CA2120190C - Dispositif d'emission-reception permanent pour la surveillance d'une formation souterraine et methode de mise en oeuvre - Google Patents
Dispositif d'emission-reception permanent pour la surveillance d'une formation souterraine et methode de mise en oeuvre Download PDFInfo
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Abstract
On installe dans un ou plusieurs puits traversant une zone souterraine recélant par exemple des effluents pétroliers, un ensemble d'émission-réception d'ondes sismiques ou acoustiques comportant une ou plusieurs unités d'émission et une ou plusieurs unités de réception, de façon à laisser chaque puits libre d'accès pour d'autres activités liées par exemple à la production de ces effluents. Les unités d'émission et de réception sont installées par exemple derrière des tubes de cuvelage ou casings ou des colonnes tubulaires utilisées pour d'autres fonctions et reliées de façon permanente ou non par des câbles à une station de commande et d'enregistrement en surface. Ces unités sont disposées au-dessus et au-dessous de la zone à surveiller par exemple ou bien à distance les unes des autres au niveau de la zone surveillée. Elles peuvent être constituées par exemple de transducteurs pouvant fonctionner en émetteurs et en récepteurs tels que des géophones (éventuellement tri-axiaux) ou des accéléromètres associés à des modules locaux de pilotage. Avec des unités de ce type réparties sur toute une portion de puits, on peut réaliser des diagraphies des couches environnant chaque puits en ondes P ou S, à intervalles de temps réguliers de façon à suivre, par comparaisons d'enregistrements successifs, leschangement s de la zone surveillée au cours du temps. Application à la surveillance de longue durée d'un gisement.
Description
1 ~1~~~~
La présente invention concerne un dispositiff d'émission-réception pour suivre l'évolution au cours du temps d'une formation souterraine, qui est installé à demeure dans un ou plusieurs puits, ainsi qu'une méthode mettant en oeuvre le dispositif.
Le dispositif selon l'invention convient par exemple pour suivre l'évolution d'une formation recélant des effluents notamment pétroliers, cette évolution étant liée par exemple à
des opérations de production.
La présente invention trouve des applications notamment pour la surveillance d'un champ pétrolier ou gazier oàa les exploitants ont besoin de suivre de façon précise l'évolution dans le temps des saturations des fluides dans une zone souterraine de production.
tJn procédé connu pour suivre l'évolution d'une formation en cours de production consista par exemple à descendre dans des puits d'observation répartis sur un champ de production, â
intervalles réguliers, des outils de diagraphie à neutrons et en déplaçant l'outil dans l'épaisseur des couches-réservoirs, à
La présente invention concerne un dispositiff d'émission-réception pour suivre l'évolution au cours du temps d'une formation souterraine, qui est installé à demeure dans un ou plusieurs puits, ainsi qu'une méthode mettant en oeuvre le dispositif.
Le dispositif selon l'invention convient par exemple pour suivre l'évolution d'une formation recélant des effluents notamment pétroliers, cette évolution étant liée par exemple à
des opérations de production.
La présente invention trouve des applications notamment pour la surveillance d'un champ pétrolier ou gazier oàa les exploitants ont besoin de suivre de façon précise l'évolution dans le temps des saturations des fluides dans une zone souterraine de production.
tJn procédé connu pour suivre l'évolution d'une formation en cours de production consista par exemple à descendre dans des puits d'observation répartis sur un champ de production, â
intervalles réguliers, des outils de diagraphie à neutrons et en déplaçant l'outil dans l'épaisseur des couches-réservoirs, à
2 0 effectuer des logs qui sont interprétés en termes de saturation en gaz et corrêlés avec les quantités de fluide produites ou injectêes.
Ce procédé présente les avantages liées à la mobilité des émetteurs et récepteurs de signaux employés mais en contrepartie, il demande à chaque période d'investigation, que 2 5 l'on interrompe les opérations qui sont menées au moyen du puits le temps nécessaire au déplacement de la sonde de mesure.
Il est donc souhaitable que l'on puisse effectuer des opération de diagraphie d'une zone souterraine plus ou moins épaisse, sans pour autant rendre indisponible les puits traversant cette zone.
Ce procédé présente les avantages liées à la mobilité des émetteurs et récepteurs de signaux employés mais en contrepartie, il demande à chaque période d'investigation, que 2 5 l'on interrompe les opérations qui sont menées au moyen du puits le temps nécessaire au déplacement de la sonde de mesure.
Il est donc souhaitable que l'on puisse effectuer des opération de diagraphie d'une zone souterraine plus ou moins épaisse, sans pour autant rendre indisponible les puits traversant cette zone.
3 0 Par les brevets PR 2.600.172, 2.642.849, 2.574.029, 2.681.373 du demandeur, on cannait une technique pour ~ëviter 1°indisponibilité d°un puits qui consiste essentieilement à
installer un grand nombre de capteurs à l'extérieur de tubes destinés à
cuveler un ou plusieurs puits traversant une zone à surveiller.
3 5 des capteurs associés à des boitiers électroniques locaux, sont reliés par des lignes de transmission à une station de commande et d'enregistrement en surface. Un tube de cuvelage (ou casing) étant mis en place, les capteurs qui se retrouvent dans l'espace annulaire entre lui et le puits, sont couplés avec les formations environnant le puits par le ciment de scellement. Cette technique d'installation et de couplage permet de faire de l'écoute passive des bruits émis spontanément par une formation en cours de production ou bien encore de mener des opérations de prospection sismique en enregistrant les signaux reçus par les différents capteurs en réponse à des ondes acoustiques ou lo sismiques émises dans la formation par une source sismique disposée en surface. On peut aussi utiliser une source de puits classique telle que celle décrite par exemple dans le brevet FR-A-2 629 216 du demandeur, que l'on descend dans un autre puits ou éventuellement dans le même puits mais cet agencement qui rend le puits indisponible, n'est pas compatible avec une surveillance de longue durée.
La présente invention vise un dispositif permanent de surveillance acoustique ou sismique d'une formation souterraine comportant au moins un ensemble de transducteurs d'émission et de réception d'ondes acoustique 20 ou sismiques comprenant plusieurs émetteurs et récepteurs disposés dans au moins un puits et à des profondeurs différentes, un ensemble de commande et d'enregistrement adapté à piloter l'émission des ondes par les émetteurs, â
enregistrer les signaux reçus par les récepteurs en réponse aux ondes émises et un systême de transmission pour relier l'ensemble de commande à la surface, dans lequel les émetteurs et récepteurs sont positionnés dans l'espace annulaire autour d'un tube de manière à laisser l'intérieur du tube libre pour d'autres opérations menées dans le puis.
De préférence, l'ensemble d'émission-réception comporte par exemple plusieurs unités d'émission et de réception réparties sur une portion de longueur d'au moins un puits et disposées en alternance, De préférence, l'ensemble d'émission-réception peut comporter aussi des unités répartis dans plusieurs puits.
De préférence, suivant un mode de réalisation, chaque unité d'émission est associée à un module local de commande et dans ce cas, l' ensemble d' émission et de réception peut comporter plusieurs groupes d'émission-réception disposés à
des profondeurs différentes dans le puits, chacun d'eux étant adapté à émettre et â recevoir des ondes acoustiques ou sismiques et étant associé à un module local d' interface .
De préférence, chaque groupe d'émission-réception comporte par exemple au moins un transducteur émetteur-récepteur.
De préférence, suivant un mode de réalisation, chaque transducteur émetteur-récepteur est un géophone ou bien encore un accéléromètre et de préférence le dispositif comporte des moyens pour appliquer aux unités d'émission des signaux dont la fréquence varie au cours du temps.
De préférence, suivant un agencement possible, une partie au moins des unités d'émission et de réception sont disposées dans au moins un puits pourvu d'un tube de cuvelage, dans l'espace annulaire entre lui et le puits et noyés dans du ciment de scellement.
De préférence, suivant un autre agencement, une partie au moins des unités d'émission et de réception sont disposées à l'extérieur d'un tube mis en place dans au
installer un grand nombre de capteurs à l'extérieur de tubes destinés à
cuveler un ou plusieurs puits traversant une zone à surveiller.
3 5 des capteurs associés à des boitiers électroniques locaux, sont reliés par des lignes de transmission à une station de commande et d'enregistrement en surface. Un tube de cuvelage (ou casing) étant mis en place, les capteurs qui se retrouvent dans l'espace annulaire entre lui et le puits, sont couplés avec les formations environnant le puits par le ciment de scellement. Cette technique d'installation et de couplage permet de faire de l'écoute passive des bruits émis spontanément par une formation en cours de production ou bien encore de mener des opérations de prospection sismique en enregistrant les signaux reçus par les différents capteurs en réponse à des ondes acoustiques ou lo sismiques émises dans la formation par une source sismique disposée en surface. On peut aussi utiliser une source de puits classique telle que celle décrite par exemple dans le brevet FR-A-2 629 216 du demandeur, que l'on descend dans un autre puits ou éventuellement dans le même puits mais cet agencement qui rend le puits indisponible, n'est pas compatible avec une surveillance de longue durée.
La présente invention vise un dispositif permanent de surveillance acoustique ou sismique d'une formation souterraine comportant au moins un ensemble de transducteurs d'émission et de réception d'ondes acoustique 20 ou sismiques comprenant plusieurs émetteurs et récepteurs disposés dans au moins un puits et à des profondeurs différentes, un ensemble de commande et d'enregistrement adapté à piloter l'émission des ondes par les émetteurs, â
enregistrer les signaux reçus par les récepteurs en réponse aux ondes émises et un systême de transmission pour relier l'ensemble de commande à la surface, dans lequel les émetteurs et récepteurs sont positionnés dans l'espace annulaire autour d'un tube de manière à laisser l'intérieur du tube libre pour d'autres opérations menées dans le puis.
De préférence, l'ensemble d'émission-réception comporte par exemple plusieurs unités d'émission et de réception réparties sur une portion de longueur d'au moins un puits et disposées en alternance, De préférence, l'ensemble d'émission-réception peut comporter aussi des unités répartis dans plusieurs puits.
De préférence, suivant un mode de réalisation, chaque unité d'émission est associée à un module local de commande et dans ce cas, l' ensemble d' émission et de réception peut comporter plusieurs groupes d'émission-réception disposés à
des profondeurs différentes dans le puits, chacun d'eux étant adapté à émettre et â recevoir des ondes acoustiques ou sismiques et étant associé à un module local d' interface .
De préférence, chaque groupe d'émission-réception comporte par exemple au moins un transducteur émetteur-récepteur.
De préférence, suivant un mode de réalisation, chaque transducteur émetteur-récepteur est un géophone ou bien encore un accéléromètre et de préférence le dispositif comporte des moyens pour appliquer aux unités d'émission des signaux dont la fréquence varie au cours du temps.
De préférence, suivant un agencement possible, une partie au moins des unités d'émission et de réception sont disposées dans au moins un puits pourvu d'un tube de cuvelage, dans l'espace annulaire entre lui et le puits et noyés dans du ciment de scellement.
De préférence, suivant un autre agencement, une partie au moins des unités d'émission et de réception sont disposées à l'extérieur d'un tube mis en place dans au
4 moins un puits et reliés à lui par des moyens de liaison permettant un découplage acoustique par rapport au tube.
La présente invention vise aussi une méthode d'investigation pour suivre l'évolution au cours du temps d'une formation souterraine au moyen d'ondes acoustiques ou sismiques comportant:
i) l'installation à poste fixe dans au moins un puits foré au travers de la formation souterraine, d'un dispositif comprenant au moins un ensemble de transducteur de réception d'ondes acoustiques ou sismiques disposés à
des profondeurs différentes à l'extérieur d'un tube, de manière à laisser l'intérieur du tube libre pour d'autres opérations menées dans le puits, et couplés avec les fonctions environnant le puits, associés à un ensemble de commande ou d'enregistrement, ii) 1a réalisation de cycles d'émission-réception comportant chacun:
a) l'émission d'ondes par les transducteurs, b) la réception des ondes émanant de la formation en réponse aux émissions successives et leur enregistrement; et iii) une comparaison des enregistrements effectuées au cours de cycles successifs de façon à mettre en évidence les modifications de la formation au cours du temps consécutives à la production des effluents.
Avec certaines configurations d'unités d'émission et de réception, on réalise dans certains cas une diagraphie des formations environnant les puits. Avec d'autres configurations, on réalise des opérations de prospection sismique de puits à puits.
3o Avec le dispositif selon l'invention on peut donc selon l'agencement utilisé, réaliser toutes sortes d'opérations de prospection sismique ou de diagraphie, et ceci sans jamais gêner l'exploitation de la zone surveillée.
4a D'autres caractéristiques et avantages du dispositif selon l'invention et de la mthode de mise en oeuvre apparatront mieux la lecture de la description ci-aprs modes de de ralisation dcrits titre d'exemples non limitatifs,se rfrant en aux dessins annexs o - la Fig.l montre schmatiquement un premier mode de ralisation du dispositif avec un ensemble on-rception d'missi d'ondes acoustiques ou sismiques co mportant moins une au unit d'mission et au moins une unit de rceptioninstalles demeure des profondeurs diffrent es derrire un tube de .
lo cuvelage (casing) et couples avec formations les par du ciment de scellement;
S
~~û
- la Fig.2 montre schématiquement un deuxième mode de réalisation où L'ensemble d'émission-réception comporte par exemple deux unités d'émission et deux unités de réception qui sont disposées à intervalles les unes des autres le long d'un S tube et positionnées dans un puits à des profondeurs différentes, par une mise en place du tube dans celui-ci;
- la Fig.3 montre schématiquement une variante du mode de réalisation de la Fig.l où l'on dispose au niveau d'une zone à
surveiller, un ensemble d'unités d'émission et d'unités de réception disposées derrière un tube de cuvelage, à distance les unes des autres et en alternance, une unité d'émission étant intercalée entre deux unités de réception successives;
- la Fig.4 montre schématiquement un agencement analogue au précédent appliqué au mode de réalisation de la Fig.2;
1 5 - la Fig.S montre une variante du mode de réalisation de la Fig. L
où Les unités d'émission et de réception utilisées sont des transducteurs capables de fonctionner en émetteurs d'ondes qu'en récepteurs, cette variante étant égaiement applicable au mode de réalïsation de la Fig.2; et 2 0 - La Fig.6 montre schématiquement un boitier pour trois transducteurs dont les axes sont orientés suivant trois directions orthogonales, que l'on peut utiliser pour émettre des ondes et capter Ies composantes d'ondes induites reçues.
La méthode selon l'invention est mise en oeuvre au moyen 2 5 d'un ensemble d'émission-réception disposé à poste fixe dans au moins un puits traversant une formation souterraine recélant par exemple des ~ffiuents pétroliers et couplé avec les formations envtxonnant Le puits, de manière à laisser Le libre accès au puits pour tout autre activité. let ensemble comporte un nombre p â 0~ déterminé d'unités d'émission et de réception d'ondes acoustïques ou sismiques, et il est relié par un systême de transmission comportant un ou plusieurs cibles de transmission, à une station centrale de commande et d'enregistrement.
Les unités d'émission et de réception IJ1, U2, ... 1Jk ... l.Jp 3 5 peuvent être installées à poste fixe dans un puits 1 suivant une technique décrite dans les brevets français 2.600.172, 2.642.849, 2.681,373 déjà cités. Les p unités U1 à Up sont positionnées derrière un tube de cuvelage ou casing 2 qui est ensuite descendu dans le puits. De préférence les unités sont placées dans des logements (non représentés sur la figure) aménagés à cet effet. Le ciment que l'on ïnjecte ensuite dans l'espace 3 entre le tube et les parois du puits, assure le couplage acoustique des unités d'émission et de réception avec les formations environnantes. Les unités d'émission et de réception (U-Up) sont reliées de façon permanente par un systéme de transmission comportant au moins un câble 4, à une station 5 de surface comportant un ensemble de commande (Uc) et un ensemble d'enregistrement SR. Dans tous les cas, le positionnement de 1°ensemble d'émission-réception à l'extérieur du tube, laisse le puits libre d'accès pour d'autres utilisatïons.
Suivant le mode de réalisation de la Fig.2, on installe à poste fixe un ensemble d'émission-réception comprenant un nombre p déterminé d'unités U1, U2, ... Uk, ... Up suivant une technique décrite par exemple dans les brevets FR 2.656.034, 2.674.029.
2 0 Ces unités sont associées à une colonne tubulaire 6 que l'on descend dans un puits cuvelé. Elles sont plaquées en opération contre le tube de cuvelage de manière à améliorer leur couplage avec les formations environnant le puits. Des moyens de liaison 7 connectent les différentes unités à la station de surface 5. Là
2 5 encore, le positionnement de l'ensemble d'émission-réception à
l'extérieur de la colonne tubulaire 6, laisse le puits libre d'accès pour d°autres utilisations.
De préférence, le système de transmission comporte des modules électroniques (non représentés) associés aux unités de 3 0 I rêception.' Ils sont alimentés depuis la station de surface 5 et adaptés à numériser les signaux reçus et à les transmettre sous une forme codée pour leur enregistrement.
Les unités U 1 à Up peuvent être installées de part et d'autre de la portion de puits traversant la zone Z et/ou le long de 3 S cette portion de puits. Une ou plusieurs de ces unités sont des 2~.~~~.9~.
émetteurs d'ondes sismiques ou acoustiques. Une ou plusieurs d'entre elles sont des récepteurs de ces mémes ondes.
Dans sa configuration la plus simple, le dispositif selon l'invention comporte un ensemble d'émission-réception d'ondes acoustiques ou sismiques constitué de deux unités U1 et U2.
L'une des unités Ul est une unité d'émission disposée dans le puits au-dessus de la zone à surveiller par exemple, l'autre unité
U2 étant une unité de réception que l'on dispose au-dessous de cette même zone.
En actionnant à intervalles choisis l'unité d'émission Ui si elle est unique ou chacune d'elles si l'ensemble en comporte plusieurs, on peut enregistrer à la station 5 les ondes l' ou S
induites reçues par l'unité de réception U2 ou chacune d'elles, et par des comparaisons entre les jeux d'enregistrement successifs, i 5 déterminer par exemple les variations dans le temps, de la saturation en gaz des formations traversées.
Suivant les variantes des modes de réalisation des Fig.l et 2 respectivement, schématisées aux Fig.3 et 4, l'ensemble d'émission-réception peut comporter par exemple p unités 2 ~0 d'émission et de réception R1, E1, R2, E2, ... Rn, En disposées en alternance et à intervalles réguliers le long de Ia portion de puits traversant la zone Z à surveiller.
Avec un tel agencement, on peut réaliser une diagraphie acoustique de la zone Z en ondes P ou S. ~7n active chaque 2 5 émetteur E1 à En successivement et on reçoit les ondes induites renvoyées par la formation sur les récepteurs voisins de chacun d'eux. On peut ainsi déterminer par exemple les variatïons au cours du temps de la saturation des roches en gaz.
Un mode pratique de réalisation de l'ensemble 3 0 ~ d'émission-réception consiste par exemple à mettre en place p transducteurs ER l , ER~_ l , ERS, ER~.~ 1 ... ERp, (Fig.S) capables de fonctïonner aussi bien en émetteurs qu'en récepteurs d'ondes acoustiques ou sismiques. Chaque transducteur ERS émet successivement un signal et les signaux induits sont reçus par les 3 5 deux transducteurs adjacents ERk-1 et ERk_~l par exemple.
ô
Comme transducteurs, on peut utiliser par exemple des géophones que l'on fait fonctionner en vibrateurs. L°énergie qu'ils peuvent rayonner étant faible, on les alimente de préférence avec un signal vibratoire dont la fréquence varie dans le temps.
La durée d'émission du signal de fréquence variable est déterminée en fonction de la puissance que peut rayonner le transducteur choisi, de façon à pouvoir obtenir des enregistrements exploitables.
Bien que leur impédance électrique soit généralement beaucoup plus grande crue celle des géophones, on peut néanmoins utiliser aussi des accéléromêtres de type piézo-électrique par exemple.
Un mode de commande de chaque unité d'émission et notamment de chaque transducteur utilisé en émetteur consiste à
engendrer in situ les signaux d'émission.
Le systême de transmission comporte dans ce cas des gënérateurs locaux de signal (non représentés) alimentés en ënergie électrique depuis la station de surface 5, ces générateurs étant adaptés à générer le signal à émettre en fonction de signaux 2 0 codés reçus par dos lignes de transmission dans le câble 4 (Fig.l, 2). Suivant les cas, le signal appliqué à chaque transducteur peut être impulsionnel ou continu.
Un système de liaison permettant les communications bi-directionnelles entre les différentes unïtés de l'ensemble 2 5 d'émission-réception et la station de surface 5 et la transmission d'énergie électrique vers les unïtés d'émission, est décrit par exemple dans les demandes de brevet français FR 91/15.691, 92/03.575 du demandeur.
Pour interconnecter les différentes unités d'émission et de 3 0 ~ réception,' on peut utïliser aussi des lignes courant , dans des canalisations hydrauliques, suivant la technique décrite dans le brevet FR 91/15.483.
On a décrit un ensemble d'émission-réception relié en permanence à la station de surface 5. Cette connexion à la station 3 5 5 des unités de 1°ensemble d'émission-réception peut toutefois ~~.~~~.9 être effectuée aussi de façon discontinue seulement durant les périodes d'observation sismique de la zone Z, suivant la technique décrite dans le brevet FR 92/02.201 du demandeur.
On a décrit des modes de réalisation où l'ensemble d'émission-réception est placé dans un seul puits. II est bien évident toutefois que les unités d'émission et de réception peuvent être réparties dans plusieurs puits traversant la zone à
surveiller, de façon à faire de la prospection sismique de puits à
puits.
La présente invention vise aussi une méthode d'investigation pour suivre l'évolution au cours du temps d'une formation souterraine au moyen d'ondes acoustiques ou sismiques comportant:
i) l'installation à poste fixe dans au moins un puits foré au travers de la formation souterraine, d'un dispositif comprenant au moins un ensemble de transducteur de réception d'ondes acoustiques ou sismiques disposés à
des profondeurs différentes à l'extérieur d'un tube, de manière à laisser l'intérieur du tube libre pour d'autres opérations menées dans le puits, et couplés avec les fonctions environnant le puits, associés à un ensemble de commande ou d'enregistrement, ii) 1a réalisation de cycles d'émission-réception comportant chacun:
a) l'émission d'ondes par les transducteurs, b) la réception des ondes émanant de la formation en réponse aux émissions successives et leur enregistrement; et iii) une comparaison des enregistrements effectuées au cours de cycles successifs de façon à mettre en évidence les modifications de la formation au cours du temps consécutives à la production des effluents.
Avec certaines configurations d'unités d'émission et de réception, on réalise dans certains cas une diagraphie des formations environnant les puits. Avec d'autres configurations, on réalise des opérations de prospection sismique de puits à puits.
3o Avec le dispositif selon l'invention on peut donc selon l'agencement utilisé, réaliser toutes sortes d'opérations de prospection sismique ou de diagraphie, et ceci sans jamais gêner l'exploitation de la zone surveillée.
4a D'autres caractéristiques et avantages du dispositif selon l'invention et de la mthode de mise en oeuvre apparatront mieux la lecture de la description ci-aprs modes de de ralisation dcrits titre d'exemples non limitatifs,se rfrant en aux dessins annexs o - la Fig.l montre schmatiquement un premier mode de ralisation du dispositif avec un ensemble on-rception d'missi d'ondes acoustiques ou sismiques co mportant moins une au unit d'mission et au moins une unit de rceptioninstalles demeure des profondeurs diffrent es derrire un tube de .
lo cuvelage (casing) et couples avec formations les par du ciment de scellement;
S
~~û
- la Fig.2 montre schématiquement un deuxième mode de réalisation où L'ensemble d'émission-réception comporte par exemple deux unités d'émission et deux unités de réception qui sont disposées à intervalles les unes des autres le long d'un S tube et positionnées dans un puits à des profondeurs différentes, par une mise en place du tube dans celui-ci;
- la Fig.3 montre schématiquement une variante du mode de réalisation de la Fig.l où l'on dispose au niveau d'une zone à
surveiller, un ensemble d'unités d'émission et d'unités de réception disposées derrière un tube de cuvelage, à distance les unes des autres et en alternance, une unité d'émission étant intercalée entre deux unités de réception successives;
- la Fig.4 montre schématiquement un agencement analogue au précédent appliqué au mode de réalisation de la Fig.2;
1 5 - la Fig.S montre une variante du mode de réalisation de la Fig. L
où Les unités d'émission et de réception utilisées sont des transducteurs capables de fonctionner en émetteurs d'ondes qu'en récepteurs, cette variante étant égaiement applicable au mode de réalïsation de la Fig.2; et 2 0 - La Fig.6 montre schématiquement un boitier pour trois transducteurs dont les axes sont orientés suivant trois directions orthogonales, que l'on peut utiliser pour émettre des ondes et capter Ies composantes d'ondes induites reçues.
La méthode selon l'invention est mise en oeuvre au moyen 2 5 d'un ensemble d'émission-réception disposé à poste fixe dans au moins un puits traversant une formation souterraine recélant par exemple des ~ffiuents pétroliers et couplé avec les formations envtxonnant Le puits, de manière à laisser Le libre accès au puits pour tout autre activité. let ensemble comporte un nombre p â 0~ déterminé d'unités d'émission et de réception d'ondes acoustïques ou sismiques, et il est relié par un systême de transmission comportant un ou plusieurs cibles de transmission, à une station centrale de commande et d'enregistrement.
Les unités d'émission et de réception IJ1, U2, ... 1Jk ... l.Jp 3 5 peuvent être installées à poste fixe dans un puits 1 suivant une technique décrite dans les brevets français 2.600.172, 2.642.849, 2.681,373 déjà cités. Les p unités U1 à Up sont positionnées derrière un tube de cuvelage ou casing 2 qui est ensuite descendu dans le puits. De préférence les unités sont placées dans des logements (non représentés sur la figure) aménagés à cet effet. Le ciment que l'on ïnjecte ensuite dans l'espace 3 entre le tube et les parois du puits, assure le couplage acoustique des unités d'émission et de réception avec les formations environnantes. Les unités d'émission et de réception (U-Up) sont reliées de façon permanente par un systéme de transmission comportant au moins un câble 4, à une station 5 de surface comportant un ensemble de commande (Uc) et un ensemble d'enregistrement SR. Dans tous les cas, le positionnement de 1°ensemble d'émission-réception à l'extérieur du tube, laisse le puits libre d'accès pour d'autres utilisatïons.
Suivant le mode de réalisation de la Fig.2, on installe à poste fixe un ensemble d'émission-réception comprenant un nombre p déterminé d'unités U1, U2, ... Uk, ... Up suivant une technique décrite par exemple dans les brevets FR 2.656.034, 2.674.029.
2 0 Ces unités sont associées à une colonne tubulaire 6 que l'on descend dans un puits cuvelé. Elles sont plaquées en opération contre le tube de cuvelage de manière à améliorer leur couplage avec les formations environnant le puits. Des moyens de liaison 7 connectent les différentes unités à la station de surface 5. Là
2 5 encore, le positionnement de l'ensemble d'émission-réception à
l'extérieur de la colonne tubulaire 6, laisse le puits libre d'accès pour d°autres utilisations.
De préférence, le système de transmission comporte des modules électroniques (non représentés) associés aux unités de 3 0 I rêception.' Ils sont alimentés depuis la station de surface 5 et adaptés à numériser les signaux reçus et à les transmettre sous une forme codée pour leur enregistrement.
Les unités U 1 à Up peuvent être installées de part et d'autre de la portion de puits traversant la zone Z et/ou le long de 3 S cette portion de puits. Une ou plusieurs de ces unités sont des 2~.~~~.9~.
émetteurs d'ondes sismiques ou acoustiques. Une ou plusieurs d'entre elles sont des récepteurs de ces mémes ondes.
Dans sa configuration la plus simple, le dispositif selon l'invention comporte un ensemble d'émission-réception d'ondes acoustiques ou sismiques constitué de deux unités U1 et U2.
L'une des unités Ul est une unité d'émission disposée dans le puits au-dessus de la zone à surveiller par exemple, l'autre unité
U2 étant une unité de réception que l'on dispose au-dessous de cette même zone.
En actionnant à intervalles choisis l'unité d'émission Ui si elle est unique ou chacune d'elles si l'ensemble en comporte plusieurs, on peut enregistrer à la station 5 les ondes l' ou S
induites reçues par l'unité de réception U2 ou chacune d'elles, et par des comparaisons entre les jeux d'enregistrement successifs, i 5 déterminer par exemple les variations dans le temps, de la saturation en gaz des formations traversées.
Suivant les variantes des modes de réalisation des Fig.l et 2 respectivement, schématisées aux Fig.3 et 4, l'ensemble d'émission-réception peut comporter par exemple p unités 2 ~0 d'émission et de réception R1, E1, R2, E2, ... Rn, En disposées en alternance et à intervalles réguliers le long de Ia portion de puits traversant la zone Z à surveiller.
Avec un tel agencement, on peut réaliser une diagraphie acoustique de la zone Z en ondes P ou S. ~7n active chaque 2 5 émetteur E1 à En successivement et on reçoit les ondes induites renvoyées par la formation sur les récepteurs voisins de chacun d'eux. On peut ainsi déterminer par exemple les variatïons au cours du temps de la saturation des roches en gaz.
Un mode pratique de réalisation de l'ensemble 3 0 ~ d'émission-réception consiste par exemple à mettre en place p transducteurs ER l , ER~_ l , ERS, ER~.~ 1 ... ERp, (Fig.S) capables de fonctïonner aussi bien en émetteurs qu'en récepteurs d'ondes acoustiques ou sismiques. Chaque transducteur ERS émet successivement un signal et les signaux induits sont reçus par les 3 5 deux transducteurs adjacents ERk-1 et ERk_~l par exemple.
ô
Comme transducteurs, on peut utiliser par exemple des géophones que l'on fait fonctionner en vibrateurs. L°énergie qu'ils peuvent rayonner étant faible, on les alimente de préférence avec un signal vibratoire dont la fréquence varie dans le temps.
La durée d'émission du signal de fréquence variable est déterminée en fonction de la puissance que peut rayonner le transducteur choisi, de façon à pouvoir obtenir des enregistrements exploitables.
Bien que leur impédance électrique soit généralement beaucoup plus grande crue celle des géophones, on peut néanmoins utiliser aussi des accéléromêtres de type piézo-électrique par exemple.
Un mode de commande de chaque unité d'émission et notamment de chaque transducteur utilisé en émetteur consiste à
engendrer in situ les signaux d'émission.
Le systême de transmission comporte dans ce cas des gënérateurs locaux de signal (non représentés) alimentés en ënergie électrique depuis la station de surface 5, ces générateurs étant adaptés à générer le signal à émettre en fonction de signaux 2 0 codés reçus par dos lignes de transmission dans le câble 4 (Fig.l, 2). Suivant les cas, le signal appliqué à chaque transducteur peut être impulsionnel ou continu.
Un système de liaison permettant les communications bi-directionnelles entre les différentes unïtés de l'ensemble 2 5 d'émission-réception et la station de surface 5 et la transmission d'énergie électrique vers les unïtés d'émission, est décrit par exemple dans les demandes de brevet français FR 91/15.691, 92/03.575 du demandeur.
Pour interconnecter les différentes unités d'émission et de 3 0 ~ réception,' on peut utïliser aussi des lignes courant , dans des canalisations hydrauliques, suivant la technique décrite dans le brevet FR 91/15.483.
On a décrit un ensemble d'émission-réception relié en permanence à la station de surface 5. Cette connexion à la station 3 5 5 des unités de 1°ensemble d'émission-réception peut toutefois ~~.~~~.9 être effectuée aussi de façon discontinue seulement durant les périodes d'observation sismique de la zone Z, suivant la technique décrite dans le brevet FR 92/02.201 du demandeur.
On a décrit des modes de réalisation où l'ensemble d'émission-réception est placé dans un seul puits. II est bien évident toutefois que les unités d'émission et de réception peuvent être réparties dans plusieurs puits traversant la zone à
surveiller, de façon à faire de la prospection sismique de puits à
puits.
Claims (12)
1. Dispositif permanent de surveillance acoustique ou sismique d'une formation souterraine comportant au moins un ensemble de transducteurs d'émission et de réception d'ondes acoustiques ou sismiques comprenant plusieurs émetteurs et récepteurs disposés dans au moins un puits et à des profondeurs différentes, un ensemble de commande et d'enregistrement adapté à piloter l'émission des ondes par les émetteurs, à enregistrer les signaux reçus par les récepteurs en réponse aux ondes émises et un système de transmission pour relier l'ensemble de commande à la surface, dans lequel les émetteurs et récepteurs sont positionnés dans l'espace annulaire autour d'un tube de manière à laisser l'intérieur du tube libre pour d'autres opérations menées dans le puits.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque transducteur émetteur-récepteur est un géophone ou un accéléromètre.
3. Dispositif selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour appliquer auxdites unités d'émission des signaux dont la fréquence varie au cours du temps.
4. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'ensemble d'émission-réception comporte plusieurs unités d'émission et de réception réparties sur une portion de longueur d'au moins un puits et disposées en alternance.
5. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, comportant des transducteurs répartis dans plusieurs puits.
6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel un ensemble de transducteur est associé à un module local de commande.
7. Dispositif selon la revendication 6, dans lequel un ensemble de transducteur comporte plusieurs groupes d'émission-réception disposés à
des profondeurs différentes dans un puits, chacun d'eux étant adapté à
émettre et à recevoir des ondes acoustiques ou sismiques et étant associé à un module local d'interface.
des profondeurs différentes dans un puits, chacun d'eux étant adapté à
émettre et à recevoir des ondes acoustiques ou sismiques et étant associé à un module local d'interface.
8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel un ensemble de transducteur est disposé dans au moins un puits pourvu d'un tube de cuvelage, dans l'espace annulaire entre lui et le puits et noyé
dans du ciment de scellement.
dans du ciment de scellement.
9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel des transducteurs sont disposés à l'extérieur d'une colonne tubulaire mise en place dans au moins un puits et reliés à celle-ci par les moyens de liaison permettant un découplage acoustique par rapport à ladite colonne.
10. Méthode d'investigation pour suivre l'évolution au cours du temps d'une formation souterraine au moyen d'ondes acoustiques ou sismiques comportant:
i) l'installation à poste fixe dans au moins un puits foré au travers de la formation souterraine, d'un dispositif comprenant au moins un ensemble de transducteur de réception d'ondes acoustiques ou sismiques disposés à des profondeurs différentes à l'extérieur d'un tube, de manière à laisser l'intérieur du tube libre pour d'autres opérations menées dans le puits, et couplés avec les fonctions environnant le puits, associés à un ensemble de commande ou d'enregistrement.
ii) la réalisation de cycles d'émission-réception comportant chacun:
a) l'émission d'ondes par les transducteurs,~
b) la réception des ondes émanant de la formation en réponse aux émissions successives et leur enregistrement ; et iii) une comparaison des enregistrements effectués au cours de cycles successifs de façon à mettre en évidence les modifications de la formation au cours du temps consécutives à la production des effluents.
i) l'installation à poste fixe dans au moins un puits foré au travers de la formation souterraine, d'un dispositif comprenant au moins un ensemble de transducteur de réception d'ondes acoustiques ou sismiques disposés à des profondeurs différentes à l'extérieur d'un tube, de manière à laisser l'intérieur du tube libre pour d'autres opérations menées dans le puits, et couplés avec les fonctions environnant le puits, associés à un ensemble de commande ou d'enregistrement.
ii) la réalisation de cycles d'émission-réception comportant chacun:
a) l'émission d'ondes par les transducteurs,~
b) la réception des ondes émanant de la formation en réponse aux émissions successives et leur enregistrement ; et iii) une comparaison des enregistrements effectués au cours de cycles successifs de façon à mettre en évidence les modifications de la formation au cours du temps consécutives à la production des effluents.
11. Méthode selon la revendication 10, dans laquelle l'ensemble de transducteurs comporte plusieurs groupes d'émission-réception disposés à
des profondeurs différentes le long d'au moins un puits dans une portion de celui-ci traversant une zone du sous-sol, la réalisation des cycles d'émission-réception consiste en une diagraphie des formations dans ladite portion en activant successivement les différents groupes d'émission-réception pour émettre des ondes à des emplacements différents le long du puits
des profondeurs différentes le long d'au moins un puits dans une portion de celui-ci traversant une zone du sous-sol, la réalisation des cycles d'émission-réception consiste en une diagraphie des formations dans ladite portion en activant successivement les différents groupes d'émission-réception pour émettre des ondes à des emplacements différents le long du puits
12. Méthode selon la revendication 11, dans laquelle les transducteurs pouvant fonctionner alternativement en émetteur et en récepteur, on réalise une disgraphie des formations traversées par la portion de puits en activant successivement tous les transducteurs au moyen de signaux à fréquence variable et on reçoit les signaux induits au moyen des autres transducteurs.
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