Les Méthodes diagraphiques

Méthodologie

Définition des diagraphies différées

Une diagraphie est un enregistrement continu des variations d’un paramètre donné en fonction de la profondeur. Les diagraphies différées sont enregistrées lors d’un arrêt ou en fin de forage. Les paramètres mesurés ne sont accessibles qu’en trou ouvert, parfois tubé mais après retrait des tiges de forage.

Principe

Des outils ou sondes (Fig.7), conçus dans ce but, sont descendus dans le trou de forage à l’extrémité d’un câble qui assure la liaison avec les instruments de surface regroupés soit dans un camion, soit dans une cabine fixe.
Ces instruments, simples dans le passé, sont devenus étonnamment complexes. Les uns effectuent des mesures globales tout autour du sondage, dans ce cas le volume intéressé est de l’ordre de quelques mètres cubes. Les autres sont des sondes qui glissent, pressées contre la paroidu puits. Dans ce cas, le volume intéressé par la mesure est de l’ordre de quelques décimètres cubes.
Plusieurs sondes peuvent être descendues en m ême temps et dans ce cas elles transmettent simultanément leurs informations qui sont dirigées vers des pupitres de contrôle avant enregistrement sur film, papier ou bande magnétique.
L’ensemble des équipements utilisés pour l’enregistrement des diagraphies comprend aussi un treuil (Fig.8) plus ou moins volumineux selon le type de diagraphie, sur le tambour duquel sont enroulés quelques centaines à pl usieurs milliers de mètres de câble. Le câble est un organe essentiel dont le rôle est à la fois mécanique et électrique. Fixé à une ex trémité du t ambour, il se termine à l ‘autre extrémité par un r accord qui permet la connexion mécanique et électrique avec la sonde descendue dans le trou de forage. Le c âble assure la transmission, vers la sonde, de l’énergie électrique assurant son fonctionnement, et permet le retour en surface des signaux émis par la sonde. C’est le défilement du câble qui permet la mesure des profondeurs.
Les méthodes d’évaluation ont évolué rapidement au cours des dernières années, grâce à des outils de plus en plus nombreux et performants mais également, grâce à la puissance de calcul des ordinateurs et mini ordinateurs qui sont utilisés maintenant pendant les opérations sur les puits. Dans la plupart des cas, on peut obtenir un diagramme qui donne la porosité des couches, la lithologie de la roche, la répartition des fluides, les volumes d’hydrocarbures en place et ceux déplaçables, la porosité secondaire et la perméabilité.

Les diagraphies électriques

La polarisation spontanée

La polarisation spontanée est une différence de potentiel qui apparaît naturellement dans les sondages au droit des couches poreuses et perméables. L’apparition de c e potentiel spontanée tient à l a différence de s alinité entre l’eau interstitielle et le filtrat de boue. Ce potentiel est mesuré à l ’aide d’une électrode descendue dans le sondage.
Le log P.S. 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 (Desbrandes, 1982). Rmfe PS = -K log Rwe K = coefficient dépendant de la température Rmfe = résistivité équivalente du filtrat Rwe = résistivité équivalente de l’eau interstitielle

La résistivité

La résistivité est le premier paramètre qui a été mesuré en diagraphie. Par suite de l’invasion des couches lorsqu’on fore avec de l a boue, la résistivité de la zone envahie au voisinage du sondage est différente de la résistivité de la zone vierge au delà (Fig.10). C’est pour cela que l’on effectue plusieurs mesures. Les unes sontinfluencées essentiellement par la zone envahie, les autres par la zone vierge.
La nécessité pour des mesures de la résistivité indépendante de la résistivité de la boue, du diamètre du sondage et de l’épaisseur des couches a été ressentie très tôt (Desbrandes R. 1982). Ainsi, on distingue différentes mesures focalisées commercialisées sous le non de Laterologs :
– Laterologs LL3 de la première génération ;
– Laterologs LL7 avec sept électrodes ;
– Laterologs LL8 ;
– Double Laterologs constitué de neuf électrodes ;
– Diagraphie à focalisation sphérique SFL qui est utilisée pour faire des mesures de résistivité correctes dans tous les types de f ormation même avec des boues très conductrices.

Diagraphies nucléaires

Les premières diagraphies utilisant le rayonnement d’origine nucléaire ont été effectuées vers 1940. On enregistrait alors le rayonnement gamma naturel émis par les terrains traversés par les sondages. Maintenant, de nom breuses diagraphies basées sur le rayonnement nucléaire, naturel ou p rovoqué, sont utilisées pour l’évaluation des formations (Desbrandes, 1982).

Diagraphie de rayons gamma naturels

Diagraphies globales de rayons gamma

Un compteur détecte indifféremment tous les rayons gamma en pr ovenance du terrain. En résumé, on peut dire que la diagraphie de rayon gamma est utile quand lapolarisation spontanée est défaillante, boue salée, boue non conductrice. Elle permet :
• de déterminer la teneur en argile ;
• de localiser les dépôts de matériaux radioactifs ;
• de délimiter les couches non radioactives ;
• de perforer les tubages avec une grande précision de profondeur ;
• de mettre en œuvre les traceurs radioactifs ;
• de localiser certains dépôts radioactifs dans les vieux puits producteurs d’eau ou dans les fractures qui ont été le siége de circulation d’eau porteuse de potassium ou de sels radioactifs.

Diagraphies spectrales de rayon gamma

Cette diagraphie est basée sur un outil très performant qui enregistre la réponse individuelle aux différents minéraux radioactifs. Elle permet :
• d’identifier les intervalles où les propriétés de l’argile sont invariables ;
• de déterminer la teneur en argile en présence de matériaux radioactifs non liés aux argiles ;
• d’estimer la quantité de minéraux radioactifs non liés aux argiles avec l’aide d’autres diagraphies.

Diagraphies de neutrons

Lorsque l’on soumet une formation à un bombardement de neutrons rapides (Fig.11), plusieurs types d’interactions entre neutrons émis et noyaux des atomes peuvent prendre naissance.
L’évaluation qualitative de ces phénomènes peut renseigner sur le contenu atomique de la formation.
La diagraphie neutron mesure la concentration en i ons hydrogène dans une formation géologique. Le pr incipe consiste à ém ettre des neutrons, qui sont des particules électriquement neutres dont la masse est presque identique à celle des noyaux d’hydrogènes, soit par une s ource spéciale soit par un ac célérateur de particules. Ces neutrons doués à l’origine d’une grande vitesse entrent en collision avec les noyaux atomiques de la formation, dont les plus efficaces sont les noyaux d’hydrogène perdant une partie de leur énergie. A une certaine distance, ils deviennent lents et atteignent un niveau d’énergie thermique bas jusqu’au moment ou ils sont capturés par un noyau de la formation avec émission d’un rayonnement gamma de capture. Cette distance varie avec la quantité d’hydrogène présente, c’est à dire la porosité du milieu et la nature des fluides interstitielles. Lorsque le milieu est très poreux et remplie d’eau ou d’huiles cette distance est faible, elle est grande avec une faible porosité dans un sable à gaz.
Le neutron lit chacun des éléments proportionnellement à leur quantité. Si l’on veut obtenir des valeurs réelles de porosité, il faut pouvoir séparer les différents facteurs que sont la lithologie, la teneur en argiles, la quantité et le type d’hydrocarbure en présence.

Diagraphie de densité

La diagraphie de densité ou l og gamma – gamma mesure la densité électronique d’une formation. Le principe consiste à irradier la paroi du trou de sonde avec une source de rayons gamma. Un compteur placé à une distance de la source mesure l’intensité du r ayonnement gamma diffusé par la formation vers le trou de sonde.
Cette intensité est proportionnelle à l a densité électronique de la formation, elle même proportionnelle à la masse volumique globale.
La densité électronique est une f onction linéaire du l ogarithme de l ‘intensité du rayonnement gamma détecté. La source étant statistiquement constante (Césium 137), la réponse de l’outil est donc déterminée par la densité électronique spatiale (nombre d’électrons par cm3 ) de l a formation. La densité électronique est pratiquement proportionnelle à la masse atomique
La diagraphie de densité est devenue très importante car elle permet :
– de déterminer une porosité densité tés utile pour une interprétation ;
– de préciser la lithologie et de trouver une valeur précise de la porosité totale ;
– de détecter la présence de gaz dans la zone envahie car elle provoque une forte baisse de la densité donc une porosité à densité anormalement élevée.

Diagraphies acoustiques

Les diagraphies acoustiques sont basées sur la propagation de vibrations élastiques dans les formations, le dépôt de boue et la boue. Il existe deux types d’ondes élastiques : les vibrations dites longitudinales ou d e compression (onde P), les vibrations dites transversales ou de cisaillement (onde S). La valeur de ces vitesses dépend des paramètres élastiques du milieu et de sa densité. La vitesse des ondes transversales est environ la moitié de celle des ondes longitudinales dans un milieu solide donné. Les ondes transversales n’existent pas dans les liquides ou les gaz.

Diagraphies soniques

Il existe deux types de diagraphies soniques, selon la distance entre les sondesémetteur–récepteur ou récepteur–récepteur. Récemment (1977), les progrès dans le domaine de l’émission et de l a réception acoustiques ont permis la réalisation de sondes à grands espacements émetteurs – récepteurs (Desbrandes, 1982).

Sondes à faible espacement émetteur–récepteur (ordre du mètre)

Les premières sondes soniques ont été construites à l ’origine pour effectuer une mesure continue de la vitesse du s on t out au long du sondage pour aider l’interprétation sismique. Depuis, cette mesure est surtout utilisée pour la détermination de la porosité et de la lithologie. La mesure de la vitesse du son ou de temps de parcours le long des parois du sondage est obtenue en propageant un ébranlement acoustique d’un émetteur vers un ou des récepteurs.
La diagraphie sonique a maintenant de multiples applications. Elle est utilisée pour :
• trouver la porosité dans les sondages remplis de liquide;
• déterminer la porosité, la lithologie et la teneur en argile en conjonction avec les diagraphies de densité et de neutron ;
• fournir la vitesse des formations pour les interprétations sismiques ;
• détecter les zones fracturées à l’aide de la représentation en densité variable ;
• localiser les intervalles à pression anormale dans certaines régions.
 Sonde à grand espacement émetteur – récepteur
Le rayon d’investigation des sondes du type BHC est faible. En effet, l’onde circule au voisinage du sondage dans la zone envahie par le filtrat si les couches sont poreuses, ou dans la zone altérée si les formations sont argileuses. L’allongement de la distance parcourue par l’onde, c’est-à-dire le temps de parcours entre émetteurs et récepteurs, permet en out re une m eilleure séparation des ondes longitudinales transversales et de s ondage. On peut donc en c onclure que dans les intervalles poreux et perméables, la sonde à grand espacement donne les mêmes résultats que la sonde BHC dans les intervalles d’argile altérée ou fortement cavée. Le LSS fournit des données beaucoup plus précises pour l’utilisation en interprétation géophysique sismique (Desbrandes, 1982).
Les outils monopôles (Fig.12) sont les plus utilisés. Les émetteurs et récepteurs sont multidirectionnels.
L’émetteur génère dans le fluide une on de de c ompression qui donne naissance dans la formation à une onde de compression (onde P) et une onde de cisaillement (onde S) aux angles limites des réfractions.

Conclusion

Le grand intérêt des diagraphies est qu’elles enregistrent sans aucune discontinuité les changements des paramètres physiques étroitement dépendants des facteurs géologiques.
Les diagraphies différées enregistrent les paramètres physiques qui traduisent les propriétés atomiques, chimiques, minéralogiques, texturales, pétrophysiques, etmécanique des roches. Elles sont donc très utiles pour faire des corrélations de puits à puits et donnent des indications très précieuses sur les variations lithologiques.
Leur interprétation se fait en appliquant une chaîne de raisonnement les rattachant aux facteurs géologiques.