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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
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.
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
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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.
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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
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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.
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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
6
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.
