HACINE Rachid
BOUMERDES 2005
PUITS HORIZONTAL
Section verticale
On désigne par diagraphie (du grec dia, « à travers », et graphein, « dessiner ») ou, plus couramment, par le terme américain log (qui signifie bûche, rouleau...) tout enregistrement continu des variations, en fonction de la profondeur, dune caractéristique donnée des formations traversées par un sondage. !uivant ces caractéristiques et le moment o" les mesures sont enregistrées, on parlera de diagraphies de boue, de diagraphies (ou mesures) en cours de forage ou de diagraphies différées, ces derni#res étant appelées ainsi parce quelles ne peuvent $tre effectuées quapr#s plusieurs passes passes doutils et larr$t du forage. forage. % la premi#re catégorie se rattachent les mesures du débit dentrée & et parfois de sortie & de la boue boue,, de sa temp tempér érat atur uree et de sa tene teneur ur en sels sels,, ains ainsii que que la mise mise en évid éviden ence ce dh'drocarbures (ga ou pétrole) par fluorescence ou chromatographie, ou encore de sulfure dh'drog#ne *! (ce ga, tr#s dangereu+, doit $tre détecté pour que la sécurité du personnel soit assurée). a description et lanal'se des déblais de forage se rattachent aussi à cette catégorie. a deu+i#me catégorie regroupe les mesures des vitesses de pénétration et de rotation de loutil, du poids et du couple e+ercés sur cet outil, la tra-ectométrie & mesures directionnelles & du trou de forage (angle par rapport à la verticale et aimut à chaque profondeur) cette catég catégori oriee sest sest enric enrichie hie récemm récemment ent de certai certaines nes mesur mesures es de param param#tr #tres es ph' ph'siq siques ues qui -usqualors étaient réalisées à laide de sondes descendues descendues au bout dun c/ble. 0es derniers param#tres, qui appartiennent donc aussi à la troisi#me catégorie, sont la résistivité, la radioactivité naturelle, la densité et un indice dh'drog#ne. a troisi#me catégorie concerne lensemble des param#tres ph'siques dont la mesure est réalisée à laide dappareils suspendus à un c/ble, ce dernier assurant à la fois la descente et la remontée des sondes, la liaison entre ces derni#res ou les cartouches électroniques et les enregistreurs de surface, et la mesure de profondeur. profondeur. On décrira ici les méthodes de mesure des param#tres ph'siques & que lenregistrement soit réalisé en cours de forage ou en différé & et on e+posera les applications de ces mesures. *
1. HISTORIQUE
0est le 1 septembre 23*4, à 5echelbronn, en 6lsace, que, pour la premi#re fois dans le monde, des mesures géoph'siques furent effectuées dans un sondage afin didentifier les formations traversées et de détecter les niveau+ pétrolif#res. 0ette premi#re diagraphie, fruit des travau+ de deu+ fr#res, 0onrad et 7arcel !chlumberger, consista en une succession de mesures ponctuelles, espacées dun m#tre, de la résistivité des formations géologiques. !es auteurs lui donn#rent le nom, évocateur et combien prémonitoire, de « carottage électrique », indiquant par là que cette méthode rempla8ait en quelque sorte le carottage des formations, opération coûteuse et dont le succ#s nétait pas tou-ours assuré, des pertes de carotte pouvant intervenir par suite de la non & consolidation ou de la fracturation des formations traversées (une « carotte » est un c'lindre de roche prélevé dans les terrains). 6u-ourdhui, les param#tres mesurés sont tr#s nombreu+ et concernent à peu pr#s tous les domaines de la ph'sique. util utilisa isateu teurr dispos disposee ainsi ainsi du dune ne grande grande qua quanti ntité té dinfo dinforma rmatio tions ns qui von vontt lui permet permettre tre danal'ser au mieu+ les formations traversées par un forage, et cela de fa8on quasi continue. 2. PRIN PRINCIP CIPES ES PHS PHSIQU IQUES ES !ES !ES !I"" !I""ERE ERENTE NTES S #ESUR #ESURES ES !IA$RAPHIES !E RESISTI%ITE
a résistivité dune roche est la résistance électrique dun cube de cette roche dar$te unité (lunité emplo'ée est lohm&m#tre). 9ifférents facteurs influent sur ce param#tre : & la composition de la roche, cest&à&dire la nature et le pourcentage du « contenant », donc des éléments solides (grains, cristau+, ciments), et du « contenu », donc des fluides (eau et h'dro h'droca carbu rbures res)) à de rares rares e+cept e+ception ionss pr#s pr#s (graph (graphite ite,, sulfur sulfures es et élémen éléments ts natifs natifs), ), les minérau+ entrant dans la constitution des roches sont pratiquement des isolants le ga et le pétrole sont eu+ aussi des isolants en revanche, dans la mesure o" elle contient des ions en solution, leau est conductrice cette conductivité augmente avec la teneur en sels & le pourcentage des fluides dans la roche (porosité) et dans les pores (saturation) la porosité est définie comme le rapport du volume des « vides » (pores) au volume total de la roche la saturation en un fluide (par e+emple, leau) est définie comme le rapport du volume occupé par ce fluide au volume total des vides & la te+tur te+turee de la roche roche,, cest&à cest&à&di &dire re la taille taille,, la forme forme,, larra larrange ngeme ment, nt, le classe classeme ment, nt, lor lorie ient ntat atio ionn des des grai grains ns ou des des cris crista tau+ u+,, le volu volume me de cime ciment nt tous tous ces ces para param# m#tr tres es ;
conditionnent le volume des pores, leur taille, leur répartition, la taille des seuils ou des canalicules les reliant, et la conne+ion des pores entre eu+ & la distribution des minérau+ conducteurs dans la roche
& la struc structur turee de la roche roche (massi (massive ve ou hétéro hétérog#n g#ne, e, laminé laminée, e, granoc granoclas lassée sée,, plissé plisséee ou fracturée) ainsi que lépaisseur des bancs & la température plus celle&ci est élevée, plus la formation est conductrice, toutes choses égales par ailleurs. 6insi, si une roche nest pas isolante, cest quelle est poreuse et que les pores sont connectés : le courant passe dans leau qui occupe les pores.
=
6u voisinag voisinagee du sondage, sondage, la boue de de forage, forage, dont la pression pression est mainten maintenue ue supérieure supérieure à celle des fluides des formations (afin déviter des éruptions dh'drocarbures qui pourraient senfl senflamm ammer) er),, pén#t pén#tre re dans dans les format formation ionss permé perméab ables les en dép dépla8 la8ant ant les fluide fluidess qui s' trouvaient. >l importe donc de conna?tre la résistivité de la formation au&delà de la one contaminée par le filtrat de boue, ce qui nécessite lutilisation de dispositifs de mesure a'ant une profondeur dinvestigation suffisante. >l est en outre indispensable dobtenir des mesures qui aient une bonne définition verticale linstrument doit donc $tre capable de donner des mesures correctes dans le cas des couches minces et de suivre fid#lement les variations verticales rapides de résistivité.
5lusieurs méthodes peuvent $tre utilisées utilisées pour mesurer la résistivité. a premi#re premi#re consiste consiste à faire passer un courant électrique entre deu+ électrodes, lune denvoi de courant, placée à le+trémité inférieure du c/ble de retenue, lautre de retour, en surface on mesure le potentiel dune électrode, ou la différence de potentiel entre deu+ électrodes qui occupent une position fi+e par rapport à lélectrode denvoi de courant (fig. 2). e potentiel, ou la différence de potentiel, est fonction de la résistivité de la formation. 0ette méthode, dite non focalisée, présente certains certains inconvénients inconvénients : & dans le cas de bancs bancs minces, minces, les mesures sécarten sécartentt beaucoup beaucoup de la résistivité résistivité vraie par suite de linfluence des couches encaissantes (épontes) & la colonne de boue perturbe la mesure, et cela dautant plus quelle est plus conductrice & la délimitation des bancs est souvent difficile à réaliser correctement. 1
0est 0est pou pourqu rquoi oi cette cette premi# premi#re re métho méthode, de, utilis utilisée ée à lorig lorigine ine,, a été rempla remplacé céee par des métho méthode dess à focali focalisat sation ion.. 9eu 9eu++ t'pes t'pes de dispos dispositi itifs fs focali focalisés sés,, asse asse compl comple+e e+es, s, don donnan nantt satisfaction tant pour la profondeur dinvestigation que pour la définition verticale, sont mis en @uvre.
9ans le premier t'pe, représenté par le latérolog et le sphéricalog, un courant électrique est envo'é dans les formations par un s'st#me de plusieurs électrodes : certaines focalisent le courant, lobligeant à pénétrer latéralement par rapport au sondage, deu+ autres servent à mesurer la chute de potentiel potentiel ohmique due au passage du du courant à travers la formation cette chute de potentiel est proportionnelle à la résistivité de la formation.
DUAL LATEROLOG
A
9ans le second t'pe, représenté par linductolog, linductolog, un courant de fréquence élevée passe dans un ensemble de solénoBdes émetteurs coa+iau+. es courants de Coucault induits dans la formation par le champ électromagnétique induisent à leur tour, dans un ensemble de solé soléno noBd Bdes es réce récept pteu eurs rs coa+ coa+ia iau+ u+,, un sign signal al (for (force ce élec électr trom omot otric rice) e) prop propor orti tion onne nell à la conductivité (inverse de la résistivité) des formations.
5ar ailleurs, on utilise de tr#s petits dispositifs (dits microdispositifs) à électrodes montées sur sur un pati patinn isol isolan antt appu appu''é cont contre re la paro paroii du sond sondag agee (mic (micro rolo log, g, micr microl olat atér érol olog og,, microsphéricalog) pour mesurer la résistivité de la one contaminée par le filtrat de boue, au voisinage immédiat du sondage. a comparaison des résistivités mesurées par un tel dispositif et par un dispositif pour mesure profonde est précieuse pour la détection des h'drocarbures. a résist résistivi ivité té perme permett de déterm détermine inerr la satura saturatio tionn en eau, eau, et, par différ différenc ence, e, celle celle en h'drocarbures, d#s linstant o" lon conna?t la résistivité de leau de la formation et la porosité de la roche. !IA$R !IA$RAPH APHIE IE !E !E POTE POTENTI NTIEL EL SPONT SPONTA ANE
On entend par potentiel spontané la différence qui e+iste entre le potentiel, fi+e, dune électrode placée en surface et le potentiel, variable, dune électrode se dépla8ant dans le trou de sonde (lunité emplo'ée est le millivolt). 0ette différence de potentiel est pratiquement constante dans les argiles non perméables, tand tandis is que que dans dans les les form format atio ions ns pore poreus uses es perm perméa éabl bles es,, susc suscep epti tibl bles es de renf renfer erme merr des des h'drocarbures, les mesures diff#rent la différence, mesurée à partir de la lecture au droit des argiles, dépend dépend du rapport de la résistivité de la boue de forage à la résistivité de leau présente dans les pores de la formation.
4
0ett 0ettee diff différ éren ence ce de pote potent ntie iell est est liée liée à des des phén phénom om#n #nes es élec électr troc ocin inét étiq ique uess ou délectrofiltration qui se développent lorsquun électrol'te traverse un milieu poreu+ non métallique, mais elle résulte surtout de processus électrochimiques qui se développent lorsque deu+ t'pes de fluide de teneurs en sels différentes sont en contact direct (potentiel de -onction) ou par lintermédiaire de membranes semi&perméables, les argiles -ouant généralement ce rDle (potentiel de membrane). 0et 0et enregi enregistr strem ement ent permet permet de diffé différen rencie cierr les forma formatio tions ns poreus poreuses es et perméa perméable bless des formations argileuses. En outre, on peut, à partir de cette mesure, déterminer la résistivité de leau de la formation, renseignement qui est indispensable au calcul e+act de la saturation en eau. PS Rmf Rw
4G,4 log2G
= −
−
−
Rmf Rw
.
résistivit é du filtrat de boue
résistivit é de l eau de formation
F
Enfin Enfin,, enreg enregist istré ré en m$me temps temps que la résistiv résistivité ité,, le potenti potentiel el spontané spontané peut peut $tre $tre un indicateur de la teneur en argile.
1
2
2 & diffusion * & potentiel de membrane ; & lignes de courant spontané dans les formations
(
!IA$RAPHIES NUCLEAIRES Radioactivit& na nat'relle
a radioactivité naturelle est mesurée à laide dun compteur à scintillation descendu au bout dun c/ble (lunité emplo'ée emplo'ée est l6.5.>., l6.5.>., pour 6merican 6merican 5etroleum >nstitute). a radioactivité gamma naturelle est liée à la présence dans les roches disotopes radioactifs émetteurs de ra'ons gamma appartenant à la famille des trois éléments radioactifs à longue période & le potassium =GH, le thorium *;*Ih et luranium *;F< et *;1< & ou à leurs descendants
3
!ETECTEUR A SCINTILLATIONS SCINTIL LATIONS
es principales principales roches radioactives sont : les roches roches plutoniques plutoniques ou volcaniques volcaniques acides acides et acido&basiques les arJoses et grauKacJes, riches en feldspaths et en micas certains sables riches en minérau+ radioactifs (ircon, monaite, sph#ne, allanite, +énotime), en phosphates ou en glauconie les argiles les sels de potassium (évaporites potassiques) les phosphates certa certains ins dépDt dépDtss carbo carbona natés tés riche richess en pho phosph sphate atess ou en mati# mati#re re organi organique que les gne gneiss iss,, micaschistes, micaschistes, ph'llades et ardoises.
a mesure de la radioactivité présente évidemment un intér$t particulier pour la recherche de minerais radioactifs, notamment la potasse et les sels duranium, mais aussi pour la détection des bancs dargiles ou de fins lits radioactifs, par e+emple les pro-ections de cendres volcaniques (cinérites, tonsteins des houill#res), qui risquent déchapper à toute autre méthode dinvestigation et -ouent pourtant un grand rDle r Dle en tant que niveau+ rep#res isochrones. 5ar une anal'se du spectre du ra'onnem r a'onnement ent gamma naturel émis par les formations (mesure de lénergie et de lintensité des ra'ons gamma), on peut détecter mais aussi doser les éléments radioactifs naturels (potassium =GH, thorium *;*Ih et uranium *;F<) à lorigine de ce ra' ra'onne onneme ment nt.. 0es 0es mesu mesure ress perm permet ette tent nt,, par par com combina binais ison on avec avec les les autr autres es donn donnée éess diagraph diagraphique iques, s, de détermine déterminerr le t'pe minéralog minéralogique ique de largile largile (Jaolinite (Jaolinite,, chlorite, chlorite, illite, illite, montmorillonite) et de la doser, mais aussi de reconna?tre la présence et de calculer le pourcentage dautres minérau+ radioactifs comme les micas, feldspaths, phosphates ou 2G
minérau+ lourds porteurs de thorium ou duranium, sels duranium & souvent liés à la mati#re organique & et sels potassiques. Indice h)dro*+ne , ne'tron
a formation est bombardée en continu avec des neutrons dénergie incidente de lordre de = à A mégaélec mégaélectronv tronvolts olts émis par des sources spéciale spécialess à lamérici laméricium um L bér'llium bér'llium ou au plutonium L bér'llium laméricium ou le plutonium engendrent des particules a qui, par combinaison avec le bér'llium, produisent du carbone 2*A0 et des neutrons. 0es neutrons, doués à lorigine dune grande vitesse, entrent en collision avec les no'au+ atomiques de la formation. 6insi ralentis, surtout par les collisions avec les atomes légers dh'drog#ne, ils atteignent un niveau dénergie thermique (énergie égale à G,G*1 eM) à partir duquel leur vitesse mo'enne demeure constante, -usquau moment o" ils sont capturés par un no'au de la formation la capture est généralement suivie de lémission de ra'ons gamma.
dans une formation poreuse, latome présent en abondance et a'ant le plus fort pouvoir ralentisseur est lh'drog#ne, qui se trouve par ailleurs pratiquement en m$me quantité par unité de volume dans leau et dans les h'drocarbures liquides, on a coutume de dire que ce dispositif mesure la porosité.
!en-it& !en-it& &lectroni'e &lectroni'e
On mesure la masse volumique des formations dune mani#re analogue à la méthode précédente, précédente, mais on soumet cette fois les formations à un bombardement continu de ra'ons gamma dénergie égale à AA* Jilo électronvolts émis par une source de césium 2;40s. 0es ra'ons gamma perdent de lénergie par collision avec les électrons (effet 0ompton).
2*
0ette masse volumique dépend : & de la masse volumique des différents minérau+ constituant le contenant et de leurs pourcentages pourcentages volumétriques respectifs respectifs & éventuellement, dans le cas de roches poreuses, de la masse volumique des différents fluides (contenu) et de leur pourcentage dans la roche (porosité) et dans les pores (saturation). a masse volumique des fluides étant inférieure à celle des solides, une formation poreuse aura une masse volumique plus faible quune formation compacte. 0ette méthode permet donc de mesurer la porosité par une autre approche que celle de lindice h'drog#ne L neutron . Indice d/ d/a0-ortion h hoto&lectri'e
interaction des électrons et des ra'ons gamma émis avec une énergie égale à AA* Jilo électronvolts par une source de césium 2;40s conduit, dune part, dans le domaine des hautes énerg énergies ies,, à une mesur mesuree de la den densit sitéé électr électroni onique que par app applic licati ation on de leffe leffett 0ompto 0omptonn (cf. supra), dautre part, dans le domaine des basse énergies, à la détermination dun indice dabsorp dab sorption tion photoéle photoélectriqu ctriquee par applicat application ion de leffet leffet photoélec photoélectriqu trique. e. Nuan Nuandd un photon photon gamma de basse énergie (inférieure à 2GG J#M) entre en collision avec un électron, il est absorbé, communiquant à lélectron la presque totalité de son énergie. es électrons les plus liés, ceu+ de la couche H, poss#dent le plus fort pouvoir absorbant. indice photoélectrique est proportionnel à la section de capture photoélectrique de latome, qui est dautant plus élevée que latome a un numéro atomique élevé. 5our une roche, cet indice est proportionnel au numéro atomique « mo'en » des éléments entrant dans sa composition il est tr#s sensible, par e+emple, à la présence déléments à numéro atomique élevé, comme le fer, le strontium, létain, le bar'um, etc. 0et indice est donc un bon indicateur de la composition des formations, et, combiné combiné au+ mesures précédentes, précédentes, il permet permet de détermine déterminerr le pourcenta pourcentage ge volumétriq volumétrique ue des principau+ minérau+ présents dans la roche. Sec S ectr tro o&tr &trie ie d' d' ra)on ra)onne neen entt *aa *aa ind ind'i 'itt
interaction de neutrons de haute énergie incidente (2= 7#M), émis périodiquement par un générateur de particules, avec le no'au des atomes conduit à lémission de ra'ons gamma soit par collision inélastique, soit par capture de neutrons thermiques. a spectrométrie de ce ra'onnement permet de doser les éléments h'drog#ne, carbone, o+'g#ne, soufre, chlore, calc calciu ium, m, sili silici cium um,, fer, fer, tita titane ne,, et gado gadoli lini nium um.. On con8 con8oi oitt aisé aiséme ment nt que que cett cettee anal anal''se élémentaire conduit à une bien meilleure connaissance de la composition des roches quau préalable, puisquon conna?t alors les éléments fondamentau+ entrant dans la composition des minérau+ dont elles sont constituées. Activation ne'troni'e
es éléments peuvent $tre rendus radioactifs par des neutrons dénergie thermique. e retour des no'au+ e+cités à létat stable saccompagne dune émission de ra'ons gamma dont lénergie est caractéristique de lélément.
neutrons est du californium *1*0f qui émet 2GF neutrons par seconde avec une énergie mo'enne de ; mégaélectronvolts. mégaélectronvolts. 0ette énergie, relativement faible, est requise pour éviter les interactions de neutrons à tr#s haute énergie avec le silicium, qui engendreraient le m$me ra'onnement ra'onnement gamma, faussant f aussant ainsi le dosage de laluminium. Te- de de rela3 rela3atio ation n ne'tro ne'troni ni'e 'e
a formation est bombardée de fa8on intermittente par des neutrons de haute énergie incidente (2= 7#M, comme dans la spectrométrie du ra'onnement gamma induit), mais on mesure cette fois la population en neutrons thermiques à deu+ instants donnés. a variation de cette population est fonction de la section globale de capture des neutrons thermiques de la formation, elle&m$me reliée à la section de capture de chacun des no'au+ atomiques entrant dans la composition de la roche (contenant et contenu), et au pourcentage volumétrique de chacun des éléments correspondants dans la roche. élément le plus abondant a'ant la plus grande section de capture est le chlore, qui est présent dans les eau+ de formation sous forme généralement de chlorure de sodium (sel).
2=
!IA$ !IA$RA RAPH PHIE IES S ACOU ACOUST STIQ IQUE UES S #e-' #e-'re re d' te te-- de de tra tra4e 4ett dede- onde onde-- lon* lon*it it'd 'din inal alee-
On enregistre le temps mis par la composante longitudinale dune onde sonore & dont la fréquence est de lordre de *G à =G Jilohert & pour parcourir la distance entre un émetteur et un récepteur situé, en général, à une distance de AG centim#tres. e temps étant mesuré à la premi#re arche de londe sonore, cette arche appartient à londe longitudinale (ou de compression) qui est la plus rapide.
Enre*i Enre*i-tre -treent ent d' train train d/onde d/onde cole colett
9ans les dispositifs modernes, on proc#de à lenregistrement numérique du train donde complet re8u par une série de récepteurs. instrument de mesure comprend tou-ours deu+ émetteurs dondes sonores. 0e dispositif permet de déterminer le temps de tra-et des ondes de compression, compression, de cisaillement, et de !tonele'. !tonele'.
0es temps temps de tra-et dépende dépendent nt : de la nature de la roche, roche, par lintermédia lintermédiaire ire de sa masse masse volumique et des param#tres délasticité de ses constituants de la nature des fluides présents dans la roche de la te+ture (taille et forme des grains et des pores, nature des contacts entre grains ou cristau+, répartition et conne+ion des pores) de la structure (homogénéité ou hétérogénéité, présence de laminations, de fractures, pendage des couches et des fractures) de la pression et de la température.
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2A
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!ia*rahie &l &lectroa*n&ti'e
% laide démetteurs, on envoie dans la formation une onde électromagnétique de tr#s haute fréquence (2,2 Q). e dispositif de mesure comprend en fait deu+ émetteurs et deu+ récepteurs montés sur un manchon appu'é contre la paroi du trou, cela afin de corriger déventuels effets dus à la colonne de boue.
On mesure en premier lieu le temps que met cette onde à parcourir la distance entre les deu+ deu+ récept récepteu eurs rs (= cm). cm). 0e temps temps dépen dépendd de la const constan ante te diélec diélectriq trique ue mo'enn mo'ennee de la formation, laquelle est reliée à la nature minéralogique de la roche, à la nature des fluides présents dans le volume étudié, à la te+ture de la roche (forme et arrangement des grains, disposition par rapport au champ électromagnétique, répartition des pores), et à sa structure sédimentaire (pendage apparent). Nuelle que soit sa teneur en sels, leau a une constante diélectrique tr#s élevée & 4F,; farads par m#tre & comparée à celle des h'drocarbures & de 2 à * farads par m#tre & et des minérau+ communs & de = à 3 farads par m#tre. 0ette mesure permet de déterminer la saturation en eau des formations poreuses, m$me dans le cas deau douce, de résistivité élevée et dont leffet sur les mesures de résistivité est par conséquent difficilement séparable de celui qui est dû au+ h'drocarbures. En second lieu, on mesure latténuation de londe, celle&ci dépendant surtout de la teneur de leau en sels. !ia*rahie de thero&trie
a température des formations est mesurée à laide dun thermocouple dont lélément sensible est un filament métallique dont la résistance varie avec la température. e gradient géothermique dépendant de la lithologie, ses variations peuvent caractériser des changements 2F
lithologiques, en particulier la présence de couches dévaporites ou de charbon, dintrusions volcaniques, volcaniques, ou de roches poreuses contenant du ga. !ia*r !ia*ra ahi hiee de de dia dia&tr &tra*e a*e
e diam#tre dun trou de forage est en principe lég#rement supérieur à celui du trépan. En fait, il varie avec la cohésion des roches traversées, leur porosité, leur te+ture, leur structure et la diagen#se quelles ont subie. 6u droit des roches poreuses et perméables, on observe un rétrécissement léger du diam#tre dû au dépDt dune couche constituée par les éléments solides de la boue, qui ne peuvent pas pénétrer dans les pores des roches (le terme américain est mud& caJe, ce qui se traduit littéralement par « g/teau de boue »). es graviers et sables non consolidés peuvent sébouler, les argiles et les roches fracturées seffriter, occasionnant de fortes augmentations de diam#tre du trou et souvent son ovalisation. En revanche, des argiles gonflantes ou sous L compactées réduisent le diam#tre du trou et peuvent peuvent m$me bloquer le trépan ou la sonde diagraphique. !ia*rahie de enda*e&trie
Ioutes Ioutes les diagraphies permettent détablir des corrélations entre plusieurs sondages voisins, par conséquent conséquent de conna?tre le pendage des couches profondes, déterminé par langle de la lign lignee de plus plus gran grande de pent pentee des des couc couche hes, s, supp suppos osée éess plan planes es,, avec avec lho lhori rion onta tale le,, et par par lorientation de cette ligne par rapport au nord. Ioutefois, les résultats ainsi obtenus ne sont pas tou-ours corrects (par e+emple, sil e+iste une faille ou un pli entre les sondages considérés) de plus, cest souvent au moment o" un premier forage est effectué, en général sur la base des renseignements donnés par la géoph'sique géoph'sique de surface, que la connaissance connaissance des pendages est le plus utile. 0ette détermination est faite au mo'en dune sonde de pendagemétrie. pendagemétrie.
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0et instrument enregistre =, A ou F courbes de résistivité ou de conductivité au mo'en de dispositifs & semblables à un microlatérolog pour la mesure de résistivité, et à un micro L inductolog pour la mesure de conductivité conductivité & montés sur des patins patins appu'és contre contre la paroi du sondage à laide dun s'st#me h'draulique. 0es patins sont fi+és à le+trémité de quatre ou si+ bras indépendants indépendants formant entre eu+ eu+ un angle de 3GG 3GG ou AGG, respectivement. respectivement. 0es mesures ont une tr#s grande résolution verticale gr/ce, dune part, part, à la tr#s petite taille des électrodes (2 cm de diam#tre), dautre part, au tr#s petit pas déchantillonnage des mesures de résistivité (tous les *,1 ou 1 mm de déplacement vertical de loutil). a résolution est un peu moins bonne avec avec le dispos dispositi itiff à induct induction ion (; cm envir environ) on).. 0es deu+ deu+ carac caractéri téristi stique quess permet permetten tentt la reconnaissance reconnaissance dévénements sédimentaires tr#s fins (de lordre du centim#tre), d#s linstant o" ils se tradui traduisen sentt par par un con contra traste ste de résist résistivi ivité. té. On attein atteintt ainsi ainsi une conna connaiss issan ance ce de lorganisation interne des roches, tant du point de vue te+tural que structural.
!i ces événements peuvent $tre corrélés, on peut déterminer leurs décalages en profondeur dune courbe à lautre et en calculer le pendage. 0ependant, le calcul e+ige en outre la conn connai aiss ssan ance ce de tous tous les les para param# m#tr tres es défi défini niss ssan antt la posi positi tion on de la sond sondee de mesu mesure re : profondeur, profondeur, inclinaison par rapport à la verticale et orientation par rapport au nord de la+e de la sonde, orientation de lun des dispositifs de mesure par rapport au nord, diam#tre du sondage et accélération de la sonde (fig. 1) (fig. 1 a) (fig. 1 b). Ious ces renseignements sont enregistrés simultanément simultanément et interprétés pour donner la mesure du pendage à chaque limite de couche.
*G
!ia*rahie- d/ d/ia*erie de de la la a aroi d' d' tr tro' Ia* Ia*er erie ie ar ar -ca -cann nner er &lec &lectr tri i'e 'e
Qr/ce à un astucieu+ dispositif constitué de tr#s petites électrodes (1 mm de diam#tre environ) no'ées dans un patin, on obtient une « image électrique » de la paroi du trou par conversion en intensité de gris des mesures faites par chaque électrode. Ia*erie ar 0ala)a*e 'ltra-oni'e
On ancre contre la paroi une série de géophones tria+iau+ qui captent les ébranlements (trains dondes) émis par une source placée en surface (canon à air, chute de masses ou vibrat vibrateur eur). ). 5lusie 5lusieurs urs t'pes t'pes do donde ndess parvie parvienne nnent nt au+ géo géopho phones nes : les ond ondes es direc directes tes et différentes ondes réfléchies. 0e profil sismique de trou, comparable au+ enregistrements de surface, offre lavantage dune plus haute résolution et permet de capter les ondes directes & à la différence de la sismique de surface & et de les séparer des ondes réfléchies et des ondes multiples. anal'se de ces trains dondes permet une étude tr#s détaillée du sous&sol, et les horions réflecteurs peuvent $tre localisés avec précision.
SIS#IQUE !E TROU
*2
A'tre- &thode-
Rien dautres dautres mesures mesures sont sont réalisées réalisées à laide de sondes descendues descendues au bout dun c/ble c/ble dans dans le trou de forage. 0itons les mesures de la qualité de la cimentation des tubages, les mesures de pression, de débit, les mesures de corrosion du tubage, de détection des -oints... On peut égale égaleme ment nt obten obtenir ir des échan échantil tillon lonss de roche roche ou de fluide fluide à laide laide da dappa pparei reils ls spécia spéciau+ u+ : carottiers latérau+ à balles ou à couronne, testeurs de formation, etc. (. #&thode- d/ac'i-ition
9ans le cas des mesures au bout dun c/ble, le matériel mis en @uvre doit permettre dobtenir des résultats corrects dans des conditions e+tr$mement difficiles, à tr#s grandes profondeurs (-usquà 3 GGG m environ) et, par conséquent, à des températures et pressions tr#s élevées. élevées. 0e matériel matériel comprend comprend un camion L laboratoire laboratoire comportan comportantt un treuil treuil de grande grande capacité (de F à 3 Hm de c/ble), un treuil au+iliaire, un ensemble de tableau+ de commande, dinstruments de contrDle, et dappareils denregistrement photographique et numérique, un dispositif de mesure de profondeur, un générateur de courant, une chambre noire pour le développement développement du diagramme enregistré sur film (la diagraphie), une tireuse sur papier, enfin, un ordinateur de bord. e c/ble c/ble est composé composé en en général de sept conducteurs isolés protégés protégés par une armature armature de fils dacier. es sondes, plus ou moins comple+es, sont couplées à une cartouche qui contient un appareillage électronique. électronique. ensemble ensemble sonde L cartouche cartouche doit $tre capable de supporter à la fois les chocs et les tr#s hautes températures et pressions. 9ans le cas des diagraphies en cours de forage, les instruments sont inclus dans les masses &tiges et les mesures des param#tres sont stocJées sur une bande magnétique, lenregistreur fonctionnant à laide dune batterie incluse dans les masses L tiges. 9es essais de transmission directe en surface, soit à laide dimpulsions (variations de pression) transmises par la boue de forage, soit par des impulsions électromagnétiques guidées le long du train de tiges, sont en cours. 5. Alication-
es param#tres ph'siques mesurés par les méthodes diagraphiques sont utilisés à des fins multiples. >ls sont dabord interprétés, à laide de programmes informatiques souvent tr#s comple+e comple+es, s, pour détermine déterminerr les caractéri caractéristiqu stiques es pétroph' pétroph'sique siquess des réservoirs réservoirs (porosité, (porosité, minéralogie, teneur en argile, perméabilité, etc.), la nature des fluides présents dans les pores ainsi que leur volume (porosité et saturation) ce fut, -usquà ces derni#res années, la principale application application des diagraphies. diagraphies. On conduit aussi ces études pour la recherche mini#re & en particulier pour la détection daccumulations de sels duranium, lévaluation des gisements de potasse et de charbon &, en h'drogéologie h'drogéologie et en géothermie, ou encore pour le stocJage de ga dans le sous&sol.
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On e+ploite e+ploite également également ces données données à des fins géologiques pour déterminer déterminer la lithologie, lithologie, la composition minéralogique des roches, et pour obtenir des informations sur leur te+ture et leur structure interne (figures de sédimentation, fractures...), ce qui conduit à une meilleure connaissance du faci#s et du milieu de dépDt des formations. 0ela permet de sélectionner la direct direction ion dan danss laquel laquelle le il faut faut se dép déplac lacer er pou pourr retrou retrouver ver des réserv réservoir oirss présen présentan tantt des des propriétés identiques identiques ou améliorées. améliorées. On tire aussi des diagraphies des informations relatives à la diagen#se, à la compaction et au+ propriétés mécaniques des roches. es données de pendagemétrie et de sismique de trou sont e+ploitées pour préciser la géomé géométrie trie des couch couches es et la prése présence nce évent éventuel uelle le de faille failless ou de disco discorda rdance nces. s. Elles Elles permettent également également une meilleure interprétation interprétation des profils sismiques sismiques de surface. surface. es diagraphies sont enfin utilisées pour des études stratigraphiques, en particulier pour létab létablis lisse semen mentt de corrél corrélati ations ons entre entre sonda sondages ges,, et pou pourr la cartog cartograp raphie hie de param# param#tre tress géologiques : isobathes, isopaches, isolithes, isofaci#s, etc. >l nest plus pensable pensable au-ourdhu au-ourdhuii de+plorer de+plorer le sous&sol sans sans faire appel au+ technique techniquess diagra diagraphi phique ques, s, qui offren offrentt de multip multiples les avant avantage agess : les don donné nées es sont sont qua quasi si con contin tinues ues,, quanti qua ntifié fiées, es, ob-ec ob-ectiv tives, es, se pr$ten pr$tentt à des des traite traiteme ments nts par ordina ordinateu teurr enfin enfin,, elles elles sont sont économiques, économiques, comparées au+ autres méthodes danal'se des roches.
UNE TECHNIQUE SIMPLISTE UNE D ’ EVALUATION EVALUATION CONSISTE EN LA RECONNAISSANCE DES ZONES A HYDROCARBURES EN UTILISANT SIMPLEMENT LA RESISTIVITE (Rt), LA POROSITE CNL . LE GAMMA – RAY INDIQUE LES BANCS NON – NON – – ARGILEUX ARGILEUX , DONC CEUX SUSCEPTIBLES SUSCEPTIBLES D’ ETRE PERMEABLES PERMEABLES
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INTERPRETATION
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RESULT RESU LTA ATS PET PETROP ROPHSI HSIQUE QUES S *4
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6I6LIO$RAPHIE . 66<9 66<9 S 7. 76TI>U 76TI>U,, !chlumbe !chlumberge rgerr : histoire histoire dune technique technique,, Rerger& Rerger&evrau evrault, lt, 5aris, 234A T. 9E!RT6U9E!, Ihéories et interprétation des diagraphies, Iechnip, Iechnip, 5aris, 23AF 9. M. E>!, Vell ogging for Earth !cientists, Elsevier, 6msterdam, 23F4 W.&. W.&. 76T>, 76T>, C. 0O55EU 0O55EU!, !, 5. Q6 Q6M M>U S E. V>0N<6 V>0N<6T TI, Irait Iraiteme ement nt des diagra diagraphi phies es acoustiques, Iechnip, 233; O. !ETT6, 9iagraphies différées. Rases de linterprétation, t. > : 6cquisition des données diagraphiques t. >> : >nterprétation des données diagraphiques, Elf 6quitaine, 5au, 2343, 23F1 !0 !0<7 <7RE RETQ TQET ET E9<0 E9<06 6I>OU6 >OU6 X6pplications, ouston, 23F4
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5. IEY!, og 9ata 6cquisition and Nualit' 0ontrol, Iechnip, 233G. T. 60>UE, >llustrations et figures . 76> *GG1 6>R
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