FR2703457A1 - Method and device for determining the permeability of a subterranean formation - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention a pour objet une méthode pour l'étude de la perméabilité d'une formation souterraine au voisinage d'un puits - par injection dans ce puits de fluide et suivi du déplacement du fluide injecté. The present invention relates to a method for studying the permeability of an underground formation in the vicinity of a well - by injection into this fluid well and monitoring the displacement of the injected fluid.
La perméabilité d'une formation souterraine recélant des fluides pétroliers, peut être estimée quand on fait par exemple le biIan d'opérations de récupération assistée. Pour ces opérations, on fore un ou plusieurs puits d'injection verticaux ou plus ou moins inclinés jusqu'au travers de la formation à stimuler et on injecte un fluide sous pression (gaz carbonique, vapeur injectée ou produite in situ par combustion etc) capable de déplacer les effluents. Par un ou plusieurs drains, on pompe les effluents déplacés hors de la zone balayée par le fluide injecté. La quantité d'effluents récupérée est une indication de la permabilité de la formation. The permeability of an underground formation containing petroleum fluids can be estimated when, for example, doing the biology of assisted recovery operations. For these operations, one or more vertical or more or less inclined injection wells are drilled as far as the formation to be stimulated and a fluid under pressure is injected (carbon dioxide, vapor injected or produced in situ by combustion, etc.) capable of to move the effluents. By one or more drains, the effluents moved out of the area swept by the injected fluid are pumped. The amount of effluent recovered is an indication of the permeability of the formation.
On connait des procédés de diagraphie pour mesurer plus directement le déplacement d'un fluide injecté dans une formation par un puits d'injection qui consiste essentiellement à injecter un fluide dans le puits et à tester son déplacement en profondeur dans les terrains environnant le puits au moyen d'une sonde de diagraphie telle que par exemple une sonde de type électrique ou gamma. Un procédé de ce genre est décrit par exemple dans le brevet US 4.420.975. Logging methods are known to more directly measure the displacement of a fluid injected into a formation by an injection well which essentially consists of injecting a fluid into the well and testing its displacement in depth in the terrain surrounding the well at by means of a logging probe such as for example an electrical or gamma type probe. A process of this kind is described for example in US patent 4,420,975.
I1 est connu aussi par exemple par B. Blondin et al in
Geophysical Prospecting 34, 73-93, 1986, de tester le remplissage d'un réservoir souterrain destiner à stocker du gaz naturel à des instants successifs de son chargement, au moyen d'un système sismique comportant une source sismique pour appliquer des ébranlements à la surface du sol et un dispositif de réception comportant des alignements de capteurs disposés en surface et couplés avec le sol. L'injection de gaz modifiant de façon significative la vitesse du son dans la formation-réservoir, on détermine la variation de l'écart en temps sur les enregistrements sismiques, entre deux réflecteurs situés l'un au-dessus, l'autre au-dessous du réservoir.On peut aussi suivre l'évolution du remplissage, en mesurant la variation de l'amplitude des ondes qui se sont réfléchies à des instants successifs au niveau des couches du réservoir à des instants successifs du remplissage.It is also known for example from B. Blondin et al in
Geophysical Prospecting 34, 73-93, 1986, to test the filling of an underground tank intended to store natural gas at successive instants of its loading, by means of a seismic system comprising a seismic source to apply disturbances to the ground surface and a receiving device comprising alignments of sensors arranged on the surface and coupled with the ground. The gas injection significantly modifying the speed of sound in the reservoir formation, the variation of the time difference on the seismic recordings is determined, between two reflectors located one above, the other at- We can also follow the evolution of the filling, by measuring the variation in the amplitude of the waves which are reflected at successive instants at the level of the layers of the reservoir at successive instants of the filling.
Le remplissage de tels réservoirs est généralement très long. Sauf à immobiliser en permanence sur le terrain tout un système d'exploration sismique, on est contraint de le réinstaller à chaque nouvelle séance d'enregistrement sismique, ce qui affecte la reproductibilité des conditions de couplage avec le sol de l'installation. The filling of such tanks is generally very long. Unless a whole seismic exploration system is permanently immobilized on the ground, it is forced to reinstall it with each new seismic recording session, which affects the reproducibility of the coupling conditions with the ground of the installation.
La méthode selon l'invention permet de repérer les zones de plus grande perméabilité de formations environnant un puits qui recèlent des effluents pétroliers suite à la configuration souterraine de ces formations, d'étudier le rôle joué par certains éléments structuraux (tels que des failles), ou stratigraphiques (tels que des lentilles), qui peuvent agir comme drains ou au contraire comme barrières dans l'écoulement des fluides, ainsi que l'anisotropie de perméabilité.Elle est caractérisée en ce qu'elle comporte en combinaison - l'installation de capteurs sismiques au contact de la formation,
que ce soit à la surface du sol ou dans un puits à une pluralité
de profondeurs différentes; - l1injection dans la formation en quantité relativement faible,
d'un fluide (tel qu'un gaz que l'on prélève par exemple dans
une accumulation souterraine disponible, ou bien encore de la
vapeur ou de l'azote par exemple) ce fluide étant capable de
modifier de façon sensible des caractéristiques d'ondes se
propageant au travers de la formation (joutant ainsi un rôle de
marqueur acoustique), cette injection étant faite par exemple
dans le puits où sont placés les capteurs sismiques, ou bien
encore dans un autre puits;; la realisation au cours du processus d'injection, de cycles
d'exploration sismique comportant chacun émission d'ondes
simiques dans la formation depuis une succession de points
d'émission (à la surface par exemple ou bien encore dans un
autre puits), la réception des ondes qui se sont propagées au
travers de la formation jusqu'aux différents capteurs sismiques
dans le puits et l'enregistrement des ondes reçues au cours des
différents cycles; et - la comparaison des enregistrements obtenus au cours des
différents cycles successifs pour déterminer les directions de
propagation du fluide dans la formation, depuis le puits
d'injection, la progression du fluide dépendant de la
perméabilité des roches traversées par le fluide.The method according to the invention makes it possible to identify the zones of greatest permeability of formations surrounding a well which contain petroleum effluents following the underground configuration of these formations, to study the role played by certain structural elements (such as faults) , or stratigraphic (such as lenses), which can act as drains or on the contrary as barriers in the flow of fluids, as well as the permeability anisotropy. It is characterized in that it comprises in combination - installation seismic sensors in contact with the formation,
whether on the ground surface or in a well to a plurality
of different depths; - the injection into the formation in relatively small quantity,
of a fluid (such as a gas that is taken for example in
an available underground accumulation, or even
vapor or nitrogen for example) this fluid being capable of
significantly modify wave characteristics
propagating through training (thus adding a role of
acoustic marker), this injection being made for example
in the well where the seismic sensors are placed, or
still in another well; carrying out cycles during the injection process
of seismic exploration each comprising emission of waves
simics in formation from a succession of points
emission (on the surface for example or even in a
other well), the reception of the waves which propagated to the
through training to the various seismic sensors
in the well and recording the waves received during
different cycles; and - the comparison of the records obtained during the
different successive cycles to determine the directions of
propagation of the fluid in the formation, from the well
injection, the progression of the fluid depending on the
permeability of rocks crossed by the fluid.
La méthode selon l'invention présente de nombreux avantages. The method according to the invention has many advantages.
La période d'observation sismique est relativement brêve (de l'ordre de quelques jours à quelques semaines) du fait que la quantité de fluide qu'il faut injecter pour constituer un bon marqueur sismique, est relativement faible. The period of seismic observation is relatively short (of the order of a few days to a few weeks) because the amount of fluid which must be injected to constitute a good seismic marker, is relatively small.
La comparaison des enregistrements sismiques effectués avant et au fur et à mesure de l'injection de fluide, à différents instants successifs, permet d'établir une cartographie à deux ou trois dimensions de la perméabilité du sous-sol, par une identification des directions de propagation du fluide, de reconnaître les zones de la formation qui sont imprégnées même très faiblement par le fluide injecté, de celles qui ne le sont pas encore. On détermine aussi le comportement dynamique de certains éléments tels que des failles ou lentilles favorisant ou bloquant la progression du fluide injecté. The comparison of the seismic recordings made before and during the injection of fluid, at different successive instants, makes it possible to establish a two or three dimensional mapping of the permeability of the subsoil, by an identification of the directions of propagation of the fluid, to recognize the areas of the formation which are impregnated even very slightly by the injected fluid, from those which are not yet. We also determine the dynamic behavior of certain elements such as faults or lenses promoting or blocking the progression of the injected fluid.
La méthode peut être mise en oeuvre dans le cadre d'une opération de récupération assistée du fait que l'on met en place à cet effet, des moyens d'injection de fluide. The method can be implemented in the context of an assisted recovery operation due to the fact that fluid injection means are installed for this purpose.
Elle peut aussi être mise en oeuvre du fait que la formation recèle par exemple une calotte gazeuse (gas cap) où l'on peut pulser ld fluIde à injecter. It can also be implemented because the formation conceals for example a gas cap (gas cap) where one can pulse ld fluid to be injected.
pu r t wec er. pu r t wec er.
La méthode peut encore être mise en oeuvre pour tester une formation souterraine choisie pour y stocker du gaz, avant le début des opérations de stockage. The method can also be implemented to test an underground formation chosen to store gas there, before the start of storage operations.
La méthode est aussi facile à mettre en oeuvre du fait que le puits où les capteurs sont placés (derrière un tubing ou un casing cimenté) reste disponible pour d'autres opérations et notamment pour effectuer l'injection du fluide. The method is also easy to implement because the well where the sensors are placed (behind a tubing or a cemented casing) remains available for other operations and in particular for performing the injection of the fluid.
Le dispositif pour la mise en oeuvre de la méthode comporte en combinaison une pluralité de capteurs sismiques répartis le long d'un puits, une station de commande et d'enregistrement en surface, au moins une source sismique, un générateur de fluide et des conduits pour relier le générateur à une zone d'injection du fluide dans la formation. The device for implementing the method comprises in combination a plurality of seismic sensors distributed along a well, a control and recording station at the surface, at least one seismic source, a fluid generator and conduits to connect the generator to a fluid injection area in the formation.
Suivant un mode de réalisation, les capteurs sismiques sont répartis le long d'un tube descendu dans un puits et à l'extérieur de celui-ci, et sont reliés à la station de commande et d'enregistrement, le fluide pouvant être éventuellement injecté par ce tube. According to one embodiment, the seismic sensors are distributed along a tube lowered into and outside a well, and are connected to the control and recording station, the fluid possibly being injected through this tube.
Suivant un autre mode de réalisation, les capteurs sismiques sont installés derrière un tube de cuvelage cimenté dans un puits et reliés à la station de commande et d'enregistrement. According to another embodiment, the seismic sensors are installed behind a casing tube cemented in a well and connected to the control and recording station.
Avec la méthode et le dispositif selon l'invention on peut à chaque nouveau cycle d'acquisition - déterminer la géométrie, si possibIe en 3D (niveaux,
digitations) du volume où les paramètres acoustiques ont été
modifiés depuis le cycle d'acquisition précédent : mesure du
temps de transit entre deux réflexions et comparaison des
amplitudes sismiques; et - interpréter les données précédentes d'une part de manière
qualitative en repérant les principaux drains et barrières de
perméabilité autour du puits, d'autre part de manière
quantitative en ilIVUllldllL les paramètres du modèle de
réservoir que l'on a pu auparavant établir, de façon que les
résultats par la simulation représentent bien la géométrie et et
le calendrier de l'avancement du front de saturation non nulle
en gaz.With the method and the device according to the invention, it is possible, at each new acquisition cycle - to determine the geometry, if possible in 3D (levels,
digitations) of the volume where the acoustic parameters were
modified since the previous acquisition cycle: measurement of
transit time between two reflections and comparison of
seismic amplitudes; and - interpret the previous data on the one hand so
qualitative by identifying the main drains and barriers of
permeability around the well on the other hand so
quantitative in ilIVUllldllL the parameters of the
tank that we were able to establish before, so that the
results by the simulation represent the geometry well and and
the timing of the advancement of the non-zero saturation front
in gas.
D'autres caractéristiques et avantages de la méthode et du dispositif selon l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description ci-après de modes de réalisation décrits à titre d'exemples non limitatifs, en se référant aux dessins annexés où: - la Fig.l montre schématiquement un premier mode de
réalisation avec des capteurs positionnés derrière un tube de
cuvelage cimenté dans un puits servant de puits d'injection; - la Fig.2 montre schématiquement un deuxième mode de
réalisation utilisant des capteurs associés à une colonne
tubulaire descendue dans un puits servant aussi de puits
d'injection; - la Fig.3 montre schématiquement une disposition où le puits
d'injection est distinct de celui où l'on place les capteurs; et - la Fig .4, montre schématiquement comment peut varier la
vitesse de propagation des ondes de roches saturées de liquide
au fur et à mesure de l'injection d'un fluide gazeux.Other characteristics and advantages of the method and of the device according to the invention will appear better on reading the following description of embodiments described by way of nonlimiting examples, with reference to the appended drawings where: Fig.l schematically shows a first mode of
realization with sensors positioned behind a tube
casing cemented in a well serving as an injection well; - Fig.2 schematically shows a second mode of
realization using sensors associated with a column
tubular lowered into a well also serving as a well
injection; - Fig.3 schematically shows an arrangement where the well
injection is separate from that where the sensors are placed; and - Fig. 4, shows schematically how can vary the
propagation speed of liquid saturated rock waves
as the gaseous fluid is injected.
La méthode selon l'invention comporte la mise en place d'un ensemble sismique. Cet ensemble comporte un ensemble de récepteurs sismiques R1, R2, ... Rn que l'on installe par exemple dans un puits 1 à des profondeurs différentes. Chacun d'eux comporte un ou plusieurs géophones capables de détecter des ondes sismiques suivant une et de préférence plusieurs directions (géophones tri-axiaux par exemple). Suivant le mode de réalisation de la Fig.l décrit plus en détail dans le brevet FR 2 600 172, ces géophones sont placés derrière un tube de cuvelage (casing) 2 et noyés dans le ciment de scellement qui est généralement injecté dans l'espace annulaire 3 entre lui et le puits. The method according to the invention comprises the installation of a seismic assembly. This set includes a set of seismic receivers R1, R2, ... Rn which are installed for example in a well 1 at different depths. Each of them has one or more geophones capable of detecting seismic waves in one and preferably several directions (tri-axial geophones for example). According to the embodiment of Fig. 1 described in more detail in patent FR 2 600 172, these geophones are placed behind a casing tube 2 and embedded in the cement which is generally injected into the space ring 3 between it and the well.
Les géophones peuvent encore (Fig.2) être associés à une colonne tubulaire (tubing) 4 que lton descend dans un puits cuvelé pour des opérations d'exploitation : mise en production d'un puits ou tube d'injection d'un fluide destiné à déplacer des effluents pétroliers vers un drain de production etc. Ces géophones sont plaqués en opération contre le tube de cuvelage de façon à mieux collecter les signaux sismiques provenant des formations environnant le puits. Des agencements de géophones sont décrits par exemple dans les brevets FR 2 656 034 et 91/02.939. Dans les deux cas, les capteurs sont reliés à une station centrale de commande et d'enregistrement 5 en surface par un ou plusieurs câbles de liaison 6. The geophones can also (Fig. 2) be associated with a tubular column (tubing) 4 that lton descends into a cased well for operating operations: production of a well or tube for injecting a fluid intended to move petroleum effluents to a production drain etc. These geophones are pressed into operation against the casing tube so as to better collect the seismic signals coming from the formations surrounding the well. Arrangements of geophones are described for example in patents FR 2 656 034 and 91 / 02.939. In both cases, the sensors are connected to a central control and recording station 5 on the surface by one or more connecting cables 6.
L'ensemble sismique comporte aussi une ou plusieurs sources sismiques S que l'on couple avec la surface du sol. The seismic assembly also includes one or more seismic sources S which are coupled with the ground surface.
On met en place un système d'injection de gaz qui comporte par exemple une colonne tubulaire 7 descendue spécialement dans le puits cuvelé (Fig.l). Dans le mode de la Fig.2, on peut utiliser par exemple la colonne 4 supportant les récepteurs R1 à
Rn. Cette colonne tubulaire 4, 7 est reliée à un générateur (non représenté) de fluide d'injection d'un type connu utilisé par exemple dans les opérations de stimulation de puits pétroliers, produisant par exemple de la vapeur, du dioxyde de carbone etc.A gas injection system is set up which comprises, for example, a tubular column 7 which is lowered specially into the cased well (Fig.l). In the mode of Fig. 2, one can use for example column 4 supporting the receivers R1 to
Rn. This tubular column 4, 7 is connected to a generator (not shown) of injection fluid of a known type used for example in oil well stimulation operations, producing for example steam, carbon dioxide etc.
On peut aussi utiliser du gaz naturel ou de l'azote.You can also use natural gas or nitrogen.
On réalise une première série de cycles d'émission-réception et acquisition sismique en changeant à chaque fois l'emplacement Si, Sj, Sk, Sp ... de la source S par rapport à l'axe OZ du trou d'injection 1 (suivant une technique de "walk-away") et en enregistrant les arrivées aux récepteurs R1 à
Rn en fonction du temps t.A first series of emission-reception and seismic acquisition cycles is carried out, each time changing the location Si, Sj, Sk, Sp ... of the source S relative to the axis OZ of the injection hole 1 (following a "walk-away" technique) and by recording the arrivals at receivers R1 to
Rn as a function of time t.
La source peut être déplacée suivant un axe radial OX et l'on obtient une représentation sismique à deux dimensions, verticales dans le plan (X,t) ou (X,Z). The source can be moved along a radial axis OX and a two-dimensional seismic representation is obtained, vertical in the plane (X, t) or (X, Z).
Plusieurs plans verticaux passant par le puits peuvent être représentés successivement en changeant à chaque fois l'azimut de la ligne suivant laquelle on déplace la source ou chacune d'elles. Several vertical planes passing through the well can be represented successively by changing the azimuth of the line along which the source or each of them is displaced.
On peut aussi déplacer les sources tout autour du trou d'injection 1 de façon à obtenir une représentation sismique en 3D (X,Y,t) ou bien (X,Y,Z), l'axe Y étant perpendiculaire à OX et OZ. We can also move the sources all around the injection hole 1 so as to obtain a 3D seismic representation (X, Y, t) or else (X, Y, Z), the Y axis being perpendicular to OX and OZ .
Dans la pratique on peut déplacer les sources S de part et d'autre du trou 1 sur une distance (ou un rayon) dm pouvant atteindre 1000 ou 2000 mètres.In practice, sources S can be moved on either side of hole 1 over a distance (or a radius) dm which can reach 1000 or 2000 meters.
Après délimitation de la zone souterraine où l'on va pratiquer l'injection, par des moyens 8 de confinement tels que des packers, on procède à une injection de fluide dans la formation au moyen de la colonne tubulaire 4, 7. A intervalles réguliers (toutes les six ou douzes heures par exemple ou tous les jours), on effectue de nouvelles séries de cycles d'émissionréception sismique en positionnant la source sensiblement aux mêmes endroits que précédemment. A chaque fois, on peut établir des enregistrements sismiques du sous-sol. After delimiting the underground zone where the injection is to be carried out, by means 8 of containment such as packers, a fluid injection is carried out in the formation by means of the tubular column 4, 7. At regular intervals (every six or twelve hours for example or every day), new series of seismic emission-reception cycles are carried out by positioning the source in substantially the same places as above. Each time, it is possible to establish seismic records of the basement.
La période d'injection peut durer de quelques jours à quelques semaines. The injection period can last from a few days to a few weeks.
Le fluide injecté qui vient imprégner les roches, a pour effet de modifier leur densité et la vitesse des ondes qui s'y propagent. The injected fluid which impregnates the rocks has the effect of modifying their density and the speed of the waves which propagate there.
La loi de Gassman bien connue des géophysiciens s'applique, et lton peut observer une variation très rapide de la vitesse des ondes, (de 10% à 30%), suite à une variation très faible (de l'ordre de 1G/o) de la saturation en fluide gazeux injecté dans des roches initialement saturées en liquide, comme le montre la Fig. 4. Il en résulte une modification très sensible des amplitudes ou des temps d'arrivée des signaux sismiques captés. Par comparaison entre les enregistrements successifs, on décèle très nettement les directions de propagation du fluide et l'on peut localiser les failles F qui facilitent la propagation soit au contraire l'empêchent.Gassman's law well known to geophysicists applies, and we can observe a very rapid variation in the speed of waves, (from 10% to 30%), following a very slight variation (of the order of 1G / o ) of the saturation in gaseous fluid injected into rocks initially saturated with liquid, as shown in Fig. 4. This results in a very significant change in the amplitudes or arrival times of the seismic signals received. By comparison between the successive recordings, the directions of propagation of the fluid are very clearly detected and one can locate the faults F which facilitate the propagation or, on the contrary, prevent it.
La méthode s'applique également dans le cas où le puits d'injection PI est distinct du puits 1 où sont placés les récepteurs sismiques R1 à Rn. The method also applies in the case where the injection well PI is separate from the well 1 where the seismic receivers R1 to Rn are placed.
La méthode selon l'invention convient pour faire du suivi sismique d'injection dans un rayon rm autour d'un puits de quelques centaines de mètres. The method according to the invention is suitable for carrying out seismic injection monitoring in a radius rm around a well of a few hundred meters.
On utilise de préférence un fluide gazeux facilement disponible. Il peut mettre à profit une injection de fluide décidée pour balayer une zone de production pétrolière et améliorer sa production. On peut encore tirer parti d'une calotte gazeuse (gas cap) existant au-dessus de la zone à étudier et en extraire le gaz nécessaire à l'injection. Preferably a readily available gaseous fluid is used. It can take advantage of a fluid injection decided to sweep an oil production area and improve its production. We can also take advantage of a gas cap existing above the area to be studied and extract the gas necessary for injection.
On peut éventuellement injecter de l'eau dans la formation à la place du gaz. La comparaison des différents enregistrements que l'on obtient dans ce cas montre principalement les modifications sismiques résultant des variations de la pression effective et/ou de la température dans la formation balayée. Dans la pratique, la zone investiguée est plus étroite que dans le cas d'une injection de gaz. Optionally, water can be injected into the formation in place of the gas. The comparison of the different records obtained in this case mainly shows the seismic modifications resulting from variations in the effective pressure and / or temperature in the swept formation. In practice, the area investigated is narrower than in the case of a gas injection.
La méthode selon l'invention telle qu'elle a été décrite, est avantageusement mise en oeuvre au moyen de capteurs installés dans des puits. On ne sortirait toutefois pas du cadre de l'invention en utilisant des capteurs dont une partie au moins est couplée avec la surface du sol. The method according to the invention as it has been described, is advantageously implemented by means of sensors installed in wells. It would not, however, depart from the scope of the invention to use sensors of which at least part is coupled with the ground surface.
On ne sortirait pas du cadre de l'invention non plus en procédant à un suivi sismique d'injection aussi avec des sources sismiques déplacées dans un autre puits. We would not go beyond the scope of the invention either by carrying out seismic injection monitoring also with seismic sources displaced in another well.
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1993
- 1993-03-29 FR FR9303566A patent/FR2703457B1/en not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| FR2703457B1 (en) | 1995-05-12 |
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