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~L2~5~t7
La presente invenlion concerne une methode permettant de dëterminer au
moins une grandeur caracteristique d'une formation géologique choisie
parmi un ensemble, dit caracteristique, constitue de trois grandeurs
respectivement designees par KlC, C 3 et HF qui sont la tenacite de la
formation, la contrainte principale minimale en place et la hauteur de
fracturation, connaissant au moins l'une de ces grandeurs.
Il est bien evident que la derniere grandeur HF depend non seulement
~ de la formation geologique mais egalement des conditions de fractura-
; 1~ tion.
La bonne connaissance d'une formation geologique, notamment en vue de
realiser une fracturation de celle-ci, necessite d'acceder aux valeurs
de K et de G
La methode selon l'invention permet de connaltre la valeur de tenacite
d'une formation geologique avec une precision meilleure que celle
fournie par les methodes selon l'art anterieur.
La determination de C 3 par la methode selon la presente invention
permet d'acceder a cette grandeur par une voie differente de celles de
l'art anterieur ec permet donc de verifier par recoupement la valeur
de cette grandeur.
' 0:
, .. .
~2~5~7
-- 2 --
En outre, la methode selon l'invention peut permettre, lors d'une ope-
ration de fracturation de determiner la hauteur de la fracture. Ceci
permei de contrôler l'operation de fracturation et d'eviter de frac-
turer les épontes.
L'art anterieur peut être illustre par les brevets americains
US-A-4.393.933 et US-A-4.372.380.
Ainsi, la presente invention concerne une methode pour determiner au
0 moins une grandeur caracteristique d'une formation geologique choisie
parmi un ensemble di~ caracteristique, constitue des grandeurs suivan-
tes : la tenacite de la formation, la contrainte principale minimale
en place et la hauteur de fracturation, respectivement designees par
KlC~ G3 et HF, la dernière grandeur dependant en outre, de la
conduite d'une operation de fracturation, connaissant au moins l'une
de ces grandeurs.
Selon la presente methode, on soumet la formation geologique à une
fracturation et on determine lors de cette fracturation au moins une
des deux grandeurs qui sont la pression minimum Pm atteinte sens;ble-
ment au niveau de la fracturation et le volume Vm de la fracturation à
partir de l'instant de debut de la fracturation jusqu'au moment où
ladiie pression minimum est atteinte et l'on determine ladite grandeur
: caracterisiique recherchee a partir de l'une au moins des deux
relations suivantes :
HF _ l 3Vm E ~2
2 ~8 ~ 2 k~C
C3 Pm KIC (
2HF
dans lesquelles Pm est ladite pression minimum, Vm est ledit volume de
~L23~7
la fracturation E et ~ etant des caracteristiques de la roche respec-
tivement le module d'Young et le coefficient de Poisson et, Klc, G 3
et HF etant les trois grandeurs dudit ensemble caracteristique.
Selon une variante de la methode, la fracturation de la formation géo-
logique est effectuee en injectant à debit volumique sensiblement
constant Qm un fluide de fracturation sensiblement incompressible et
en mesurant le laps de temps tm separant l'instant de debut de la
fracture de l'instant où ladite pression minimum Pm est atteinte pour
determiner le volume injecte dans la fraclure. Le volume injecte dans
la fracture est alors egal au produil de tm par le debit volumique Qm.
Ainsi que cela apparait clairement, il est necessaire de realiser une
fracturation de la formation pour la mise en oeuvre de la methode
selon l'invention.
Si la methode selon l'invention est utilisee pour determiner l'une au
moins des deux grandeurs caracteristiques KlC ou G3, l'operation de
fracturation pourra etre interrompue dès que le minimum de pression P
est atteint.
Si la methode selon l'invention est appliquee au contrôle de la
hauteur de fractura-tion HF en vue de realiser une veritable operation
de fracturation de la formation, il sera preferable d'effectuer une
premiere fracturation en effectuant les mesures necessaires, notamment
celle permettanc de determiner la pression au niveau de la formation,
en iniroduisant: une ou plusieurs sondes de mesure dans la formation
puis d'interrompre cette premiere fracturation pour retirer les sondes
de mesure. Puis d'effectuer ensui-te une deuxieme fracturation qui
pourra etre suivie elle-meme de l'introduction d'agenls de soutenement
dans la formation sans prejudice pour les sondes de mesure.
Il est bien evident que l'on ne sortira pas du cadre de la presente
invention en n'effectuant qu'une seule operation de fracturation.
;
~2~3~S47
La possiblite d'effectuer des mesures lors de la fracturation
veritable permet de suivre l'evolution d'une grandeur caracteristique
pendant toute l'operation de fracturation.
La presente invention sera mieux comprise et ses avantages apparal-
tront plus clairement à la description d'un exemple particulier
nullement limitatif.
Selon cet exemple, on cherche a determiner la grandeur caracteristique
KlC d'une formation geologique.
Pour ce faire, on injecte a det~it constant un fluide de fracturation
dans la formation geologique et on enregistre la courbe de la pression
regnant dans cette formation en fonction du ternps.
Cette courbe est representee sur la figure ci-jointe.
L'axe des ordonnêes 1 represente l'axe des pressions e~ l'axe des abs-
cisses 2 represente l'axe des temps.
La courbe 3 represenie l'evolution de la pression regnant au niveau de
la formation en fonction du temps au cours de l'operation de fractura-
tion.
Generalement, lors de l'injection d'un fluide de fracturalion dans une
formation geologique, on constaie que la pression augmente. Ceci cor-
respond a la partie 6 de la courbe. La pression atteint un maximum en
4 puis decrolt. Sur la figure, on a designe par tl l'instant ou la
pression a atteint son maximum. C'est à partir de cet instant tl que
la fracture peut être consideree comme etant commencee. La pression
continue de decroltre pour atteindre un minimum Pm au point designe
par la reference 5, ce point correspondant à l'instant t2. Si l'on
continuait d'injecter du fluide, on s'apercevrait que la pression
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crolt a nouveau.
Cependant, comme dans le cadre du presente exemple on ne cherche qu'a
determiner Klc, il est inutile de poursuivre l'injection du fluide de
fracturation.
A partir des deux relations suivantes, il est possible de determiner
Klc.
Relation 1
HF ~ 3Vm E ~2
= _ _ _ _
2 8 ~ 2)K
Relation 2
C3 Pm KlC (
2H
dans lesquelles :
Pm designe la pression minimum atteinte lors de l'operation de
fracturation decrite precedemment,
Vm designe le volume de la fracturation et correspond sensiblement
au volume de fluide introduit dans la fracture, du moins si
celui-ci a ete incompressible, depuis le debut de celle-ci jusqu'a
l'instant ou la pression a atteint un minimum Pm~
Klc, G 3 et HF designent les trois grandeurs caracteris~iques de la
formation,
~ .
~, ... .
~2~
E et ~ designent le module d'Young et le coefficient de Poisson de
la formation. Ces deux valeurs peuvent être determinees en
laboratoire à partir d'un echantillon de ladite formation.
Ainsi, les valeurs de E, ~ sont connues, et les valeurs de Pm et Vm
sont obtenues à partir de la courbe 3 puisque Vm est egal au produit
du debit du fluide de fracturation (puisqu'il est constant et que l'on
considere que l'on utilise un fluide de fracturation sensiblement in-
compressible) par le temps tln = t2 ~ tl.
Il suffit donc de connaitre soit C3, soit HF pour determiner KlC et
la valeur de la grandeur non connue respectivement HF ou C3.
Il est possible de determiner C3 par une methode decrite par exemple
dans la communication SPE 8341 de "Shut-in pressure". On peut alors
de~erminer KlC et eventuellement HF en resolvant le systeme des deux
relations, ou bien, si l'on connait la hauteur de fracturat;on HF avec
suffisamment de precision, on peut d~terminer KlC a l'aide uniquement
de la mesure du volume Vm introduit dans la fracture entre le debut de
la fracture et l'instant ou la pression dans la formation atteint un
minimum en cours d'injection du fluide de fracturation. Connaissant la
valeur de Pm on peut determiner C3.
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