CA1177571A - Methode pour determiner le pendage de formations geologiques traversees par un sondage - Google Patents

Abstract

Méthode pour déterminer le pendage de formations géologiques traversées par un sondage d'orientation et d'inclinaison connues, caractérisée en ce qu'on émet un signal acoustique dans une direction sensiblement perpendiculaire à l'axe du sondage à différents niveaux d'au moins trois génératrices déterminées de la paroi du sondage, on receuille, selon la même direction et à différents niveaux de ces génératrices, l'onde acoustique qui s'est réfléchie au moins sur l'interface entre le sondage et les formations géologiques, on produit un train de signaux représentatif de l'onde acoustique réfléchie, on identifie chaque train de signaux par au moins un groupe d'éléments significatifs de ce train de signaux, on met en corrélation les groupes d'éléments significatifs des signaux obtenus pour les différentes génératrices respectivement et on détermine le décalage entre les trains de signaux correspondant à une même formation géologique comme étant la distance séparant ces trains de signaux pour laquelle la corrélation est maximale, ce décalage étant fonction du pendage de ladite formation.

Description

1 ~7'7 57 ~

La présente invention concerne une méthode pour determiner le pendage de formations geologiques traversées par un sondage.
La détermination du pendage de formations geolo-giques par des mesures magnetiques est connue et par exemple décrite dans le brevet US 3 388 323.
D'autres pendagemètres sont bases sur la mesure de la resistivité des formations geologiques le long de plusieurs génératrices de la paroi du puits. Ces mesures sont effectuees à l'aide d'une sonde portant des électrodes qui doivent etre -placées au voisinage immediat des formations geologiques.
On connalt egalement des pendagemetres qui utilisent la mesure de la vitesse ou du temps de propagation d'une onde acoustique dans les formations geologiques et selon une direc-tion sensiblement parallèle à l'axe du puits fore. De tels pendagemètres sont par exemple decrits dans les brevets des Etats-Unis d'Amerique 3 295 100, 3 376 950 et 3 526 874.
Lorsque le forage est rempli de boues isolantes, du type boues à hui1e, la détermination du pendage ne peut etre obtenue à l'aide de sondes utilisant des electrodes electriques.
De meme, lorsque pour éviter un effrondrement de la paroi on est contraint d'inserer un tubage dans le puits avant d'avoir pu effectuer toutes les mesures necessaires, il n'est plus possible de mesurer la resistivite electrique des forma-tions geologiques et d'en deduire le pendage des couches geo-logiques en utilisant les pendagemètres indiques ci-déssus.

La présente invention permet d'éviter ces inconve-nients en proposant une méthode de détermination du pendage des terrains, à partir des signaux de réflexion d'une ondeacoustique sur la paroi du puits, au niveau des formations géologiques, en mettant en correlation les signaux recueillis le long de plusieurs géneratrices de la paroi du forage, de position connue par rapport ~ un système de reference.
En effet, selon la presente invention il est prévu une methode pour determiner le pendage de formations géolo-giques traversees par un sondage d'orientation et d'inclinai-son connues, caracterisee en ce qu'on emet un signal acousti-que dans une direction sensiblement perpendiculaire ~ l'axe du sondage a differents niveaux d'au moins trois generatrices déterminées de la paroi du sondage, on recueille, selon la même direction et à différents niveaux de ces génératrices, l'onde acoustique qui s'est réfléchie au moins sur l'inter-face entre le sondage et les formations géologiques, on pro-duit un train de signaux représentatif de l'onde acoustique réfléchie, on identifi.~ chaque train de signaux par au moins un groupe d'éléments significatifs de ce train de signaux, on . met en corrélation les groupes d'élements significatifs des signaux obtenus pour les differentes génératrices respective- ' ment et on détermine le décalage entre les trains de signaux correspondant ~ une même formation géologique comme étant la distance séparant ces trains de signaux pour laquelle la corrélation est maximale, ce décalage étan't fonction du pendage de ladite formation.
L'invention pourra être bien comprise et tous ses avantages appara~tront clairement à la lecture de la description qui suit, illustr'ée par les figures annexées parmi lesquelles: .

.. _ . _ , ........ .. . . . .. . . . . .

- 1EI figure 1 représente schém~tiquement une sonde acoustique mettant en oeuvre la mé-thode selon l'invention, - la figure 2A represente un patin de mesure en place dans un puits et directement en contact avec les formations geologiques, - les figures 2~ et 2C montrent un patin de mesure en place dans un puits dont l'orifics central est séparé des formations géologiques traversées par un gâteau de boues et par un tubage, - les figures 3A, 3~ et 3C indiquent l'allure des signaux delivrés par la sonde~dans les trois cas illustrés aux figures 2A, 2~ et 2C
et, - la figure 4 représente un signal identique à celui de la ~igure 3C
et ayant subi un traitement dans un amplificateur logarithmique.
.
Sur la figure 1, la référence 1 désigne le corps de sonde sus_ pendu à l'extrémité d'un c3ble de manoeuvre 2, dans lequel peuvent etre incorporés des conducteurs électriques transmettant à la sonde l'énergie nécessaire à son fonctionnement et transmettant, en surface, les signaux délivrés par la sonde.

~i Le corps de sonde 1 est, par exemple, pourvu de quatre patins de mesure, diamétralement opposés deux à deux. Deux seulement de cés patins sant représentés en 3a et 3b. Ils sont reliés au corps de~sonde par un mécanisme, non représenté en détail, comportant des bras articulés 4a, 4b, pour déplacer les patins par rapport à llaxe du corps de sonde, et les mettre en contact avec la paroi 5 du puits lors des mesures. Le corps de sonde 1 est également équipé d'un dispositif de centrage 6 qui peut être de tout type connu.
5 ; - Chaque patin de mesure acoustique est choisi pqr cxemple du /nom de la demanderesse type de celui décrit dans le brevet US 3 883 841 au / . 50mmairement~ et comme le montre la figure 2A, chaque patin comporte un transducteur émetteur_récepteur d'ondes acoustiques 1B du type piézo-électrique qui, à la~réception d'un signal électrique transmis par le cable 7, émet une impulsion acoustique et qui, à la réception d'une impulsion acoustique délivre un signal électrique transmis par le câble 7. Le diagramme d'émis_ . ; .
sion et de reception du transducteur 1~ est choisi tres directif. De plus, le transducteur 1d est placé de telle sorte qu'il émet dans une direction sensiblement perpendiculaire à l'axe de la sonde et resoit les ondes acoustiques qui se réfléchissent perpendiculairement à l'axe de la sonde.

.
.

` I 177571 Le transducttur 1~ cst placé dans un boîtier 8 contcnu clans un logement 9 du patin de mesure 3. Au moins un élément intermédiaire ou palpeur 10, solidaire du bo~tier ~, est interposé entre le transducteur 1 avec lequel il est en contact, et la surface interne du puits. La surface externe 11 du palpeur 10 est telle qu'elle s'applique parfaitement contre la paroi 5 du puits. Des moyens élastiques 12, telg qu'un ressort, interposés entre le fond du logement 9 et un épaulement 13 du boîtier 8, maintiennent le palpeur 10 en contact avec la paroi du puits en déplacant le boitier perpendiculairement à l'axe de la sonde.

L'élément intermediaire 10 est, de préférence, réalisé en polyimide tel que celui commercialisé sous le nom de VESPEL, sventuelle-ment additionné de charges de graphite. Mais il n'est pas exclu d'utiliser d'autres matériaux tels qu'une résine époxy, par exemple celle commercia-lisée sous le nom de ARALDITE. Ainsi l'épaisseur et les caractÉristiques acoustiques de l'élément intermédiaire sont connues avec précision.
, La sonde est également pourvue d'un dispositif diametreurJnon représenté)qui indique la valeur du diamètre du forage au niveau où le palpeur 11 est en contact avec la paroi 5 du sondage. Un tel dispositif, bien connu de l'art antérieur, n'a pas besoin~d'être décrit en détail. Par exemple, ce dispositif indique la valeur du diamètre du trou en tenant compte de` la rotation des bras articulés 4a et 4b.

e fonctionnement d'un patin de mesure est indiqué ci-dessous en envisageant successivement le cas où la paroi 5 du forage est cons-tituée par les formations géologiques elles-m8mes, par un gâteau dc boue au contact des formations,et par un tubage cimcnté dans lc puits forc~

; Dans le;premier CaS~ le palpeur 10 est directement en contact avec les formations géologiques comme représenté sur la figure ZA. Le train de signaux Stdélivré par l'émetteur-récepteur 1 a apras l'emission dlune onde acoustique~est du type de celui schématiss sur la fi9ure 3A
qui montre l'évolution de ce train de signaux en fonction du temps, , .
;~ l'origine étant l'instant d'é~ission to.
,, ~ .

.

.; " '' :`:
:: .

1 177~71 On obs~rve tout dlabord~ 3 l'insl,ant t1~ un pr~mier pic P1 qui represente la prcmi~re réflsxion du signal acau5tique sur l'interface palprur 10-formation geQlogique~ interface désigne par I~ dans c~ qui suit. L'onde acoustique se réfléchit ensuite sur l'interface transduc-teur 13-palpeur 10 qui est désigné par Io~ Une partie de l'énergie acous-tique ainsi réfléchie est à nouveau renvoyée sur l~intsrface I1. Cette nouvelle réflexion est représentée par le pic P2 qui apparaît à l'instant t2 et dont l~amplitude est inférieure 3 celle du pic P1. De la même façon, on observe une succession de pics d'amplitudes décroissantes P3, ...
aux instants respectifs t3,...

La formation géologique sur laquelle s'est réfléchic l'onde significatifs acoustique peut alors 8tre CaractériSÉe par différents élsments/du train de signaux S)pris séparément ou en combinaison. Ces éléments sont :
a) l'enveloppe E du signal S, tracée en trait mixte sur la figure 3A, b) l'amplitude de l'un quelconquE des pics P1, P2 -~
,' c) la largeur ~t de l'un quelconque des pics P1, P2 ~-Les intervalles de temps ~to~ t1] ~ 2 sentatifs du double de l~épaisseur du palpeur 10.

Lorsque la paroi du puits est recouverte d'un gâteau de , ~
boue 14 (figure 2B~ , le train de signaux S délivré par le transducteur 13 a la farme schÉmatisée sur la figure 33, c'est-à-dire comporte des pics P1, P2, P3 ... resultant des réflexions successives de onde acaustique sur l'interface palpeur 10_gâteau de boue 14 et des pics P~1~ P~2; P~3 ... apparaissant aux instants tl11 t~2, t~3 ,,.~ et qui r~sultent des réflexianq successives de l~andE acaustique sur l'inter-face gâteau de baue 14 farmatians géalagiques. Dans le train de signaux S
repr~senté~ an a suppasé que le temps de-parcours de l~on~e acoustique~
dans le palpeur 10 est supérieur au temps de parcours de llonde acoustique dans~le g~teau de baue 14.
. ~ .
L~intervalle de temps Lt1~ t~1] est représentatif du double de .

:
. ~
. . , 1 ~77571 l'épaisseur du gateau de boue 14. On peut donc corriger la valcur indi-quér- par le diametreur dr la sondr- pour conn3ître le diametrr- recl du ~rou forL au nivcau dc~ formation3 gealogiqucs.

Comme précédemment, on prut coractériser le gâteau de boue 14 significatifs par l'un au moins des éléments/suivants du train de signaux 5 :
a) enveloppe E des pics P1, P2, P~ .,. exclusivement, b) amplitude ds l'un quelconque des pics Pt, P2, P3 ...
c) largeur ~t de l'un quelconque des pics P1, P2, P3 et d) intervalle de temps entre deux pics consécutifs tels que P'l, P'2, - tO P'3.

De la msme fason la formation géologique sur laquslle s'est r6fllichie l'ontle arouDtique pour frrmer lrs pics P'1l P'2 ... pcut ~trc caractérisée par l'url au moins der3 rilernents significatifs suivants du train de signaux S :
a) enveloppc E' des pics P'1, Pl2, P'3 ... exclusivrrnent, b) amplitude de l'un quelconque des pics P't~ P'2, P'3 ... et~
c) largeur Qt' de~l'un quelconque dss pics P'1, P'2, P'3 ...

La figure 2C illustre le cas de mssures effectuses dans un puits comportant un tubage 15 maintenu en place par une cimentation 16.
; ~ ~
- Le train de signaux S délivré par l'émetteur-récepteur 13 est tracé sur la figure 3C. Il comporte des pics Pt, P2, P3 résultant des réflexionssuccessivesde l'onde acoustique sur l'interface palpeur 10_ tubage 15. Apparaissent également des pics P'1, P'2 ... aux instants t~1~
t'2 ... qui résultent des réflexionsde l'onds acoustique sur llinterface tubage t5_ciment 16 et enfin des pics P"l, P"2- P"3 ... qui apparaissent aux instants t"l, t"2~ t"3 ... et proviennent des réflexionsde l'onde acoustique sur l'interface ciment 16-formation geologique, L'~nt~rval~e d~ temps [tl~ t'~] ~st repré9entat1f du doub~o do .
.

, . .
.~ . ' .

I i77571 l'epaissour du tubago 15, tandis que l'irltt~rvalle d~ tsmp5 [~'l, t"1]e3t représentatif du double cle l'épaisseur du ciment interposé entre le tubage et la formatioll géologique au droit de la rnesure. On peut donc, ~n tenant compte de l~intervalle de temps [t1~ t"l] corriger la mesur~
du diamètreur pour connaître le diamètre réel du trou foré au niveau des formations géologiques.

Comme précédemment, on peut caractériser le tubage 15 par l'un au moins des éléments significatifs suivants du train de signaux S :
a) enveloppe E des piC9 P1, P2 ... exclu5ivement, b) amplitude des piC9 Pl, P2, P3....
c) largeur ~t de l'un au moins des pics P1, P2, P3 ... et d) intervalle de temps ~t1~ t~1] .

La cimentationest ca~ctorisee par l'un dos elomeilts signif`i-catifs suivants du train de signaux S :
a) enveloppe E' des pics P'1, P'2, P'3 ...exclusivemont, b) amplitudo de l'un au moins t~es pics P'1, P'2, P'3 ....
c) largeur ~t' dos piC5 P~1~ P'2 ... ct~
d) intervalle de temps [t'1, t~1] .

Enfin, la formation géologique sur laquclle s'est r~fléchie Z l'onde acoustique est caractérisée par l'un au moins des éléments signi-ficatifs suivants du train de signaux S :
: ~ .
a) enveloppe E" des pics P"1, P"2, P"3 ... exclusivement, b) amplitude de l'un au moins des pics P"1, P"2 ... et, c) largeur ~t!' des pics P"1, P"2, P"3 ...

Toutefois~ il faut noter que l'on a suppost~ que la cimentation ~ ~ du tubogc était corroctcment of~octuoo, c'ost-~-dire qlJ'il n'y nvoit pa~
`~ entre le ciment 16 et le tuhage 15 un film d'air ou de liquide d'epaisseur notable, ce qui se traduit en pratique par des amplitudes réduites des .

' : :.

P 1' 2 ''' En effet, si la cimentation du tubage n'est pas de qualité suf-fisante, l~nergie acoustique est absorbée pour la plus grande partie au niveau de l~intsrface tubege 15-ciment 16 ct les piC3 P~ P"2 -- ne sont plu9 dlamplitude suffisante pour être décelés dans le train de signaux 5.

La sonde représentée sur la figure 1 peut comporter également des moyens~schématisés en 17~permettant de repérer :
a) la position du corps de sonde~et donc des patins de mesure)par - 10 rapport ~ une dircction d~te~minée fixe telle que le nord magné-pouvant être tique. Ces mDyens,/de t~ut type connu, peuvent c~mporter par exemple, mais ~cn limitativement, trois capteurs magnétiques tels que des vannes de flux dispos~es perpendiculairement entre elles et ayant une position fi:~e par r~pport au corps de le sonde ;
b) l'inclinaison du puits à l'endroit où est situee la sonde, ces moyens pouvant etre de tout type connu et comportant par exemple trois accélérom,tres perpendiculaires deux à deux,ou encore un pend~le, etc.
~ ~ .
ien entendu, le profil exact du sondage peut avoir été déter-miné dans une étape préc~dente, par exemple pendant le forage.

La détermination du pendage des couches géologiques s'effectue en déplasant la sonde (Fig. 1) dans le puits et en enregistrant, en fonc-tion de la position de la sonde dans le puits, les trains de signaux S
délivrés par les quatre patins de mesure qui sont ainsi déplacés le long de génératrices déterminées de la paroi du puits, ces enregistrements tenant compte, éventuellement, de l'orientation et de l'inclinaison de la sondeten identifiant chaque train de signaux par au moins un groupe des éléments significatifs indiqués plus haut, en mettant en corrélation les groupes d'éléments significatifs des signaux délivrés par les patins, ~ ~, 30 puis en déterminant le décalage entre les trains de signaux correspondant ~: à une même formation géologique comme étant la distance séparant ces trains de signaux, pour laquelle la corrélation est maximale, ce décalage étant fonction du pendage de la formation géologique.

. 7 ~ .
~, ' , .
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:

-t 17757~
Cette corrélation peut être faite sur la totalité du train de signaux S délivré par chaque patin de la sonde, ou sur au moins un groupe d-élémentScaractéristiques de ces trains de signaux, tels que l'amplitude des pics provenant de la réflexion de l'onde acoustique sur les formations géologiques, la largeur de ces pics, l'enveloppe de ces pics, l'épais-seur du gâteau de boue, etc...

La corrélation permet de repérer les profondeurs pour lesquelles les trains de signaux réfléchis~reçus par la sonde en des points situés respectivement sur au moins trois génératrices de la paroi du puits de position et d'orientation connues avec prccision, sont suffisamment proches les unes des autres pour correspondre à la même formation géolo-gique. On en déduit les niveaux d'intersection de chaque couche géolo-gique avec ces trois génératrices. Compte tenu de la valeur réelle du diamètre du sondage au niveau des formations géologiques (indiquée par la mesure du diamétreur, éventuellement corrigée comme indiqué plus haut), de l'inclinaison et de l'orientatlon du sondare (mesurées par exempie par les moyens 17), on cn déduit lc pendage dcs couchhs Fealor,iqucs gui correspond au décalage pour lequel on obtient la corrélation maximale entre les trains de signaux ou leurs élC~men~s signif`icatifs.
, ~ , Dans ce qui précade on a décrit l'utilisation d'un patin à
~; transducteur acoustique glissant le long de la paroi du pults. On ne -sortirait pas du cadre de la présente invention en utilisant une sonde ~`~` a patin rotatif telle que celle décrite dans la demande publiée de brevet;français 2~448 621 ou toute autre sonde acoustique dont l'élément de mesure n'est pas en contact avec la paroi du puits, pourvu que ces sondes~fonctionnent par l'émission d'une onde acoustique dans une direc-tion sensiblement perpendiculaire à l'axe du puits.

~ On peut également, dans le traitement des trains de signaux t~ délivrés par la sonde, utiliser des amplificateurs logarithmiques qui permettent de transformer les trains de signaux délivrés par la sonde pour que les réflexions provenant d'un même interface se traduisent par des pics de même amplitude, comme le montre la figure 4 qui correspond au train de signaux de Ia figure 3C traite par un amplificateur logarith-mique.

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~ 8 ; - , . :

Claims (6)

R E V E N D I C A T I O N S

1. - Méthode pour déterminer le pendage de formations géologiques traversées par un sondage d'orientation et d'inclinaison connues, carac-térisée en ce qu'on émet un signal acoustique dans une direction sen-siblement perpendiculaire à l'axe du sondage à différents niveaux d'au moins trois génératrices déterminées de la paroi du sondage, on recueille,selon la même direction et à différents niveaux de ces généra-trices, l'onde acoustique qui s'est réfléchie au moins sur l'interface entre le sondage et les formations géologiques, on produit un train de signaux représentatif de l'onde acoustique réfléchie, on identifie chaque train de signaux par au moins un groupe d'éléments significatifs de ce train de signaux, on met en corrélation les groupes d'éléments significatifs des signaux obtenus pour les différentes génératrices respectivement et on détermine le décalage entre les trains de signaux correspondant à une même formation géologique comme étant la distance séparant ces trains de signaux pour laquelle la corrélation est maximale, ce décalage étant fonction du pendage de ladite formation.

2. - Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'on met en corrélation l'intégralité des trains de signaux.

3. - Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce que le groupe d'éléments significatifs de chaque train de signaux comprend au moine l'amplitude d'un pic représentatif de la réflexion de l'onde acoustique sur les formations géologiques.

4. - Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce que le groupe d'éléments significatifs de chaque train de signaux comprend au moins la durée d'un pic représentatif de la réflexion de l'onde acous-tique sur les formations géologiques.

5. - Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce que le groupe d'éléments significatifs de chaque train de signaux comprend au moins l'enveloppe des pics représentatifs de la réflexion de l'onde acoustique sur les formations géologiques.

6. - Méthode selon la revendication 1, mise en oeuvre dans un sondage traversant les formations géologiques et dont la paroi est recouverte de boue de forage, caractérisée en ce que le groupe d'éléments signi-ficatifs de chaque train de signaux comprend au moins la portion do train de signaux représentative de l'épaisseur de la couche de boue recouvrant les formations géologiques.