CA2130094A1 - Dispositif et methode pour mesurer la conductivite des formations geologiques autour d'un puits - Google Patents
Dispositif et methode pour mesurer la conductivite des formations geologiques autour d'un puitsInfo
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Abstract
2130094 9414087 PCTABS00166 Le dispositif comporte une bobine émettrice-réceptrice (5) mobile dans le puits et des moyens (8) pour générer un signal périodique d'excitation créant dans la bobine émettrice-réceptrice une surtension. La variation de facteur de surtension de la bobine est déterminée par des moyens de mesure (9) et analysée par des moyens (10) de traitement de façon à obtenir une indication sur la valeur de la conductivité de la formation située autour du puits.
Description
WO 94/14087 PCT/~93101238 ~13~9~1 DISP~ ~ITIF ET METHODE POUR MESURER LA CONDUCIlYITE DES
~ORMATIONS GEOLOGIQUES AU1`OUR D~UN PUITS
La présente invention concerne un dispositif et une mé~hode permettant de mesurer par induction la conductivité d'une formation terrestre ou géologique enviroilnant un puits, Les méthodes d'induction en diagraphies sont utilisées 5 depuis de nombreuses années pour mesurer la conductivite des formations terrestres, notamment les forma~ions situées au voisinage d'un puits de forage.
Les dispositifs utilisés conventionnellement selon l'art antérieur, font appel à une ou plusieurs bobines émettrices 10 activées par un courant alternatif et au moins une bobine receptrice aux bornes de laquelle on effectue une mesure de tension La tension mesurée est représentative des courants induits dans la formation géologique par le champ magnetique oscillant dû au courant alternatif, et donc varie notamment en 15 fonction de s~ conductivilé. L'utilisation d'au moins un couple bobine émettrice et bobine réceptrice rend le dispositif encombrant du fait de la dimension transversale de l'ensemble par rapport au diamètre du puits dans lequel il est situé. Ii est donc difficile à orienter dans de mul~iples directions et rend
~ORMATIONS GEOLOGIQUES AU1`OUR D~UN PUITS
La présente invention concerne un dispositif et une mé~hode permettant de mesurer par induction la conductivité d'une formation terrestre ou géologique enviroilnant un puits, Les méthodes d'induction en diagraphies sont utilisées 5 depuis de nombreuses années pour mesurer la conductivite des formations terrestres, notamment les forma~ions situées au voisinage d'un puits de forage.
Les dispositifs utilisés conventionnellement selon l'art antérieur, font appel à une ou plusieurs bobines émettrices 10 activées par un courant alternatif et au moins une bobine receptrice aux bornes de laquelle on effectue une mesure de tension La tension mesurée est représentative des courants induits dans la formation géologique par le champ magnetique oscillant dû au courant alternatif, et donc varie notamment en 15 fonction de s~ conductivilé. L'utilisation d'au moins un couple bobine émettrice et bobine réceptrice rend le dispositif encombrant du fait de la dimension transversale de l'ensemble par rapport au diamètre du puits dans lequel il est situé. Ii est donc difficile à orienter dans de mul~iples directions et rend
2 0 I'analyse de la formation limitée à une exploration lineaire.
Il est intérsssant de disposer d'un dispositif de caractérisation des formations géologiques permettant d'avoir des informa~ions tenan~ compte de J'anisotropie des propriétés des roches, qui se traduit par des valeurs de eonductivité. donc de 2 5 résistivité, variables dans l'espace à ~rois dimensions.
Le but de la présente invealtion es~ d'offrir un dispositif et une méthode, remédiant aux inconvénierlts des dispositifs de l'art antérieur, e~ ainsi de mesurer la conductivité d'une formation géologique située autour d'un puits dans plusieurs directions~
Il est intérsssant de disposer d'un dispositif de caractérisation des formations géologiques permettant d'avoir des informa~ions tenan~ compte de J'anisotropie des propriétés des roches, qui se traduit par des valeurs de eonductivité. donc de 2 5 résistivité, variables dans l'espace à ~rois dimensions.
Le but de la présente invealtion es~ d'offrir un dispositif et une méthode, remédiant aux inconvénierlts des dispositifs de l'art antérieur, e~ ainsi de mesurer la conductivité d'une formation géologique située autour d'un puits dans plusieurs directions~
3 0 pour obtenir une inforrnation sur la distribu~ion spa~iale de la conductivité de la formatioll, notamment sur l'hornogénéité et/ou la non homogénéité de cette tormation.
Dans toute la suite du texte, on définit par le terme "circuit résonnant" le circuit électronique constitué par le générateur~ les FEUILLE DE REMPLACEMENT (REGLE 26~
wO 94/14087 2 ~3 0 ~ S PCT/~93/01238 moyens inductifs et éventuellement d'autres éléments placés dans le circuit.
La présente invention concerne un dispositif pour mesurer la conductivité de formations géologiques autour d'un puits S caractérisé en ce qu'il comporte en combinaison des moyens inductifs adaptés à être descendus dans le puits, des moyens de génération d'un signal périodique d'excitation propre à créer dans les moyens inductifs une surtension, des moyens de mesure de la variation du facteur de surtension des moyens inductifs causée par la présence des formations géologiques environnantes et des moyens de traitement pour déterminer a partir de ladite variation du facteur de surtension une indication sur la valeur de 1~ conductivité de la forrn~tion~située autour du puits sondé.
Les moyens inductifs peuvent comporter une bobine l S inductive émettrice-réceptrice allongée.
La bobine inductive est, par exemple, équipée ~i au moins une de ses exlrémités d'un moyen permettant de privilégier les lign~s de champ générées par le signal périodique selon une direction donnée.
2 0 La bobine peut comporter un élément de perméabilité
magnétique élevée qui permet d'augmenter la valeur du champ d'induction magnétique de façon a élargir la zone analysée de la formation.
- Les moyens inductifs peuvent être orientables dans toutes 2 S les directions par rapport à l'axe du puits.
Les moyens inductifs peuvent comporter plusieurs bobines éme~trices-receptrices, l'axe de chaque bobine faisant un angle c~
avec l'axe vertîcal du pUitS, I'angle a étant variable en fonction de la bobine.
3 0 La fréquence du signal périodique es~ choisi, p~r exemple, en fonction de la fréquence de résonance du circuit.
La fréquence du signal périodique peut être égale à la fréquence du signal de résonance du circuit.
Le signal périodique est, par exemple~ un signal permanent.
wo 94~14487 2 1 ~ O o ~ ~ PCT/FR93/01238 . .
Le sign~l périodique peut être constitué d'un train d'impulsions de courte durée.
La présente invention concerne aussi une rnéthode pour mesurer la conduetivité d'une zone d'une formation géologique terrestre située ~utour d'un puits de forage comportant les étapes suivantes:
a ) on génère un signal électromagnétique variable à partir d'au mo~ns un moyen inductif allongé, b ) on détec~e la variation du facteur de surtension d'au rr oins un desdits moyens inductifs allongés ayant généré le signal, ~adite v~riation étant causée p~r la formation géologique . située autour du pui~s de forage, et on en déduit la valeur de la conductivité de la zone~de la formation géologique située autour du puits de fora~e, pour une position donnée dans le l S puits dudit moyen inductif.
On mesure, par exemple7 la variation en amplitude du f~cteur de surtension.
La position du moyen induetif ~llong~é est, par exemple, repér~e par l'angle cc que f~it s~ direction d'allongement par 20 rapport à l'axe du puits ou angle d'inclinaison,~ son azimut ,B e~ sa cote zi suivant l'axe vertical du puits.
On mesure par exemple des valeurs d'ampiitude du facteur de surtension du moyen inductif allon~é en faisant varier l'angle d'inclinaison a et on determine à p~rtir des valeurs mesurées du 2 5 facteur de surtension la dis~ribution spatiale de la valeur de la conductivité d'une zone de la formation en fonction de la profondeur p, ladite profondeur e~ant observee suivant une direction perpendiculaire à l'axe du puits.
On pellt aussi mesurer la valeur du facteur de surtension 3 0 pour différentes valeurs d'azimut ~3 et déterminer à partir des valeurs mesurées la distribution spatiale de la conductivité d'une zone de la formation autour de l'axe du puits.
On peut effectuer des mesures de la variation du facteur de surtension pour plusieurs couples de valeurs (~i, ,Bi). et à partir 3 5 des valeurs mesurées, par exemple en les corrélant, déterminer wo 94/14087 2 ~ 3 ~ 4 PCT/FR93101238 la valeur de la conductivité d'une zone de la formation située autour du puits.
En réitér~nt les mesures précédentes pour différcntes positions du moyen inductif, on peut obtenir une cartographie de l~ valeur de la conductivité de la formation géol~gique.
On peut utiliser comme moyen inductif une bobine émettrice-réceptrice.
On peut utiliser plusieurs bobines émettrices-réceptrices comme moyens inductifs.
On effeclue les mesures, yar exemple de façon séquentielle.
Un des avantages offert par le dispositif et la méthode selon l'invention est d'obtenir des informations tenant compte, par exemple, de l'anisotropie des ~leurs de conductivité des roches.
Ce but est ~tteint p~r l'utilisation d'un élément inductif unique remplissant la fonction d'émetteur-récepteur qui permet d'avoir un dispositif de f~ible encombrement du fait de sa compacité et qui peut ainsi être orienté facilement selon toutes les directions dans le puits de forage. La possibilité d'orienter le dispositif dans le puits permet, entre autres avantages, d'utiliser 2 0 la directivité des lignes de champs générées par la bobine émettrice-réceptrice pour c~ractériser des zones ponctuelles ou de taille relativement faible de la form~ion ~éologique.
Un autre avant~ge est de minimiser les coûts des dispositifs de diagraphie exis~ants.
2 5 D'autres ~vantages et caracteristiques de l'invention apparaîtrollt à la lec~ure de la description suivante de modes de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs et en référence aux dessins annexés dans lesquels:
- la figure 1 schématise une sonde à induction utilisée pour 3 0 réaliser des diagraphies selon l'~art antérieur, - la figure 2 schématise un dispositif réalisé selon l'invention comportant une bobine unique émettrice-réceptrice, - les figures 3A, 3B montrent respectivement une bobine située à différentes positions dans un puits et les courbes de 3 5 conductivité obtenues, - les figures 4A, 4B représentent des modèles simplifiés d'une section de la formation traversée par un puits, montrant la zone envahie de la formation analysée pour différentes positions de l'élément émetteur-récepteur, 5 - la figure 5 représente une bobine caractérisée par l'~ngle ~ de rotation du plan B formé par l'axe de la bobine et la verticale, et - la figure 6 schématise un dispositif comportant quatre bobines émettrices-réceptrices.
10La figure 1 représente le schéma de principe d'une sonde à
induction selon l'~rt antérieur.
La sonde à induction est constituée d'une bobine émettrice E
et d'une bobine réceptrice R distantes l'une de l'autre d'un paramètre d et ?ositionnées toutes les deux sur un meme support 15 SP et ayant un nlême axe.
Une source de tension alternative S génère dans la bobine - émettrice E un courant alternatif, dont la fréquen~ e, d'environ 20 KHz. et l'intensité sont cons~antes. Le courant alternatif génère autour de l'axe de la bobine confondu avec l'axe du 2 0 support SP, des courants de Foucault circulant dans des boucles coaxiales à l'axe commun des bobines et qui modifient la valeur du champ d'inductiorl traversant !a bobine réceptrice R, ainsi que la valeur du courant la parcourant. Le coefficient de couplage inductif entre les deux bo~ines E et R est modifié ~r la 2 5 conductivité du milieu lraversé. Un dispositif M mesure la valeur du courant circulant dans la bobine réceptrice R, qui est représentative des pertes créées par les courants de Foucault dans la ~ormation et donc représen~ative de sa conductivité.
En faisant v~rier la distance d séparant la bobine émettrice 3 0 de la bobine réceptrice, on règle la focalisation du signal de manière à explorer au delà de la zone envahie la conductivilé de la formation pour différentes profondeurs. A partir des informations obtenues sur la valeur de la conductivité pour différentes profondeurs de la formation, et à l'aide d'opér~tions 3 5 de soustractions successives. on remonte a la valeur de wo 94/14087 213 9 ~ PCT/FR93101238 conductivité de 1~ formation en un point donné ou pour une zone limitée en taille donnée.
Une lelle disposition des deux bobines limite les mesures de Ia conductivilé de la formation ~éologique dans une direction par 5 exemple perpendiculaire à l'axe commun des deux bobines et ne permet pas d'augmenter la profondeur d'analyse de la formation obtenue à l'aide d'orientations différentes des lignes de champs.
De plus, un tel dispositif ne permet pas d'obtenir de façon simple et directe une information sur l'homogénéité ou la non 10 homogénéité d'une formation ~éologique entourant le puits.
La méthode selon l'invention utilise le fait qu'une bobine émettrice-réceptrice unique parcourue par un courant alternatif variable génère des lignes de-champ dont la directivité permet d'effectuer une analyse spatiale de la valeur de la conductivité
15 d'une formation constituée d'un milieu hétérogène tel que les formations environnant un puits et, notamment d'observer l'homogénéité et/ou la non homogénéi~é d'une formation géologique. Le principe repose sur l'utilisa~ion des lignes de - . champ qui induisent dans le milieu hétérogène des pertes 2 0 électriques Yariant avec la conductivité du milieu se traduisant au niveau de la bobine par une variation du facteur de surtension du cireuit résonnant dans lequel est incluse la bobine.
On va. à partir de la variation du faeteur de surtes~sion du circuit résonnant activé, déduire, p~r exemple, la conductivité
2 5 d'une hétérogénéité située d~ns une form3tion ~errestre.
La description qui suit mentionne, plus particulièrement, I'utilisation de ia variation de l'amplitude du facteur de surtension pour obtenir une informalion sur la conductivité.
La figure 2 montre une sonde 1 permettant d'effec~uer des 3 0 mesures de conductivité d'une formation géologique 2 traversée par un trou de fora<~e 3. Le dispositif de mesure 1 est suspendu dans le trou de forage 3 par un moyen 4, te! que, par exemple, une ~ige de forage ou un câble.
Selon un mode de réalisation simplifié. Ia sonde I comporte 3 5 un moyen inductif. tel qu'une bobine allon~ée 5 jouant le rôle , WO 94/14087 ` PCT/FR93/01238 21~00~ ~
d'émetteur-récepteur positionnée autour d'un support 6 qui permet de fixer et d'orienler 13 bobine p~r rapport au corps 7 de la sonde 1~
La bobine allongée 5 esl équipée d'un moyen, tel q~u'un 5 tubage l~tér~l constitué d'un matériau magnétique (fer doux ou ferrite) adapté à la fréquence d'utilis~tion du dispositif, qui se déplace éventuellement selon l'axe de 1~ bobine et permet ainsi de privilégier certaines lignes de champs. Le tubage n'est pas représenté sur 1~ figure 1 pour des raisons de clarté.
On privilègie ainsi, par exemple, Ies lignes de champs don~ le vecteur ch~mp m~gnétique B à l'extérieur de la bobine posséde une direction se . approch~nt de 1~ direction de l'axe de la bo~ine.
Tout autre moyen possé~ant les c~ractéristiques requises peut être employé au lieu du lubage.
De 13 même m~nière, la bobine peul êlre équipée à chacune de ses extrémités d'un tel moyen.
Un génér~teur de signaux 8 envoie à la bobine 5 un signal périodique d'excitation, par exemple un signal alternatif, qui engendre dans la bobine 5 un cour~nt périodique. Ce courant crée 2 0 ~ I'intérieur et à l'extérieur de la bobine un champ magnétique oscillant générant d~ns 1~ formalion géologique 2 des pertes par courants de Foucault qui sont représentatives de sa conductivité.
D~ns un compartiment de 1~ sonde 1 sont disposés des moyens de mesure 9 connectés ~ la bobine 5, qui détectent 1~ variation du 2 ~ facteur de surtension du circuit résonnant activé, notamment sa variation en ampli~ude et transmettent un sign~l représentatif de cette variation ~i des moyens de traitement 10 tel qu'un processeur programmable qui permet d'obtenir, ~i partir du signal mesuré, une indicalion sur la valeur de la conductivité de la 3 0 formation gcologique ~.
Le dispositif comporte aussi un moyen de contrôle 11 du générateur de signal 8, qui permel de choisir les paramètres du signal allern~tif envoyé à la bobine 5, par exemple la forme, I'amplitude et la fréquence cl de commander la manière dont 3 5 sont envoyés ces signaux.
WO 94/14087 ~ PCT/FR93101238 2~3~
Les mayens de contrôle 11 permettent notamment de régler la fréquence envoyée à la bobine a une valeur sensiblement égale à la valeur de fréquence d'accord du circuit résonnant dans lequel 1~ bobine est incluse.
Le cfible ou 1~ tige 4 comportent des lignes conductrices servant a envoyer des commandes aux différents dispositifs situés dans le trou de forage ou à remonter les signaux de mesures effectuées à l'aide du dispositif. La bobine 5 est associée, par exemple, à des moyens moteurs, (non représentés) permettant de modifier sa position qui sont commandés par exemple p~r l'intermédi~ire des lignes conductrices.
Le processeur 10 est ~d~pté aussi à ~énérer des si~n~ux de commande d'orientation de la-bobine 5 dans le puits. On fait varier, par exemple, I'angle d'inclin~ison a de la bobine par rapport a I'axe du puits (Fig.5).
Le processeur 10 commande par exemple, la variation de l'azimut ,B du plan B formé par l'élément inductif et l'axe du puits par rapport à un pl~n de référence.
Des espaceurs d'un type connu sont disposés autour du corps 2 0 - de 1~ sonde pour la maintenir centrée dans le puits lors de ses deplacements le long du puits, à la montée ou la descen~e du dispositi f.
Une des manières d'augmenter la portée d'analyse du dispositif, consiste a insérer, par exemple, à l'intérieur de la 2 ~ bobine 5, un élément tel qu'un noyau de perméabilité
magnétique élevée, qui a pour effet d'~ugmenter la valeur du champ d'induction magnétique. Le noyau peut être réalisé en permalloy, alliage M 1040, en mu-métal par exemple.
On choisit une bobine dont les paramè~res: coefficient de 3 0 self-induction L, capacilé C et résistance r conduisent a ùne valeur de rapport (L/r) le plus élevé possible~ de manière à avoir, à une fréquence donnée, un coefficient de surtension ou facteur de qualité Q élevée. On améliore ainsi la précision de mesure.
Afin d'obtenir un champ électromagnétique constant à
3 5 I'intérieur de la bobine, on réalise la bobine 5 de preférence en 213~)0!~`
employant une technique de bobine à double enroulement bien connue des spéci~listes du dom~ine.
On peut adapter la fréquence de résonance du circuit à la fréquence du sign~l d'excitation en ajout~nt une c~pacité variable d~ns le circuit résonnant. Cet agencement permet, entre au~re, de diminuer la fréquence de résonance due aux paramètres de la bobine qui est souvent comprise entre SM et 10KHz.
En opération, la sonde 5 est descendue dans un puits traversant des formations géologiques de conductivité variables avec 1~ profondeur. Le puits est rempli en partie par une boue conductrice dont la conductivité électrique est plus élevée que celle de la formation. Autour du pUitS est présenle une zone envahie dont la conductivité est également plus élevée que la valeur de la conductivité de la formation.
I S Sur la figure 3A, la bobine émettrice réceptrice S munie de son tubage T est représentée dans trois positions selon l'axe ~; vertical z du puits.
La bobine émettrice réceptrice est positionnée dans un puits autour duquel on trouve une première zone envahie Zl.
2 0 comportant une certaine qu~ntité d'eau V l el une seconde zone envahie Z2 avec une autre quantité d'e~u V2~
La bobine étant placée dans la position a, les lignes de champ -~ induites traversent, selon 1~ tai!le et 1;3 position du tubage T, la - zone Zl ou ra zone Z~ ou éventuellement les deux. La courbe ~1 - 2 5 représentée sur la figure 3B montre la variation de la conductivité mesurée pour une telle formation en fonction de la distance r du point où la formation est observée puis selon une direction ox perpendiculaire. p~r exemple, a I'axe z du puits.
Cette courbe c~ I a été obtenue ;i partir des valeurs mesurées 3 0 de l'~mplitude du facteur de surtension U aux bornes de la bobine. Au préalable, on a effectué un point zéro consistant à
faire tourner la bobine ~i 90 par rapport ~i l'axe du puits, et à
mesurer la valeur de la conductivité moyenne de la zone envahie.
Le passage du résullat de mesure de l'amplitude du facteur 3 5 de surtension à la valeur de la conductivité se fait selon des l o WO g4/14087 PCTt~93/01238 ~,~30~
~baques préalablement obtenues et mémorisées dans le processeur 10, p~r exemple.
Ces calculs sont basés sur le fait que selon une coupe radiale la dissipation tot~le en énergie pour une profondeur r en fonction S de la valeur de la conductivité locale et du champ magnétique loc~l s'exprime selon la formule suivante:
I~r dissipation en énergie = J G ~ (r~ B2(r)dr o ou G est un facteur géornétrique intégré obtenu à partir d'3baques établis en laboratoire.
Cette dissipation en éner~ie est proportionnelle a la v~leur de tension mesurée.
Par une méthode classique de système d'équations linéaires;
connue des spécialistes en mathématiques, 1~ mesure de la dissipation en énergie pour chaque profondeur r donne une valeur de la conduclivité de la formation pour la profondeur r.
En effectu~nt plusieurs mesures du facteur de surtension pour plusieurs valeurs de profondeur ou distance par rapport à
2 0 I'axe vertical du puits~ on établit, par exemple, le profil de variation de 1~ conductivité de 1~ formation géologique en fonction de la dist~nce a l'axe du puits.
Les courbes C~b et ~c de la figure 3B ont été obtenues, la bobine ~emettrice S étant dans les posiLions b et c. Dans la position 2 5 b, et avec un tubage latér~l T ayant des dimensions choisies et positionné pour que les lignes de champ sortant de la bobine explorent uniquement les zones Zl et Z~ dans leur partie ne comprenant pas d'eau. on obtient la courbe c~ b qui varie faiblement en fonction de la profondeur r.
3 0 La courbe ~c ~ été obtenue en positionnant le tubage T
autour de la bobine pour que les lignes de champ explor'ent uniquement des~ zones envahies en majori~é par de l'eau. La courbe C~c oblenue est constante 4uelque soit 1~ profondeur.
2130~
Les ^ourbes de conductivité C~b. ~c sont déduites des valeurs d'amplitude de 1~ surtension mesurée ~ux bornes de la bobine de manière identique à celle utilisée pour obtenir la courbe ~a.
Du f~it de sa compacité déjà mentionnée, on peut facilement S modifier l'orientation de la bobine S et faire varier son angle d'inclinaison aj par rapport ~ la vertic~le du puits.
On observe que lorsque l'~ngle d'inclin~ison a j augmente, la contribution ~ la variation du signal de réponse de la zone envahie augmente. En effet, la zone d'interseclion des lignes de champ avec 1~ zone envahie ou section occupée par la zone envahie et balayée par les lignes de champs augmente dans un pl~n AA' perpendicul~ire ~ I'axe de 1~ bobine. La valeur du facteur de qualité Q variant en fonction de la valeur de la conductivité, I'amplitude du facteur de surtension diminue lorsque l'angle o~ ; augmente et ceci d'autant plus gue la zone envahie ~u moins en partie p~r la boue conductrice du puits est profonde .
Il en résulle également la possibilité, en faisant varier oc;
d'explorer en profondeur la form~tion.
2 0- Les figures 4A et 4B montrent schématiquement une mêrne zone de puits b~layée p~r les lignes de champ extérieures de la bobine émettrice-réeeptrice pour deux positions extrêmes de la bobine.
L~ figure 4 B représeFlte la bobine 5 dans une position très 2 5 inclinée par rappor~ a l'axe du puits, 1';3ngle d'inclinaison o~ j' étant très proche de 90. Dans ce cas, la sec~ion occupée par la zone envahie balayée par les lignes de champs dans un plan perpendiculaire à l'axe de Ja bobine est beaucoup plus importante que dans le cas représenté sur la figure 3A ou l'angle 3 0 d'inclinaison ~ j a une valeur plus faible, plus proche de l'axe du puits et, si la conduclivité de la zone envahie est supérieure à
celle de la formation, la valeur du facteur de surtension, notamment son an~plitude, est plus f~ible que pour l'angle Ol j' .
WO 94114087 PCTlFRg3/01238 ?.~3~
On utilise ce résultat pour obtenir une informa~ion sur la valeur de la conductivité de la formation en profondeur. En effet, selon le principe exposé ci-dessus, on obtient des valeurs de surtension qui caractérisent des zones proches de l'axe vertical du puits si l'inclinaison de 1~ bobine est forte, ou des zones plus éloignées si cette inclinaison est f~ible.
Pour cela pour une valeur d` ~ngle a; le généraleur 8 envoie un signal alternatif à la bobine 5. Le dispositif 9 mesure, par exemple, 1~ valeur de l'amplitude du facteur de surtension Qi correspondant à l'angle ~ j. La valeur est ensuite mémorisée dans le processeur 10. Cette valeur d'angle a j permet d'avoir une information sur la v~leur de la conductivité d'une zone envahie située a u:ne cote zi suivant~l'axe vertical du puits. On effectue cette mesure pour plusieurs valeurs d'angle a ;.
Le processeur 1 0 est pro~rammé pour tr~iter les valeurs mesurées :et dé~erminer a par~ir de ces valeurs la valeur de la conductivité de la formation à la cote zi.
On obtient ainsi une information sur la valeur de la conductivité moyenne de la formation pour une cote donnée.
2 0 On observe de plus que le signal provenant de la zone envahie est m~ximal dans un plan B défini par l'axe de la bobine et l'~xe vertical du puits.
On utilise ce resultat pour obtenir une informalion sur la distribution spati;lle de la conductivité de la forma~ion en f~isant 2 5 tourner les plans B autour de l'axe vertical du puits.
I a figure S représente une façon d'u~iliser le dispositif en faisant varier l'azirnut ~ de la bobine.
Pour un angle a donné de la bobine 5 on fait tourner cette dernière autour de l'axe vertical du puits, ce qui correspond à
3 0 une rotation du plan B, et on mesure pour plusieurs valeurs d'angle ~ la v;~leur du facteur de surtension. Chaque valeur de l'azimut ~ permet de repérer un plan B dans lequel le signal de réponse de la zone envahie est maximal. On procède de f~çon identique à la méthode décrite en relation aYec les figures 4A, 4B.
3 5 Le processeur 10 est progr~mmé pour déterminer a partir des WO g4/14087 PC1`1FR93/01238 ~ . .
2130~9 .~1.
valeurs mesurées, 1;1 v~leur de 1~ conduclivité de la formation.
pour une cote donnée zi liée ~i la profondeur d'exploration des lignes de ch~mp con~ribuant au signal pour l'an~le a, dans différentes directions définies par 3es valeurs prises par l'angle ,B.
5 On obtient alors une inform~tion sur la distribution sp~tiale de la conductivité de la zone envahie de 1~ formation géologique 2 située ~utour du puits 3.
Les exemples précédents ont montré l'~vantage d'utiliser une seule bobine émettrice-réceptrice ;Ifin d'étudier la conductivité
10 de zones envahies de manière spatiale (variation de l'azimul ,B
autour de l'axe vertical du puits~ et en profondeur en faisant varier l'angle d'inclinaison a.
Selon un mode préférentiel de mise en oeuvre de la méthode, p~r déplacement de la bobine selon l'axe vertical du 15 puits (en descendant ou en mont;~nt )~ on obtient une information sur 1~ conductivité de la formation pour différents niveau~, - Une ~utre v~riante de ré~is~tion du dispositif permettant d'obtenir ce rés~ltat est schématisé sur la figure 6 On utilise 1~ possibilité d'explorer en profondeur la formation 20 en faisant varier la valeur de l'angle o~ p~r rapport à l'axe vertical du puits et 1~ possibilité de modifier l'~zirnut de la bobine autour de l'axe vertic~l du puits pour c;lr;lctériser la formation dans l'espace.
1 e dispositif peut comporter une pluralité de bobines 2 5 émettrices-réceptrices de forme allorlgée, de preference, réparties le l~ng du corps de la sonde 1, e~ dont on peut modifier individuellerr,..lt l'inclinaison. D~ns le mode de réalisation de la Figure 6, il comporte par exemple, quatre ~obines Bl, B2, B3, B4 dont les ~xes sont inclinés selon des angles respectifs ~1. (x2. o~3, 3 0 a4 avec l'axe vertical du puits, et sont situés dans des plans Bl, B2, B3, B4 (Fig. 5) dont Ics angles de rotation ou azimut sont ~ 2.
33 et ,B4 (Fig. 5).
Le dispositif comporle~ par exemple dans ce c~s, un premier multiplexeur 1~ pour connecler séquentiellement le génér~teur 3 5 de signal 8 ~ux quatre bobines et un deuxième multiplexeur 13 ~3 PCT/FR93101238 pour connec~er séquentiellement les mêmes bobines au moyen de mesure 9.
On peut ~ussi relier les bobines a des générateurs de signaux distincts et a des moyens de mesure 9 indépendants.
Le nombre des bobines positionnées à l'intérieur du corps 7 - est choisi en fonction de la précision avec laquelle on souhaite caractériser la form~tion.
On ulilise par exemple 10 à 20 bobines pour ~voir une bonne précision de mesures. Ch~que bobine a un diamètre par exemple compris entre 0,5 et 5 cm et une longueur v~riant, par exemple, dans la fourchetle 3 et 50 cm.
L~ lon~ueur totale de la sonde I peut ainsi varier entre 50 cm et 2 m. elle est fonc~tion du nombre de bobines le constitllant.
Une des possibilités de mise en oeuvre du dispositif consiste à dépl~cer 1~ sonde I d~ns le puits de forage jusqu'à une cote fixée. La cote de 1~ sonde esl déterminée par exemple par la longueur du cable 4 ayant été déroule ou enroulé au cours de la descente.
2 0 - On effectue ~lors des mesures de la conductiYité de la formation pour une position donnée de 1~ sonde. Pour cela, on procède par exemple ~u~ étapes suivantes: le générate~r de sign~ux 8 envoie un si~nal ~Iternatif d'excitation par l'intermédiaire du multiplexeur 12, ;3 une bobine B j repérée par 2 5 son angle d'inclin~ison oc j, p~r son espacement longitudinal xj par rapport à un point de réference7 qui peu~ êlre p~r exemple en haut de celle-ci, et par son azimut ,13 j. La fréquence d'excitation est prise egale de préférence a la fréquence de résonance du circuit. A partir du momenl où le sign;31 est appliqué, on 3 0 cnregistre .i I'~ide des moyens de mesure 9 la valeur de l'amplitude ~u coeft`icient de qualité Q du circuit résonnant. Les valeurs mesurées sont ensuite transmises au processeur 10 qui les mémorise.
On réitère cet~e mesure de façorl séquentielle en faisant varier les valeurs des tngles d'inclin;~ison Ol; et de ro~ation ~ij ,, .
21300~9il pour ch~ e bobine. Les v;lleurs meSurées sont mémorisées dans le processeur 10 programmé pour les traiter et qui, par corrélation p~r exemple, détermine une v~leur moyenne de la conductivi(é d'une zone envahie de la formation en profondeur et spatialement autour de l'axe vertical du puits. La profon~eur de 1~ zone envahie caractérisée dépend notamment du nombre de bobines disposées à l'intérieur de 1;1 sonde 1.
Quand le dispositif comporte plusieurs bobines, on mesure de façon séquentielle les valeurs de surtension obtenues pour les bobines contenues dans la sonde 1, en utilisant ies multiplexeurs 12, 13.
En effectu~nt des mesures pour différentes positions du corps 7 de 1;1 sonde. repérées-par exemple par la longueur dont on a enroulé ou déroulé le cable 4, il est ainsi possible de c~ractériser la form;ltion , éoloOique c.tuée alJtour du puits à
différents niveaux et d'en déduire pour chaque niveau une carto~raphie de la conduc~ivité de la formation pour des zones envahies de la form~tion situées à des profondeurs variables p~r rapport à l'axe du puits et dans des directions spatiales variant 2 0 ~utour de l'axe vertical du puits.
0n ne sortirait pas du c~dre de l'invention si l'on fait varier l'amplitude du champ magnétique dans la bobine en faisant varier l'intensité transmise ~ la bobine par le généraleur de - frequence.
2 5 Un des avan~ages supplémentaires du dispositif selon l'invention app~raît lorsque l'on considère le cas d'un puits dévié.
Ce c~s est schématisé sur la figure 7. Une des difficultés dans ce cas est liee au fai~ que la sonde I qui parcourt le puits 14 est inclinée par rapport aux couches successives ( 15, 16) de la 3 0 forma~ion. Il est possible dans ce cas, de maintenir 1~ ou les bobines 5 en position verticale, c'est-a-dire selon une direction sensiblement perpendiculaire aux couches de terrain rencontrées.
Un moyen simple pour y parvenir consiste ~ suspendre 1~ bobine par une de ses extrémités par rapport au corps de la sonde de WO 94/14087 PCT/F1~93101238 2~3~9 ~ .
manière ~ ce qu'elle soit libre de tourner ou de s'orienter dans le puits sous l'action de la pesanteur.
On ne sortirait pas du cadre de l'invention si on utilisait pour repérer la bobine l'angle de déclinaison par r~pport à l'axe 5 vertical (égal à n/2~
Bien entendu, diverses modifications et/ou adjonctions peuvent êlre apportées par l'homme de métier au procédé et au dispositif dont la description vient d'être donnee a titre nullement limitatif, sans sortir du cadre de l'inven~ion.
Dans toute la suite du texte, on définit par le terme "circuit résonnant" le circuit électronique constitué par le générateur~ les FEUILLE DE REMPLACEMENT (REGLE 26~
wO 94/14087 2 ~3 0 ~ S PCT/~93/01238 moyens inductifs et éventuellement d'autres éléments placés dans le circuit.
La présente invention concerne un dispositif pour mesurer la conductivité de formations géologiques autour d'un puits S caractérisé en ce qu'il comporte en combinaison des moyens inductifs adaptés à être descendus dans le puits, des moyens de génération d'un signal périodique d'excitation propre à créer dans les moyens inductifs une surtension, des moyens de mesure de la variation du facteur de surtension des moyens inductifs causée par la présence des formations géologiques environnantes et des moyens de traitement pour déterminer a partir de ladite variation du facteur de surtension une indication sur la valeur de 1~ conductivité de la forrn~tion~située autour du puits sondé.
Les moyens inductifs peuvent comporter une bobine l S inductive émettrice-réceptrice allongée.
La bobine inductive est, par exemple, équipée ~i au moins une de ses exlrémités d'un moyen permettant de privilégier les lign~s de champ générées par le signal périodique selon une direction donnée.
2 0 La bobine peut comporter un élément de perméabilité
magnétique élevée qui permet d'augmenter la valeur du champ d'induction magnétique de façon a élargir la zone analysée de la formation.
- Les moyens inductifs peuvent être orientables dans toutes 2 S les directions par rapport à l'axe du puits.
Les moyens inductifs peuvent comporter plusieurs bobines éme~trices-receptrices, l'axe de chaque bobine faisant un angle c~
avec l'axe vertîcal du pUitS, I'angle a étant variable en fonction de la bobine.
3 0 La fréquence du signal périodique es~ choisi, p~r exemple, en fonction de la fréquence de résonance du circuit.
La fréquence du signal périodique peut être égale à la fréquence du signal de résonance du circuit.
Le signal périodique est, par exemple~ un signal permanent.
wo 94~14487 2 1 ~ O o ~ ~ PCT/FR93/01238 . .
Le sign~l périodique peut être constitué d'un train d'impulsions de courte durée.
La présente invention concerne aussi une rnéthode pour mesurer la conduetivité d'une zone d'une formation géologique terrestre située ~utour d'un puits de forage comportant les étapes suivantes:
a ) on génère un signal électromagnétique variable à partir d'au mo~ns un moyen inductif allongé, b ) on détec~e la variation du facteur de surtension d'au rr oins un desdits moyens inductifs allongés ayant généré le signal, ~adite v~riation étant causée p~r la formation géologique . située autour du pui~s de forage, et on en déduit la valeur de la conductivité de la zone~de la formation géologique située autour du puits de fora~e, pour une position donnée dans le l S puits dudit moyen inductif.
On mesure, par exemple7 la variation en amplitude du f~cteur de surtension.
La position du moyen induetif ~llong~é est, par exemple, repér~e par l'angle cc que f~it s~ direction d'allongement par 20 rapport à l'axe du puits ou angle d'inclinaison,~ son azimut ,B e~ sa cote zi suivant l'axe vertical du puits.
On mesure par exemple des valeurs d'ampiitude du facteur de surtension du moyen inductif allon~é en faisant varier l'angle d'inclinaison a et on determine à p~rtir des valeurs mesurées du 2 5 facteur de surtension la dis~ribution spatiale de la valeur de la conductivité d'une zone de la formation en fonction de la profondeur p, ladite profondeur e~ant observee suivant une direction perpendiculaire à l'axe du puits.
On pellt aussi mesurer la valeur du facteur de surtension 3 0 pour différentes valeurs d'azimut ~3 et déterminer à partir des valeurs mesurées la distribution spatiale de la conductivité d'une zone de la formation autour de l'axe du puits.
On peut effectuer des mesures de la variation du facteur de surtension pour plusieurs couples de valeurs (~i, ,Bi). et à partir 3 5 des valeurs mesurées, par exemple en les corrélant, déterminer wo 94/14087 2 ~ 3 ~ 4 PCT/FR93101238 la valeur de la conductivité d'une zone de la formation située autour du puits.
En réitér~nt les mesures précédentes pour différcntes positions du moyen inductif, on peut obtenir une cartographie de l~ valeur de la conductivité de la formation géol~gique.
On peut utiliser comme moyen inductif une bobine émettrice-réceptrice.
On peut utiliser plusieurs bobines émettrices-réceptrices comme moyens inductifs.
On effeclue les mesures, yar exemple de façon séquentielle.
Un des avantages offert par le dispositif et la méthode selon l'invention est d'obtenir des informations tenant compte, par exemple, de l'anisotropie des ~leurs de conductivité des roches.
Ce but est ~tteint p~r l'utilisation d'un élément inductif unique remplissant la fonction d'émetteur-récepteur qui permet d'avoir un dispositif de f~ible encombrement du fait de sa compacité et qui peut ainsi être orienté facilement selon toutes les directions dans le puits de forage. La possibilité d'orienter le dispositif dans le puits permet, entre autres avantages, d'utiliser 2 0 la directivité des lignes de champs générées par la bobine émettrice-réceptrice pour c~ractériser des zones ponctuelles ou de taille relativement faible de la form~ion ~éologique.
Un autre avant~ge est de minimiser les coûts des dispositifs de diagraphie exis~ants.
2 5 D'autres ~vantages et caracteristiques de l'invention apparaîtrollt à la lec~ure de la description suivante de modes de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs et en référence aux dessins annexés dans lesquels:
- la figure 1 schématise une sonde à induction utilisée pour 3 0 réaliser des diagraphies selon l'~art antérieur, - la figure 2 schématise un dispositif réalisé selon l'invention comportant une bobine unique émettrice-réceptrice, - les figures 3A, 3B montrent respectivement une bobine située à différentes positions dans un puits et les courbes de 3 5 conductivité obtenues, - les figures 4A, 4B représentent des modèles simplifiés d'une section de la formation traversée par un puits, montrant la zone envahie de la formation analysée pour différentes positions de l'élément émetteur-récepteur, 5 - la figure 5 représente une bobine caractérisée par l'~ngle ~ de rotation du plan B formé par l'axe de la bobine et la verticale, et - la figure 6 schématise un dispositif comportant quatre bobines émettrices-réceptrices.
10La figure 1 représente le schéma de principe d'une sonde à
induction selon l'~rt antérieur.
La sonde à induction est constituée d'une bobine émettrice E
et d'une bobine réceptrice R distantes l'une de l'autre d'un paramètre d et ?ositionnées toutes les deux sur un meme support 15 SP et ayant un nlême axe.
Une source de tension alternative S génère dans la bobine - émettrice E un courant alternatif, dont la fréquen~ e, d'environ 20 KHz. et l'intensité sont cons~antes. Le courant alternatif génère autour de l'axe de la bobine confondu avec l'axe du 2 0 support SP, des courants de Foucault circulant dans des boucles coaxiales à l'axe commun des bobines et qui modifient la valeur du champ d'inductiorl traversant !a bobine réceptrice R, ainsi que la valeur du courant la parcourant. Le coefficient de couplage inductif entre les deux bo~ines E et R est modifié ~r la 2 5 conductivité du milieu lraversé. Un dispositif M mesure la valeur du courant circulant dans la bobine réceptrice R, qui est représentative des pertes créées par les courants de Foucault dans la ~ormation et donc représen~ative de sa conductivité.
En faisant v~rier la distance d séparant la bobine émettrice 3 0 de la bobine réceptrice, on règle la focalisation du signal de manière à explorer au delà de la zone envahie la conductivilé de la formation pour différentes profondeurs. A partir des informations obtenues sur la valeur de la conductivité pour différentes profondeurs de la formation, et à l'aide d'opér~tions 3 5 de soustractions successives. on remonte a la valeur de wo 94/14087 213 9 ~ PCT/FR93101238 conductivité de 1~ formation en un point donné ou pour une zone limitée en taille donnée.
Une lelle disposition des deux bobines limite les mesures de Ia conductivilé de la formation ~éologique dans une direction par 5 exemple perpendiculaire à l'axe commun des deux bobines et ne permet pas d'augmenter la profondeur d'analyse de la formation obtenue à l'aide d'orientations différentes des lignes de champs.
De plus, un tel dispositif ne permet pas d'obtenir de façon simple et directe une information sur l'homogénéité ou la non 10 homogénéité d'une formation ~éologique entourant le puits.
La méthode selon l'invention utilise le fait qu'une bobine émettrice-réceptrice unique parcourue par un courant alternatif variable génère des lignes de-champ dont la directivité permet d'effectuer une analyse spatiale de la valeur de la conductivité
15 d'une formation constituée d'un milieu hétérogène tel que les formations environnant un puits et, notamment d'observer l'homogénéité et/ou la non homogénéi~é d'une formation géologique. Le principe repose sur l'utilisa~ion des lignes de - . champ qui induisent dans le milieu hétérogène des pertes 2 0 électriques Yariant avec la conductivité du milieu se traduisant au niveau de la bobine par une variation du facteur de surtension du cireuit résonnant dans lequel est incluse la bobine.
On va. à partir de la variation du faeteur de surtes~sion du circuit résonnant activé, déduire, p~r exemple, la conductivité
2 5 d'une hétérogénéité située d~ns une form3tion ~errestre.
La description qui suit mentionne, plus particulièrement, I'utilisation de ia variation de l'amplitude du facteur de surtension pour obtenir une informalion sur la conductivité.
La figure 2 montre une sonde 1 permettant d'effec~uer des 3 0 mesures de conductivité d'une formation géologique 2 traversée par un trou de fora<~e 3. Le dispositif de mesure 1 est suspendu dans le trou de forage 3 par un moyen 4, te! que, par exemple, une ~ige de forage ou un câble.
Selon un mode de réalisation simplifié. Ia sonde I comporte 3 5 un moyen inductif. tel qu'une bobine allon~ée 5 jouant le rôle , WO 94/14087 ` PCT/FR93/01238 21~00~ ~
d'émetteur-récepteur positionnée autour d'un support 6 qui permet de fixer et d'orienler 13 bobine p~r rapport au corps 7 de la sonde 1~
La bobine allongée 5 esl équipée d'un moyen, tel q~u'un 5 tubage l~tér~l constitué d'un matériau magnétique (fer doux ou ferrite) adapté à la fréquence d'utilis~tion du dispositif, qui se déplace éventuellement selon l'axe de 1~ bobine et permet ainsi de privilégier certaines lignes de champs. Le tubage n'est pas représenté sur 1~ figure 1 pour des raisons de clarté.
On privilègie ainsi, par exemple, Ies lignes de champs don~ le vecteur ch~mp m~gnétique B à l'extérieur de la bobine posséde une direction se . approch~nt de 1~ direction de l'axe de la bo~ine.
Tout autre moyen possé~ant les c~ractéristiques requises peut être employé au lieu du lubage.
De 13 même m~nière, la bobine peul êlre équipée à chacune de ses extrémités d'un tel moyen.
Un génér~teur de signaux 8 envoie à la bobine 5 un signal périodique d'excitation, par exemple un signal alternatif, qui engendre dans la bobine 5 un cour~nt périodique. Ce courant crée 2 0 ~ I'intérieur et à l'extérieur de la bobine un champ magnétique oscillant générant d~ns 1~ formalion géologique 2 des pertes par courants de Foucault qui sont représentatives de sa conductivité.
D~ns un compartiment de 1~ sonde 1 sont disposés des moyens de mesure 9 connectés ~ la bobine 5, qui détectent 1~ variation du 2 ~ facteur de surtension du circuit résonnant activé, notamment sa variation en ampli~ude et transmettent un sign~l représentatif de cette variation ~i des moyens de traitement 10 tel qu'un processeur programmable qui permet d'obtenir, ~i partir du signal mesuré, une indicalion sur la valeur de la conductivité de la 3 0 formation gcologique ~.
Le dispositif comporte aussi un moyen de contrôle 11 du générateur de signal 8, qui permel de choisir les paramètres du signal allern~tif envoyé à la bobine 5, par exemple la forme, I'amplitude et la fréquence cl de commander la manière dont 3 5 sont envoyés ces signaux.
WO 94/14087 ~ PCT/FR93101238 2~3~
Les mayens de contrôle 11 permettent notamment de régler la fréquence envoyée à la bobine a une valeur sensiblement égale à la valeur de fréquence d'accord du circuit résonnant dans lequel 1~ bobine est incluse.
Le cfible ou 1~ tige 4 comportent des lignes conductrices servant a envoyer des commandes aux différents dispositifs situés dans le trou de forage ou à remonter les signaux de mesures effectuées à l'aide du dispositif. La bobine 5 est associée, par exemple, à des moyens moteurs, (non représentés) permettant de modifier sa position qui sont commandés par exemple p~r l'intermédi~ire des lignes conductrices.
Le processeur 10 est ~d~pté aussi à ~énérer des si~n~ux de commande d'orientation de la-bobine 5 dans le puits. On fait varier, par exemple, I'angle d'inclin~ison a de la bobine par rapport a I'axe du puits (Fig.5).
Le processeur 10 commande par exemple, la variation de l'azimut ,B du plan B formé par l'élément inductif et l'axe du puits par rapport à un pl~n de référence.
Des espaceurs d'un type connu sont disposés autour du corps 2 0 - de 1~ sonde pour la maintenir centrée dans le puits lors de ses deplacements le long du puits, à la montée ou la descen~e du dispositi f.
Une des manières d'augmenter la portée d'analyse du dispositif, consiste a insérer, par exemple, à l'intérieur de la 2 ~ bobine 5, un élément tel qu'un noyau de perméabilité
magnétique élevée, qui a pour effet d'~ugmenter la valeur du champ d'induction magnétique. Le noyau peut être réalisé en permalloy, alliage M 1040, en mu-métal par exemple.
On choisit une bobine dont les paramè~res: coefficient de 3 0 self-induction L, capacilé C et résistance r conduisent a ùne valeur de rapport (L/r) le plus élevé possible~ de manière à avoir, à une fréquence donnée, un coefficient de surtension ou facteur de qualité Q élevée. On améliore ainsi la précision de mesure.
Afin d'obtenir un champ électromagnétique constant à
3 5 I'intérieur de la bobine, on réalise la bobine 5 de preférence en 213~)0!~`
employant une technique de bobine à double enroulement bien connue des spéci~listes du dom~ine.
On peut adapter la fréquence de résonance du circuit à la fréquence du sign~l d'excitation en ajout~nt une c~pacité variable d~ns le circuit résonnant. Cet agencement permet, entre au~re, de diminuer la fréquence de résonance due aux paramètres de la bobine qui est souvent comprise entre SM et 10KHz.
En opération, la sonde 5 est descendue dans un puits traversant des formations géologiques de conductivité variables avec 1~ profondeur. Le puits est rempli en partie par une boue conductrice dont la conductivité électrique est plus élevée que celle de la formation. Autour du pUitS est présenle une zone envahie dont la conductivité est également plus élevée que la valeur de la conductivité de la formation.
I S Sur la figure 3A, la bobine émettrice réceptrice S munie de son tubage T est représentée dans trois positions selon l'axe ~; vertical z du puits.
La bobine émettrice réceptrice est positionnée dans un puits autour duquel on trouve une première zone envahie Zl.
2 0 comportant une certaine qu~ntité d'eau V l el une seconde zone envahie Z2 avec une autre quantité d'e~u V2~
La bobine étant placée dans la position a, les lignes de champ -~ induites traversent, selon 1~ tai!le et 1;3 position du tubage T, la - zone Zl ou ra zone Z~ ou éventuellement les deux. La courbe ~1 - 2 5 représentée sur la figure 3B montre la variation de la conductivité mesurée pour une telle formation en fonction de la distance r du point où la formation est observée puis selon une direction ox perpendiculaire. p~r exemple, a I'axe z du puits.
Cette courbe c~ I a été obtenue ;i partir des valeurs mesurées 3 0 de l'~mplitude du facteur de surtension U aux bornes de la bobine. Au préalable, on a effectué un point zéro consistant à
faire tourner la bobine ~i 90 par rapport ~i l'axe du puits, et à
mesurer la valeur de la conductivité moyenne de la zone envahie.
Le passage du résullat de mesure de l'amplitude du facteur 3 5 de surtension à la valeur de la conductivité se fait selon des l o WO g4/14087 PCTt~93/01238 ~,~30~
~baques préalablement obtenues et mémorisées dans le processeur 10, p~r exemple.
Ces calculs sont basés sur le fait que selon une coupe radiale la dissipation tot~le en énergie pour une profondeur r en fonction S de la valeur de la conductivité locale et du champ magnétique loc~l s'exprime selon la formule suivante:
I~r dissipation en énergie = J G ~ (r~ B2(r)dr o ou G est un facteur géornétrique intégré obtenu à partir d'3baques établis en laboratoire.
Cette dissipation en éner~ie est proportionnelle a la v~leur de tension mesurée.
Par une méthode classique de système d'équations linéaires;
connue des spécialistes en mathématiques, 1~ mesure de la dissipation en énergie pour chaque profondeur r donne une valeur de la conduclivité de la formation pour la profondeur r.
En effectu~nt plusieurs mesures du facteur de surtension pour plusieurs valeurs de profondeur ou distance par rapport à
2 0 I'axe vertical du puits~ on établit, par exemple, le profil de variation de 1~ conductivité de 1~ formation géologique en fonction de la dist~nce a l'axe du puits.
Les courbes C~b et ~c de la figure 3B ont été obtenues, la bobine ~emettrice S étant dans les posiLions b et c. Dans la position 2 5 b, et avec un tubage latér~l T ayant des dimensions choisies et positionné pour que les lignes de champ sortant de la bobine explorent uniquement les zones Zl et Z~ dans leur partie ne comprenant pas d'eau. on obtient la courbe c~ b qui varie faiblement en fonction de la profondeur r.
3 0 La courbe ~c ~ été obtenue en positionnant le tubage T
autour de la bobine pour que les lignes de champ explor'ent uniquement des~ zones envahies en majori~é par de l'eau. La courbe C~c oblenue est constante 4uelque soit 1~ profondeur.
2130~
Les ^ourbes de conductivité C~b. ~c sont déduites des valeurs d'amplitude de 1~ surtension mesurée ~ux bornes de la bobine de manière identique à celle utilisée pour obtenir la courbe ~a.
Du f~it de sa compacité déjà mentionnée, on peut facilement S modifier l'orientation de la bobine S et faire varier son angle d'inclinaison aj par rapport ~ la vertic~le du puits.
On observe que lorsque l'~ngle d'inclin~ison a j augmente, la contribution ~ la variation du signal de réponse de la zone envahie augmente. En effet, la zone d'interseclion des lignes de champ avec 1~ zone envahie ou section occupée par la zone envahie et balayée par les lignes de champs augmente dans un pl~n AA' perpendicul~ire ~ I'axe de 1~ bobine. La valeur du facteur de qualité Q variant en fonction de la valeur de la conductivité, I'amplitude du facteur de surtension diminue lorsque l'angle o~ ; augmente et ceci d'autant plus gue la zone envahie ~u moins en partie p~r la boue conductrice du puits est profonde .
Il en résulle également la possibilité, en faisant varier oc;
d'explorer en profondeur la form~tion.
2 0- Les figures 4A et 4B montrent schématiquement une mêrne zone de puits b~layée p~r les lignes de champ extérieures de la bobine émettrice-réeeptrice pour deux positions extrêmes de la bobine.
L~ figure 4 B représeFlte la bobine 5 dans une position très 2 5 inclinée par rappor~ a l'axe du puits, 1';3ngle d'inclinaison o~ j' étant très proche de 90. Dans ce cas, la sec~ion occupée par la zone envahie balayée par les lignes de champs dans un plan perpendiculaire à l'axe de Ja bobine est beaucoup plus importante que dans le cas représenté sur la figure 3A ou l'angle 3 0 d'inclinaison ~ j a une valeur plus faible, plus proche de l'axe du puits et, si la conduclivité de la zone envahie est supérieure à
celle de la formation, la valeur du facteur de surtension, notamment son an~plitude, est plus f~ible que pour l'angle Ol j' .
WO 94114087 PCTlFRg3/01238 ?.~3~
On utilise ce résultat pour obtenir une informa~ion sur la valeur de la conductivité de la formation en profondeur. En effet, selon le principe exposé ci-dessus, on obtient des valeurs de surtension qui caractérisent des zones proches de l'axe vertical du puits si l'inclinaison de 1~ bobine est forte, ou des zones plus éloignées si cette inclinaison est f~ible.
Pour cela pour une valeur d` ~ngle a; le généraleur 8 envoie un signal alternatif à la bobine 5. Le dispositif 9 mesure, par exemple, 1~ valeur de l'amplitude du facteur de surtension Qi correspondant à l'angle ~ j. La valeur est ensuite mémorisée dans le processeur 10. Cette valeur d'angle a j permet d'avoir une information sur la v~leur de la conductivité d'une zone envahie située a u:ne cote zi suivant~l'axe vertical du puits. On effectue cette mesure pour plusieurs valeurs d'angle a ;.
Le processeur 1 0 est pro~rammé pour tr~iter les valeurs mesurées :et dé~erminer a par~ir de ces valeurs la valeur de la conductivité de la formation à la cote zi.
On obtient ainsi une information sur la valeur de la conductivité moyenne de la formation pour une cote donnée.
2 0 On observe de plus que le signal provenant de la zone envahie est m~ximal dans un plan B défini par l'axe de la bobine et l'~xe vertical du puits.
On utilise ce resultat pour obtenir une informalion sur la distribution spati;lle de la conductivité de la forma~ion en f~isant 2 5 tourner les plans B autour de l'axe vertical du puits.
I a figure S représente une façon d'u~iliser le dispositif en faisant varier l'azirnut ~ de la bobine.
Pour un angle a donné de la bobine 5 on fait tourner cette dernière autour de l'axe vertical du puits, ce qui correspond à
3 0 une rotation du plan B, et on mesure pour plusieurs valeurs d'angle ~ la v;~leur du facteur de surtension. Chaque valeur de l'azimut ~ permet de repérer un plan B dans lequel le signal de réponse de la zone envahie est maximal. On procède de f~çon identique à la méthode décrite en relation aYec les figures 4A, 4B.
3 5 Le processeur 10 est progr~mmé pour déterminer a partir des WO g4/14087 PC1`1FR93/01238 ~ . .
2130~9 .~1.
valeurs mesurées, 1;1 v~leur de 1~ conduclivité de la formation.
pour une cote donnée zi liée ~i la profondeur d'exploration des lignes de ch~mp con~ribuant au signal pour l'an~le a, dans différentes directions définies par 3es valeurs prises par l'angle ,B.
5 On obtient alors une inform~tion sur la distribution sp~tiale de la conductivité de la zone envahie de 1~ formation géologique 2 située ~utour du puits 3.
Les exemples précédents ont montré l'~vantage d'utiliser une seule bobine émettrice-réceptrice ;Ifin d'étudier la conductivité
10 de zones envahies de manière spatiale (variation de l'azimul ,B
autour de l'axe vertical du puits~ et en profondeur en faisant varier l'angle d'inclinaison a.
Selon un mode préférentiel de mise en oeuvre de la méthode, p~r déplacement de la bobine selon l'axe vertical du 15 puits (en descendant ou en mont;~nt )~ on obtient une information sur 1~ conductivité de la formation pour différents niveau~, - Une ~utre v~riante de ré~is~tion du dispositif permettant d'obtenir ce rés~ltat est schématisé sur la figure 6 On utilise 1~ possibilité d'explorer en profondeur la formation 20 en faisant varier la valeur de l'angle o~ p~r rapport à l'axe vertical du puits et 1~ possibilité de modifier l'~zirnut de la bobine autour de l'axe vertic~l du puits pour c;lr;lctériser la formation dans l'espace.
1 e dispositif peut comporter une pluralité de bobines 2 5 émettrices-réceptrices de forme allorlgée, de preference, réparties le l~ng du corps de la sonde 1, e~ dont on peut modifier individuellerr,..lt l'inclinaison. D~ns le mode de réalisation de la Figure 6, il comporte par exemple, quatre ~obines Bl, B2, B3, B4 dont les ~xes sont inclinés selon des angles respectifs ~1. (x2. o~3, 3 0 a4 avec l'axe vertical du puits, et sont situés dans des plans Bl, B2, B3, B4 (Fig. 5) dont Ics angles de rotation ou azimut sont ~ 2.
33 et ,B4 (Fig. 5).
Le dispositif comporle~ par exemple dans ce c~s, un premier multiplexeur 1~ pour connecler séquentiellement le génér~teur 3 5 de signal 8 ~ux quatre bobines et un deuxième multiplexeur 13 ~3 PCT/FR93101238 pour connec~er séquentiellement les mêmes bobines au moyen de mesure 9.
On peut ~ussi relier les bobines a des générateurs de signaux distincts et a des moyens de mesure 9 indépendants.
Le nombre des bobines positionnées à l'intérieur du corps 7 - est choisi en fonction de la précision avec laquelle on souhaite caractériser la form~tion.
On ulilise par exemple 10 à 20 bobines pour ~voir une bonne précision de mesures. Ch~que bobine a un diamètre par exemple compris entre 0,5 et 5 cm et une longueur v~riant, par exemple, dans la fourchetle 3 et 50 cm.
L~ lon~ueur totale de la sonde I peut ainsi varier entre 50 cm et 2 m. elle est fonc~tion du nombre de bobines le constitllant.
Une des possibilités de mise en oeuvre du dispositif consiste à dépl~cer 1~ sonde I d~ns le puits de forage jusqu'à une cote fixée. La cote de 1~ sonde esl déterminée par exemple par la longueur du cable 4 ayant été déroule ou enroulé au cours de la descente.
2 0 - On effectue ~lors des mesures de la conductiYité de la formation pour une position donnée de 1~ sonde. Pour cela, on procède par exemple ~u~ étapes suivantes: le générate~r de sign~ux 8 envoie un si~nal ~Iternatif d'excitation par l'intermédiaire du multiplexeur 12, ;3 une bobine B j repérée par 2 5 son angle d'inclin~ison oc j, p~r son espacement longitudinal xj par rapport à un point de réference7 qui peu~ êlre p~r exemple en haut de celle-ci, et par son azimut ,13 j. La fréquence d'excitation est prise egale de préférence a la fréquence de résonance du circuit. A partir du momenl où le sign;31 est appliqué, on 3 0 cnregistre .i I'~ide des moyens de mesure 9 la valeur de l'amplitude ~u coeft`icient de qualité Q du circuit résonnant. Les valeurs mesurées sont ensuite transmises au processeur 10 qui les mémorise.
On réitère cet~e mesure de façorl séquentielle en faisant varier les valeurs des tngles d'inclin;~ison Ol; et de ro~ation ~ij ,, .
21300~9il pour ch~ e bobine. Les v;lleurs meSurées sont mémorisées dans le processeur 10 programmé pour les traiter et qui, par corrélation p~r exemple, détermine une v~leur moyenne de la conductivi(é d'une zone envahie de la formation en profondeur et spatialement autour de l'axe vertical du puits. La profon~eur de 1~ zone envahie caractérisée dépend notamment du nombre de bobines disposées à l'intérieur de 1;1 sonde 1.
Quand le dispositif comporte plusieurs bobines, on mesure de façon séquentielle les valeurs de surtension obtenues pour les bobines contenues dans la sonde 1, en utilisant ies multiplexeurs 12, 13.
En effectu~nt des mesures pour différentes positions du corps 7 de 1;1 sonde. repérées-par exemple par la longueur dont on a enroulé ou déroulé le cable 4, il est ainsi possible de c~ractériser la form;ltion , éoloOique c.tuée alJtour du puits à
différents niveaux et d'en déduire pour chaque niveau une carto~raphie de la conduc~ivité de la formation pour des zones envahies de la form~tion situées à des profondeurs variables p~r rapport à l'axe du puits et dans des directions spatiales variant 2 0 ~utour de l'axe vertical du puits.
0n ne sortirait pas du c~dre de l'invention si l'on fait varier l'amplitude du champ magnétique dans la bobine en faisant varier l'intensité transmise ~ la bobine par le généraleur de - frequence.
2 5 Un des avan~ages supplémentaires du dispositif selon l'invention app~raît lorsque l'on considère le cas d'un puits dévié.
Ce c~s est schématisé sur la figure 7. Une des difficultés dans ce cas est liee au fai~ que la sonde I qui parcourt le puits 14 est inclinée par rapport aux couches successives ( 15, 16) de la 3 0 forma~ion. Il est possible dans ce cas, de maintenir 1~ ou les bobines 5 en position verticale, c'est-a-dire selon une direction sensiblement perpendiculaire aux couches de terrain rencontrées.
Un moyen simple pour y parvenir consiste ~ suspendre 1~ bobine par une de ses extrémités par rapport au corps de la sonde de WO 94/14087 PCT/F1~93101238 2~3~9 ~ .
manière ~ ce qu'elle soit libre de tourner ou de s'orienter dans le puits sous l'action de la pesanteur.
On ne sortirait pas du cadre de l'invention si on utilisait pour repérer la bobine l'angle de déclinaison par r~pport à l'axe 5 vertical (égal à n/2~
Bien entendu, diverses modifications et/ou adjonctions peuvent êlre apportées par l'homme de métier au procédé et au dispositif dont la description vient d'être donnee a titre nullement limitatif, sans sortir du cadre de l'inven~ion.
Claims (21)
1) Dispositif pour mesurer la conductivité de formations géologiques autour d'un puits, caractérisé en ce qu'il comporte en combinaison une bobine inductive émettrice-réceptrice allongée (5) mobile et adaptée à être descendue dans le puits, des moyens de génération (8) d'un signal périodique d'excitation propre à
créer dans la bobine inductive émettrice-réceptrice allongée(5) une surtension, des moyens de mesure (9) de la variation du facteur de surtension de la bobine inductive émettrice-réceptrice allongée causée par la présence des formations géologiques environnantes, et des moyens de traitement (10) pour déterminer directement à partir de ladite variation du facteur de surtension une indication sur la valeur de la conductivité de la formation située autour du puits.
créer dans la bobine inductive émettrice-réceptrice allongée(5) une surtension, des moyens de mesure (9) de la variation du facteur de surtension de la bobine inductive émettrice-réceptrice allongée causée par la présence des formations géologiques environnantes, et des moyens de traitement (10) pour déterminer directement à partir de ladite variation du facteur de surtension une indication sur la valeur de la conductivité de la formation située autour du puits.
2. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens inductifs (5) comportent une bobine émettrice-réceptrice de forme allongée.
3. - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la bobine émettrice-réceptrice (5) comporte à au moins une de ses extrémités un moyen pour privilégier les lignes de champ générées par le signal périodique selon une direction donnée.
4. - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite bobine comporte un élément de perméabilité magnétique élevée permettant d'augmenter la valeur du champ d'induction magnétique.
5. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens inductifs sont orientables dans toutes les directions par rapport à l'axe dudit puits.
6. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens inductifs comportent plusieurs bobines émettrices-réceptrices, l'axe de chaque bobine faisant un angle a avec l'axe du puits, ledit angle étant variable en fonction de la bobine.
7. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fréquence du signal périodique est fonction de la fréquence de résonance du circuit.
8. - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que la fréquence du signal périodique est égale à la fréquence du signal de résonance du circuit.
9. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le signal périodique est un signal permanent.
10. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le signal alternatif est constitué d'un train d'impulsions de courte durée.
11. - Méthode pour mesurer la conductivité d'une zone d'une formation géologique terrestre située autour d'un puits de forage comportant les étapes suivantes :
a) on génère un signal électromagnétique variable à partir d'au moins un moyen inductif allongé, b) on mesure la variation du facteur de surtension d'au moins ledit moyen inductif allongé ayant généré le signal, causée par la présence de la formation géologique environnante et, on en déduit la valeur de la conductivité de la zone de la formation géologique située autour du puits de forage, pour une position donnée dans le puits dudit moyen inductif allongé.
a) on génère un signal électromagnétique variable à partir d'au moins un moyen inductif allongé, b) on mesure la variation du facteur de surtension d'au moins ledit moyen inductif allongé ayant généré le signal, causée par la présence de la formation géologique environnante et, on en déduit la valeur de la conductivité de la zone de la formation géologique située autour du puits de forage, pour une position donnée dans le puits dudit moyen inductif allongé.
12. Méthode selon la revendication 13, caractérisée en ce que l'on mesure la variation de l'amplitude du facteur de surtension.
13. - Méthode selon la revendication 11, caractérisée en ce que l'on repère la position du moyen inductif allongé par l'angle que fait sa direction d'allongement par rapport à l'axe du puits ou angle d'inclinaison .alpha., son azimut .beta. et sa cote zi suivant l'axe du puits.
14. - Méthode selon la revendication 11, caractérisée en ce que l'on mesure des valeurs du facteur de surtension du moyen inductif allongé en faisant varier l'angle d'inclinaison .alpha. et en ce que l'on détermine à partir des valeurs mesurées, la distribution spatiale de la conductivité d'une zone de la formation en fonction de la profondeur p suivant une direction perpendiculaire à l'axe du puits.
15. - Méthode selon la revendication 11, caractérisée en ce que l'on mesure la valeur du facteur de surtension pour différentes valeurs d'azimut .beta. et on détermine à partir de valeurs mesurées, la distribution spatiale de la conductivité de la formation autour de l'axe du puits.
16. - Méthode selon la revendication 11, caractérisée en ce que l'on mesure la variation du facteur de surtension pour plusieurs couples de valeurs (.alpha.i, .beta.i), et à partir des valeurs mesurées, on détermine la valeur de la conductivité d'une zone de la formation située autour du puits.
17. - Méthode selon la revendication 16, caractérisée en ce que l'on effectue une corrélation des différentes valeurs mesurées.
18 - Méthode selon la revendication 16, caractérisée en ce que l'on réitère les mesures précédentes pour différentes positions dudit moyen inductif pour obtenir une cartographie de la valeur de la conductivité de la formation géologique.
19. - Méthode selon l'une des revendications 11 à 18, caractérisée en ce que l'on utilise comme moyen inductif une bobine émettrice-réceptrice.
20. - Méthode selon l'une des revendications 11 à 18, caractérisée en ce que l'on utilise plusieurs bobines émettrices-réceptrices.
21. - Méthode selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'on acquiert les mesures de façon séquentielle.
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