Recherche géophysique : types, méthodes et technologies

2024 Auteur: Howard Calhoun | [email protected]. Dernière modifié: 2023-12-17 10:27

La recherche géophysique est utilisée pour étudier les roches dans l'espace proche du puits de forage et entre les puits. Ils sont réalisés en mesurant et en interprétant des indicateurs physiques naturels ou artificiels de différents types. Actuellement, il existe plus de 50 méthodes géophysiques.

Caractéristiques générales

La recherche géophysique (SIG, géophysique de production ou diagraphie) est un ensemble de méthodes géophysiques appliquées permettant d'étudier les profils géologiques, d'obtenir des informations sur l'état technique des puits et d'identifier les minéraux du sous-sol.

SIG est basé sur diverses propriétés physiques des roches:

• électrique;
• radioactif;
• magnétique;
• thermique et autres.

Les levés géophysiques de production des puits sont le principal type de documentation géologique des puits. Le but de leur mise en œuvre est de résoudre un certain nombre de problèmes techniques (comparaison des sections pouridentification des strates du même âge, détermination des strates productives, horizons marqueurs, composition lithologique, les principales caractéristiques de la formation qui affectent le développement, le développement et l'exploitation des puits). Le principe de toute méthode de diagraphie de puits est de mesurer les valeurs qui caractérisent les propriétés des roches et de les interpréter.

Méthodes électriques

Lors de la réalisation de levés géophysiques électriques de puits de pétrole, les caractéristiques suivantes sont mesurées:

1. Résistivité électrique (minéraux conducteurs, semi-conducteurs, diélectriques).
2. Perméabilité électrique et magnétique.
3. Activité électrochimique des roches - naturelle (méthode du potentiel d'auto-polarisation) ou induite artificiellement (méthode du potentiel de polarisation induite).

La première caractéristique est associée à une caractéristique telle qu'une résistivité accrue des roches saturées de pétrole et de gaz, qui est une caractéristique d'identification des gisements de pétrole et de gaz (ils ne conduisent pas l'électricité). Les mesures sont évaluées à l'aide du facteur d'augmentation de la résistance, qui vous permet de déterminer les caractéristiques les plus importantes du réservoir - le coefficient de porosité, la saturation en eau et en pétrole et en gaz. Les techniques les plus courantes de cette technologie sont décrites ci-dessous.

Méthode de résistance apparente

Une sonde avec trois électrodes de mise à la terre (une alimentation et 2 électrodes de mesure) est descendue dans le puits, et la quatrième (alimentation) est installée en tête de puits. Lorsque la sonde se déplace verticalement le long du puits de forage, la différence de potentiel change. Électrique spécifiquela résistance est dite apparente car elle est calculée pour un milieu homogène, mais en fait elle est inhomogène. Sur la base des données obtenues, des courbes sont construites, grâce auxquelles il est possible de déterminer les limites du réservoir.

Sonde électrique latérale

Des sondes de gradient de grande longueur (un multiple de 2 à 30 diamètres de puits) sont utilisées dans les mesures, ce qui permet de prendre en compte l'influence du fluide de forage et la profondeur de sa pénétration dans les roches, pour déterminer le vrai résistivité de la formation.

Méthode de mise à la terre blindée avec sept ou trois sondes à électrodes

Dans une sonde à sept électrodes, l'intensité du courant est régulée de sorte que l'égalité des potentiels soit assurée aux points central et extrême le long de l'axe du trou de forage. Ceci est fait pour diriger un faisceau focalisé de charge électrique dans la roche. Le résultat est également une résistance apparente.

Méthode d'induction

Une sonde avec des bobines émettrices et réceptrices, un alternateur et un redresseur est descendue dans le puits. Lors de la création de l'EMF induit, la conductivité électrique apparente de la formation est déterminée.

Méthode diélectrique

Similaire au précédent, mais la fréquence du champ électromagnétique dans la bobine est d'un ordre de grandeur supérieur. Cette méthode est utilisée pour déterminer la nature de la saturation du réservoir avec une faible salinité de l'eau.

Il existe aussi une méthode de microsondes (leur taille n'excède pas 5 cm) pour mesurer la résistance électrique de la roche,directement adjacent à la paroi du forage.

Radiométrie

Les méthodes de recherche géophysique radiométrique sont basées sur la détection des rayonnements nucléaires (le plus souvent des neutrons et des rayons gamma). Les méthodes les plus courantes sont:

• rayonnement rocheux naturel (méthode ɣ);
• rayonnement ɣ diffusé;
• neutron-neutron (enregistrement des neutrons diffusés par les noyaux des atomes de roche);
• neutron pulsé;
• activation neutronique (rayonnement ɣ d'isotopes radioactifs artificiels résultant de l'absorption de neutrons);
• résonance magnétique nucléaire;
• neutron ɣ-méthode (rayonnement de capture de neutrons radiatif).

Les méthodes sont basées sur la loi d'atténuation de la densité de flux de rayonnement gamma, l'effet de diffusion et d'absorption des neutrons dans la roche. Sur cette base, la densité des roches, leur composition minérale, leur teneur en argile, leur fracturation sont déterminées et la contamination radioactive des équipements de forage de fond est surveillée.

Méthodes sismoacoustiques

Les méthodes acoustiques sont basées sur la mesure des vibrations sonores naturelles ou artificielles. Dans le premier cas, des études géologiques et géophysiques des bruits qui se produisent lorsque du gaz ou du pétrole pénètrent dans le puits de forage sont réalisées, et le spectre des vibrations de l'outil de forage lors de la pénétration de la roche est également mesuré.

Les méthodes d'étude des oscillations artificielles du spectre sonore ou ultrasonore reposent sur la mesure du temps de propagation de l'onde ouamortissement de l'amplitude des oscillations. La vitesse de propagation du son dépend de plusieurs paramètres:

• composition minérale des roches;
• le degré de leur saturation en gazole;
• caractéristiques lithologiques;
• argile;
• répartition des contraintes dans les roches;
• cémentation et autres.

La sonde descendue dans le puits est constituée d'un émetteur et d'un récepteur séparés par des isolateurs acoustiques. Pour réduire l'effet de la géométrie du trou de forage sur les résultats de mesure, des sondes à trois ou quatre éléments sont généralement utilisées. L'outil de fond est relié à l'équipement de surface par un câble. Le signal du récepteur est numérisé et affiché à l'écran.

Avec l'aide de cette méthode, des études de dissection lithologique de la section du réservoir, de grandes cavités souterraines sont réalisées, les propriétés du réservoir sont déterminées et la coupe d'eau est contrôlée.

Enregistrement thermique

La base de la diagraphie thermique dans les levés géophysiques de terrain est l'étude du gradient de température le long du puits de forage, qui est associé à différentes propriétés thermiques des roches (méthodes de champ thermique naturel et artificiel). La conductivité thermique des principaux minéraux formant la roche varie de 1,3 à 8 W / (m∙K), et à forte saturation en gaz, elle chute plusieurs fois.

Des champs thermiques artificiels sont créés lors du forage à l'aide d'un fluide de rinçage ou de l'installation de radiateurs électriques dans le puits. Pour mesurer le gradient de température le plus souventdes thermomètres à résistance électrique de fond de trou sont utilisés. Le fil de cuivre et les matériaux semi-conducteurs sont utilisés comme élément de détection principal.

Le changement de température est enregistré indirectement - par l'amplitude de la résistance électrique de cet élément. Le circuit de mesure contient également un oscillateur électronique dont la période d'oscillation varie avec la résistance. Sa fréquence est mesurée par un dispositif spécial et la tension constante générée dans le fréquencemètre est transmise à l'équipement d'observation visuelle.

Réaliser des recherches géophysiques à l'aide de cette technique permet d'obtenir des informations sur la structure géologique du champ, d'identifier les formations pétrolières, gazières et aquifères, de déterminer leur débit, de détecter les structures anticlinales et les dômes de sel, les anomalies thermiques associées à la afflux d'hydrocarbures. L'utilisation de cette technologie est particulièrement pertinente dans les zones d'activité volcanique active.

Méthodes SIG géochimiques

Les méthodes de recherche géochimique sont basées sur une étude directe de la saturation en gaz du fluide de forage et des déblais formés lors du rinçage du puits. Dans le premier cas, la détermination de la teneur en gaz d'hydrocarbures peut être effectuée directement pendant le forage ou après celui-ci. Le fluide de forage est dégazé dans une unité spéciale, puis la teneur en hydrocarbures est déterminée à l'aide d'un analyseur de gaz-chromatographe situé dans la station de diagraphie.

Slurry, ou particules de roche forée,contenus dans le fluide de forage sont étudiés par des méthodes luminescentes ou bituminologiques.

Enregistrement magnétique

Les méthodes magnétiques de diagraphie de puits incluent plusieurs façons de différencier les roches:

• par magnétisation;
• sur la susceptibilité magnétique (création d'un champ électromagnétique artificiel);
• sur les propriétés magnétiques nucléaires (cette technologie est également appelée diagraphie nucléaire).

La force du champ magnétique est due à la présence de corps minéralisés et de couches magnétiques qui les sous-tendent et les chevauchent. Les capteurs de modulation magnétique (flurosondes) servent d'éléments sensibles des équipements de fond de puits. Les instruments modernes peuvent mesurer les trois composantes du vecteur de champ magnétique, ainsi que la susceptibilité magnétique.

La diagraphie magnétique nucléaire consiste à déterminer les caractéristiques du champ magnétique induit par les noyaux d'hydrogène dans le fluide interstitiel. L'eau, le gaz et le pétrole diffèrent par leur teneur en noyaux d'hydrogène. Grâce à cette propriété, il est possible d'étudier le réservoir et sa perméabilité, d'identifier le type de fluide et de différencier les types de roches constitutives.

exploration gravitationnelle

L'exploration gravimétrique est une méthode d'exploration géophysique des gisements basée sur une distribution non uniforme du champ gravitationnel le long du puits de forage. Par objectif, 2 types de diagraphie sont distingués - pour déterminer la densité des roches des couches qui traversent le puits et pour identifier l'emplacement des objets géologiques qui provoquent une anomalie de gravité (changement de sa valeur).

Le saut du dernier indicateur se produit lors du passage d'un réservoir avec une densité inférieure à des roches plus denses. L'essence de la méthode est de mesurer la gravité verticale et de déterminer l'épaisseur du réservoir. Ces données vous permettent de connaître la densité des roches.

Les gravimètres à cordes et à quartz sont utilisés comme équipement principal de fond de trou. Le premier type d'appareils est le plus utilisé. Ces gravimètres sont un vibrateur électromécanique dans lequel une tension alternative est appliquée à une corde fixe verticalement avec une charge suspendue. Le vibrateur est connecté à un générateur et ses fluctuations de fréquence servent de paramètre final.

Équipement

Les méthodes de recherche géophysique sont réalisées à l'aide de stations géophysiques de terrain, dont les principaux éléments sont:

• outils de fond;
• treuil à entraînement mécanique ou électromécanique (à partir de la prise de force, du réseau électrique ou d'une source d'alimentation indépendante);
• unité de commande d'entraînement;
• système de surveillance des principaux indicateurs des procédures de déclenchement (profondeur d'immersion, vitesse de descente dans le puits, force de tension) - unité d'affichage, unité de tension, capteur de profondeur;
• lubrificateur de trou de forage pour sceller la tête de puits pendant la diagraphie (comprend les vannes d'arrêt, le presse-étoupe, la chambre de réception, les manomètres et d'autres instruments);
• équipement de mesure au sol (sur le châssis d'une voiture).

Matériel d'entretien des puits profondspeut être situé dans les corps de deux voitures. Les laboratoires d'exploration géophysique des puits sont montés sur les châssis d'URAL, GAZ-2752 Sobol, KamAZ, GAZ-33081 et autres. La carrosserie de la voiture comprend généralement 2 compartiments - un travailleur, dans lequel se trouve l'équipement, et un "changement" pour le personnel de service.

Les principales exigences en matière d'équipement sont la haute précision et la fiabilité des levés géophysiques. Le travail dans les puits est associé à des conditions difficiles - grande profondeur, chutes de température importantes, vibrations, secousses. L'équipement est complété selon les exigences du client, la méthode utilisée et les objectifs du travail. Pour la recherche géophysique dans les puits offshore, tous les équipements sont transportés dans des conteneurs.

Interprétation des résultats

Les résultats des levés géophysiques sont traités étape par étape depuis les valeurs des instruments de mesure jusqu'à la détermination des paramètres géophysiques du réservoir:

1. Conversion des signaux d'équipement de fond.
2. Détermination des véritables propriétés physiques des roches étudiées. Des travaux géophysiques supplémentaires sur le terrain peuvent être nécessaires à ce stade.
3. Détermination des propriétés lithologiques et réservoir de la formation.
4. Utiliser les résultats obtenus pour résoudre l'une des tâches définies - identifier les gisements minéraux, leur répartition dans la région, déterminer l'âge géologique des roches, les coefficients de porosité, la teneur en argile, la saturation en gaz et en pétrole, la perméabilité; identification des réservoirs, étude des caractéristiquessection géologique et autres.

L'interprétation des levés géophysiques est réalisée par différentes méthodes en fonction de la technologie utilisée (électrique, radiométrique, thermique, etc.) et des équipements de mesure. Les organisations géophysiques modernes exploitent des systèmes automatisés de collecte et de traitement de données (Prime, Pangea, Inpres, PaleoScan, SeisWare, DUG Insight et autres).