EP1620721A1 - Methode d'evaluation du facteur de formation d'un gisement souterrain a partir de mesures sur des debris de forage qui y sont preleves - Google Patents

Methode d'evaluation du facteur de formation d'un gisement souterrain a partir de mesures sur des debris de forage qui y sont preleves

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Publication number
EP1620721A1
EP1620721A1 EP04742855A EP04742855A EP1620721A1 EP 1620721 A1 EP1620721 A1 EP 1620721A1 EP 04742855 A EP04742855 A EP 04742855A EP 04742855 A EP04742855 A EP 04742855A EP 1620721 A1 EP1620721 A1 EP 1620721A1
Authority
EP
European Patent Office
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cuttings
cell
electrolytic solution
conductivity
measurements
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP04742855A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Roland Lenormand
Patrick Egermann
Joelle Behot
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IFP Energies Nouvelles IFPEN
Original Assignee
IFP Energies Nouvelles IFPEN
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Filing date
Publication date
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Publication of EP1620721A1 publication Critical patent/EP1620721A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/24—Earth materials
    • G01N33/241—Earth materials for hydrocarbon content

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for evaluating the factor for the formation of underground zones from rock cuttings brought to the surface during well drilling operations through underground deposits.
  • FF Training Factor
  • the conductive liquid preferably using brine or another equivalent conductive liquid.
  • the invention relates to a method for evaluating in a simple and rapid manner, while overcoming the problems associated with the previous techniques, the factor of formation of an underground zone from drill cuttings raised to the surface of the well drilling, in which a device is used comprising a cell (1) adapted to contain drill cuttings and provided with electrodes connected to a device for measuring the conductivity of the contents of the cell.
  • the method includes at least the following steps:
  • the cell is filled with a first electrolytic solution (A) of known conductivity ( ⁇ ⁇ ) so as to saturate the cuttings with this first electrolytic solution
  • the overall electrical conductivity ( ⁇ A ° ) of the cell with its contents is measured; the first electrolytic solution (A) remaining between the cuttings is removed from the cell;
  • the cell is filled with a second electrolytic solution (B) of known conductivity ( ⁇ ⁇ );
  • the formation factor (FF) of the cuttings is deduced from the previous measurements.
  • the cuttings can be saturated with carbon dioxide by injecting this gas into the cell, before filling the cell with the first electrolytic solution (A).
  • the electrolytic solutions can be brines of different concentrations, the concentration and conductivity of the first electrolytic solution (A) being able to be higher than those of the second solution (B).
  • the first electrolytic solution (A) remaining between the cuttings can be removed from the cell by gravity emptying.
  • the first electrolytic solution (A) can also be removed by an injection of air.
  • the pressure of the injected air can be determined according to the size of the pores of the cuttings.
  • the capillary desorption can be carried out using a semi-permeable membrane allowing the first electrolytic solution to pass but not allowing the air to pass.
  • the training factor can be determined from the theory of mean fields.
  • the invention also relates to a device for implementing the method described above.
  • This device includes: - means for saturating the cuttings contained in the cell with CO2;
  • said means for emptying the device can comprise a semi-permeable membrane, permeable to brine and impermeable to air.
  • Figure 1 schematically shows a conductivity measuring device with four electrodes
  • FIG. 2 illustrates the state A obtained initially by filling with a first liquid A, the cell containing the cuttings
  • FIG. 3 illustrates the state B obtained in a second step after exchanging the liquid A with another liquid B
  • FIG. 4 illustrates experimental data showing a drift of the conductivity signal at long times after a draining operation
  • FIG. 5A shows, in the form of a crossed diagram, the results obtained with the self-similar approach
  • FIG. 5B shows, in the form of a crossed diagram, the results obtained with the derivative approach.
  • FIG. 6 shows a comparative table of the results obtained with the two methods envisaged (self-similar and derivative) from the cuttings and with the reference measurements obtained from experiments on carrot.
  • the method, according to the invention, for rapid evaluation of FF from drill cuttings is based on the acquisition of experimental data obtained by measuring the conductivity of drill cuttings under different conditions.
  • the conductivity depends on the conductivity of the rock fragments but also on the liquid located between the fragments.
  • the proposed method makes it possible to interpret the experimental measurements in term of FF using theoretical models. Two application cases are proposed. They show the very good agreement between the values of FF obtained from carrots and the values of FF obtained from fragments of these carrots over a wide range of FF.
  • the invention provides a method and a device for quickly and rigorously calculating the formation factor, by using, among other things, conductivity measurements made with two conductive liquids which may be miscible.
  • the two miscible and conductive liquids used are brines of different concentrations:
  • the device pe ⁇ nettant the acquisition of measurements as part of the implementation of the invention, is shown schematically in Figure 1. It mainly consists of a containment cell (1) 3 cm long and a circular surface of 9.48 cm which gives a total volume of approximately 30 cm 3 . This corresponds to approximately 15 cm 3 of rock a once the cell is filled.
  • This cell is made of a non-conductive material. It is closed at its opposite ends by two end pieces 2, 3 made of a conductive material.
  • a variable frequency generator 4 is connected between the two nozzles 2, 3, and the current which it applies is measured by an ammeter 5.
  • electrodes 6, 7 connected to a voltmeter 8.
  • a pump (9) allows liquids to be introduced into the cell.
  • the cell (1) is filled with the cuttings (or “cuttings"), previously cleaned and dried, and carbon dioxide until the cuttings are saturated with carbon dioxide.
  • the volume of gas injected is such that all the pores of the cuttings are filled with carbon dioxide.
  • the purpose of this operation is to improve the saturation of the cuttings by the brine thanks to the mechanisms of diffusion of CO 2 in the air and of the dissolution of the C02 in the brine, and not by air vacuum, which is more difficult. to implement.
  • a conductive liquid A (a brine of concentration and therefore of known conductivity), until the cuttings are completely saturated by dissolution of the CO 2 in the brine, and the conductivity is measured.
  • O A * This state, denoted state A, is represented in FIG. 2, where IA represents the liquid A in the inter-cuttings space and DA represents the liquid A in the cuttings.
  • the liquid A is discharged by gravity drainage and under air pressure (or under brine depression).
  • the pressure to be exerted depends on the maximum size of the pores of the cuttings. Too much pressure could desaturate, even partially, the spoil. This pressure must therefore be neither too high (partial desaturation of the cuttings) nor too low to limit the presence of liquid A in inter-cuttings. It is easily calculated from Laplace formulas.
  • a pressure of 10 mbar (which can be controlled by a height of water imposed in a capillary of 10 cm) then makes it possible to ensure good drainage of the inter-cuttings space without desaturating the rock and this for a wide range of permeability (the air must not be able to enter the largest existing pore of the porous medium, the size of which corresponds to what is called the inlet pressure).
  • the cell is filled with another conductive liquid B (brine less concentrated than brine A) without changing the nature of the liquid (brine A) saturating the cuttings.
  • the volume fraction of medium 1 is denoted x and the volume fraction of medium 2 is denoted y, equal to 1-x.
  • the medium 1 represents the inter-cuttings liquid A or B and the medium 2, the saturated rock cuttings.
  • the conductivities of each of the media, inter-cuttings liquid and saturated rock cuttings, are noted ⁇ i and ⁇ 2 and the overall conductivity of the system is noted ⁇ .
  • h and / are functions of the volume fractions taking into account the shape of the grains constituting the cuttings.
  • Equations (2) and (3) can also be written

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Abstract

Méthode et dispositif pour évaluer le facteur de formation de zones souterraines à partir de déblais de forage. Le dispositif comprend une cellule (1) associée à un appareil de mesure de la conductivité électrique de la cellule avec son contenu. On remplit la cellule contenant les déblais de forage avec une première solution électrolytique (A) de conductivité connue (σ A). Après saturation des déblais de forage par la première solution (A), on détermine la conductivité électrique globale (σ*A) de la cellule avec son contenu. Après évacuation de la première solution (A), on remplit la cellule contenant les déblais de forage avec une seconde solution électrolytique (B) de conductivité connue (σ B), et on détermine la conductivité électrique globale (σ*B) de la cellule contenant la seconde solution ainsi que les déblais saturés par la première solution. On en déduit le facteur de formation (FF) des déblais par combinaison des mesures. Applications à la caractérisation pétrophysique de réservoirs.

Description

METHODE D'EVALUATION DU FACTEUR DE FORMATION D'UN GISEMENT SOUTERRAIN A PARTIR DE MESURES SUR DES DEBRIS DE FORAGE QUI Y SONT PRELEVES
Désignation du domaine technique
La présente invention concerne une méthode et un dispositif d'évaluation du facteur de formation de zones souterraines à partir de déblais dé roche remontés à la surface lors d'opérations de forage de puits au travers de gisements souterrains.
Dans le domaine de la caractérisation pétrophysique, il est une donnée très importante qui conditionne l'interprétation des diagraphies électriques pour l'évaluation de la saturation en eau dans les gisements, c'est le Facteur dit de Formation (ci-après en abrégé : FF) qui est défini comme le rapport entre la conductivité d'un liquide conducteur seul ( σw) et la conductivité du milieu poreux saturé par ce même liquide conducteur (σ0 ),
soit FF = ^ .
Comme liquide conducteur, on utilise de préférence de la saumure ou un autre liquide conducteur équivalent.
La connaissance de ce facteur de formation permet aux compagnies opératrices d'obtenir une première caractérisation pétrophysique d'un gisement peu de temps après le forage des puits et par voie de conséquence, une bonne évaluation des quantités d'hydrocarbures en place. Etat de la technique
Avec les techniques actuelles, le facteur de formation est obtenu par l'intermédiaire de mesures au laboratoire sur des carottes de gisement. Ces méthodes sont chères du fait des coûts de carottage et de la mesure elle-même, et les résultats ne sont disponibles que plusieurs mois après le forage.
L'acquisition des mesures expérimentales de conductivité sur carotte repose sur un matériel classique utilisé dans la plupart des laboratoires de pétrophysique, que l'on trouve déjà mis en œuvre par exemple dans le brevet FR 2.781.573 (US 6.229.312) du demandeur ou dans la publication suivante : - Sprunt E.S., Maute R.E., Rackers CI. :" An Interprétation of the SCA Electrical
Resistivity ", The Log Analyst, pp 76-88, March-April 1990.
Pour palier les problèmes de coût élevé et les délais relativement important pour obtenir une mesure, des techniques de calcul du facteur de formation à partir des déblais de forage ont été développées. On peut citer par exemple le brevet US 2.583.284, qui décrit différentes méthodes pour déterminer le facteur de formation à partir de mesures de conductivités effectuées sur des déblais de forage. Cependant, ces techniques sont très contraignantes sur un plan expérimental et les mesures sont relativement longues à obtenir.
La méthode selon l'invention
L'invention concerne une méthode pour évaluer de façon simple et rapide, tout en s'affranchissant des problèmes liés aux techniques précédentes, le facteur de formation d'une zone souterraine à partir de déblais de forage remontés à la surface du forage de puits, dans laquelle on utilise un dispositif comprenant une cellule (1) adaptée à contenir des déblais de forage et pourvue d'électrodes connectées à un appareil de mesure de la conductivité du contenu de la cellule. La méthode comporte au moins les étapes suivantes :
- on nettoie lesdits déblais avant de les disposer dans la cellule;
on remplit la cellule d'une première solution électrolytique (A) de conductivité connue (σ^ ) de façon à saturer les déblais de forage par cette première solution électrolytique
(A);
on mesure la conductivité électrique globale ( σA ° ) de la cellule avec son contenu ; on évacue la première solution électrolytique (A) restant entre les déblais hors de la cellule;
- on remplit la cellule d'une seconde solution électrolytique (B) de conductivité connue (σβ );
- on détermine la conductivité électrique globale (σB * ) de la cellule contenant la seconde solution électrolytique (B) et les déblais saturés par la première solution électrolytique (A) ;
on en déduit le facteur de formation (FF) des déblais à partir des mesures précédentes.
Selon l'invention, on peut saturer les déblais en gaz carbonique par injection de ce gaz dans la cellule, avant de remplir la cellule de la première solution électrolytique (A).
Les solutions électrolytiques peuvent être des saumures de concentrations différentes, la concentration et la conductivité de la première solution électrolytique (A) pouvant être supérieures à celles de la seconde solution (B).
Selon l'invention, on peut évacuer la première solution électrolytique (A) restant entre les déblais hors de la cellule par vidange gravitaire.
On peut aussi évacuer la première solution électrolytique (A) par une injection d'air. Dans ce cas, la pression de l'air injecté peut être déterminée en fonction de la taille des pores des déblais.
Dans le cas de vidange gravitaire, celle-ci peut être améliorée par désorption capillaire.
La désorption capillaire peut être effectuée à l'aide d'une membrane semi- perméable laissant passer la première solution électrolytique mais ne laissant pas passer l'air.
Enfin, selon l'invention, le facteur de formation peut être déterminé à partir de la théorie des champs moyens.
L'invention concerne également un dispositif pour la mise en œuvre de la méthode décrite ci-dessus. Ce dispositif comporte : - des moyens de saturation en CO2 des déblais contenus dans la cellule;
- des moyens de vidange rapide de la solution électrolytique comprise entre les déblais.
Selon l'invention lesdits moyens de vidange du dispositif peuvent comprendre une membrane semi-perméable, perméable à la saumure et imperméable à l'air.
présentation succincte des dessins
la figure 1 montre schématiquement un dispositif de mesure de conductivités à quatre électrodes ;
- la figure 2 illustre l'état A obtenu dans un premier temps en remplissant avec un premier liquide A, la cellule contenant les déblais de forage ;
- la figure 3 illustre l'état B obtenu dans un deuxième temps après avoir échangé le liquide A par un autre liquide B ;
- La figure 4 illustre des données expérimentales montrant une dérive du signal de conductivité aux temps longs après une opération de vidange ;
la figure 5A montre, sous forme de diagramme croisé, les résultats obtenus avec l'approche auto-similaire ;
la figure 5B montre, sous forme de diagramme croisé, les résultats obtenus avec l'approche dérivative ; et
la figure 6 montre un tableau comparatif des résultats obtenus avec les deux méthodes envisagées (auto-similaire et dérivative) à partir des déblais et avec les mesures de référence obtenues à partir d'expériences sur carotte.
Description détaillée
La méthode, selon l'invention, d'évaluation rapide du FF à partir de déblais de forage repose sur l'acquisition de données expérimentales obtenues en mesurant la conductivité des déblais de forage sous différentes conditions. Lorsque l'on mesure la conductivité électrique d'une cellule contenant des fragments de roche, la conductivité dépend de la conductivité des fragments de roche mais aussi du liquide situé entre les fragments. La méthode proposée permet d'interpréter les mesures expérimentales en terme de FF en utilisant des modèles théoriques. Deux cas d'application sont proposés. Ils montrent le très bon accord entre les valeurs de FF obtenues à partir de carottes et les valeurs de FF obtenues à partir des fragments de ces carottes sur une large gamme de FF.
L'invention propose une méthode et un dispositif permettant de calculer rapidement et de façon rigoureuse le facteur de formation, par utilisation, entre autre, de mesures de conductivités effectuées avec deux liquides conducteurs qui peuvent être miscibles.
Selon une mise en œuvre de l'invention, les deux liquides miscibles et conducteurs utilisés sont des saumures de concentrations différentes :
- liquide A : saumure concentrée à 75 g/1 de sel, ce qui correspond à une conductivité de 9.88 (Ohm.m)"1
- liquide B : saumure concentrée à 25 g/1 de sel, ce qui correspond à une conductivité de 3.81 (Ohm.m)"1 et qui donne un contraste de conductivité d'un facteur 3 environ.
Par saumure, il faut comprendre solution électrolytique permettant d'obtenir facilement des mesures de conductivités.
Le principe général de la méthode selon l'invention repose sur la mesure de quatre conductivités :
1. La conductivité de la première solution électrolytique (OA)
2. La conductivité de la cellule remplie par la première solution électrolytique et les déblais saturés par cette première solution (σA *)
3. La conductivité de la seconde solution électrolytique (au)
4. La conductivité de la cellule remplie par la seconde solution électrolytique et les déblais saturés par la première solution (σa )
Acquisition des données expérimentales
Le dispositif, peπnettant l'acquisition des mesures dans le cadre de la mise en œuvre de l'invention, est schématisé à la figure 1. Il est principalement constitué d'une cellule de confinement (1) de 3 cm de long et d'une surface circulaire de 9.48 cm ce qui donne un volume total de 30 cm3 environ. Cela correspond à environ 15 cm3 de roche une fois la cellule remplie. Cette cellule est réalisée en un matériau non conducteur. Elle est fermée à ses extrémités opposées par deux embouts 2, 3 faits d'un matériau conducteur. Un générateur à fréquence variable 4 est connecté entre les deux embouts 2, 3, et le courant qu'il applique est mesuré par un ampèremètre 5. A deux emplacements espacés le long du corps de la cellule 1 sont disposées des électrodes 6, 7 connectées à un voltmètre 8. Une pompe (9) permet d'introduire des liquides dans la cellule.
Dans un premier temps, on remplit la cellule (1) avec les déblais de forage (ou "cuttings"), préalablement nettoyés et séchés, et du gaz carbonique jusqu'à obtenir la saturation des déblais en gaz carbonique. Le volume de gaz injecté est tel que tous les pores des déblais sont remplis de gaz carbonique. Cette opération a pour but d'améliorer la saturation des déblais par la saumure grâce aux mécanismes de diffusion du CO2 dans l'air et de la dissolution du C02 dans la saumure, et non par vide d'air, ce qui est plus difficile à mettre en œuvre.
Dans un second temps, on remplit complètement la cellule d'un liquide conducteur A (une saumure de concentration et donc de conductivité connue), jusqu'à saturation complète des déblais par dissolution du C02 dans la saumure, et l'on mesure la conductivité globale de la cellule et de son contenu que l'on note OA *. Cet état, noté état A, est représenté sur la figure 2, où IA représente le liquide A dans l'espace inter-déblais et DA représente le liquide A dans les déblais.
Ensuite, on évacue le liquide A par vidange gravitaire et sous pression d'air (ou sous dépression de saumure).. La pression à exercer est fonction de la taille maximale des pores des déblais. En effet, une pression trop forte pourrait désaturer, même partiellement, les déblais. Cette pression ne doit donc être ni trop forte (déssaturation partielle des déblais) ni trop faible pour limiter la présence de liquide A en inter-déblais. Elle se calcule aisément à partir des formules de Laplace.
Pour faciliter le drainage de la saumure inter-déblais tout en gardant les déblais saturés, il est également possible de procéder, en plus, à une désorption capillaire de l'espace inter-déblais occupé par le liquide A, à l'aide d'une membrane semi-perméable. La vidange de la saumure inter-déblais est alors contrôlée par la présence de cette membrane qui laisse passer la saumure mais pas l'air. On impose une pression d'air sur la cellule de manière à chasser la saumure inter-déblais sans pour autant désaturer la roche. Une pression de 10 mbar (pouvant être contrôlée par une hauteur d'eau imposée dans un capillaire de 10 cm) permet alors d'assurer un bon drainage de l'espace inter déblais sans désaturer la roche et ce pour une large plage de perméabilité (l'air ne doit pas pouvoir rentrer dans le plus gros pore existant du milieu poreux dont la taille correspond à ce qu'on appelle la pression d'entrée).
Puis, après cette vidange rapide (drainage gravitaire aidée par une pression d'air) et efficace (utilisation d'une membrane semi-perméable et d'une pression d'air), on remplit la cellule avec un autre liquide conducteur B (saumure de concentration moins forte que la saumure A) sans changer la nature du liquide (saumure A) saturant les déblais.
II faut effectuer les mesures avant que la diffusion du liquide B n'intervienne dans les pores des déblais en modifiant la saturation.
Dans la pratique, le temps disponible pour effectuer les mesures se déduit de la comparaison entre le temps de diffusion et le temps de drainage. La figure 4 illustre des données expérimentales montrant une dérive du signal de conductivité (la tension électrique en mV sur l'axe des ordonnées) aux temps (en mn sur l'axe des abscisses) longs après une opération de vidange (t=0). Elle montre clairement que l'effet (baisse de tension) de la diffusion de la la saumure inter-déblais n'est pas un phénomène rapide. Il faut plus d'une heure pour que l'on observe un effet notable sur les résultats. Cette figure 4 confirme donc que des techniques de vidange rapides sont opérationnelles pour appliquer la méthode à deux liquides miscibles.
A l'issue de cette phase, on a donc des déblais saturés en liquide A baignant dans un liquide B. On mesure alors la conductivité globale du système que l'on note OB . Cet état, noté état B, est représenté sur la figure 3, où IB représente le liquide B dans l'espace inter-déblais et DA représente le liquide A dans les déblais. De plus, les déblais n'ont pas été retirés de la cellule lors de la vidange et du remplissage par le second liquide B, ce qui permet de conserver la forme du milieu poreux et donc de rendre les mesures plus fiables (mesures équivalentes entre l'état A et l'état B). Les deux liquides utilisés étant des saumures, aucune précaution expérimentale particulière ne doit être considérée.
Si on utilise des saumures de salinité connue comme les liquides A et B, on peut déduire la valeur de leur conductivité à partir de tables telles que celles que l'on peut trouver dans la publication suivante : - Worthington A.E., Hedges J.H., Pallatt N. :" SCA Guidelines for sample préparation and porosity measurement of electrical resistivity samples", The Log Analyst, pp 20- 28, January-February 1990.
Dans un cas plus général, il est aussi possible de mesurer directement la valeur de la conductivité des liquides A et B à l'aide d'un conductimètre. On note alors OA et OB les conductivités des liquides A et B seuls.
Dans la procédure utilisée, il faut noter l'avantage d'utiliser en premier lieu la saumure la plus salée et la plus conductrice, et de remplacer l'espace inter-déblais par la saumure la moins salée. Cela permet de conserver le liquide le plus conducteur dans la roche pour favoriser la précision de la mesure du FF.
Interprétation des résultats expérimentaux en terme de FF
On considère que l'ensemble du volume est occupé par 2 types de milieux 1 et 2. La fraction volumique du milieu 1 est notée x et la fraction volumique du milieu 2 est notée y, égale à 1-x. Dans la suite, on va toujours considérer que le milieu 1 représente le liquide A ou B inter-déblais et le milieu 2, les déblais de roche saturés. Les conductivités de chacun des milieux, liquide inter-déblais et déblais de roche saturés, sont notées σi et σ2 et la conductivité globale du système est notée σ .
Pour prendre en compte le caractère mélangé des deux milieux, la méthode selon l'invention a été mise en œuvre à partir de techniques issues de la théorie des champs moyens telle que décrite dans les publications suivantes,
Berryman J.G. :" Mixture Théories for Rock Properties", Rock Physics and Phase Relation, pp 205-228, 1990 ; ou
- Bruggeman D.A.G. : ' Berechnung verschiedener physikalischer Konstanten von heterogenen Substanzen ", Ann. Physik. (Leipzig), 24, 636-679, 1935.
Toute autre méthode prenant en compte ce caractère "mélangé" pourrait être utilisée sans sortir du cadre de l'invention.
Suivant une première approche appelée auto-similaire, on peut écrire la relation suivante : h(x)x- = 0 avec : h(x) = l - f(y) σ. + 2σ σ2 + 2σ
où h et/ sont des fonctions des fractions volumiques prenant en compte la forme des grains constituants les déblais. Par exemple, dans le cas de grains sphériques, on a la relation suivante : f(y) = y1 avec L = y~ .
On peut alors écrire l'équation précédente pour les deux états (A et B) mesurés expérimentalement :
σ, = σA
Etat A : σ = σ Λ
'FF
σ, = σB
Etat B : σ, = w A,
FF
Les équations (2) et (3) peuvent aussi s'écrire
Les fonctions permettant de prendre en compte la forme des grains {h et f) sont inconnues et difficiles à estimer. L'intérêt de faire les mesures avec deux liquides interdéblais apparaît alors nettement : la combinaison des équations (4) et (5) permet de supprimer l'inconnue f(y).
En effet, en combinant les équations (4) et (5), on obtient alors
En posant, KA = X = A/pp , on obtient alors une équation du second degré que l'on sait résoudre de manière analytique,
{KB-KA)X2+[κB(2σA'-σB')-KA(2σB'-σA')]x + 2σ σB'(KA-KB) = 0 (7)
La résolution de cette équation donne toujours deux racines réelles car le discriminant est toujours strictement positif,
Delta = {κB(2σA -σB')-K (2σB' -σA) +SσA'σB'{KB -KA)2
2{KB-KA)σ
FF = (8)
-(κB (2σA -σB' )-KA (2σB -σA' ))±4 Delta
Des deux solutions, on garde uniquement celle qui est physiquement acceptable
(FF>0).
Suivant une deuxième procédure, on utilise une approche dérivative et on peut écrire la relation suivante entre σi (conductivité de l'espace inter-déblais), σ2 (conductivité des déblais) et σ (conductivité globale du système),
L'équation précédente peut être appliquée pour les deux états (A et B) mesurés expérimentalement :
σ, =σA
Etat A : σ =o\
'FF
σ, =σB
EtatB σ =σc σι /FF
En combinant les équations (12) et (13), on obtient alors directement une relation où la seule inconnue est FF :
En posant maintenant, KA X = γFF , on obtient alors une équation du second degré en X,
(KA -KB)X2 -[κÀ(σA' +σB)-KB(σB' + σ A)]x + K AσA'σ B -KBσB'σA =0 (15)
Le discriminant de cette équation s'écrit :
Delta = [KA (σ* - σ - KB (σB' - σA f + 4KAKB (σB' - σA - σB ) et conduit à l'obtention de deux solutions réelles dont on garde uniquement la solution physique acceptable (FF>0),
Validation de la méthode par comparaison avec des mesures de référence
Une série d'expériences a été réalisée à partir de roches de perméabilité et de porosité variées pour comparer les résultats obtenus sur déblais suivant les deux procédures détaillées précédemment avec des mesures obtenues par une procédure classique sur carotte.
L'ensemble des résultats est présenté sur les diagrammes croisés des figures 5A et 5B, où l'axe des ordonnées représente la valeur du FF mesuré sur carotte (FFC) et l'axe des abscisses la valeur du facteur de formation mesuré sur déblais avec respectivement la méthode auto-similaire (FF A) et la méthode dérivative (FFD). Le tableau de la figure 6 regroupe ces résultats pour différents échantillons (Ech) ayant des perméabilités (K) et des porosités (φ) différentes. Ces résultats mettent en évidence une très bonne corrélation entre les mesures de référence et les mesures sur déblais. Des deux approches envisagées, autosimilaire ou dérivative, il semble que la deuxième donne les meilleurs résultats.
Il faut préciser que les méthodes de calcul dites "auto-similaire" et "dérivative" qui ont été mises en œuvre pour évaluer le facteur de formation selon la présente invention, n'ont été décrites qu'à titre d'exemples non limitatifs.

Claims

REVENDICATIONS
1) Méthode pour évaluer le facteur de formation d'une zone souterraine à partir de déblais de forage remontés à la surface du forage de puits, dans laquelle on utilise un dispositif comprenant une cellule (1) adaptée à contenir des déblais de forage et pourvue d'électrodes connectées à un appareil de mesure de la conductivité du contenu de la cellule, la méthode étant caractérisée en ce qu'elle comporte au moins les étapes suivantes :
- on nettoie lesdits déblais avant de les disposer dans la cellule;
- on remplit la cellule d'une première solution électrolytique (A) de conductivité connue ( σA ) de façon à saturer les déblais de forage par cette première solution électrolytique (A);
- on mesure la conductivité électrique globale ( σA * ) de la cellule avec son contenu ;
on évacue la première solution électrolytique (A) restant entre les déblais hors de la cellule;
- on remplit la cellule d'une seconde solution électrolytique (B) de conductivité connue (σB);
- on détermine la conductivité électrique globale (σ^ ) de la cellule contenant la seconde solution électrolytique (B) et les déblais saturés par la première solution électrolytique (A) ;
- on en déduit le facteur de formation (FF) des déblais à partir des mesures précédentes.
2) Méthode selon la revendication 1, dans laquelle on sature les déblais en gaz carbonique par injection de ce gaz dans la cellule, avant de remplir la cellule de la première solution électrolytique (A).
3) Méthode selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle les solutions électrolytiques sont des saumures de concentrations différentes.
4) Méthode selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle la concentration et la conductivité de la première solution électrolytique (A) sont supérieures à celles de la seconde solution (B). 5) Méthode selon la revendication 1, dans laquelle on évacue la première solution électrolytique (A) restant entre les déblais hors de la cellule par vidange gravitaire.
6) Méthode selon l'une des revendications 1 ou 5, dans laquelle on évacue la première solution électrolytique (A) par une injection d'air.
7) Méthode selon la revendication 6, dans laquelle la pression de l'air injecté est déterminée en fonction de la taille des pores des déblais.
8) Méthode selon la revendication 5, dans laquelle le drainage gravitaire est amélioré par désorption capillaire;
9) Méthode selon la revendication 8, dans laquelle la désorption capillaire est effectuée à l'aide d'une membrane semi-perméable laissant passer la première solution électrolytique mais ne laissant pas passer l'air;
10) Méthode selon la revendication 1, dans laquelle le facteur de formation est déterminé à partir de la théorie des champs moyens.
11) Dispositif pour la mise en œuvre de la méthode selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comporte :
- des moyens de saturation en CO2 des déblais contenus dans la cellule;
- des moyens de vidange rapide de la solution électrolytique comprise entre les déblais.
12) Dispositif selon la revendication 11, dans lequel lesdits moyens de vidange comprennent une membrane semi-perméable, perméable à la saumure et imperméable à l'air.
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