FR2548388A1 - Appareil de diagraphie de polarisation induite a electrodes focalisees - Google Patents
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Abstract
CET OUTIL DE DIAGRAPHIE DE POLARISATION INDUITE POUR MESURER DES PARAMETRES D'UNE FORMATION 10 ENTOURANT UN TROU DE SONDE 11 COMPREND UNE ELECTRODE A0 DE COURANT D'ANALYSE DISPOSEE ENTRE DEUX ELECTRODES DE FOCALISATION A1, A2 ET DEUX PAIRES D'ELECTRODES DE CONTROLE M1, M1, M2, M2 AINSI QU'UNE ELECTRODE M0 DE MESURE DE TENSION ET DES ELECTRODES DE REFERENCE ET DE RETOUR N, B. LES ELECTRODES DE CONTROLE SONT CONNECTEES A UN CIRCUIT 22, 20, 21, REFR0, REFR1 QUI COMMANDE LES FLUX DE COURANT FOURNIS RESPECTIVEMENT A L'ELECTRODE DE COURANT D'ANALYSE ET AUX ELECTRODES DE FOCALISATION EN REPONSE AU FLUX DE COURANT CONTROLE ET EN PHASE AVEC CE COURANT. DES MOYENS DE MESURE 23, 24 SONT CONNECTES RESPECTIVEMENT A L'ELECTRODE DE MESURE DE TENSION ET A L'ELECTRODE DE COURANT D'ANALYSE POUR MESURER L'AMPLITUDE ET LA PHASE DE LA TENSION INDUITE DANS LA FORMATION ET L'AMPLITUDE ET LA PHASE DU FLUX DE COURANT FOURNI A L'ELECTRODE DE COURANT D'ANALYSE ET LES SIGNAUX DE MESURE CONVERTIS EN NUMERIQUE SONT TRANSMIS A LA SURFACE.
Description
La présente invention se rapporte à un système de diagraphie de
polarisation induite tel que celui décrit dans le brevet US no 4 359 687 aux noms de Harold J Vinegar et Monroe H Waxman, délivré le 16 novembre 1982 Dans ce brevet 5 est décrit un outil de diagraphie de polarisation induite et un procédé pour déterminer la capacité d'échange de cations par volume de pores unitaire Qv' la conductivité électrolytique Cwet la saturation en eau Sw de formations de sables argileux en utilisant des mesures in situ En particulier, le brevet décrit un outil de diagraphie qui comporte une sonde isolée munie d'électrodes de courant et de retour en combinaison avec des électrodes de mesure de tension et de référence et des moyens pour déterminer à la fois la conductivité en phase et la conductivité en quadrature L'outil de 15 diagraphie de polarisation induite décrit dans le brevet US n 4 359 687 fournit des moyens pour déterminer la valeur de Qv' Cwet Sw à partir de mesures in situ améliorant, de
ce fait, considérablement l'évaluation d'une formation traversée par le trou de sonde.
L'invention mentionnée ci-dessus présente, cependant, plusieurs limitations La présence du trou de sonde rempli de boue de forage conductrice nécessite l'emploi de courbes de correction du trou de sonde pour obtenir une indication exacte des paramètres effectifs de la formation Lorsque la 25 résistivité de la formation est considérablement supérieure à la résistivité de la boue, des corrections de trou de sonde extrêmement importantes sont requises Le problème est rendu plus compliqué dans le cas de formations fortement envahies par le filtrat de boue, cas dans lequel divers espacements 30 de réseau d'électrodes sont nécsssaires pour réaliser une évaluation complète de la formation Un autre problème est rencontré dans la diagraphie de minces formations dans laquelle la polarisation induite mesurée n'est qu'une fraction des valeurs vraies de la formation L'épaisseur de la 35 formation doit être égale à plusieurs fois l'espacement du
réseau AM dans un réseau normal pour obtenir une bonne approximation des vraies valeurs de la formation Les limita-
tions du dispositif de diagraphie ci-dessus mentionné sont dues au cheminement préférentiel des courants de polarisation induite dans le trou de sonde et dans les zones envahies plutôt que dans la formation non envahie adjacente à l'outil. L'un des buts de la présente invention est de proposer un procédé de diagraphie de polarisation induite au moyen duquel les courants de polarisation induite sont focalisés
dans la formation non envahie.
Conformément à l'invention, ce but est atteint au moyen d'un outil de diagraphie de polarisation induite qui comprend: plusieurs électrodes disposées sur une sonde de diagraphie, lesdites électrodes comprenant au moins une élec15 trode de courant d'analyse et deux électrodes de focalisation disposées sur les côtés opposés de l'électrode de courant d'analyse, des électrodes de contrôle, une électrode de mesure de tension et des électrodes de référence de tension et de retour de courant; un circuit couplé aux électrodes de contrôle pour contrôler le flux de courant dans la formation entre les électrodes de courant d'analyse et de focalisation; des premiers moyens de commande de courant couplés directement à l'électrode de courant d'analyse et audit cir25 cuit pour commander le flux de courant fourni à l'électrode de courant d'analyse en réponse au flux de courant contrôlé et en phase avec ce courant; desseconds moyens de commande de courant couplés directement aux électrodes de focalisation pour commander le 30 flux de courant fourni à ces électrodes de focalisation en réponse au flux de courant contrôlé et en phase avec ce courant; -une source decourant alternatif disposée à la surface, une borne de cette source étant couplée aux deux moyens de 35 commande de courant et l'autre à l'électrode de retour du courant, la source étant capable de fournir un courant alternatif à diverses fréquences discrètes; des moyens de mesure couples aux électrodes de mesure de tension et de courant d'analyse pour mesurer l'amplitude et la phase de la tension induite dans la formation et l'amplitude et la phase du flux de courant fourni à l'électrode de courant d'analyse; et
des moyens de transmission pour transmettre ces mesures à la surface.
Dans l'outil de diagraphie selon l'invention, les électrodes de focalisation injectent un courant qui est en phase 10 avec le courant injecté par l'électrode de courant d'analyse.
On observera que,bien qu'il soit de pratique courante dans l'industrie d'utiliser des réseaux d'électrodes focalisées pour la diagraphie de résistivité,aucun des instruments de la technique antérieure ne conviendrait pour un outil de 15 diagraphie de polarisation induite, tel que celui-décrit dans le brevet US n 4 359 687 Ceci est dû au fait que tous les dispositifs de la technique antérieure utilisent des électrodes de focalisation qui sont couplées par transformateur ou par condensateur à la source de courant Le couplage aussi bien par transformateur que par condensateur crée des déphasages entre les courants de focalisation et le courant d'analyse qui déforment la mesure du déphasage de la
formation lequel est extrêmement petit (environ 1 milliradian) Ceci ne constitue pas un problème dans la diagraphie 25 de résistivité dans laquelle le déphasage n'est pas mesuré.
Etant donné que le déphasage de la formation est la quantité primaire mesurée dans l'outil de diagraphie de polarisation
induite du brevet US n 4 359 687, ceci empêcherait que l'on puisse obtenir des valeurs précises pour Qv' Cw et Sw en uti30 lisant des mesures in situ.
On comprendra l'invention plus facilement en se référant à la description détaillée qui va suivre considérée en
combinaison avec les dessins annexés dans lesquels: la Fig 1 est un schéma-bloc d'un système de diagraphie 35 construit conformément à l'invention; la Fig 2 est une vue en coupe verticale d'une électrode en argent/chlorure d'argent utilisée dans le système de diagraphie de la Fig 1; la Fig 3 représente un réseau d'électrodes modifié par rapport à celui représenté sur la Fig 1; la Fig 4 représente un réseau d'électrodes de focali5 sation différent; la Fig 5 est un graphique qui représente les signaux de mesure obtenus avec l'outil de diagraphie de la Fig 1;et
la Fig 6 représente un réseau d'électrodes de focalisation modifié.
Sur la Fig 1 à laquelle on se référera, on a représenté un mode de réalisation représentatif d'un appareil construit
conformément aux enseignements de la présente invention.
L'appareil étudie les formations souterraines 10 traversées par un trou de sonde 11 qui est rempli d'un fluide de forage 15 ou boue condutrice 12, comme il est de pratique courante dans l'industrie L'appareil de diagraphie comprend un organe support cylindrique ou bottier 13 auquel sont fixées les électrodes de la présente invention A l'extrémité supérieure de l'organe support 13 est fixé un bottier cylindrique 14 étanche aux fluides Le bottier 14 contient divers circuits électriques utilisés pour le fonctionnement des électrodes montées sur l'organe support 13 L'appareil de fond de puits comprenant l'organe support 13 et le bottier 14 étanche aux fluides est suspendu depuis la surface de la terre au moyen 25 d'un câble 15 à multiples conducteurs dont environ les trente derniers mètres sont recouverts d'une matière 16
électriquement isolante A la surface, le câble 15 est descendu et remonté dans le trou de sonde au moyen d'un mécanisme à tambour et à treuil (non représenté).
Le système d'électrodes comprend une électrode A O de courant d'analyse disposée centralement fixée aux moyens supports 13 qui la portent, une électrode de focalisation supérieure AI située au-dessus de l'électrode A O de courant d'analyse et une électrode de focalisation inférieure A 2 si35 tuée à une distance symétrique au-dessous de l'électrode A O
de courant d'analyse Deux électrodes de contrôle supérieures M 1 et M 1 ' sont situées sur les moyens supports 13 entre l'é-
lectrode A O de courant d'analyse et l'électrode de focalisation supérieure Al De la même manière, deux électrodes de contrôle inférieures M 2 et M 2 ' sont situées sur les moyens supports 13 entre l'électrode A O de courant d'ana5 lyse et l'électrode de focalisation inférieure A 2 L'électrode M O de mesure de potentiel est disposée à mi-distance
entre les deux électrodes de contrôle supérieures M 1 et Mi'.
Au-dessus du bottier 14 étanche aux fluides est disposée,
sur la partie isolée 16 du câble armé 14 à multiples conduc10 teurs, l'électrode N de référence de potentiel A une certaine distance donnée de l'électrode N de référence de potentiel est disposée l'électrode B de retour du courant.
Les positions des diverses électrodes représentées sur le dessin peuvent varier quelque peu, selon les dimensions 15 du trou de sonde, la profondeur d'investigation désirée et l'épaisseur minimale du lit qui doit pouvoir être résolue sur la diagraphie Typiquement, la distance entre l'électrode AO de courant d'analyse et l'électrode M O de mesure de potentiel est fixée égale au double du diamètre du trou de sonde L'é20 paisseur de lit minimale est alors égale approximativement au double de la distance A 0-M O La distance entre l'électrode M O de courant d'analyse et les électrodes de focalisation A 1 et A 2 est comprise entre deux et trois fois la distance A 0-M O La distance entre l'électrode A O de courant 25 d'analyse et l'électrode N de référence de potentiel est comprise entre environ 6 et 7 fois la distance entre l'électrode A O de courant d'analyse et l'électrode de focalisation A 1 ou A 2 L'électrode B de retour du courant est située, de préférence, à une distance relativement grande de l'élec30 trode N de référence de potentiel et elle peut être située à la surface Les distances A 0-At et A 0-A 2 sont égales à au
moins dix fois le diamètre de la sonde.
Afin d'engendrer une réponse électrique symétrique,les paires d'électrodes situées à égale distance sur les côtés 35 opposes de l'électrode A O de courant d'analyse sont reliées par des conducteurs ayant une résistance négligeable Ainsi,
l'électrode de contrôle supérieure X 1 est connectée à l'élec-
trode de contrôle inférieure M 2, l'électrode de contrôle supérieure MI' est connectée à l'électrode de contrôle inférieure M 2 ' et l'électrode de focalisation supérieure Al est
connectée à l'électrode de focalisation inférieure A 2.
Toutes les électrodes de contrôle Ml, Ml', M 2, K 2 " ainsi que l'électrode Mû de mesure de potentiel et l'électrode N de référence de potentiel sont des électrodes rversibles non polarisables telles que des électrodes à l'argent/chlorure d'argent Ceci empêche des déphasages erronés dus la polarisation de surface électrochimique comme il sen produirait avec les électrodes en plomb classiques utilisées dans la diagraphie de résistivité Encore un autre avantage de l'électrode à l'argent/chlorure d'argent est le très faible potentiel résiduel qui permet à l'appareil d'utiliserla
plaine gamme dynamique des amplificateurs de fond de puits.
On a représenté sur la Fig 2 un mode de réalisation d'mm électrode à l'argent/chlorure d'argent à haute pressi Me et haute température que l'on décrira ultérieurement L'életrode AO de courant d'analyse, les électrodes de focalisa20 tion Ai et A 2 et l'électrode B de retour de courant peuvent
être des électrodes en plomb classiques.
Le circuit électrique qui est connecté aux électrodes est représenté à l'intérieur du cadre 14 tracé en po Intill/ qui représente le bottier 14 étanche aux fluides Lénergie 25 pour le circuit de fond de puits est fournie par mne soero de courant continu qui fait partie de 1 'alimentat Ima 17 en courant située à la surface et qui alimente les alseutation u 18 en courant régulé de fond de puits par l'intr uedu câble armé 15 à multiples conducteurs Une bornede la souroe 30 19 de courant alternatif située à la surface est coenectée par l'intermédiaire du cable 15 à multiples conduer l'électrode B de retour du courant L'autre borne de la source 19 de courant alternatif est connectée par î"Intemédiaire du câble 15 à multiples conducteurs à des zésistanes 35 (VR 1) 20 et (VRO) 21 commandées par la tension la réssance 21 commandée par la tension est connectée par l'Vtm aioe
d'une résistance de référence REFRO à lélectrode A O du cou-
rant d'analyse La résistance 20 commandée par la tension
est connectée par l'intermédiaire d'une résistance de référence REFR 1 aux électrodes A 1 et A 2 de courant de focalisation.
Les résistances commandées par la tension sont construites d'une manière appropriée quelconque pour qu'une résistance série soit modifiée au moyen d'une tension de commande Les résistances 20 et 21 peuvent être des transistors
de puissance à effet de champ dont l-a résistance source10 drain varie en réponse à la tension appliquée à leur porte.
Les électrodes de contrôle M 1 et M 2 sont connectées à une entrée d'un amplificateur différentiel 22 Les électrodes de contrôle Ml' et M 2 ' sont connectées à l'autre entrée de l'amplificateur différentiel 22 L'amplificateur 22 est un 15 amplificateur différentiel en entrée/différentiel en sortie, à très forte impédance d'entrée Le signal d'une sortie différentielle de l'amplificateur 22 est le signal de commande de la résistance 21 commandée par la tension Le signal de l'autre sortie différentielle est le signal de commande de la résistance 20 commandée par la tension La combinaison de l'amplificateur différentiel 22 et des résistances 20 et 21 commandées par la tension maintient une différence de potentiel approximativement nulle entre les électrodes de contrôle M 1 et Ml' et également entre les électrodes de contrôle 25 M 2 et M 2 ' L'électrode M O de mesure de tension est connectée à une borne d'un amplificateur 23 de tension tandis que l'électrode N de référence de potentiel est connectée à l'autre borne de l'amplificateur 23 de tension l'amplificateur 23 de tension 30 est un amplificateur différentiel à couplage direct à très
haute impédance d'entrée qui amplifie la différence de potentiel engendrée,par le courant alternatif applique, dans la formation terrestre La sortie de l'amplificateur 23 de tension est connectée à un filtre passe-bas 25 dont la fonc35 tion est d'empêcher un parasitage du signal de tension entraînant une erreur d'échantillonnage lorsqu'il est converti en un signal numérique Le signal de sortie du filtre passe-
bas est échantillonné par l'amplificateur 27 de poursuite et de maintien Le signal de sortie de l'amplificateur 27 de poursuite et demaintien est converti en numérique par le
convertisseur 29 d'analogique en numérique de fond de puits.
Le circuit de poursuite et de maintien suit le signal de tension et, lorsqu'il est actionné par le circuit logique et d'horloge 30, il échantillonne l'amplitude du signal de tension. La mesure du courant au fond du puits est obtenue en o O mesurant la tension aux bornes de la résistance REFRO de
fond de puits en utilisant un amplificateur 24 de courant.
La sortie de l'amplificateur 24 de courant est connectée à un filtre passe-bas 26 dont la fonction est d'empêcher le parasitage du signal de courant numérique Les filtres passe15 bas 25 et 26 sont approximativement identiques afin d'empêcher qu' un quelconque déphasage différentiel soit introduit entre le courant et la tension mesurés au fond du puits La sortie du filtre passe-bas 26 est connectée à un amplificateur 28 de poursuite et de maintien L'amplificateur 28 de 20 poursuite et de maintien est approximativement identique à l'amplificateur 27 de poursuite et de maintien et il est commandé par le circuit logique et d'horloge 30 La même impulsion de commande est utilisée pour les deux amplificateurs 27 et 28 de poursuite et de maintien de sorte que le courant 25 et la tension sont échantillonnés simultanément Ceci empêche un déphasage différentiel entre les signaux de courant et de tension mesurés au fond du puits Le signal de sortie échantillonné de l'amplificateur de poursuite et de maintien est appliqué au convertisseur 29 d'analogique en numérique Les 30 signaux de sortie échantillonnés des amplificateurs 27 et 28 de poursuite et de maintien sont multiplexés au convertisseur 29 d'analogique en numérique par le circuit logique 30 de commande et d'horloge Par conséquent, toute dérive des caractéristiques du convertisseur 29 d'analogique en numérique 35 se produit de la même manière dans les canaux de courant et de tension Les signaux de courant et de tension convertis en numérique produits par le convertisseur 29 d'analogique en numérique sont codés numériquement enun code de transmission par le codeur numérique 31 dont la sortie est connectée à un circuit 32 d'attaque de ligne Le circuit 32 d'attaque de ligne est relié à la surface par le conducteur cenS tral du cable 15 à multiples conducteurs On a constaté que le conducteur central permettait une transmission rapide des
signaux numériques sans réflexions parasites du cable.
A la surface, les signaux numériques de courant et de tension sont reçus par un récepteur numérique 33 qui décode 10 le code de transmission Le récepteur numérique applique les signaux de courant et de tension à un ordinateur numérique 34 qui calcule le potentiel spontané, la résistivité et le déphasage L'ordinateur est connecté à des moyens enregistreurs 38 et à une mémoire 39 Le récepteur numérique 33 est 15 également connecté à un convertisseur 35 de numérique en analogique qui convertit les signaux numériques de courant et de tension sous une forme analogique Les signaux analogiques de courant et de tension du convertisseur 35 de numérique en analogique sont appliques à un phasemètre analogique 20 36 qui mesure le potentiel spontané (SP), la résistivité (R)
et le déphasage (e) Le signal de sortie du phasemètre analogique 36 est enregistré par des moyens enregistreurs 37.
Un codeur 40 de profondeur entre les informations de profondeur fournies par le treuil (non représenté) dans l'ordina25 teur.
L'électrode à l'argent/chlorure d'argent représentée sur la Fig 2 est constitué par un bottier 50 dans lequel est montée une électrode 51 en argent La surface de l'électrode en argent est convertie en chlorure d'argent par chlorura30 tion L'électrode en argent est fixée à un élément 52 d'électrode qui fait saillie à l'extérieur du bottier L'élément d'électrode est monté de manière étanche dans le bottier au moyen d'une bague d'étanchéité torique 53 qui est comprimée par un organe de compression fileté 54 Le volume 56 du bot35 tier est rempli d'une solution de chlorure de potassium saturée de référence Une fritte poreuse 55 montée dans l'extrémité du bottier permet à la solution de chlorure de potassium
d'entrer en contact avec le fluide du trou de sonde.
Maintenant, en ce qui concerne le fonctionnement de l'appareil de diagraphie de la Fig 1, la source de courant alternatif fournit un courant alternatif d'amplitude cons5 tante à une basse fréquence comprise entre 0,001 et 100 Hz et, de préférence, entre 1 et 10 Hz La fréquence est habituellement choisie inférieure à 100 Hz pour empêcher un couplage inductif des déphasages dans la formation terrestre Si la fréquence est trop basse, la vitesse de diagraphie devient d'une lenteur prohibitive pour empêcher la déformation de la forme d'onde Une vitesse de diagraphie de 3 m environ à la minute s'est avérée satisfaisante avec une fréquence de 10 Hz du courant alternatif Le courant alternatif est appliqué à la fois à l'électrode AO de courant d'analyse et aux élec15 trodes de focalisation Ai et A 2 La répartition du courant entre les électrodes d'analyse et de focalisation est commandée par les résistances 20 et 21 commandées par la tension qui fonctionnent comme un réseau diviseur de tension Les résistances commandées par la tension sont purement résistives 20 de sorte qu'aucun déphasage n'est introduit entre le courant fourni à l'électrode AO de courant d'analyse et le courant fourni aux électrodes de focalisation Al et A 2 Le courant injecté dans la formation par l'intermédiaire de l'électrode de courant d'analyse est mesuré aux bornes de la résistance 25 de référence REFR O Dans une formation terrestre homogène et isotrope, le rapport entre la valeur de la résistance 20 commandée par la tension et celle de la résistance 21 commandée par la tension est approximativement: VR 1/VRO = 0,5 (n 2-1)2 /4 n formule dans laquelle N est le rapport de la distance A 1A O à la distance M 0-A O (On admet que la valeur des résistances de référence et celle de la résistance de la formation sont petites par rapport à celle des résistances commandées par la tension) Cependant, face à un mince lit résistif, la 35 valeur de la résistance 20 commandée par la tension est réduite par rapport à celle de la résistance 21 commandée par la tension afin d'injecter davantage de courant dans les
électrodes de focalisation A 1 et A 2 que dans l'électrode A 0.
On peut utiliser la résistance de référence REFR 1 pour contr 1 ôler (d'une manière non représentée) le courant de focalisation Des valeurs des résistances de référence REFR O et REFR 1 d'environ 1 ohm se sont avérées donner des niveaux de signaux satisfaisants L'amplificateur différentiel 22 contrô 181 e la différence de potentiel entre les électrodes M 1 et Ml' et entre les électrodes M 2 et M 2 ' Le signal de sortie différentiel de l'amplificateur différentiel 22 règle le rap10 port entre le courant injecté par l'électrode A O de courant d'analyse et le courant injecté par les électrodes de focalisation A 1 et A 2 Ceci est effectué en faisant varier le rapport des valeurs des résistances 20 et 21 commandées par la tension jusqu'à ce que les différences de potentiel entre 15 les électrodes M 1 et Ml' et entre les électrodes M 2 et M 2 ' soient approximativement nulles L'amplificateur différentiel 22 et les résistances 20 et 21 commandées par la tension doivent avoir une réponse suffisamment rapide par rapport à la fréquence du courant alternatif pour que le déphasage
supplémentaire ajouté par cette boucle de commande soit pratiquement nul.
Le courant d'analyse et le potentiel de terre engendré sont tous deux mesurés et convertis en numérique au fond du puits Ceci évite la transmission à la surface de signaux analogiques qui subiraient de forts déphasages dus à la capacité du câble Une fréquence d'horloge de 4,4 k Hz s'est avérée satisfaisante Ceci donne un échantillon de courant et de tension toutes les 7 millisecondes La fréquence de Nyquist est alors de 71 Hz Les filtres passe-bas sont du 30 type Butterworth à courbe de réponse la plus rectangulaire possible et sont conçus pour produire une atténuation d'au moins 48 d B à la fréquence de Nyquist Le convertisseur d'analogique en numérique doit avoir un nombre suffisant de bits pour assurer un faible bruit de conversion en numérique. 35 Un convertisseur d'analogique en numérique de 12 bits s'est
avéré satisfaisant pour réduire le bruit de phase à une valeur inférieure à un milliradian Les gains des amplifica-
teurs 23 et 24 sont réglés automatiquement pour conserver constamment au moins huit bits significatifs au moyen d'un
circuit approprié (non représenté).
Les signaux de courant et de tension convertis en numé5 rique sont analysés par un ordinateur numérique 34 qui calcule la résistivité et le déphasage de la formation terrestre à partir des tensions et courants mesurés au fond du puits Etant donné que les formes d'onde complètes de courant et de tension (comprenant à la fois les composantes al10 ternatives et les composantes continues) ont été converties
en numérique, l'ordinateur peut également calculer le potentiel spontané de la terre, SP.
Les données reçues à la surface par le récepteur numérique 33 correspondent à une série de points (xi, yi sur une 15 ellipse, comme représenté sur la Fig 5 Le décalage vertical du centre de l'ellipse représente le potentiel spontané de la formation tandis que le décalage horizontal représente le courant résiduel Au moyen d'une commande appropriée du
signal d'entrée en courant alternatif,on peut obtenir un cou20 rant résiduel nul.
La présente invention permet également une focalisation du courant d'analyse dans le plan horizontal de façon que la résistivité mesurée et le déphasage mesurés soient approximativement ceux de la formation adjacente à l'outil L'outil 25 de polarisation induite focalisée obtient des mesures de polarisation induite plus précises de la formation terrestre lorsque la résistivité de la formation est bien supérieure à la résistivité de la boue Encore un autre avantage de cet
appareil de polarisation induite focalisée est la réponse pré30 ciseaux minces lits résistifs.
Il apparaîtra clairement aux spécialistes de la technique que l'on peut apporter diverses modifications au mode de réalisation de base représenté sur la Fig 1 sans s'écarter pour cela de l'esprit de l'invention Ainsi, le-phase35 mètre et l'ordinateur situés à la surface pourraient être disposés au fond du puits à l'intérieur du bottier 14 Dans ce cas, la transmission numérique à la surface ne serait pas nécessaire Une autre variante consisterait à utiliser l'une
des électrodes de contrôle M 1, Ml' ou M 2, M 2 ' comme électrode de mesure de tension au lieu d'utiliser une électrode de mesure de tension séparée M O De même, on peut,sans sor5 tir du cadre de l'invention, utiliser d'autres réseaux d'électrodes focalisées, tels que celui représenté sur la Fig 3.
Dans ce mode de réalisation, l'électrode A O de courant d'analyse est divisée en deux électrodes A O et A O ' et l'électrode M O de mesure de tension est placée entre les deux électrodes 10 A O et A O ' Cet agencement présente l'avantage d'adapter le courant appliqué à la formation de manière à obtenir une réponse améliorée des lits minces Les deux électrodes de courant d'analyse produisent une configuration de courant focalisé en galettes qui comporte trois positions de différence 15 de potentiel nulle, à savoir entre Ml, Ml', entre M 2-M 2 ' et à M O On peut régler l'espacement entre les électrodes de courant d'analyse pour déterminer l'épaisseur d'un mince lit qui peut être mesurée avec précision Encore un autre mode de réalisation utiliserait des amplificateurs différentiels 20 (DA) séparés pour chaque paire d'électrodes de contrôle M 1, Ml' et M 2, M 2 ' commereprésenté sur la Fig 4 Cet agencement permet une commande indépendante des électrodes de focalisation A 1 et A 2 qui compense toute distorsion du champ de courant provoquée par une inhomogénéité de résistance dans la 25 formation Par exemple, si un mince lit comporte une formation fortement résistive d'un côté et une formation faiblement résistive de l'autre côté, le champ de courant sera déformé avec l'appareil de la Fig 1 Le système représenté sur la Fig 4 compense cette distorsion et assure un flux de cou30 rant plus uniforme à travers le mince lit La gamme dynamique requise des résistances commandées par la tension (VR 0, VR 1, et VR 2) est également réduite dans cette configuration par
rapport à la Fig 1.
Encore un autre mode de réalisation utiliserait de longues électrodescylindriques du garde de courant, comme représenté sur la Fig 6, à la place des électrodes de contrôle M 1, Ml' et M 2, M 2 ' Les électrodes A 1 et A 2 de garde de courant de la Fig 6 sont des conducteurs électriques en contact avec le fluide du trou de sonde et elles ont, par conséquent, une différence de potentiel nulle sur toute leur longueur Les électrodes de garde A 1 et A 2 sont électrique5 ment connectées entre elles par un conducteur de résistance négligeable qui les maintient au même potentiel Les électrodes A 1 et A 2 de garde de courant sont physiquement et électriquement séparées des électrodes divisées A O et A O ' de courant d'analyse par de minces disques isolants L'électrode 10 M O de mesure de courant est située à mi-distance entre les électrodes divisées A O et AO' de courant d'analyse et elle est électriquement isolée de ces électrodes A O et A O ' par de minces disques isolants Les électrodes divisées A O et A O ' de courant d'analyse sont électriquement connectées entre elles par un conducteur de résistance négligeable qui les maintient au même potentiel La longueur totale L du long réseau de focalisation cylindrique doit être supérieure au diamètre de la sonde pour obtenir une bonne focalisation du courant En pratique, la longueur L peut être d'environ 3, 05 m La longueur totale 1
de l'électrode de courant d'analyse divisée doit être inférieure à L et être par exemple de l'ordre de 0,15 à 0,30 m.
La longueur 1 est l'épaisseur minimale d'un mince lit qui peut être mesurée avec précision par l'outil de polarisa25 tion induite focalisée.
L'avantage principal d'un long réseau cylindrique d'électrodes focalisées est la focalisation plus resserrrée
du faisceau de courant d'analyse dans la direction verticale.
Ceci permet de mesurer avac précision des lits plus minces 30 qu'avec le réseau représenté sur la Fig 3.
Encore une autre variante consiste à utiliser un type différent de signal de courant à forme d'onde carrée, triangulaire à domaines de temps (c'està-dire une forme d'onde carrée bipolaire avec un temps mort) ou à plusieurs fré35 quences plutôt que la forme d'onde de courant sinusoïdale utilisée dans le mode de réalisation décrit Ces modifications
ainsi que d'autres modifications similaires doivent être considées comme entrant dans le cadre de la présente invention.
Claims (10)
1 Un outil de diagraphie de polarisation induite pour mesurer des paramètres d'une formation ( 10) entourant un trou de sonde ( 11), cet outil de diagraphie étant caractéri5 sé en ce qu'il comprend: plusieurs électrodes (AO,AO',A 1 l,A 2,MO,M 1,M 1 ',M 2,M 2 ', N, B) disposées sur une sonde de diagraphie, lesdites électrodes comprenant au moins une électrode (A 0, A O ') de courant d'analyse et deux électrodes de focalisation (A 1, A 2) dispo10 sées sur les côtés opposés de l'électrode de courant d'analyse, des électrodes de contrôle (M 1, Ml', M 2, M 2 '), une électrode (M 0) de mesure de tension et des électrodes (N, B) de référence de tension et de retour de courant; un circuit ( 22; DA, DA) couplé aux électrodes de con15 trôle pour contrôler le flux de courant dans la formation entre les électrodes de courant d'analyse et de focalisation; des premiers moyens ( 21; VR 0) de commande de courant couplés directement à l'électrode de courant d'analyse et audit circuit pour commander le flux de courant fourni à l'élec20 trode de courant d'analyse en réponse au flux de courant contr 8 ôlé et en phase avec ce courant; des seconds moyens ( 20; VR 1, VR 2) de commande de courant couplés directement aux électrodes de focalisation pour commander le flux de courant fourni à ces électrodes de fo25 calisation en réponse au flux de courant contrôlé et en phase avec ce courant; une source ( 19) de courant alternatif disposée à la surface, une borne de cette source étant couplée aux deux moyens de commande de courant et l'autre à l'électrode de retour du courant, la source étant capable de fournir un courant alternatif à diverses fréquences discrètes; des moyens de mesure ( 23, 24) couplés aux électrodes de mesure de tension et de courant d'analyse pour mesurer l'amplitude et la phase de la tension induite dans la forma35 tion et l'amplitude et la phase du flux de courant fourni à l'électrode de courant d'analyse; et des moyens de transmission ( 25-32) pour transmettre
ces mesures à la surface.
2 Outil de diagraphie de polarisation induite selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit précité comprend un amplificateur ( 22) différentiel en entrée/diffé5 rentiel en sortie et les premiers et seconds moyens de commande de courant sont des résistances variables ( 21, 20)
commandées par la tension.
3 Outil de diagraphie de polarisation induite selon la revendication 2, caractérisé en ce que les électrodes de contrôle comprenennt une paire d'électrodes supérieures(M 1, Ml') et une paire d'électrodes inférieures (M 2, M 2 '), une paire étant disposée de chaque côté de l'électrode (AO) de courant d'analyse, l'électrode (M 0) de mesure de tension
étant disposée contre les électrodes d'une paire (M 1, Ml') 15 desdites électrodes de contrôle.
4 Outil de diagraphie de polarisation induite selon la revendication 3, caractérisé en ce que le circuit comprend deux amplificateurs (DA, DA) différentiels en entrée/différentiels en sortie,l'un de ces amplificateurs ayant ses entrées connectées à l'une (M 1, KMI') des paires d'électrodes de contrôles et l'autre amplificateur ayant ses entrées connectées à l'autre paire (M 2, M 2 ') d'électrodes de contrôle les amplificateurs commandant conjointement les premiers moyens (VRO) de commande de courant et commandant individuel25 lement les seconds moyens (VR 1, VR 2) de commande de courant pour commander individuellement l'électrode de focalisation (A 1 et,respectivement, A 2) adjacente àla paire d'électrodes
de contrôle connectées audit amplificateur individuel.
Outil de diagraphie de polarisation induite selon la revendication 1, caractérisé en ce que les électrodes de focalisation supérieure et inférieure (A 1, A 2) sont placées à égale distance de chaque côté de l'électrode (A 0) de courant d'analyse, les paires supérieure et inférieure (M 1, Ml', M 2, M 2 ') d'électrodes de contrôle sont placées entre les électrodes (A 0, Al, A 2) de courant d'analyse et de focalisation,de chaque côté de l'électrode (A 0) de courant d'analyse, l'électrode (M 0) de mesure de tension est disposée entre les électrodes d'une paire d'électrodes de contrôle (M 1, Ml') et les électrodes (N, B) de référence de tension et de retour du courant sont toutes deux disposées à une plus grande
distance de l'électrode de courant d'analyse que les élec5 trodes de focalisation.
6 Outil de diagraphie de polarisation induite selon les
revendications 1 et 5, caractérisé en ce que le circuit comprend un amplificateur ( 22) différentiel en entrée/différentiel en sortie, une électrode de contrôle (M 1, M 2) de chaque 10 paire étant directement couplée à une entrée de l'amplificateur, l'autre électrode de contrôle (Mi', M 2 ') de chaque
paire étant directement couplée à l'autre entrée de l'amplificateur, la première sortie de l'amplificateur différentiel en entrée/différentiel en sortie étant directement couplée aux 15 premiers moyens ( 21) de commande de courant et la seconde sortie de l'amplificateur différentiel en entrée/différentiel en sortie étant directement couplée aux seconds moyens ( 20) de commande de courant, le circuit comprenant, en outre, une résistance de référence (REFRO) qui raccorde l'électrode 20 (A 0) de courant d'analyse aux premiers moyens ( 21) de commande de courant, les moyens de mesure comprenant des premiers moyens de mesure ( 23) directement couplés aux électrodes de mesure de tension et de référence de tension (M 0, N) pour mesurer l'amplitude et la phase de la tension induite 25 dans la formation et des seconds moyens de mesure ( 24) directement couples aux bornes de la résistance de référence (REFR 0) pour mesurer l'amplitude et la phase du flux de courant appliqué à l'électrode (A 0) de courant d'analyse; les moyens de transmission ( 25- 32) étant couples aux premiers et 30 seconds moyens de mesure pour transmettre les mesures de
tension et de courant à la surface.
7 Outil de diagraphie de polarisation induite selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de transmission comprennent des moyens de conversion d'analogique en 35 numérique ( 25-30) pour convertir les mesures de tension et de courant en quantités numériques correspondantes en vue de leur transmission à la surface, les moyens de conversion comprenant une paire de circuits de poursuite et de maintien ( 27, 28) l'un ( 27) pour mesurer l'amplitude et la phase de la tension induite et l'autre ( 28) pour mesurer l'amplitude et la phase du courant, ces deux circuits de poursuite et de maintien étant tous deux commandés par un unique circuit logique ( 30).
8 Outil de diagraphie de polarisation induite selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'électrode de courant d'analyse est divisée en deux électrodes (A 0, A O ') qui sont connectées entre elles par un conducteur ayant une résistance 10 négligeable et en ce que l'électrode (MO) de mesure de tension est positionnée entre les deux électrodes de courant d'analyse. 9 Outil de diagraphie de polarisation induite selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'électrode (M 0) de mesure de courant, l'électrode de référence (NI et les électrodes de contrôle (M 1, Ml', M 2, M 2 ') sont des électrodes
à l'argent/chlorure d'argent non polarisables.
Outil de diagraphie de polarisation induite selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source ( 19) de cou20 rant alternatif est une source à domaines de temps, cette
source étant capable de fournir un courant alternatif à diverses fréquences discrètes comprises entre 0,01 et 100 Hz.
11 Un outil de diagraphie de polarisation induite pour mesurer des paramètres d'une formation ( 10) entourant un trou 25 de sonde ( 11),cet outil de diagraphie étant caractérisé en ce qu'il comporte: une sonde de diagraphie non conductrice ( 13); une série d'électrodes disposées sur la sonde, ces électrodes comprenant au moins une électrode (A 0, A O ') de cou30 rant d'analyse et des électrodes de garde (A 1, A 2) disposées sur les côtés opposés de l'électrode de courant d'analyse, une électrode (M 0) de mesure de tension et des électrodes de référence et de retour du courant; des premiers moyens de commande ( 22, 21, REFR 0) direc35 tement couplés à l'électrode de courant d'analyse, ces moyens de commande commandant le flux de courant fourni à l'électrode (A 0, A O ') de courant d'analyse en réponse au flux de courant contrôlé et en phase avec ce courant; des seconds moyens de commande ( 22, 20, REFR 1) directement couples aux électrodes de garde (Al, A 2) pour commander le flux de courant fourni aux électrodes de garde en réponse au flux de courant contrôlé et en phase avec ce courant; une source ( 19) de courant alternatif située à la surface,une borne de cette source étant connectée aux deux moyens de commande de courant et l'autre borne étant connectée à l'électrode de retour du courant, cette source étant 10 capable de fournir un courant alternatif à diverses fréquences discrètes comprises entre 0,01 et 100 Hz; des moyens de mesure ( 23, 24) directement couplés aux électrodes de mesure de tension et de courant d'analyse pour mesurer l'amplitude et la phase de la tension induite dans 15 la formation et l'amplitude et la phase de la tension du flux de courant fourni à l'électrode de courant d'analyse; et des moyens de transmission ( 25-32) pour transmettre ces
mesures à la surface.
12 Outil de diagraphie de polarisation induite selon la revendication 11, caractérisé en ce que les électrodes de garde (A 1, A 2) sont de longues électrodes cylindriques en contact avec le fluide du trou de sonde et électriquement
connectées entre elles.
13 Outil de diagraphie de polarisation induite selon la revendication 12, caractérisé en ce que les électrodes de garde (A 1, A 2) ont une longueur totale qui est au moins
égale à dix fois le diamètre de la sonde.
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