Les différentes diagraphies différées

Les diagraphies

La technique des enregistrements dans les forages est apparue en 1927 avec les frères SCHLUMBERGER. Une diagraphie (ou logging en anglais) est un enregistrement continu des variations d’un paramètre donné en fonction de la profondeur.

Les diagraphies instantanées

La reconnaissance des formations traversées par un sondage se fait tout d’abord en exploitant les informations obtenues pendant le forage, en enregistrant les paramètres suivants :
 La poussée sur l’outil, la vitesse d’avancement (ou taux de pénétration de l’outil), la poussée des fluides de forage.
 L’examen et la description des déblais et la reconstitution de la lithostratigraphie
 L’examen qualitatif et quantitatif des propriétés de la boue de forage par un ingénieur de boue.
 La détection des types et quantités d’hydrocarbures (gazeux et liquides) rencontrés pendant le forage se fait par un enregistrement grâce à un chromatographe et un système de piégeage du gaz. Tous ces renseignements sont continus et d’accès direct par le biais de logiciels spécialisés. L’ensemble de ces enregistrements constituent les diagraphies instantanées.

Les diagraphies différées

Les diagraphies différées sont enregistrées après le forage, et les outils, ou sondes, sont descendus dans le trou de forage à l’extrémité d’un câble qui assure la liaison avec les instruments de surface commandant les opérations, et groupés soit dans un camion, soit dans une cabine fixe pour les forages en mer.
Il existe des relations étroites entre les paramètres physiques enregistrés et les paramètres géologiques. On peut définir un « faciès géophysique » qui est pour un niveau donné, la somme des caractéristiques vues par les diagraphies. Le « faciès géophysique » reste inchangé pour un même niveau au cours de plusieurs enregistrements successifs avec les mêmes outils, dans le même trou.
Il en résulte que la modification d’un paramètre géologique doit se répercuter sur un ou plusieurs paramètres physiques. De même, une variation de paramètre physique aura une signification géologique.
Les diagraphies sont donc très utiles pour faire des corrélations de puits à puits et donnent des indications très précieuses sur les variations lithologiques.

Les moyens techniques d’enregistrement

L’ensemble des équipements utilisés pour l’enregistrement des diagraphies comprend :
 Un treuil volumineux et puissant, sur le tambour duquel sont enroulés plusieurs milliers de mètres de câble ;
 Les circuits de contrôle et de commande des appareils de mesure, ainsi que les équipements de traitement de l’information ;
 Les outils, ce sont les appareils que l’on descend dans le trou de forage, à l’extrémité du câble ;
 Un système d’enregistrement : l’avancement du film ou du papier était synchrone du déroulement du câble et l’enregistrement se faisait en fonction de la profondeur. De nos jours, un enregistreur digital est utilisé.

Représentation schématique de l’invasion

D’une manière générale, la présence du fluide de forage est génératrice de perturbations dans les formations (Figure 11). Dans le cas le plus général, les formations forées contiennent des fluides (eau et pétrole) qu’il est important de maintenir en place afin d’éviter leur venue en surface. Pour cela, la boue de forage, en phase liquide, exerce une pression hydrostatique supérieure à la pression des formations et des fluides qu’elles contiennent. Dans ces conditions, il se produit dans la formation une filtration de la phase liquide et des substances dissoutes : c’est le filtrat.
Les particules dispersées, s’accumulent sur la paroi du trou et forment le dépôt de boue encore appelé « gâteau de boue » ou « mud-cake ». La composition, l’épaisseur et la perméabilité du ‘’mud cake’’ dépendent surtout de la nature de la boue. L’épaisseur du ‘’mud cake’’ varie en général entre 1/8’’ et 1’’ (3mm à 2,54cm). Ce ‘’mud cake’’ a une perméabilité faible, il conditionne en partie la filtration qui va progressivement diminuer puis stopper.
Le filtrat envahit la formation, perturbe la répartition des fluides en place et ses caractéristiques physiques contribuent à modifier celles des formations.
 La boue de résistivité Rm remplit le trou de forage ;
 La filtration a laissé un « mud cake » de résistivité Rmc ;
 Le filtrat de boue, phase aqueuse de résistivité « Rmf », a sur une certaine distance refoulée toute l’eau de formation créant la zone lavée. Cette zone a pour résistivité Rxo ;
 Puis la quantité de filtrat diminue jusqu’à ce que l’on retrouve dans la zone vierge la saturation complète des pores par l’eau de formation dont la résistivité Rw contribue à donner à la formation sa résistivité Rt ;
 La zone s’étendant de la paroi du trou jusqu’à la limite atteinte par le filtrat est la zone envahie de résistivité Ri : son extension est symbolisée par son diamètre di.
Lorsque la formation contient des hydrocarbures et de l’eau, l’invasion prend une allure un peu différente. En raison des phénomènes capillaires, le filtrat de boue n’est pas en mesure de repousser la quantité totale d’hydrocarbures présente dans la formation. Dans la zone lavée, l’eau de formation et une partie seulement des hydrocarbures seront remplacées par le filtrat.
Puis, jusqu’à la limite de la zone envahie, la quantité de filtrat diminue, l’eau et les hydrocarbures revenant progressivement à la saturation primitive que l’on retrouve dans la zone vierge, dont la résistivité est Rt.
La profondeur d’invasion est très variable : elle dépend de l’eau libre de la boue, de la différence de pression entre la colonne de boue et la formation, de la porosité etc. En général, plus la porosité est grande, plus la profondeur d’invasion est faible. C’est en effet le mud-cake qui règle la quantité d’eau qui peut pénétrer. Pour la même quantité d’eau, di sera plus petit si la porosité est forte.
Si l’on exprime di en fonction du diamètre d du sondage, on peut dire que pour les boues habituelles.
 di < 2d pour les sables très poreux ;
 di < 5 à 10d pour les formations à faible porosité comme les grès et les calcaires consolidés.

Conclusion

Il résulte de ce que nous venons de voir que les résistivités électriques mesurées dépendent d’une part des conditions géologiques naturelles et d’autre part de l’action des fluides de forage. La boue et son filtrat sont pris en compte dans la plupart des mesures. L’invasion de la zone lavée ajoute aux déductions que l’on peut tirer de nos mesures. Il est indispensable, lorsque l’on désire interpréter quantitativement les mesures, de connaître toutes les caractéristiques de la boue utilisée. Un abaque permet lorsque l’on connaît la résistivité de la boue d’en déduire la résistivité du ‘’mud cake’’ et celle du filtrat. On peut aussi appliquer la relation approximative suivante : Rmc = 1,5xRm et Rmf = 0,75xRm Lors des interprétations quantitatives, il ne faut pas oublier de ramener les diverses résistivités Rm, Rmf, Rmc, Rt, etc. à la température de la formation considérée.

Les diagraphies de perméabilité

La perméabilité est la capacité d’une formation poreuse à laisser le fluide s’écouler lorsqu’on applique un gradient de pression. Elle s’exprime en milli Darcy ou en Darcy. Elle est estimée à partir des mesures de Résonnance Magnétique Nucléaire, des diagraphies de mesure de pression de formation (MDT, RDT, RFT) ou de la porosité effective et de la saturation en eau irréductible Swi.

Les Diagraphies de la Polarisation Spontanée

Une diagraphie de la polarisation spontanée (PS), est l’enregistrement des différences de potentiel électrique dues à des causes naturelles.
Ces différences sont mesurées entre une électrode de référence fixe, placée en surface, et une électrode mobile qui parcourt toute la longueur du forage.
La PS permet :
 De mettre en évidence les bancs poreux et perméables ;
 De localiser certains niveaux imperméables ;
 De calculer le pourcentage d’argile contenu dans la roche réservoir ;
 De calculer la résistivité de l’eau d’imbibition Rw, ce qui permet d’obtenir la salinité et donc la qualité chimique de cette eau.
La P.S. dépend essentiellement de la différence de salinité entre les fluides en présence de filtrat de boue et de l’eau de formation.

Le Gamma Ray (GR)

Le gamma ray est la diagraphie nucléaire la plus simple. Le principe consiste à descendre dans le trou de forage une sonde mesurant la radioactivité naturelle existant dans certaines roches.
Les valeurs de GR sont faibles pour les formations qui ont une faible concentration en élément radioactif ; c’est le cas des grès et des carbonates. Cependant, les grès qui ont un faible contenu en argiles, micas, glauconite, feldspaths potassiques, ou riches en uranium, peuvent donner une valeur élevée de GR.
Les valeurs de GR sont plus grandes dans les argiles car celles-ci sont très radioactives.
Il existe plusieurs outils gamma ray : on peut en effet mesurer tout l’éventail des émissions gamma produites par la formation ou, par un choix convenable de fenêtres d’énergie, faire une discrimination entre le rayonnement dû au potassium, celui dû au thorium et celui dû à l’uranium. On parle dans ce cas de spectroscopie gamma (Figure 12).
La courbe GR apporte des informations lithologiques. Elle est utilisée principalement pour la corrélation des zones. Elle permet également de déterminer le volume d’argiles dans les formations.

Les Diagraphies de Porosité Φ

La porosité Φ est le volume de vide existant dans la roche sur le volume total de la roche, exprimé en pourcentage (%). L’ensemble des pores reliés entre eux est la porosité utile. La porosité restante est la porosité résiduelle. Les roches réservoirs ont des porosités très variables, généralement comprises entre 10% et 65%. Il existe une porosité primaire héritée du dépôt du sédiment et une porosité secondaire due aux modifications diagénétiques ou bien à l’existence de fractures dans la roche.

Les diagraphies Soniques

La technique de l’enregistrement des ondes soniques est utilisée en diagraphie différée depuis les années 1950 afin de qualifier la lithologie, la porosité des terrains, les propriétés mécaniques, la fracturation, et la cimentation des tubages.

Les principes de base

Les différents types de diagraphies soniques des formations ont tous des points communs fondamentaux. Dans tous les cas, la sonde émet un type spécifique d’onde sonique qui pénètre son environnement via un support aqueux (eau ou boue). Un signal complexe d’ondes transmises, générées par chaque interface rencontrée est alors enregistré par les trois récepteurs disposés à distance définie de l’émetteur.

Les diagraphies de Densité

Le log de densité est utilisé pour déterminer la porosité. Il est également utilisé pour l’identification des minéraux dans les évaporites, la détection de gaz et la détermination des champs d’huile. Plus la densité est faible plus la porosité est élevée.

Les diagraphies Neutron

La porosité d’une formation géologique représente sa capacité à contenir un fluide ou un gaz.
Depuis 1941, les diagraphies neutron ont été utilisées pour évaluer ces paramètres vitaux.
Les diagraphies Neutron mesurent la concentration en hydrogène dans une formation.
En combinaison avec les autres diagraphies de porosité ou utilisés dans une courbe de résistivité, le Neutron permet de détecter les zones à hydrocarbures. En effet, les valeurs de la porosité de Neutron sont faibles pour les pores remplis de gaz plutôt que d’huile ou d’eau, ceci du fait de la faible concentration d’hydrogène dans le gaz.
Il est également combiné avec les autres logs de porosité pour l’interprétation de la lithologie