Université de Kinshasa Faculté de Pétrole et Gaz Année Académique 2011-2012
Travaux Pratiques de Forage Pétrolier à l’usage des étudiants de troisième Graduat Pétrole et Gaz
Assistant Lévesque Makuku
Forage Pétrolier Partie I. Principales opérations de forage
Partie II. Principes du contrôle des venues Partie III. Boue de forage Partie IV. Rappels sur la notion de diagraphies Partie V. Exercices
Partie I. Principales opérations de forage • • • • • •
Forage L’ajout de tige La manoeuvre Le Tubage Le Montage de la tête de puits Completion
Forage Introduction Lorsque l’on a repéré un réservoir potentiel souterrain par des méthodes de surface, géologiques et géophysiques; il faut en étudier les qualités. Les qualités qui conditionnent le rendement potentiel d’un réservoir(aquifère ou pétrolier) sont:
-
Son volume Sa porosité Son taux de saturation Sa perméabilité, Et différents fluides qu’il renferme (huile, gaz, eau). La première approche de contrôle de ces qualités consiste à faire le « Forage ». Définition: Une cavité, approximativement tubulaire, ayant un diamètre nominal défini par l’outil de forage.
- C’est une opération de base ayant moins de Personnel et seul le Chef de poste oeuvre aux commandes du treuil(Martin Decker). - La table de rotation tourne et entraine l’outil de forage par l’intermediaire de l’ensemble de la garniture de forage et de la tige d’entrainement. - Le Chef de poste contrôle et régule la descente du crochet de forage par action sur le frein de la commande,
Différentes parties d’un appareil de forage
L’ajout de tige Lorsque l’outil a foré une longueur de tige (30 feet= 9m), il faut rallonger la garniture de forage d’autant en vissant sous la tige d’entrainement une tige de forage. - Pendant le forage les ouvriers de la plate-forme ont placé une tige dans un fourreau appelee “Mouse-hole” situé à proximité de la table de rotation, - Le chef de poste embraye le treuil pour soulever la garniture jusqu’à la premiere tige de forage sous la tige d’entrainement. Les sondeurs mettent les cales, la tige d’entrainement peut-être devissée car la garniture est alors suspendue sur la table de rotation. - Naturellement, la circulation de boue est alors arretée.
- Les sondeurs présentent la tige d’entrainement sur le filetage femelle de la tige mise en place dans le mouse-hole. Les vissage et blocage sont effectués sur le mouse-hole. - En actionnant le treuil, le Chef de poste soulève l’ensemble tige d’entrainement et tige de forage. Le vissage et le blocage de la nouvelle tige sur la garniture étant faits, le Chef de poste remet la circulation du fluide de forage. - Le foreur positionne le carré d’entrainement de la Kelly dans la table de rotation et le forage peut reprendre.
Calcul de première profondeur(P) P= (Lo+Lm+Lt+Lk) – H 0ù: Lo, la longueur de l’outil, Lm, longueur de la masse tige, Lt, longueur de la première tige de forage, H, la hauteur de la table de rotation LK, la longueur de la tige de Kelly
La manoeuvre - Lorsque l’outil est usé ou lorsque l’on atteint la profondeur souhaitée, il faut remonter la totalité de la garniture soit pour changer l’outil soit pour descendre les tubes casing, - La première opération est de décrocher la tête d’injection du crochet de forage et de ranger dans un fourreau appelé “Rat-hole” l’ensemble tige d’entrainement, tête d’injection toujours reliés aux pompes par le flexible, - Les sondeurs de plancher ferment l’élevateur sous le tooljoint de la première tige et le chef de poste manoeuvre le treuil pour soulever la garniture sur une hauteur correspondant à trois tiges,
Les cales de vissage et dévissage
- La quatrième tige est coincée dans la table par les cales et on devisse cette connexion avec les clés. Un ensemble de trois tiges est alors suspendu à l’élevateur. Les sondeurs de plancher répoussent l’extremité inférieure de cette longueur(stand) pour l’appuyer sur un sommier de gerbage (set back), dès que cela est fait l’accrocheur qui se trouve sur une passerelle dans la tour, ouvre l’élevateur, maintient la longueur puis range l’extremité superieure de cette même longueur dans des rateliers. On continue ainsi jusqu’aux masses-tiges que l’on stocke également verticalement par trois. - La longueur de gerbage est fonction de la hauteur de la tour. Les plus gros appareils manoeuvrent en triple, les appareils legers en doubles et pour les plus petits en simple.
NB. Il faut remarquer que pendant cette opération, on peut ni tourner la garniture ni circuler. Pour ce faire, il faut reprendre la tige d’entrainement hors du rat-hole et revisser sur les tiges.
Tubage - Le forage ayant été accompli à la profondeur prevue pour cette phase, il s’agit maintenant de descendre les tubes casing dans le puits. - Cette opération, perilleuse du fait du faible jeu entre casing et trou et de la quasi impossibilité de mettre en rotation la colonne, consiste en une manoeuvre de descente, c’est par circulation directe c-a-d. injection du fluide par l’intérieur du tube et retour par l’annulaire, que l’on mettra en place le ciment dans l’annulaire.
Forage (inch)
Tubage (inch)
Profondeur (m)
24
18 5/8
150
17 ½
13 3/8
1000
12 ¼
9 5/8
8½
7
4500
5¾
5
5000
2700
Montage de la tête de puits - Lorsqu’un tubage est en place dans le puits et est cimenté, il est nécessaire de monter divers équipements de suspension, d’étancheité sur son extremité supérieure. - Ces opérations sont manuelles en têtes de puits aériennes. Les équipements de tête de puits permettent également la mise en place des obturateurs equipés de conduites haute pression appelees Kill line et Choke line. - Une série de test en pression du casing, des suspensions, des BOP cloture ce montage. Si tout est conforme aux éxigences de la sécurité, la phase de forage suivante peut alors commencer.
Completion - Cette opération finale qui succède à la mise en place de la dernière colonne de casing (casing de production) consiste à descendre dans le puits l’équipements de production: Packer, tubing, vanne de sécurité, etc.
Les différents types de colonnes et leurs rôles A. Tube guide (conductor pipe) a. Forage terrestre - Il s’agit d’une colonne de tubes très legers(tôle roulée) ancrée dans le sol à une profondeur de l’ordre d’une dizaine de mettres. Elle a pour buts de canaliser la boue en debut de forage et d’éviter l’affouillement des terrains meubles en surface. Elle est, le plus souvent, descendue et cimentée par les entreprises qui préparent l’emplacement et est prolongée par un tube goulotte.
Coupes techniques d’un puits phase par phase
b. Forage en mer à partir d’engins fixes - Dans ce cas, le tube guide doit traverser la tranche d’eau. Il est en general battu jusqu’au refus. Il est constitué d’élements de 26, 30 ou 36” de diamètre, ayant une épaisseur de 1” et soudés au fur et à mesure du battage. C. Forage à partir d’un engin flottant Dans ce cas, la succession des opérations pour le demarrage du puits est la suivante: - Localisation - Descente d’une plaque de base temporaire munie de lignes guides, - Forage en 36” en circulation perdue,
- Descente et cimentation d’un tube conducteur 30” composant à sa partie supérieure une structure guide sur laquelle viendront par la suite s’adapter: La suspension de tubages et le bloc d’obturation de puits prolongés par le tube goulotte(riser).
B. Colonne de surface - c’est la première vraie colonne de tubes descendue et cimentée dans le sondage par les procèdés habituels de l’industrie du forage pétrolier. - Objectifs: coffrer les formations peu profondes qui sont assez souvent éboulantes, d’assurer la fermeture des eaux douces de surface pour empêcher leur pollution par la boue de forage, de servir d’ancrage aux obturateurs et d’assise aux dispositifs de suspension des colonnes ulterieures. Bref, soldifier et étancher les puits à tous les niveaux - La longueur de cette colonne varie, suivant les conditions locales, de quelques dizaines à plusieurs centaines de mètres.
C. Colonne intermediaire (ou colonne technique) - Cette colonne a pour objet de rendre possible la poursuite du forage dans les circonstances suivantes: 1. Découvert constituant un danger pendant le forage ou les manoeuvres (éboulement des parois,…). Les progrès faits dans l’adaptation des boues de forage au terrain et l’amélioration des méthodes de forage ont permis de réduire le nombre de colonnes descendues pour cette raison, 2. Il n’en reste pas moins vrai que, dans les cas difficiles, la boue de forage ne fournit pas une protection suffisante pour permettre la poursuite du forage dans les conditions normales de sécurité.
Note: - Certaines formations argileuses, très susceptibles à l’hydratation, présentent un danger permanent malgré l’emploi de boues calciques(fluage des argiles, cavage des parois et éboulements), - les argiles et sables mal consolidés, se détériorent progressivement avec le temps, sous l’effet mécanique de la circulation et du mouvement des tiges dans le trou. - Nécessité d’isoler les formations contenant des fluides sous fortes pression. En effet, elles sont forés avec une boue lourde, ce qui représente deux inconvenients: difficultés de repérage des indices et risques de pertes dans des réservoirs sous-jacents à pression normale.
- Nécessité d’isoler les formations contenant des fluides sous faible pression. (Il s’agit là du cas inverse du cas précedant). Ces formations sont généralement forées avec une perte partielles ou totale de boue et il est avantageux de les couvrir d’une colonne après les avoir traversées. (solution alourdir la boue).
D. Colonne de production ou tests - Cette colonne dans le cas de developpement, est indispensable pour assurer la protection complète de la couche productrice et la mise en oeuvre du materiel de production.
- En exploration, si les indices rencontrés justifient des essais plus prolongés qu’un simple test en découvert, on descend une colonne qui a provisoirement les mêmes fonctions qu’une colonne de production. En cas d’abandon du puits, la plus grande partie peut être récuperée. - La colonne de production est posée soit au toît de la couche, soit traverse celle-ci. Elle est cimentée dans les mêmes conditions que la colonne intermediaire.
Bref: les colonnes de surface et les colonnes intermediaires sont communement qualifiées de colonnes techniques, par opposition aux colonnes de production ou d’essais. Les premières ont pour objet de rendre techniquement possible la poursuite du forage, tandisque que les secondes sont justifiées par les nécessités de l’exploration d’un reservoir.
Détermination des hauteurs de cimentation Les hauteurs de cimentation dépendent du rôle et du type des colonnes de tubages. A. Colonne de surface - Elle est autant que possible cimentée sur toute sa hauteur, pour lui permettre de supporter les dispositifs de sécurité et d’être parfaitement ancrée en surface. B. Colonne technique Il faut: - Que le sabot soit bien cimenté, ce qui nécessite une hauteur de ciment d’au moins 150m
- Que l’espace annulaire soit cimenté lorsque des raisons particulaires rendent cette opération indispensable(zone contenant des fluides corrosifs et couche contenant des fluides devant être protegées). C. Colonne de production L’opération de cimentation est, dans ce cas, très importante car le ciment doit non seulement ancrer la colonne, mais aussi réaliser une étancheité aussi parfaite que possible entre le trou et le tubage, et surtout durable.
Coupe complète du forage pétrolier
Exercice
Ø Forage (cm)
Ø Tubage (cm)
Ø l’outil (cm)
Profondeur du Tubage (m)
Profondeur du forage (m)
Profondeur de cimentation (m)
Les qualités qui conditionnent le rendement potentiel d’un réservoir
1. Porosité (Ф) Ф= Vp/Vt = (Vt-Vsolides)/Vt Mesure: - Broyage des échantillons - Extraction de fluide par chauffage - Méthode de pesée - Méthode de l’expansion des gaz
Echèlle d’appréciation de la porosité
• 0 – 5%: Très faible • 5-10 %: Faible • 10-15 %: Moyenne • 15-20 %: Bonne • Supérieure a 20%: Très bonne NB. La porosité de moins de 3% demontre une roche compacte
2. Saturation - Cas du réservoir triphasique: So, Sw et Sg So= Vo/Vp; Sw= Vw/Vp et Sg= Vg/Vp D’où: So+Sw+Sg=1
- Cas du réservoir biphasique: So et Sw So= Vo/Vp et Sw= Vw/Vp D’où: So+Sw=1
Détermination de la saturation en fonction de la résistivité et de la porosité selon Archie.
Sw2 = a Rw /Ф2Rt Où Sw+So+Sg= 1 Rw , Resistivité de l’eau Rt, Resistivité de la roche Ф, Porosité
3. Perméabilité Selon Darcy :
Q= K A dp/u L Q, debit d’injection dp, pression differentielle u, viscosité en centiPoise L, longueur en cm A, Aire en cm2
Echèlle d’appréciation de la perméabilité
• • • • •
0 – 1 mD: Permeabilité negligeable 1 – 5mD: Mediocre 5 – 10 mD: Moyenne 10 – 100 mD: Bonne 100 – 1000 mD: Très bonne
Partie II. Boue de forage Rôles: - La remontée des déblais (cutting) Vitesse du fluide dans l’annulaire(débit de fluides et section annulaire): V= Q/Va Où V, vitesse de la boue en m/min(25 à 60 m/min) Q, débit d’injection en l/min Va, le volume unitaire de l’annulaire Le poids volumique La viscosité
- Le maintien des déblais en suspension après arrêt de la circulation (Thixotropie) - Refroidir l’outil et diminuer les frottements de la garniture de forage - Le maintien des parois du trou foré (cake) - Le contrôle des fluides des formations traversées (Phenomène d’invasion) - L’intervention des fluides comme paramètre de forage - La transmission de la puissance au moteur de fond - La remontée des informations géologiques
Les mesures sur les boues
• • • • -
Poids volumique(N/ m3 ou kg/l) Viscosité Filtrat Teneur en solides Types de boues Boues à base d’eau: bentonite, chaux, gypse, polymères Boues à base d’huile: emulsions inverses Air A la mousse: air+eau+agent moussant
Quand peut-on utiliser l’air ou le gaz comme fluide de forage ? Reponses : - dans les formations caverneuses ou la boue se perd, - dans les formations non saturées en eau, - dans les formations saturées des hydrocarbures dont les pressions des couches sont petites, - dans les formations dures ou consolidées,
- dans les régions ayant un climat exceptionnellement froid, - dans les roches dont la structure change avec la différence de la pression statique au fond.
L’utilisation de l’air ou du gaz comme fluide de forage n’est pas recommande dans : - les formations tendres, plastiques et collantes, - les formations saturees en eau, - les sediments avec grande pression des couches et saturees des hydrocarbures, - les formations avec grande pression des couches et saturees de gaz.
Phénomène d’invasion de la boue
Partie III. Principes du contrôle des venues La venue est une intrusion dans le puits d’un fluide contenu dans la formation. A. Cause des venues (Kick): Densité trop faible de la boue de forage qui peut faire que la pression hydrostatique sur le fond peut devenir inférieure à la pression de pore de la formation.
Pistonnage dans le puits à la suite d’un mouvement ascendant de la garniture du forage(pendant l’ajout ou manœuvre de tige) Baisse du niveau de boue dans l’annulaire du puits ce qui a également pour effet de diminuer la pression au fond. Cette baisse de niveau peut être la cause d’un remplissage insuffisant au cours de la manœuvre ou de pertes dans la formation,
• Broyage des roches poreuses par l’outil. Le risque n’est évidemment pas le même puisque dès l’arrêt du forage, il n’y a plus de venue supplémentaire.
B. Signes avertisseurs Augmentation de la vitesse d’avancement (Drilling break) due aux formations poreuses et fracturées, Anomalies de remplissage du puits (swab); à chaque manœuvre de la sortie de tige, le foreur doit toujours remplacer de la boue dans le trou proportionnel au volume des tiges sortis pour maintenir le niveau de boue tjrs max. le foreur compare le deux volumes, si le volume de boue est inférieur, cela signifie qu’il ya venue au fond du puits.
Pertes de circulation, dues à la filtration importante dans une formation fortement poreuse et perméable ou fracturée. Conséquences: - Baisse du niveau hydrostatiques pouvant provoquer des venues - Le réservoir pourrait être fracturé lors de l’approfondissement du forage
Boue gazée, causé par: - Forage dans une formation perméable contenant de gaz, ce gaz sort associé aux cuttings (Gas cut mud), - Forage d’argile contenant du gaz à haute pression mais pas de perméabilité; - Venue à l’arrêt de la circulation - Un bouchon de boue gazée apparaît souvent en fin de circulation du volume annulaire. Ce gaz provient du pistonnage à l’ajout de tige ou de la diffusion gazeuse à travers le cake.
- Air dans la garniture provenant d’un ajout de tige, H2O ou CO2 provenant de dégradation de produits à boue. Augmentation du débit à la goulotte (augmentation du niveau des bacs) L’augmentation du niveau des bacs est l’info mesurable sur tous les chantiers de la présence de venue mais présente des inconvénients: inertie du circuit par l’effet de grandes goulottes, grands bassins, manipulations sur les volumes, instabilité des bacs sur les supports de forage flottants.
Observation puits fermé, voir si dans les conditions de fermeture normale selon les consignes du chef de poste; il y a des anomalies manométriques Sécurité du puits, Dans le cas de gaz, on ne peut pas considérer le puits comme étant en sécurité parfaite car la venue va migrer dans l’annulaire par différence de masse volumique; ce qui va augmenter la pression en tête de puits.
Précaution: La pression maximale admissible en tête de l’espace annulaire comporte deux limites: - Une limite(Pmax) à ne pas dépasser en aucun cas: c’est la pression de service de l’ensemble de la tête de puis ou la resistance à l’éclatement de la dernière colonne de tubage; - Une limite admissible(Padm) liée à la pression de fracturation des terrains situés sous le sabot de la dernière colonne de tubage.
Partie IV. Rappels sur la notion de diagraphies
Introduction La dispersion dans le temps et dans l’espace qu’impose le transit par la boue de tout échantillon venant du fond du trou; aggravée souvent par la contamination due à l’éboulement plus ou moins important des parois entraine une confusion sur l’échantillon. Seul le carottage mécanique continu donne l’image exacte de la succession de couches géologique et leurs caractéristiques; mais cette technique coûte extrêmement chère et parfois ponctuelle selon le besoin.
Pour pallier ces inconvénients, on recourt à la technique des enregistrements dans le forage (Diagraphies depuis 1927). TYPES: A. Diagraphies instantanées Sont les mesures de la variation d’un paramètre physique de formations géologiques collectées sur l’ensemble de l’installation au cours de forage.
Schéma de la diagraphie instantanée
Les information recueillies:
Paramètres de forage:
-
Vitesse de pénétration (identifier le réservoir, pressions anormales,
-
Poids au crochet ou poids sur l’outil (contrôle les conditions de
-
Vitesse de rotation (vie de l’outil et vitesse de pénétration)
-
Débit d’injection du fluide de forage (conditions de fonctionnement de
correlations des puits, comparaison aux diagr. Differées,..)
fonctionnement de l’outil de forage, détecter les frottements anormaux, vitesse d’avancement)
pompe, surveiller le deplacement de bouchon de boue dans les puits, détecter les problèmes de tenue des parois du puits).
Les variables des conditions de fonctionnement: - Couple à la table de rotation - Pression de refoulement aux pompes de forage - Vitesse de déplacement du train de sonde - Niveaux de la boue dans les bassins Les variables géologiques qui dependent des formations traversées: - Températures et résistivité de la boue(entrée et sortie) - Teneur en gaz, - Densité de la boue(entrée/sortie)
Objectifs - La sécurité, en general de toute l’installation, des hommes et du puits - La constitution des documents techniques, principal objectif dans le cas des forages d’exploitation ou de developpement - La conduite du forage(évenements actuels, passés et futurs)
Exemple de l’enregistrement de la diagraphie instantanée
Diagraphies differées - sont les mesures de paramètres physiques des formations traversées par sondage, effectuées pendant des périodes d’arrêt(après retrait des tiges) - Les mesures sont faites à l’aide d’une sondes descendues dans le trou de forage au bout d’un cable enroulé sur le treuil de la cabine d’enregistrement.
Schèma de mesure d’une diagraphie différée
- Types: Diagraphies à géologues et
l’usage des ingénieurs de gisement(évaluer les
caractéristiques des formations et des fluides rencontrés, et les quantifier)
Diagraphies à l’usage du foreur (qualité de la cimentation et detection de point de coincement) Diagraphies utilisées par les producteurs pour étudier le phénomènes liés aux fluides et à leur écoulement.
Objectif general: - Identifier les réservoirs, couvertures et analyse des conditions de dépôt des sediments - Déterminer la nature et quantité des fluides contenus dans les roches.
Objectifs specifiques: - Phase d’exploration (info. Sur les roches traversees, implatations de nouveaux puits, ou arrêt des opérations) - Phase de développement (Modèle de réservoirs présumé, sa structure géologique et contenu en fluide) - Phase de production (évolution de la production, mouvement des fluides dans le puits et dans le réservoir).
Mise en oeuvre de la mesure - La sonde, ou instrument de mesure, est descendue dans le trou de forage au bout d’un cable qui relie aux enregistreurs de surface situés dans la cabine de logging fixée sur un camion mis en place près de la sonde pour les opérations à terre, ou à un poste fixe sur les plates-formes en mer, - La sonde est constituée d’une série d’instruments de mesure et d’une cartouche électronique mis bout à bout(diametre= dizaine de cm, Longueur=environ 30m) - Chaque instrument est composée d’un ou plusieurs emetteurs et/ou un ou plusieurs recepteurs sur le corp de la sonde ou sur un patin appliquée contre la paroi.
Paramètres mesurés Deux types: - Phénomènes naturels naturelle, etc)
(température,
radioactivité
- Phénomènes provoqués (radioactivité provoquée, diagraphies électriques, temps de parcours de l’onde, etc.), engendrées par un émetteur ou une source, et mesurées par un ou plusieurs récepteurs.
Domaine d’application des diverses diagraphies Paramètres recherchés
Types de diagraphies
Lithologie, corrélations stratigraphiques des réservoirs et des roches associées
En trou ouvert: Caliper (diametreur), logs électriques, gamma ray, densité, neutron En trou tubé et ouvert: logs nucléaires
Porosité primaire intergranulaire
En trou ouvert: Neutron, densité et sonique En trou tubé: Neutron et densité
Porosité secondaire , fractures
En trou ouvert: Sonique, caliper et microdispositifs électroniques
Argilosité, imperméabilité
En trou ouvert: PS et gamma ray En trou tubé: gamma ray
Perméabilité
Pas de mesure directe: peut être déduite de la mesure de la porosité et de la résistivité
Direction, vitesse et mouvement des fluides
En trou ouvert: Température et résistivité du fluide, flowmeter(débitmètre)
Caractéristiques physiques et chimiques des fluides de remplissage
En trou ouvert: PS, résistivité et température des fluides.
Utilisation des diagraphies differées • Permet de se faire une première idée sur les formations et les fluides. La méthode consiste: - Reconnaître les réservoirs en éliminant les bancs d’argile et les bancs compacts - Comparer les diagraphies de résistivité et les diagraphies de porosité à l’intérieur des réservoirs: La comparaison des logs de résistivité (un macrodispositif et un microdispositif donnant respectivement des valeurs proches de Rt et Rxo) met en evidence le contact eau-hydrocarbure et permet une valeur approchée de la saturation en eau.
La comparaison du neutron et de densité permet de déterminer la lithologie dans la zone à eau, d’identifier le type de fluide dans la zone à hydrocarbure et d’estimer la porosité des formations.
Differents types de diagraphie differées I. Diagraphies de résistivité I.a. Diagraphie de résistivité Principes physiques de mesures La résistivité d'une roche est la résistance électrique d'un cube de cette roche au passage du courant électrique (s’exprime en Ohm.m). Elle dépend de: La composition de la roche (grains, cristaux, ciment, fluides,…. Taux de fluides dans la roche (porosité et saturation) La texture de la roche (taille, forme, arrangement, classement et orientation des grains) La structure de la roche(massive, laminée, fracturée ou plissée) L’épaisseur des bancs La distribution des minéraux conducteurs dans la roche La température des couches (plus élevée, plus conductrice)
Les méthodes de mesures • La première non focalisée consiste à faire passer un courant électrique entre deux électrodes, l'une d'envoi de courant, placée à l'extrémité inférieure du câble de retenue, l'autre de retour, en surface ; on mesure le potentiel d'une électrode, ou la différence de potentiel entre deux électrodes qui occupent une position fixe par rapport à l'électrode d'envoi de courant.
Inconvenients: - dans le cas de bancs minces, les mesures s'écartent beaucoup de la résistivité vraie par suite de l'influence des couches encaissantes (épontes) ; - la colonne de boue perturbe la mesure, et cela d'autant plus qu'elle est plus conductrice - la délimitation des bancs est souvent difficile à réaliser correctement.
• La seconde focalisée (latérolog et le sphéricalog), un courant électrique est envoyé dans les formations par un système de plusieurs électrodes : certaines focalisent le courant, l'obligeant à pénétrer latéralement par rapport au sondage, deux autres servent à mesurer la chute de potentiel ohmique due au passage du courant à travers la formation ; cette chute de potentiel est proportionnelle à la résistivité de la formation
-
Des macrodispositifs qui donnent des renseignement sur la zone vièrge (Laterolog et sphericalog) Des microdispositifs qui mesurent dans la zone lavée (MicroLaterolog et Microsphericalog)
Intérêt de la méthode de résistivité déterminer la saturation en eau, et, par différence, celle en hydrocarbures, dès l'instant où l'on connaît la résistivité de l'eau de la formation et la porosité de la roche. Sw2 = a Rw /Ф2Rt
I.b. Polarisation spontanée (potentiel spontané) • C’est la différence qui existe entre le potentiel, fixe, d'une électrode placée en surface et le potentiel, variable, d'une électrode se déplaçant dans le trou de sonde (l'unité employée est le millivolt). • ddp entre les bancs argileux (cte)et bancs sableux poreux et perméables (variables).
Intérêt de la PS • Elle permet de différencier les formations poreuses et perméables des formations argileuses. • En outre, on peut, à partir de cette mesure, déterminer la résistivité de l'eau de la formation, renseignement qui est indispensable au calcul exact de la saturation en eau. • La PS est un indicateur de la teneur en argile
II. Diagraphies de radioactivité a. Gamma Ray (GR) pour la R. naturelle. Elle est liée généralement aux argiles qui contiennent le plus de matériel radioactif (U, Th, K). Elle permet la délimitation de bancs argileux. - Pour les formations autres que les argiles possèdant les élèments radioactifs, il est important d’utiliser d’autres diagraphies pour les différencier des argiles. b. Radioactivité provoquée. - Diagraphie Neutron-neutron L’outil mesure la densité des neutrons parvenant à un ou deux détecteurs, elle est principalement fonction de la quantité d’atomes d’H contenue dans les fluides des formations. Evaluer la porosité apparente
- La diagraphie de densité (gamma-gamma) Mesure l’atténuation du rayonnement gamma incident qui est fonction de la densité électronique du milieu. Déduire la densité des formations(porosité) III. Diagraphie de vitesse de propagation du son Enregistrement du temps de parcours entre un émetteur et un récepteur, d’un train d’ondes qui se propage dans la formation le long de la paroi du trou de forage. Autres applications: - Etude de la fracturation, - Contribution à la géophysique, - Contrôle des cimentations, - Evaluation de la perméabilité des formations.
Facteurs influençant la forme et l'amplitude des déflexions P.S. La forme et l'amplitude des déflexions P.S. peuvent être influencées par différents facteurs qui sont les suivants : • La salinité des fluides en présence La P.S. dépend essentiellement de la différence de salinité entre les fluides en présence, filtrat de boue et eau de formation. Si Rmf>Rm, cas normal, présence de la déflexion Si Rmf
• Influence de l’épaisseurs des bancs o Les limites correspondent aux points d'inflexion de la courbe P.S. Si le banc est épais la déflexion est maximum et montre une forme aplatie. Si le banc est mince la courbe dessine un pic, le potentiel statique n'est pas atteint. Dans ce cas pour connaître la valeur maximale de la P.S. il faut utiliser des abaques qui permettent de corriger en fonction de l'épaisseur du banc. Epaisseur que l'on détermine sur des autres diagraphies. Une augmentation du diamètre du forage diminue la déflexion P.S. De même, lorsque la zone lavée s'agrandit la déflexion P.S. décroît.
• Influence de la résistivité Si les bancs perméables ont une résistivité élevée, les courants P.S. ont du mal à s'établir. Des abaques permettent de corriger cet effet.
• Influence de la présence d'argile La présence d'argile dans un banc réservoir diminue l'amplitude de la déflexion P.S. L'atténuation est une fonction linéaire du pourcentage d'argile dispersée dans la roche. Cette propriété permet d'ailleurs de calculer le pourcentage d'argile présent dans un réservoir.
Vsh=( P.S.S. - P.S.au point X)/P.S.S Vsh = volume d'argile en % P.S.S. = valeur maximum de la déflexion P.S. dans l'intervalle considéré, valeur jusqu'à la ligne de base des sables. P.S. lue au point X = valeur de la déflexion P.S. à la profondeur choisie • Effet des formations compactes Les niveaux argileux intercalés entre des bancs compacts se marquent par un changement de pente de la courbe P.S. La courbe P.S. demeure généralement rectiligne en face des formations compactes.
• Dérive de la ligne de base La dérive de la ligne de base est souvent provoquée par des modifications de l'électrode de référence. Un manque d'homogénéité de la boue peut provoquer des effets similaires. Parfois le changement de la ligne de base peut être imputé à des variations géologiques, soit une variation de la salinité de l'électrolyte saturant les roches soit un changement des propriétés des argiles.
• Effet de la perméabilité Les courants ne peuvent se développer qu'en présence de bancs poreux et perméables cependant l'amplitude de la déflexion P.S. n'est pas une fonction simple de la perméabilité ou de la porosité.
Diagraphies non conventionnelles A. Temps de relaxation neutronique Cette mesure particulière de radioactivité provoquée par le bombardement de neutrons, permet une étude de la quantité de chlore contenu dans les roches, quantité liée principalement à l’eau de formation. B. Etude spectrale de la radioactivité provoquée Permet de déterminer les atomes présents dans les formations et les fluides qu’elles contiennent (GST de Schlumberger). C. Diagraphie de resonance magnétique nucleaire Elle étudie le temps de la réorientation des atomes d’hydrogène préalablement forcées par un champ magnétique crée par l’outil. Cette mesure donne des indications sur l’eau libre et les hydrocarbures non visqueux contenus dans les formations.
D. Diagraphie de propagation électromagnétique Elle mesure le temps de propagation d’une onde électromagnétique et son attenuation. On en déduit des valeurs de la porosité et de la saturation en eau dans la zone lavée.
E. Sismosondage Un geophone placé dans le puits enregistre l’arrivée d’une onde émise en surface à une certaine distance du puits, et qui traverse l’ensemble des terrains. La comparaison de ce temps sismique et du temps de parcours de l’onde sonique permet de realiser le calage entre diagraphies et sections sismiques.
Partie V. Exercices