FR2822233A1 - Permeability determination of rock medium, e.g. geological formation surrounding oil well, involves applying magnetic field to interstitial fluid located in rock medium and measuring pressure variation of fluid - Google Patents
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Abstract
Description
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PROCEDE ET DISPOSITIF PERMETTANT D'EVALUER LA PERMEABTE D'UN MILIEU ROCHEUX
La présente invention concerne les procédés et dispositifs permettant d'évaluer la perméabilité d'un milieu rocheux, trouvant une application particulièrement avantageuse dans le cas de la détermination in situ de la perméabilité d'une formation géologique, par exemple qui entoure un puits de pétrole. METHOD AND DEVICE FOR EVALUATING THE PERMEABILITY OF A ROCKY ENVIRONMENT
The present invention relates to methods and devices for evaluating the permeability of a rocky medium, finding a particularly advantageous application in the case of the determination in situ of the permeability of a geological formation, for example which surrounds an oil well. .
On sait que le pétrole ou le gaz nature ! est extrait à partir de puits réalisés dans les champs pétrolifères qui se trouvent dans de nombreux types de sols et sous-sols qui n'ont pas tous la même qualité de production. Cette qualité dépend essentiellement de la quantité de pétrole disponible, mais aussi récupérable, et donc, notamment mais non exclusivement, de la perméabilité du milieu rocheux dans lequel il se trouve emprisonné, c'est-à-dire la facilité avec laquelle le pétrole peut s'écouler jusqu'au puits pour être ensuite extrait par des techniques qui sont connues en elles-mêmes. We know that petroleum or natural gas! is extracted from wells made in oil fields which are found in many types of soils and subsoils which do not all have the same quality of production. This quality depends essentially on the quantity of oil available, but also recoverable, and therefore, in particular but not exclusively, on the permeability of the rocky environment in which it is trapped, that is to say the ease with which the oil can flow to the well and then be extracted by techniques which are known in themselves.
On'conçoit tors l'importance qu'it y'a'à'connaître ou évatuer ta perméabilité de toute formation géologique susceptible d'être le siège de l'exploitation d'un gisement d'un fluide, par exemple de pétrole ou de gaz nature. We can understand the importance of knowing or evaluating the permeability of any geological formation likely to be the site of the exploitation of a deposit of a fluid, for example petroleum or natural gas.
L'un des premiers procédés connus pour évaluer la perméabilité d'un milieu rocheux consistait à réaiiser des carottes de ce milieu, puis à analyser ces carottes en laboratoire. Ce procédé présentait de nombreux inconvénients, en particulier le fait qu'il était très difficile de déduire la valeur réelle de la perméabilité du milieu rocheux à partir du résultat de mesures effectuées en laboratoire. One of the first known methods to assess the permeability of a rocky medium consisted in making cores from this medium, then analyzing these cores in the laboratory. This process had many disadvantages, in particular the fact that it was very difficult to deduce the real value of the permeability of the rocky medium from the result of measurements carried out in the laboratory.
Pour pallier cet inconvénient, on a essayé de mettre en oeuvre des procédés et de réaliser des dispositifs pour tenter d'effectuer in situ la mesure de la perméabilité d'un milieu rocheux. To overcome this drawback, attempts have been made to implement methods and to produce devices in an attempt to carry out in situ measurement of the permeability of a rocky environment.
Du document constitué par le US-A-4 427 944, sont connus notamment un procédé et un dispositif qui permettent d'évaluer la perméabilité in situ d'un milieu rocheux, par exemple au fond d'un puits de pétrole. Le procédé qui est décrit dans ce document consiste à positionner, en contact avec la paroi latérale du puits et sensiblement en un point situé au niveau où la perméabilité doit être mesurée, une source d'excitation, à commander cette source de façon qu'e ! ! e From the document constituted by US-A-4 427 944, a method and a device are known in particular which make it possible to evaluate the in situ permeability of a rocky medium, for example at the bottom of an oil well. The method which is described in this document consists in positioning, in contact with the side wall of the well and substantially at a point situated at the level where the permeability must be measured, a source of excitation, in controlling this source so that e ! ! e
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produise un potentiel électrocinétique transitoire dans le milieu rocheux autour du point de contact, à mesurer l'amplitude de ce potentie ! étectrocinétique, à déterminer un signal caractéristique fonction du temps de réponse de ce potentiel électrocinétique créé dans le milieu rocheux, et à déterminer la perméabilité de ce milieu rocheux autour du point de contact en fonction du signal caractéristique.
produce a transient electrokinetic potential in the rocky environment around the point of contact, to measure the amplitude of this potential! electrokinetic, to determine a characteristic signal as a function of the response time of this electrokinetic potential created in the rocky medium, and to determine the permeability of this rocky medium around the point of contact as a function of the characteristic signal.
Le dispositif qui permet de mettre en oeuvre ce procédé est essentiellement constitué par un outil capable de créer un potentiel électrocinétique transitoire dans le milieu rocheux, des moyens pour positionner cet outil au contact de la paroi du puits sensiblement en un point situé au niveau du milieu rocheux où l'on veut mesurer la perméabilité, des moyens pour commander l'outil afin qu'il produise une excitation capable de réaliser effectivement le potentiel électrocinétique transitoire, au moins deux électrodes plaquées contre la paroi du puits de part et d'autre du point d'excitation pour mesurer le potentiel éiectrocinétique, et des moyens pour traiter le signal délivré par ces électrodes
afin de déterminer la perméabilité du milieu rocheux au niveau du point d'excitation. The device which makes it possible to implement this process consists essentially of a tool capable of creating a transient electrokinetic potential in the rocky medium, means for positioning this tool in contact with the wall of the well substantially at a point located at the level of the medium. rocky where we want to measure permeability, means to control the tool so that it produces an excitation capable of effectively realizing the transient electrokinetic potential, at least two electrodes pressed against the wall of the well on either side of the excitation point for measuring electrokinetic potential, and means for processing the signal delivered by these electrodes
to determine the permeability of the rocky environment at the point of excitation.
Ces procédé et dispositif présentent l'avantage de permettre la mesure de la perméabilité des formations géologiques, effectuée in situ dans des puits réalisés dans ces formations géologiques, mais présentent encore, notamment, les inconvénients suivants. Un bruit de fond de potentiel spontané généralement important environne le potentiel électrocinétique à détecter, alors que ce dernier est toujours très faible. Le contact des électrodes avec la paroi du puits doit être constant et excellent, ce qui est très difficile compte tenu de la géométrie d'un forage, et la présence de boues dans le puits peut créer des impédances parasites entre les électrodes et la paroi. En conséquence, même lorsqu'elle est théoriquement possible, la mesure du potentiei électrocinétique n'est pas fiable et les résultats de test fournis par les moyens de traitement des signaux délivrés par les électrodes sont faussés. These method and device have the advantage of allowing the measurement of the permeability of geological formations, carried out in situ in wells made in these geological formations, but still have, in particular, the following drawbacks. A generally significant spontaneous potential background noise surrounds the electrokinetic potential to be detected, while the latter is still very low. The contact of the electrodes with the wall of the well must be constant and excellent, which is very difficult taking into account the geometry of a borehole, and the presence of mud in the well can create parasitic impedances between the electrodes and the wall. Consequently, even when it is theoretically possible, the measurement of the electrokinetic potential is not reliable and the test results supplied by the means for processing the signals delivered by the electrodes are falsified.
Un autre procédé a aussi été mis au point, qui est décrit dans le US-A-5
'13 o 519 322. Ce procédé consiste à remplir les interstices pouvant se trouver dans le milieu rocheux avec un fluide donné, puis à imprimer au fluide interstitiel un mouvement relatif par rapport au milieu rocheux, et à mesurer le champ magnétique produit par le mouvement relatif du fluide interstitiel dans le milieu Another process has also been developed, which is described in US-A-5
'13 o 519 322. This process consists in filling the interstices which may be in the rocky medium with a given fluid, then in imparting to the interstitial fluid a relative movement with respect to the rocky medium, and in measuring the magnetic field produced by the movement relative of the interstitial fluid in the medium
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rocheux, pour finalement déterminer la perméabilité du milieu rocheux en fonction du champ magnétique mesuré. rock, to finally determine the permeability of the rock medium as a function of the magnetic field measured.
Ce dernier procédé et le dispositif qui permet de le mettre en oeuvre donnent de bons résultats mais, dans certaines circonstances, ne permettent pas une investigation assez profonde du milieu rocheux. De plus, le dispositif présente malgré tout une structure relativement complexe et difficile à mettre en oeuvre par exemple au fond d'un puits de pétrole. This latter process and the device which makes it possible to implement it give good results but, in certain circumstances, do not allow a deep enough investigation of the rocky environment. In addition, the device nevertheless has a relatively complex structure which is difficult to implement, for example at the bottom of an oil well.
La présente invention a donc pour but de mettre en oeuvre un procédé pour évaluer in situ la perméabilité d'un milieu rocheux, qui soit plus performant que les procédés de l'art antérieur définis ci-dessus. The present invention therefore aims to implement a method for assessing in situ the permeability of a rocky medium, which is more efficient than the methods of the prior art defined above.
Elle a aussi pour but de réaliser un dispositif permettant de mettre en oeuvre le procédé selon l'invention, qui présente notamment une structure plus simple et plus facile à utiliser que les dispositifs de l'art antérieur. It also aims to provide a device for implementing the method according to the invention, which in particular has a simpler structure and easier to use than the devices of the prior art.
Plus précisément la présente invention a pour objet un procédé permettant d'évaluer la perméabilité d'un milieu rocheux, caractérisé par le fait qu'il consiste : - à remplir les interstices pouvant se trouver dans le milieu rocheux avec un fluide donné, - à appliquer audit fluide interstitiel un champ magnétique donné, - à mesurer la variation de pression du fluide interstitiel induite par l'application dudit champ magnétique, et - à déterminer la perméabilité du milieu rocheux en fonction de la valeur de la variation de pression dudit fluide interstitiel. More specifically, the subject of the present invention is a method for evaluating the permeability of a rocky environment, characterized in that it consists: - in filling the interstices which may be in the rocky environment with a given fluid, - in applying a given magnetic field to said interstitial fluid, - measuring the pressure variation of the interstitial fluid induced by the application of said magnetic field, and - determining the permeability of the rocky medium as a function of the value of the pressure variation of said interstitial fluid .
La présente invention a aussi pour objet un dispositif pour évaluer la perméabilité d'un milieu rocheux contenant un fluide dans ses interstices, caractérisé par le fait qu'il comporte : - des moyens pour appliquer un champ magnétique au fluide interstitiel situé dans le milieu rocheux, - des moyens pour mesurer la variation de pression du fluide interstitiel induite par l'application dudit champ magnétique, et - des moyens pour déterminer la perméabilité du milieu rocheux en fonction de la valeur de la variation de pression dudit fluide interstitiel. The present invention also relates to a device for evaluating the permeability of a rocky medium containing a fluid in its interstices, characterized in that it comprises: - means for applying a magnetic field to the interstitial fluid located in the rocky medium , - means for measuring the pressure variation of the interstitial fluid induced by the application of said magnetic field, and - means for determining the permeability of the rocky medium as a function of the value of the pressure variation of said interstitial fluid.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante donnée en regard du dessin annexé à titre illustratif mais nullement limitatif, dans lequel : Other characteristics and advantages of the invention will appear during the following description given with reference to the drawing annexed by way of illustration but in no way limitative, in which:
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La figure unique représente, sous forme schématique, un mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention permettant d'évaluer in situ la perméabilité d'un milieu rocheux, dans une application à un puits dans un gisement de pétrole ou de gaz nature. The single figure represents, in schematic form, an embodiment of a device according to the invention making it possible to assess in situ the permeability of a rocky medium, in an application to a well in an oil or natural gas deposit .
Les Demandeurs tiennent à préciser que la figure représente de façon schématique un mode de réalisation de l'objet selon l'invention, mais qu'il peut exister d'autres modes de réalisation qui répondent à la définition de cette invention. The Applicants wish to specify that the figure schematically represents an embodiment of the object according to the invention, but that there may be other embodiments which meet the definition of this invention.
Ils précisent en outre que, lorsque, selon la définition de l'invention, l'objet de l'invention comporte"au moins un"élément ayant une fonction donnée, le mode de réalisation décrit peut comporter plusieurs de ces éléments. They further specify that, when, according to the definition of the invention, the object of the invention comprises "at least one" element having a given function, the embodiment described may comprise several of these elements.
Ils précisent aussi que, si le mode de réalisation tel qu'illustré comportent plusieurs éléments de fonction identique et que si, dans la description, il n'est pas spécifié que l'objet selon cette invention doit obligatoirement comporter un nombre particulier de ces éléments, l'objet de l'invention pourra être défini comme comportant"au moins un"de ces éléments. They also specify that, if the embodiment as illustrated comprise several elements of identical function and that if, in the description, it is not specified that the object according to this invention must necessarily include a particular number of these elements , the subject of the invention could be defined as comprising "at least one" of these elements.
La présente invention concerne un procédé permettant d'évaluer la perméabilité d'un milieu rocheux, par exemple un milieu pétrolifère ou analogue bordant la paroi d'un puits réalisé dans ce milieu rocheux. The present invention relates to a method for evaluating the permeability of a rocky environment, for example an oil-producing environment or the like bordering the wall of a well made in this rocky environment.
Le procédé consiste tout d'abord, si ce n'est pas fait préalablement ou de façon naturelle, à remplir les interstices pouvant se trouver dans le milieu rocheux avec un fluide donné, comme par exemple de l'eau ou tout autre fluide adapté pour remplir ces interstices
Il consiste ensuite à appliquer à ce fluide interstitiel un champ magnétique donné, dont la valeur sera définie essentiellement expérimentalement pour obtenir les meilleurs résultats, puis à mesurer la variation de pression du fluide interstitiel induite par l'application du champ magnétique, par exemple la différence entre la valeur de cette pression avant l'application du champ magnétique et celle pendant l'application de ce champ magnétique. The process consists first of all, if it is not done before or in a natural way, of filling the interstices which can be in the rocky medium with a given fluid, like for example water or any other fluid adapted for fill these gaps
It then consists in applying to this interstitial fluid a given magnetic field, the value of which will be defined essentially experimentally to obtain the best results, then in measuring the pressure variation of the interstitial fluid induced by the application of the magnetic field, for example the difference between the value of this pressure before the application of the magnetic field and that during the application of this magnetic field.
Il consiste es'in à déterminer la perméabilité du milieu rocheux en fonction de la valeur de la variation de pression du fluide interstitiel
Lorsque l'on cherche à évaluer la perméabilité d'un milieu rocheux encore inconnue, par la mise en oeuvre de ce procédé, il suffit de mesurer la variation de pression du fluide interstitiel induite par l'application du champ magnétique dans It consists in determining the permeability of the rocky medium as a function of the value of the pressure variation of the interstitial fluid.
When one seeks to evaluate the permeability of a still unknown rocky environment, by the implementation of this process, it suffices to measure the pressure variation of the interstitial fluid induced by the application of the magnetic field in
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ce milieu rocheux, puis, par exemple, d'interroger des banques de données obtenues expérimentalement, qui délivrent à leur sortie la valeur de la perméabilité correspondant à la valeur de la variation de pression du fluide interstitiel qui a été mesurée, la valeur de la perméabilité étant obtenue directement ou par extrapolation par rapport aux valeurs de la perméabilité mémorisées dans ces banques de données. Les valeurs préenregistrées dans ces banques de données
Le procédé décrit ci-dessus permet donc d'évaluer la perméabilité d'un milieu rocheux aux environs du point où est appliqué un champ magnétique donné. this rocky environment, then, for example, to interrogate databases obtained experimentally, which deliver at their output the value of the permeability corresponding to the value of the pressure variation of the interstitial fluid which has been measured, the value of the permeability being obtained directly or by extrapolation with respect to the permeability values stored in these databases. The values prerecorded in these databases
The method described above therefore makes it possible to evaluate the permeability of a rocky medium around the point where a given magnetic field is applied.
Pour évaluer la perméabilité du milieu rocheux dans son ensemble, par exemple le long d'un puits réalisé dans ce milieu rocheux, on applique une pluralité de fois le procédé selon l'invention, le long de ce puits. To assess the permeability of the rocky environment as a whole, for example along a well made in this rocky environment, the method according to the invention is applied a plurality of times, along this well.
Dans ce cas cependant, il n'est pas obligatoirement nécessaire d'interroger les banques de données comme mentionnées ci-dessus après la mesure de la variation de pression induite en chaque point le long du puits. In this case, however, it is not necessarily necessary to interrogate the databases as mentioned above after measuring the pressure variation induced at each point along the well.
Il peut être en effet suffisant de connaître la valeur de la perméabilité en au moins un point de ce milieu rocheux et de ne mesurer ensuite, en d'autres points le long du puits, que les variations de pression
De même, s'il est suffisant de ne connaître que la variation de la perméabilité du milieu rocheux autour d'un puits, il suffira de comparer les variations de pression du fluide interstitiel induite par le champ magnétique mesurées le long du puits ou de la portion du puits à investiguer
Le procédé décrit ci-dessus est avantageusement mis en oeuvre par un dispositif dont un mode de réalisation est illustré schématiquement sur la figure unique. It may indeed be sufficient to know the value of the permeability at at least one point in this rocky environment and then to measure, at other points along the well, only the pressure variations
Similarly, if it is sufficient to know only the variation in the permeability of the rocky environment around a well, it will suffice to compare the variations in pressure of the interstitial fluid induced by the magnetic field measured along the well or the portion of the well to be investigated
The method described above is advantageously implemented by a device, one embodiment of which is illustrated diagrammatically in the single figure.
Ce dispositif permettant d'évaluer la perméabilité d'un milieu rocheux 1 contenant un fluide 2 dans ses interstices 3, comporte des moyens 10 pour appliquer un champ magnétique donné au fluide interstitiel 2, des moyens 11 pour mesurer la variation de pression du fluide interstitiel 2 induite par l'application du champ magnétique et des moyens 12 pour déterminer la perméabilité du milieu rocheux en fonction de la valeur de la variation de pression du fluide interstitiel. This device making it possible to evaluate the permeability of a rocky medium 1 containing a fluid 2 in its interstices 3, comprises means 10 for applying a magnetic field given to the interstitial fluid 2, means 11 for measuring the pressure variation of the interstitial fluid 2 induced by the application of the magnetic field and means 12 for determining the permeability of the rocky medium as a function of the value of the pressure variation of the interstitial fluid.
Dans une réalisation possible, les moyens 11 pour mesurer la variation de pression du fluide interstitiel induite par l'application du champ magnétique sont In one possible embodiment, the means 11 for measuring the pressure variation of the interstitial fluid induced by the application of the magnetic field are
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constitués par un capteur différentiel à membrane, ou même si cela est possible par exemple par un capteur à aiguille à jauge de contrainte qui peut ainsi pénétrer à l'intérieur du milieu rocheux 1. constituted by a differential membrane sensor, or even if this is possible for example by a strain gauge needle sensor which can thus penetrate inside the rocky environment 1.
Quant aux moyens 10 pour appliquer un champ magnétique donné au fluide interstitiel 2 situé dans le milieu rocheux 1, ils sont de préférence constitués par au moins l'un des éléments suivants : une ou plusieurs bobines magnétiques 50 avec leurs alimentations 51, au moins un aimant permanent, une combinaison d'une bobine et d'un aimant permanent, etc. As for the means 10 for applying a given magnetic field to the interstitial fluid 2 located in the rocky medium 1, they are preferably constituted by at least one of the following elements: one or more magnetic coils 50 with their power supplies 51, at least one permanent magnet, a combination of a coil and a permanent magnet, etc.
Dans une réalisation avantageuse, quand les moyens 10 pour appliquer le champ magnétique sont constitués par une bobine magnétique ou analogue, les moyens 11 pour mesurer la variation de pression du fluide interstitiel induite par l'application de ce champ magnétique sont agencés pour mesurer préférentiellement cette variation de pression sur l'axe de la bobine magnétique comme schématiquement représenté sur la figure unique. In an advantageous embodiment, when the means 10 for applying the magnetic field are constituted by a magnetic coil or the like, the means 11 for measuring the pressure variation of the interstitial fluid induced by the application of this magnetic field are arranged to preferentially measure this pressure variation on the axis of the magnetic coil as schematically shown in the single figure.
Il peut être prévu, pour certaine applications, que le dispositif comporte en outre des moyens 13 pour moduler la valeur du champ magnétique. Ces moyens peuvent être par exemple constitués par des moyens pour moduler la valeur du courant électrique délivré par la ou les sources d'alimentation 51
Les moyens 12 pour déterminer la perméabilité du milieu rocheux 1 en fonction de la valeur de la variation de pression du fluide interstitiel induite par le champ magnétique appliqué à ce fluide, comportent au moins un organe de traitement 20, par exemple à base d'un microprocesseur, une mémoire de données prédéterminées 21 correspondant à des valeurs de perméabilité de roches en fonction de variations de pression du fluide interstitiel dans ces roches pour des valeurs de champ magnétique données, la sortie 22 de la mémoire étant reliée à une première entrée de commande 23 de l'organe de traitement, cet organe de traitement comportant deux autres deuxième 24 et troisième 25 entrées de commande recevant les valeurs respectivement du champ magnétique appliqué et de la variation de pression mesurée. It can be provided, for certain applications, that the device also comprises means 13 for modulating the value of the magnetic field. These means may for example be constituted by means for modulating the value of the electric current delivered by the power source or sources 51
The means 12 for determining the permeability of the rocky medium 1 as a function of the value of the pressure variation of the interstitial fluid induced by the magnetic field applied to this fluid, comprise at least one treatment member 20, for example based on a microprocessor, a predetermined data memory 21 corresponding to rock permeability values as a function of variations in pressure of the interstitial fluid in these rocks for given magnetic field values, the output 22 of the memory being connected to a first control input 23 of the processing member, this processing member comprising two other second 24 and third 25 control inputs receiving the values of the applied magnetic field and of the measured pressure variation respectively.
Il est aussi possible que les moyens 12 pour déterminer la perméabilité du milieu rocheux en fonction de la valeur de la variation de pression du fluide interstitiel comportent en outre une mémoire permanente 30, comme un enregistreur ou analogue, dont l'entrée 31 est reliée à une sortie 32 de l'organe de traitement 20. It is also possible that the means 12 for determining the permeability of the rocky medium as a function of the value of the pressure variation of the interstitial fluid also comprise a permanent memory 30, such as a recorder or the like, the input 31 of which is connected to an outlet 32 of the processing member 20.
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Le dispositif tel que décrit ci-dessus présente des avantages par rapport à ceux de l'art antérieur. En effet, avec un tel dispositif, il n'est pas nécessaire de prévoir des moyens pour commander une modulation de la pression du fluide interstitiel, mais uniquement des câbles, par exemple pour l'alimentation de la bobine 50, pour la mesure des variations de pression du fluide interstitiel, etc. The device as described above has advantages over those of the prior art. Indeed, with such a device, it is not necessary to provide means for controlling a modulation of the pressure of the interstitial fluid, but only cables, for example for supplying the coil 50, for measuring variations interstitial fluid pressure, etc.
Bien entendu, le dispositif tel que décrit ci-dessus dans son application à la mesure de la perméabilité des roches le long d'un puits, sera associé à un outil bien connu en lui-même, notamment dans le domaine pétrolier. Of course, the device as described above in its application to the measurement of the permeability of rocks along a well, will be associated with a tool well known in itself, in particular in the petroleum field.
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