Abstract

Borehole images, which are now commonly acquired in the oil industry highlight very precisely damage that affects the borehole wall. Two damage types exist. The first corresponds to drilling operations: corkscrew effect, keyseat, cave etc. The second is related to present day stresses: induced fractures, breakouts or shear on preexisting planes. In addition to the real borehole damage, the acquisition and the processing of the image data may bring confusion in the identification of what is due to stresses. A new processing and filtering method is proposed for identifying the stress induced features and measuring precisely their geometry. Borehole images of two wells drilled in a shaly-sand reservoir particularly tight of the Timimoun basin (Algeria) clearly show that the main parameter that controls the damage geometry is the lithology. The stiffer and tighter is the rock the wider and deeper are the breakouts. To explain this strange behavior it is proposed that long term plasticity redistributes the horizontal tectonic stresses between the layers as a function of their shaliness. Another borehole image from Hassi Messaoud reservoir (Algeria) exhibits strong and progressive variation of the stress state where the well crosses a fault. By analogy to outcrops this perturbation is interpreted as due to a local deviation of the fault plane geometry and not to the average fault orientation itself. Such perturbations are unpredictable apart from images acquired while drilling.

Once stress induced features are clearly identified we examine how they can be used for assessing the present day stresses. In a vertical well it is well known that breakouts or induced fractures just provide the azimuth of the principal horizontal stresses as the vertical stress, parallel to the well surface, has no effect on the damage location. In a deviated well the three principal stresses influence breakouts and induced fracture location. Mastin [1988] has clearly demonstrated where breakouts will appear in deviated wells. This location depends on the three following parameters: the horizontal stress azimuth, which stress is vertical and R the shape of the stress tensor. These parameters are exactly the ones that also control the orientation of the shear on a preexisting plane. As a consequence, the observation of a breakout or an induced fracture in a single deviated well does not bring conclusive information on the stress state. But the combination of observations in multiple deviation situations may lead to a clear stress state definition. This is similar to the methods promoted by Jacques Angelier in which slickenside inversion is used for determining the stress tensor. The breakout inversion method applied to 7 wells of a north Ural field drilled with very different azimuth and deviation leads to clear definition of the local stress state. Once the stress tensor parameters are clearly identified, it becomes possible to predict borehole or perforation stability for any well deviations.

Abstract

Les images de puits, régulièrement acquises par l’industrie pétrolière, mettent clairement en évidence les dommages affectant la surface des puits. Ceux-ci sont de deux types: ceux dus au forage: les rainures spiralées, les effets « trous de serrures », etc. et ceux dus aux contraintes actuelles: les fractures induites, les « breakouts » et les cisaillements sur des plans préexistants. De plus, pendant l’acquisition et le traitement des images apparaissent des artefacts numériques qui rendent difficile l’identification de ce qui est réellement du aux contraintes actuelles. C’est pour-quoi nous décrivons d’abord une méthode combinant le filtrage des données, l’identification et la mesure précise des dommages liés aux contraintes. Appliquée à deux puits forés dans un réservoir gréseux très dur du champ de Timimoun en Algérie, cette méthode montre que le paramètre principal qui contrôle la géométrie des breakouts est la lithologie. Plus les quartzites sont dures et pauvres en argile plus les breakouts sont larges et profonds. Pour expliquer ce comportement paradoxal nous supposons une déformation plastique des argiles à l’échelle des temps géologiques. Celle-ci redistribue les contraintes tectoniques horizontales entre les bancs selon leur argilosité. Appliquée à un puits du champ de Messaoud cette méthode met en évidence une forte mais progressive variation des contraintes au passage d’une faille. Par analogie à des observations de terrain nous considérons que cette variation dépend de la géométrie de défauts du plan de faille et non de la faille ellemême. De telles perturbations sont imprédictibles sauf à acquérir des images pendant le forage.

Une fois les dommages liés aux contraintes identifiés, il faut les relier au tenseur actuel. Dans un puits vertical les breakouts et fractures induites indiquent seulement l’azimut des contraintes principales horizontales. La contrainte verticale étant parallèle à la surface du puits ne participe pas à la localisation des dommages.

Mastin [1988] a clairement établi les relations entre la localisation des dommages et les contraintes dans les puits déviés. Cette position dépend des trois paramètres suivants: l’azimut des contraintes horizontales, quelle contrainte est verticale et R le rapport de forme du tenseur. Ce sont ces mêmes paramètres qui gouvernent l’orientation des stries sur les failles. Une seule observation dans un puits dévié ne fournit qu’une information très partielle sur l’état de contrainte. Mais la combinaison d’observations dans des puits de déviation variée conduit généralement à une bonne approximation du tenseur. Cette méthode est très comparable à celles des inversions de failles que Jacques Angelier a si bien développées et popularisées. L’inversion des breakouts appliquée à 7 puits très différemment déviés du nord Oural a conduit à un tenseur très clair. Une fois ce tenseur déterminé il permet de prévoir la stabilité de puits ou de perforations pour n’importe quelle déviation.

You do not currently have access to this article.