciment derriere derriere le tubage, tubage, d'autant d'autant plus plus que la cimentation cimentation est est meilleure. meilleure. 11 permet permet de determ determiner iner : 1dt'd. .a ure e u C1Inent" '.. (re~olu (re~olutio tion n veiii veiiical calee del.') del.')'di 'di~pos ~poses esaa 45° 45° le~ ms desautres desautres:s :selo elopun punehe ehe~ce ~ce,, S% S%~nV ~nVlrOn lrOn 2 pledsde hauteur, et places a 2" de la parol par ol nterne du tubage. tubage. Un recepteurde reference perinet l'evaiuation du temps de parcours de 'onde 'onde dans la boue. La sonde est legere, legere, rigide, courte courte (eventuell (eventuellement ement desolidari desolidarisee see du reste de l'outil par une une 'otule) 'otule) et estfacilemen estfacilementt centree,mem centree,memee dansdes puits puits devies. devies.
Le signal signal emis parun emettei emetteili.:. li.:.recept recepteur eur traverse traverse la boue boue et atteint atteint le tubage; tubage; une partie partie de 'ener 'energie gie est retransmis retransmisee vers le recepteur recepteur sous forme d'un d'un echo de forte amplitud amplitude. e. L'autre L'autre )artie de l'ener l'energie gie progresse vers .la formation, et e t est en partie reflechie re flechie par les interface in terfacess ubage- ciment et cimentciment formatio formation. n. Les Les differentes differentes reflexions reflexions arrivent arrivent decalees decalees dans le temps ~t sont am?rties am?rties en fonction fonction des caracteristiques caracteristiques des milieux traverses. ::. ,. , C'est C'est l'integration de ce signal, dont l'amplitude l'amplitude decrolt exponentie exponentieneme nement, nt, qui conduit conduit a la nesure de l'imped l'impedance ance acoustiqu acoustiquee Z (masse volumique volumique du milieu milieu multiplie multiplieee par la vitesse vitesse du ;on dans dans ce milieu), milieu), calibree calibree a partir partir des donnee donneess du tubage. tubage. Cette impedance impedance acoustique acoustique est ~ne-meme ~ne-meme reliee a la resistan resistance ce a la compression compression du ciment. ciment. Chaque Chaque emetteur-r emetteur-recep ecepteur teur n'analyse n'analyse qu'un qu'un huitieme huitieme de la circonference circonference du tubage; tubage; il est possible possible de repérer repérer à une profondeur profondeur donné de tuba tubage ge non non cimen cimenté. té.
La freq frequen uence ce utili utilise seee rend rend la mesure mesure insens insensible ible a l'ef l'effet fet de rnicro rnicro-an -annu nulair lairee tant que celui celui-ci a une une epaiss epaisseur eur inferi inferieur euree a 0.1 0.1 mm et qu'il qu'il est plein plein de liquid liquide. e. La mesur mesuree du temps temps d'arri d'arrivee vee de l'ech l'echo o est tran transfo sforme rmeee en mesu mesure re de dista distance nce entre emetteur emetteur et la paroi paroi du tubag tubagee grace grace a la vites vitesse se de l'onde l'onde dans la boue boue (obtenue (obtenue a partir partir du recepteur recepteur de referen reference). ce). On obtien obtientt ains ainsii 8 rayons rayons a 45° 45° les uns des autres. autres.
Interpretation du CET .Tubage libre L'attenuation L'attenuation lente conduit conduit a la reception reception d'un signal signal importa important, nt, converti converti en en une resista resistance nce a la compressio compression n tres faible. faible. La representation representation CET est tres tres claire claire-.Tubage bien cimente L'attenuation L'attenuation est rapide. rapide. La mesure mesure sur sur la fenetre fenetre est faible, faible, d'ou une resistan resistance ce a la compression forte et une representation CET fonce. Tubage Tubage mal cimente cimente ( Channeling ) La reponse reponse des emetteursemetteurs-recepte recepteurs urs est forte forte en face des renardages renardages.. On peut evaluer l'ampli l'amplitud tudee de la circonfere circonference nce mal mal cimentee cimentee et meme meme eventu eventuell elleme ement nt l'orien l'orienter. ter.
Facteurs pouvant influencer les mesures du CET. Le CET êu sensible au micro micro annulaireplein annulaireplein de liquide, mais s'il est plein de gaz,.le CETsera inexploitable. .S'il n'existe pas de calibration proprement proprement dite pour le CBL, elle estprimordiale estprimordiale pour le CET. . .Le centrage de l'outil est important mais le CET est moins sensible que le CBL (ex. . excentration maximum pour uncasing9 uncasing9 5/8: 10 mIn, casing5" : 5 mm); .nest .nest tres influe influence nce par par la densi densited tedee laboue laboue : les boues boues b~te b~tees es attenuen attenuentt forte fortemen mentt les ondes ondes a haute frequence. Au-dessus d'unedensite de 1.40 pour pour une boue a l'eau le CET devient douteux. .La corrosion: des piqfires piqfires de corrosion provoquent provoquent une perte de signal ce qui rendra rendra le CET non representatif.
4.5 Sy Synth nthese ese CET Le CET CET don donne ne une une idee idee de la qua qualilite te de la gain gainee et de la la geomet geometrie rie intern internee du tubage (mesure d'usure ou de corrosion)., Il est sensible : . a la dens densit itee de la boue boue : boue boue boue boue a l'eau <1.62 boue boue a l'huile< 1.25 . Au micro-annulaire plein de gaz, .a la calibration. 11 n'est pas sensible :
.au .au micro-annualire s'il est inferieur inferieur a 0.1 mm et est rempli de liquide. Nota: Nota: Pource Pourcenta ntage ge de circon circonfer ferenc encee explore exploreee par le le CET Casing 5 ’’ --- 55 % Casing 7’’ 7’’ --- 42 % Casing 9’’ 9’’ 5/8 --- 55 %
ANNEXE l
1. Tabl Tablee Sc Schl hlum umbe berg rger er 2. Abaque Abaque d‘int d‘inter erpré préta tati tion on du CB CBLL 3. Calc Calcul ul du Bond Bond Inde Indexx-(B (BI) I) 4. Exemples de CBL- VDL - Tubage libre (Free pi pipe) - Tuba Tubage ge bien bien ci cime ment nte( e(Go Good od bond bond to pipe pipe and and form format atio ionn - Toit du ciment (Top ciment) - Bonne Bonne liaison liaison Tubage Tubage/ci /cimen ment, t, mauvaise mauvaise liaison liaison ciment/ ciment/for format mation ion.. - Ci Cime ment ntat atio ionn moye moyenn nnee ( Poor Poor or part partia iall bond bond)) - Form Format atio ions ns rapi rapide de (Fas (Fastt form format atio ions ns)) - Micr Microo-an annu nula lair ire(M e(Mic icro ro-a -ann nnul ulus us ) - Ciment Ciment pas pris pris (Gree (Greenn cement cement)
