Phénomènes vibratoires dans les colonnes pétrolières application au calcul du volume des cavités souterraines

Vibratory phenomena in oil drill holes application to the calculation of the volume of underground cavities

Directeur de recherche au Laboratoire de Mécanique des Solides Ecole Polytechnique 91128 Palaiseau cedex, France

Résumé

On rencontre très souvent la situation suivante : une cavité souterraine, naturelle ou artificielle, n’est accessible depuis la surface du sol que par un sondage. La cavité peut être un vide d’origine karstique ou créé par la dissolution du gypse, une cavité de stockage d'hydrocarbures, une carrière souterraine abandonnée, une fracture hydraulique, etc. La cavité et le sondage sont remplis d’un fluide qui peut être de l’eau, de l’air, de la saumure, des hydrocarbures, etc.

Il est utile de disposer d’informations sur les dimensions, le volume de cette cavité ; mais l’accès direct à la cavité est impossible puisque le sondage est un « capillaire » très long et relativement étroit. Ainsi, les informations souhaitées ne peuvent souvent être acquises qu'au moyen d'appareils délicats et coûteux. On propose dans cet article d'utiliser un renseignement pratiquement gratuit, à savoir la période des vibrations naturelles de la masse fluide observable en tête de puits, pour en déduire certaines informations sur le volume de la cavité souterraine.

Abstract

Quite often natural or artificial underground cavities are not accessible, but through a drill hole of small diameter. The cavities can be hydrocarbon storage caverns, hydraulic fractures, karstic voids etc. The cavity and the drill hole are filled with fluid (water, air, mud, brine, hydrocarbons, etc.)

As for direct access to the cavity is impossible, informations on the volume and shape of the cavern must be obtained through sophisticated and expensive devices. We suggest in this paper to use a free information, namely the period of the natural vibration of the fluid which can be easily measured at the well head.

The theoretical bases of such an approach, are precised, in the very distinct cases of an open shaft and a closed shaft. In each case, a real example offers the possibility of evaluating the interest of the method.