FR2556479A1 - Procede et dispositif de diagraphie electromagnetique en particulier pour mesure en cours de forage - Google Patents

Abstract

LE PROCEDE ET L'APPAREIL DE DIAGRAPHIE ELECTROMAGNETIQUE SELON L'INVENTION PERMETTENT LA MESURE DE PARAMETRES DE FORMATION PAR LA TRANSMISSION ET LA RECEPTION DE SIGNAUX ELECTROMAGNETIQUES A L'AIDE D'ANTENNES 84, 85, 86 DISPOSEES DANS DES EVIDEMENTS 81, 82 LONGITUDINALEMENT ESPACES L'UN DE L'AUTRE ET MENAGES DANS LA FACE EXTERNE D'UN ORGANE DE LOGEMENT TUBULAIRE 80, ET L'APPAREIL COMPREND DES MOYENS DESTINES A REDUIRE LE COUPLAGE DU BRUIT ELECTRIQUE RESULTANT D'ELEMENTS CONDUCTEURS ADJACENTS AUX EVIDEMENTS 81, 82 ET AU LOGEMENT 80. CECI EST OBTENU PAR UN BLINDAGE ELECTROSTATIQUE MAIS NON MAGNETIQUE DES ANTENNES 84, 85, 86 A BASSE IMPEDANCE, ET PAR UN COUPLAGE INDUCTIF DU SIGNAL RECU PAR LES ANTENNES RECEPTRICES 85, 86 ET LES AUTRES COMPOSANTS DU RECEPTEUR, AFIN D'AUGMENTER LE NIVEAU DU SIGNAL RECU. L'APPAREIL EST CAPABLE DE MESURER DES PARAMETRES DE FORMATION EN PRESENCE DE CORPS CONDUCTEURS TELS QUE LE TRAIN DE TIGES, SUR LEQUEL L'APPAREIL PEUT ETRE INCORPORE. APPLICATION A LA REALISATION DE SYSTEMES DE DIAGRAPHIE A MESURE EN COURS DE FORAGE.

Description

La présente invention concerne, d'une manière géné-

rale, un appareil et un procédé destinés à la mesure de paramètres de formation par l'émission et la réception de signaux électromagnétiques à l'aide de moyens disposés dans des évidements ménagés dans un organe de logement tubulaire et comprenant des moyens destinés -à réduire le

couplage capacitif de bruit provenant d'éléments conduc-

teurs situés en position adjacente aux moyens de logement et aux évidements. Plus particulièrement, l'invention se

rapporte à un procédé et à un appareil employant un blin-

dage électrostatique des antennes et une isolation par boucle de mise à la terre afin de réduire le bruit et l'espacement minimum d'antennes par rapport aux éléments

conducteurs adjacents aux évidements et des moyens de cou-

plage à courant inductif afin d'augmenter le niveau de signal aux moyens récepteurs de sorte que le système soit capable d'être utilisé dans un train de tiges pour prendre

des mesures en cours de forage.

Pour de nombreuses raisons, il est souhaitable de transmettre des signaux électriques dans la terre,utilisée comme un milieu de propagation,et de recevoir les signaux

en un endroit espacé de l'émetteur. Un tel système de pro-

pagation de signal est, par exemple, utilisé à la fois pour la détermination de différents paramètres associés

au milieu de propagation et à des fins de communication.

Ces systèmes sont souvent utilisés dans l'étude de

l'environnement entourant un trou de sonde, et, en parti-

culier, les formations terrestres environnantes. Différents types de systèmes de diagraphie d'un trou de sonde sont disponibles afin d'effectuer ces études. Une classe de

ces systèmes utilise des phénomènes de champ électromagné-

tique pour obtenir des données de l'environnement entourant

le trou de sonde.

Un type de diagraphie électromagnétique est la dia-

graphie par électrodes qui utilise un champ électrique dans la formation environnante afin de produire une mesure de la conductivité de la formation. Une boue conductrice

est nécessaire pour une utilisation convenable de ce sys-

tème, ce qui rend ainsi le système inopérant avec des boues à base d'huile. La diagraphie d'induction est un autre type de diagraphie électromagnétique qui utilise un champ magnétique dans la formation afin de produire un flux de courant secondaire dans la formation. Le flux de courant secondaire développe un second champ magnétique qui induit un courant dans des bobines réceptrices positionnées dans le trou de sonde. Le courant induit dans la bobine ou les bobines réceptrices est proportionnel au flux de courant

secondaire dans la formation et est ainsi directement pro-

portionnel à la conductivité ou inversement proportionnel

à la résistivité de la formation environnante. La propa-

gation d'une onde électromagnétique est à la base d'un autre système encore de diagraphie destiné à l'étude de l'environnement autour d'un trou de sonde et qui fait

l'objet de la présente invention.

Un système de diagraphie électromagnétique du type

à propagation d'onde est décrit dans le brevet des Etats-

Unis d'Amérique n 3 551 797, dont la description est in-

corporée dans le présent mémoire par voie de référence.

Ce brevet décrit un système à ligne filaire ou câblé ayant un émetteur et des récepteurs destinés à la mesure de paramètres de formation, et utilisant l'amplitude et la comparaison de phase. Cependant, le système câblé faisant l'objet du brevet précité n'est pas utilisable dans une configuration de mesure en cours de forage (ci-après dénommée "MECF"). Le brevet précité décrit une sonde non conductrice d'une résistance insuffisante pour fonctionner dans un train de tiges caractérisé par. une masse d'acier et plus particulièrement par des masses-tiges à proximité de l'outil de forage et de l'appareil de mesure. Les brevets des Etats- Unis d'Amérique n 4 107 597 et 4 185 238 décrivent également des systèmes à propagation d'onde électromagnétique destines à être utilisés dans des appareils câblés. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 4 107 597 décrit la sonde câblée comme étant réalisée en un matériau non conducteur, ce qui est usuel dans de tels dispositifs afin de permettre l'utilisation d'un

appareil d'émission et de réception électromagnétique.

Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 3 079 550 décrit un système de diagraphie d'induction destiné à mesurer des paramètres similaires de formation, en utilisant des fréquences inférieures et nécessitant une boue conductrice

dans le trou de sonde.

Les deux types de systèmes à induction et à élec-

trodes, qui correspondent aux procédés principaux utilisés jusqu'à présent pour la mesure de la résistivité d'une formation, ainsi que-les systèmes câblés utilisant la propagation d'une onde, présentent certains inconvénients,

en particulier dans le cas de leur application à une confi-

guration de MECF. Un système à électrodes nécessite l'iso-

lation du train de tiges par rapport aux différentes élec-

trodes émettrices et réceptrices du système. Ceci nécessite normalement l'application d'un revêtement isolant spécial

sur le train de tiges en acier à proximité des électrodes.

Ce revêtement est coûteux à maintenir et est d'une fiabili-

té douteuse. Un système de diagraphie d'induction fonction-

ne normalement à 20 kHz et nécessite des bobines de grand diamètre pour obtenir le couplage nécessaire. Dans une

configuration de MECF, des bobines de diagraphie d'induc-

tion doivent être montées dans une masse-tige ou autour d'une masse-tige d'un train de tiges, -et cette partie de

la masse-tige doit être non conductrice. Mais il est diffi-

cile de fabriquer des masses-tiges non conductrices tout en conservant l'intégrité structurelle et la résistance nécessaire à leur utilisation dans un train de tiges. A ce propos, des parois de masse-tige plus épaisses et des caractéristiques de résistance mécanique améliorées peuvent être obtenues dans une masse-tige en réduisant la taille

des bobines. Afin, cependant, d'assurer le couplage néces-

saire entre des bobines espacées et qui sont de petite taille, la fréquence de fonctionnement du système doit être augmentée. Lorsque la fréquence est augmentée à partir de 20 kHz, une propagation d'onde commence et l'induction standard n'est plus efficace. Les dispositifs câblés à propagation d'onde électromagnétique décrits ci-dessus n'utilisent pas un ensemble de sonde ayant une intégrité structurelle et une résistance suffisantes pour être incor- poré dans un train de tiges, o ils ne mettent pas en

oeuvre des techniques de réduction du bruit et d'augmenta-

tion du signal qui permettent un fonctionnement fiable

dans un environnement de MECF.

L'inadaptation des systèmes présentés ci-dessus à leur incorporation dans un train de tiges afin de mesurer

des paramètres de formation en utilisant des signaux élec-

tromagnétiques dans une configuration de mesure en cours de forage est claire. Le système à électrodes présenté ci-dessus est limité à une utilisation avec des boues électriquement conductrices, à base d'eau. Les systèmes de diagraphie d'induction utilisent des configurations de bobines de grande taille qui nécessitent un trop grand

espace sur une masse-tige afin de préserver les caractéris-

tiques de communication de fluide et de résistance présen-

tées ci-dessus. Des bobines plus petites nécessitent l'utilisation de fréquences plus élevées afin d'assurer un couplage convenable entre les bobines, et les fréquences plus élevées se propagent dans la formation. Ainsi, des mesures d'induction standard ne peuvent pas être utilisées

dans des systèmes de MECF. Le manque d'intégrité structu-

relle et la réception inefficace de signaux posent des problèmes qui sont associés à ces systèmes. Dans ce domaine technique, on a recherché depuis longtemps des moyens de

remédier à ces inconvénients et qui soient utiles à l'ob-

tention d'un appareil efficace utilisant des signaux élec-

tromagnétiques afin de mesurer des paramètres de formation

en cours de forage.

La présente invention concerne un procédé et un appa-

reil destinés à réduire le couplage de bruit provenant d'éléments conducteurs voisins des moyens récepteurs et

améliorant la réception d'un signal électromagnétique con-

venable pour la mesure de paramètres de formation autour

d'un trou de forage et particulièrement utile pour effec-

tuer de telles mesures tout en forant, par l'incorporation de l'appareil dans le train de tiges. L'appareil conforme à la présente invention est caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens émetteurs, des moyens récepteurs et des moyens de réduction du bruit disposés autour de moyens ae logement tubulaires, de préférence un organe en acier constituant une masse-tige, qui est par nature capable de conduire un courant électrique. La présente invention propose un appareil de diagraphie nouveau et perfectionné

d'un trou de sonde destiné à être utilisé dans une configu-

ration de MECF, et utilisant une propagation d'onde élec-

tromagnétique tout en maintenant la résistance mécanique et les caractéristiques d'écoulement de fluide du train

de tiges.

Un mode de réalisation actuellement préféré de l'invention comprend un organe de logement tubulaire présentant les caractéristiques de résistance et mécaniques

essentielles d'une masse-tige et qui est capable de con-

duire un courant électrique. Les moyens émetteurs, récep-

teurs, et de réduction du bruit du présent dispositif sont agencés sur l'organe constituant la masse-tige ou autour de ce dernier. Un ou plusieurs évidements sont formés dans la paroi de la masse-tige afin de loger les composants

émetteurs et récepteurs, en laissant un passage longitu-

dinal complet au travers du train de tiges pour permettre ainsi un écoulement libre des fluides de forage dans le train de tiges. Les antennes émettrices et réceptrices

sont de préférence agencées selon une disposition générale-

ment circulaire autour de l'extérieur de l'organe tubulaire.

De préférence, l'antenne réceptrice est constituée d'une antenne à basse impédance, électriquement isolée de l'organe tubulaire. De manière plus avantageuse, une antenne ayant une impédance inférieure à environ 100 ohms, telle qu'une antenne à boucle unique, est disposée selon un anneau autour de l'organe tubulaire. Les antennes émettrice et réceptrices du système sont agencées dans

un ou plusieurs évidements formés dans la surface périphé-

rique de la masse-tige.

Des manchons moulés en un matériau résistant à l'usure et isolant, enferment les antennes dans des capsules dans les évidements et remplissent les espaces entre le profil de surface externe de la massetige et les bobines. Deux antennes réceptrices sont de préférence employées et sont disposées sur le même côté axial que l'antenne émettrice. Plus avantageusement encore, la distance longitudinale entre les antennes de chaque paire d'antennes comprenant une antenne émettrice et une antenne

réceptrice est différente.

Le couplage capacitif du bruit provenant d'éléments conducteurs situés en position adjacente aux moyens formant les évidements et aux moyens de logement, et provenant par exemple d'un fluide de forage conducteur, du train de tiges ou d'un logement conducteur, est réduit, et de préférence, rendu minimal par l'utilisation d'une antenne

réceptrice à basse impédance, par un blindage électrosta-

tique mais non magnétique de l'antenne, par une isolation

des courants de boucle de mise à la terre et par un cou-

plage de courant d'induction du signal reçu allant de

l'antenne à des moyens de traitement de données. De préfé-

rence, l'antenne à basse impédance est substantiellement

blindée, c'est-à-dire blindée à environ 90 % ou plus.

Les moyens de couplage à courant d'induction sont de préférence constitués par un transformateur à noyau en ferrite, torique et à adaptation d'impédance, et ce transformateur comprend une seconde bobine utilisée pour recevoir le signal provenant de l'antenne réceptrice. La bobine du transformateur est enroulée sur une bague à faible perméabilité magnétique, de préférence en ferrite, qui à son tour encercle une boucle d'antenne annulaire

autour de la masse-tige. Chaque bobine secondaire de trans-

formateur couple sa bobine d'antenne respective à un circuit récepteur. Des circuits émetteur et récepteur ainsi que des alimentations en puissance sont agencés dans la

paroi de la masse-tige.

Dans un exemple de système mettant en oeuvre la présente invention, un organe émetteur et deux organes récepteurs espacés, ainsi que les circuits associés, détectent un changement de phase dans une onde qui se propage dans la formation entourant le trou de sondelentre

les antennes réceptrices espacées. Le circuit de comparai-

son nécessaire est disposé dans la paroi de l'organe de logement tubulaire de ce système. Le présent appareil est également capable de mesurer des rapports d'amplitude ainsi

que des changements de phase relatifs aux antennes récep-

trices espacées.

Le procédé selon la présente invention comprend la transmission et la réception de signaux électromagnétiques avec un dispositif tel que décrit ci-dessus et incorporé de préférence dans un train de tiges afin d'effectuer des mesures en cours de forage. Le procédé comprend de plus la réduction du couplage capacitif du bruit dans le système et l'augmentation du signal au niveau des moyens récepteurs, ainsi que le blindage, l'utilisation d'antennes a basse

impédance et des moyens de couplage à courant d'induction.

Le procédé et l'appareil selon la présente invention

présentent de nombreux avantages. En particulier, le cou-

plage capacitif de signaux transmis le long de l'organe de logement tubulaire, ou au travers d-'éléments conducteurs adjacents, par exemple le train de tiges au la boue de forage, est réduit, ce qui améliore la réception du signal provenant de la formation environnante. Selon l'invention, on réalise également un dispositif ayant une intégrité structurelle et une résistance suffisantes pour permettre son incorporation dans un train de tiges. En conséquence,

le procédé et l'appareil selon la présente invention ren-

dent possible la mesure de paramètres de formation en uti-

lisant des signaux électromagnétiques dans une configura-

tion de mesure en cours de forage.

D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaitront plus clairement à la lecture de

la description détaillée qui suit et qui est donnée en

référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique d'un train de tiges dans un trou de sonde, avec un tronçon d'une masse tige comprenant un système de diagraphie à mesure en cours de forage conforme à un mode de réalisation de la présente invention, ce tronçon de masse-tige étant incorporé dans le train de tiges, et la figure 1 représente simultanément une analyse schématique d'une propagation d'onde dans une formation environnante et considérée par rapport aux

moyens d'émission et de réception espacés sur la masse-

tige; - les figures 2A et 2B combinées donnent une vue

schématique en élévation latérale et en coupe d'une masse-

tige comportant un système de diagraphie conforme à un mode de réalisation de la présente invention, la figure 2A représentant la partie du sommet de l'appareil et la figure 2B la partie du bas;

- les figures 2C, 2D et 2E représentent, respective-

ment, de manière plus détaillée, des vues schématiques en élévation latérale de l'antenne émettrice, de la première antenne réceptrice et de la seconde antenne réceptrice;

- la figure 3 est une vue schématique en coupe trans-

versale prise selon la ligne 3-3 de la-figure 2A, et repré-

sentant une bobine d'antenne émettrice conforme à la présente invention;

- la figure 4 est une vue schématique en coupe trans-

versale prise dans la direction de la flèche 4 de la figure 2B, et montrant une partie des moyens de blindage et un accouplement destiné à la connexion d'une bobine d'antenne réceptrice à un circuit associé;

- la figure 5 est une Vue schématique en coupe àpar-

tielle représentant une bobine d'antenne réceptrice, et des moyens de blindage et de couplage conformes à la présente invention; - la figure 6 est une vue schématique d'une variante de réalisation d'un système de diagraphie conforme à la présente invention; et - la figure 7 est un schéma-blocs d'un circuit de traitement d'un signal reçu conformément à la présente invention. Bien que l'inventionsoit décrite en relation avec un exemple de réalisation actuellement préféré, il doit

être compris que cette description n'est pas destinée à

limiter l'invention à ce mode de réalisation. Au contraire, la présente demande vise à couvrir toutes les variantes, modifications et équivalences qui peuvent être introduites dans le cadre de l'invention tel qu'il est défini par les

revendications annexées.

Lors du forage de puits, le coût horaire d'une ins-

tallation de forage est très élevé et, en conséquence, il est souhaitable de minimiser le temps durant lequel l'équipement n'est pas utilisé à forer, en raison d'une défaillance mécanique du train de tiges. En conséquence, la maintenance de l'intégrité mécanique du train de tiges est d'une importance essentielle dans tout système de

diagraphie à mesure en cours de forage (MECF).

Par définition, un système de MECF vise à fournir une mesure en temps réel de paramètres de formation et,

à cet effet, l'instrumentation de mesure doit être posi-

tionnée dans le train de tiges à proxiiité de l'outil, o l'on rencontre un environnement physique extrêmement hostile. Pendant les opérations de forage, il y a deux

caractéristiques du train de tiges qui sont d'une impor-

tance primordiale: l'intégrité du conduit longitudinal au travers du train et destiné à permettre l'écoulement

des fluides de forage, et la résistance physique des compo-

sants du train afin de résister à toute défaillance sous charge. Les systèmes de diagraphie à MECF comprennent une instrumentation très délicate, qui doit être conçue afin de fonctionner de manière fiable et très précise sous la forme d'une partie intégrante de la masse de matériel en acier nécessaire pour résister aux énormes contraintes et pressions et à la très importante quantité de chaleur

rencontrées à proximité d'un outil de forage au travail.

L'instrumentation de MECF doit être placée dans des masses-

tiges en acier qui forment une partie du train de tiges

à proximité de l'outil. De telles masses-tiges sont essen-

tiellement des cylindres massifs en acier et qui présentent un conduit tubulaire axial destiné au passage de fluides de forage en circulation vers le bas du train de tiges jusqu'à l'outil. Un tel support d'instrumentation implique de nombreuses contraintes de conception à la fois sur la

fonction et sur le conditionnement des systèmes de MECF.

Ceci est particulièrement vrai dans le cas du système de la présente invention, dans lequel l'instrumentation est un émetteur et un récepteur à fréquence radio quidoivent

émettre et recevoir et mesurer des signaux électromagnéti-

ques de faible puissance dans un environnement électrique très bruyant. Les antennes d'émission et de réception sont des parties de la présente invention et il est nécessaire qu'elles soient montées à proximité immédiate d'une masse très conductrice en acier massif. Ces contraintes de conception nécessitent une prise en considération soignée de tous les facteurs qui affectent la fonction d'un outil de diagraphie électromagnétique afin d'effectuer une mesure

précise des paramètres de formation qui présentent un cer-

tain intérêt.

I1 y a trois paramètres de formation qui affectent une onde électromagnétique dans une formation terrestre, que l'onde se propage d'un point à un autre par induction ou par propagation. Ces trois paramètres de formation sont la conductivité (résistivité),la susceptibilité magnétique et la constante diélectrique. La conductivité donne une indication des caractéristiques d'absorption d'énergie du milieu, tandis que la susceptibilité magnétique et la constante diélectrique donnent chacune une mesure de la

capacité de stockage d'énergie d'un matériau. La conduc-

tivité, qui est un paramètre communément mesuré dans les

opérations de diagraphie d'un puits, présente des varia-

tions de valeur importantes pour des matériaux terrestres

et affecte fortement toutes les ondes électromagnétiques.

La susceptibilité magnétique de la plupart des matériaux terrestres a relativement peu d'effet sur des ondes élec- tromagnétiques. La constante diélectrique présente des variations considérables dans les formations terrestres

et a une influence importante sur des ondes qui se propa-

gent à haute fréquence.

L'amplitude et la phase sont les deux caractéristi-

ques fondamentales d'une onde. Lorsqu'une onde passe ou

se propage dans un milieu, l'amplitude et la phase changent.

Dans un puits de forage, l'onde commence à une certaine source, ou point d'émission, et s'irradie à partir de ce

point par propagation, comme représenté sur la figure 1.

Lorsque l'onde passe en un certain point récepteur, l'onde a certaines caractéristiques d'amplitude et de phase qui reflètent les effets du puits de forage et de la formation au travers de laquelle l'onde est déplacée. Lorsque l'onde passe en un second point récepteur, l'amplitude et la phase ont généralement changé, en reflétant les effets de ce même puits de forage et de la même formation, ainsi que de la formation supplémentaire au travers de laquelle l'onde s'est déplacée. En comparant l'amplitude et la phase de l'onde lorsqu'elle passe aux niveaux des deux

récepteurs, les changements de propagation dûs à la forma-

tion peuvent être étudiés. La différence d'amplitude et de phase entre les deux signaux d'onde reçus peut être mesurée et rapportée aux paramètres de propagation de

l'onde, c'est-à-dire au temps de parcours et à l'atté-

nuation. Plus une onde se déplace lentement dans un milieu, plus la différence de phase mesurée entre les deux points récepteurs espacés sera grande. Ainsi, la différence de

phase peut être mesurée et rapportée à la vitesse de propa-

gation, c'est-à-dire que plus la différence de phase

mesurée est importante, plus l'onde se déplace lentement.

Les graphiques multiples de la figure 1 représentent sché-

matiquement une onde électromagnétique en fonction du temps, lorsque l'onde se propage d'une antenne émettrice T et est reçue par une antenne réceptrice R2 relativement proche de l'antenne émettrice, et par une antenne réceptrice R1 relativement éloignée de l'antenne émettrice. L'onde est reçue sur l'antenne réceptrice R1 la plus éloignée avec un certain retard ou délai de propagation "D" après la

réception sur l'antenne réceptrice R2 la plus proche.

De ce qui précède, on peut voir que différents

milieux affectent une onde en propagation par deux méca-

nismes. L'un de ces mécanismes est le temps de parcours

et l'autre est l'atténuation. Comme la constante diélec-

trique et la conductivité sont les seuls paramètres des

milieux qui affectent la propagation de l'onde, elles doi-

vent être déterminables par une mesure de la différence de phase (temps de parcours), d'un rapport d'amplitude

(atténuation), ou des deux.

L'un des paramètres majeurs dans la conception d'un système de diagraphie électromagnétique est la fréquence

de fonctionnement. Plus la fréquence d'une énergie électro-

magnétique en propagation dans un milieu est élevée, plus le signal est affecté par la constante diélectrique du milieu plutôt que par la conductivité du milieu. En raison

de la relation bien connue entre la lithologie de la forma-

tion et la conductivité, c'est ce paramètre qui est du

plus grand intérêt général pour les spécialistes du forage.

Ainsi, une fréquence est sélectionnée afin de produire

des données qui sont en corrélation étroite avec la conduc-

tivité de la formation; cependant, de nombreux aspects

de la présente invention peuvent être inclus dans un outil-

lage de diagraphie diélectrique si cela est souhaité. Dans le mode de réalisation préféré décrit dans la présente demande, on a utilisé une fréquence de sorte que le signal soit toujours influencé de manière prédominante par la conductivité de la formation et ne soit pas très fortement

affecté par les variations de la constante diélectrique.

Un autre aspect de la sélection d'une fréquence est que plus la fréquence de fonctionnement est basse, plus les corrélations entre l'amplitude reçue et les variations

de phase et la conductivité de la formation sont étroites.

Cependant, plus la fréquence est faible, plus la longueur d'onde est importante et plus les effets d'autres facteurs

physiques tels que l'espacement entre les antennes d'émis-

sion et de réception et toute surface conductrice au potentiel de la terre sont importants. Un facteur d />

o d est la distance entre une antenne et une masse con-

ductrice, telle qu'une masse-tige en acier, et o > est

la longueur d'onde de l'onde émise, est très important.

Plus la fréquence est basse, plus la longueur d'onde est élevée et, en conséquence, plus la-valeur du facteur d/A est faible. Plus le rapport d/\ est petit et plus la puissance nécessaire afin de transmettre suffisamment d'énergie dans la formation pour produire un signal reçu mesurable est importante, en raison du couplage accru du signal dans la masse conductrice et des pertes dégradant

le signal qui sont ainsi produites. La puissance néces-

saire au fonctionnement de systèmes d'instrumentation à

fond de puits dans un environnement de MECF est un para-

mètre primordial et l'efficacité du fonctionnement est une considération essentielle de conception. Ainsi, des fréquences suffisamment élevées pour produire des rapports d/A acceptables pour des niveaux de consommation de

puissance acceptables sont nécessaires.

L'autre aspect lié à l'obtention d'un rapport d/>, minimum est que d, la distance minimum entre les antennes

et la masse-tige en acieryinflue sur des facteurs de condi-

tionnement du système qui affectent directement la fiabi-

lité structurelle du train de tiges. Bien que les antennes puissent être montées à l'extérieur de la périphérie de la masse-tige et protégées contre tous dommages du fait

d'une interaction avec le trou de sonde par des stabilisa-

teurs, ceci n'est pas pratique. Afin de monter ces compo- sants à l'intérieur des bords périphériques d'une masse-

tige, un évidement doit être formé dans la surface externe de la massetige. Ces évidements doivent être suffisamment profonds pour entourer l'antenne afin de permettre une protection physique et doivent encore assurer un espacement suffisant, d, entre l'antenne et la surface la plus proche de la masse-tige en acier et conductrice, dans le but

d'obtenir un rapport d/A acceptable. Cependant, la profon-

deur de l'évidement affecte également la résistance physi-

que de la masse-tige et, en conséquence, la fiabilité structurelle du train de tiges. Dans une masse-tige, il est nécessaire d'opposer une grande résistance à la fois à une composante de force d'un couple de torsion ainsi

qu'à une force d'un moment de flexion. La découpe d'évide-

ments et de gorges dans la surface d'une masse-tige affecte invariablement sa résistance. Ainsi, pour une masse-tige d'un diamètre donné, la longueur axiale et la profondeur radiale d'évidements ménagés dans la masse-tige afin de loger les antennes doivent être toutes deux soigneusement choisies. L'environnement dans lequel le présent système de diagraphie électromagnétique à MECF doit fonctionner est extrêmement bruyant d'un point de vue électrique. D'autres équipements électriques fonctionnant au fond du trou produisent fréquemment des signaux pulsatoires qui ont

une composante électrique importante et une faible compo-

sante de champ magnétique. Le système selon la présente invention est réalisé de manière à réduire les effets du bruit provenant de sources externes par deux techniques: l'utilisation d'antennes à basse impédance qui sont plus sensibles aux composantes du champ magnétique et moins sensibles aux champs électriques, et l'utilisation de moyens de blindage électrostatique très efficaces. Dans le mode de réalisation préféré, on utilise une antenne à petite boucle à un seul tour se trouvant dans un plan perpendiculaire à l'axe de la masse-tige afin de simplifier les formules mathématiques d'interprétation du signal reçu, mais cependant d'autres configurations d'antennes à basse impédance peuvent être employées. Des antennes à boucle à un seul tour sont utilisées afin d'éliminer la capacité interne à un enroulement et afin de réduire le couplage de capacité de dispersion entre les antennes et la masse-tige. Les boucles sont également blindées électro- statiquement par un blindage cylindrique ouvert au centre électrique de la boucle et les couplages d'antennes sont

blindés par des boîtes conductrices. Le blindage électro-

statique est également isolé électriquement du corps de la masse-tige afin de diminuer au maximum les courants

de terre dans le blindage.

La figure 1 représente schématiquement le train de tiges 11 positionné dans le trou de sonde 12 traversant des formations terrestres 13. Le train de tiges comprend

des portions de tiges de forage et, à l'extrémité infé-

rieure du train, des masses-tiges destinées à donner du poids au système. Un appareil de diagraphie à MECF conforme à la présente invention et conçu pour prendre les mesures présentées ci-dessus est logé dans la masse-tige ou dans le raccord de diagraphie 14 ou un organe analogue qui est

représenté comme étant disposé dans le train de tiges au-

dessus de l'outil de forage 16. Le raccord de diagraphie 14 est représenté comme ayant un passage longitudinal 17 destiné au passage d'un flux de boue ou d'un fluide de forage dans le système et à faire accéder ce flux à l'extrémité inférieure du train de tiges. Un tel accès est vital pour un certain nombre de raisons qui sont bien connues de l'homme du métier et qui, en conséquence, ne seront pas présentées dans ce mémoire. Une alimentation en puissance et des composants d'un circuit électronique destinés au fonctionnement du système sont logés dans des compartiments circonférentiels 18 ménagés dans la paroi du raccord 14 et disposés autour du passage 17. L'antenne émettrice 19 et les antennes réceptrices 21 et 22, ayant une configuration annulaire, sont représentées comme étant disposées autour de la masse-tige 14 et espacées l'une de l'autre pour permettre la comparaison du temps de

parcours et de l'atténuation comme cela est décrit ci-

dessus. Par comparaison de l'agencement des composants du raccord de diagraphie 14 à MECF avec le graphique de la figure 1, on comprendra qu'une onde électromagnétique provenant de l'antenne d'émission 19, correspondant à

l'antenne d'émission T, pénètre dans les formations envi-

ronnantes 13. L'onde propagée dans la formation à proximité du raccord 14 est tout d'abord reçue par l'antenne de réception 22 qui correspond à l'antenne de réception la plus proche R2 présentant un espacement relatif plus

faible le long du raccord,par rapport à l'antenne d'émis-

sion 19,que l'antenne de réception R1. L'onde propagée est reçue plus tardivement, après un retard ou délai de

* propagation "D" sur l'antenne de réception 21 qui corres-

pond à l'antenne de réception la plus éloignées R1, présentant l'espacement relatif le plus important le long

du raccord par rapport à l'antenne d'émission 19.

En se référant ensuite aux figures 2A et 2B des dessins, on a représenté schématiquement de manière plus détaillée le raccord'14. Le compartiment 18 est situé à l'intérieur d'un perçage évidé 31 et loge une alimentation en puissance et des moyens de traitement de données tels que les composants électroniques destinés aux circuits émetteur et récepteur ainsi que d'autres circuits, si cela

est souhaité.

Sur les figures 2A et 2B, et sur les figures détail-

lées 2C, 2D et 2E, l'appareil de MECF est représenté avec

une antenne émettrice 19 juste sous les compartiments élec-

troniques 18, et avec une antenne réceptrice 21, qui correspond au récepteur R1 le plus éloigné, positionnée

vers l'extrémité inférieure du raccord 14.

En partant de l'extrémité inférieure du perçage évidé 31, et comme représenté sur la figure 2A, des passsages

34 et 35 délimitent des ouvertures destinées au -

passage de fils électriques 36 et 37 provenant des circuits émetteur et récepteur dans 18, et allant à l'antenne émettrice 19 et aux antennes réceptrices 21 et

22, respectivement.

La bobine de l'antenne émettrice 19 est constituée d'une bobine d'antenne 119 positionnée dans un évidement annulaire 38 qui est ménagé dans la surface externe de la masse-tige 14. Les antennes réceptrices 21 et 22 sont constituées de bobines 121 et 122 situées dans un évidement annulaire allongé 39 ménagé dans la surface externe de la masse-tige 14 sous le premier évidement 38 et axialement

espacé de ce premier évidement. Un matériau 23 électrique-

ment isolant et résistant enferme les bobines d'antennes réceptrices et émettrice dans des capsules afin d'assurer l'isolation électrique des bobines, afin de protéger les bobines de l'usure et afin de maintenir l'intégrité hydrostatique du système de fluide de forage. Un exemple d'un matériau 23 d'isolation utile est le caoutchouc nitrile. En général, les bobines 119, 121 et 122, et les composants supplémentaires décrits cidessous et situés à l'intérieur des évidements 38 et 39 sont construits et agencés afin de permettre aux profondeurs des évidements d'être minimales tout en logeant complètement les bobines et les autres composants à l'intérieur du profil de la surface externe de la masse-tige 14 et en ayant les bobines d'antennes espacées d'une distance minimale de la surface

la plus proche de la masse-tige. Ainsi, les caractéristi-

ques de résistance structurale de la masse-tige 14 sont préservées car une quantité relativement faible de matière est retirée de la paroi de la masse-tige pour former les

évidements 38 et 39.

La construction de la bobine 119 d'antenne émettrice et son montage dans l'évidement 38 sont représentés sur les figures 2A, 2C et 3. La bobine 119 est constituée d'un ou de plusieurs enroulements de fils 42 qui sont enroulés autour de la masse-tige dans l'évidement 38. La bobine 119 est à basse impédance, c'est-à-dire qu'elle comprend

quatre tours 42 ou moins d'un fil multifilamentaire isolé.

La bobine 119 peut être montée dans l'évidement 38 de

différentes manières, telles que par suspension à l'inté-

rieur d'un matériau 23 de mise en capsule et qui remplit

l'évidement 38, ou en étant positionnées autour d'un man-

chon isolant annulaire logé dans l'évidement 38. En tous cas, un espace minimum "d" entre les enroulements de fils 42 de la bobine émettrice 119 et le fond de l'évidement

38 est maintenu afin de préserver la force du signal trans-

mis. Comme présenté ci-dessus, à moins qu 'une valeur mini-

male de d/> soit maintenue pour une fréquence de fonction-

nement particulière, une quantité trop importante du signal sera perdue dans la masse-tige conductrice en acier pour -btenir un niveau de signal mesurable dans la formation,

our des valeurs convenables de la puissance d'entrée.

Le blindage électrostatique 43 est fendu en deux moitiés à mi-course le long de sa dimension cintrée, les moitiés étant mécaniquement connectées par un connecteur

isolant 44.

Une boîte 46 en acier revêtue de cuivre est également montée dans l'évidement 38 et présente des ouvertures dans

chacun de ses côtés, afin de loger et de connecter élec-

triquement les extrémités du blindage 43 et les enroule-

ments de bobines enveloppés 42. La boite 46 en acier

revêtue de cuivre est électriquement isolée de la masse-

tige 14. Une connexion directe (non représentée) entre les extrémités des enroulements 42 et les fils 36 de continuité électrique s'étendant du circuit émetteur est réalisée dans la boite 46, de sorte que les lignes de continuité

électrique se prolongent en boucle comme les enroulements.

Un tube d'acier 47 revêtu de cuivre s'étend de l'extrémité du passage 34 jusqu'à une ouverture dans le sommet de la boîte 46, afin de délimiter un conduit pour les fils 36 de continuité électrique. Un matériau 23 isolant et moulé remplit l'évidement 38 et enveloppe la boite 46, le tube 47, le blindage 43 et la bobine 42 dans une capsule, afin de former une couverture protectrice et électriquement isolante pour l'antenne émettrice 19, et afin de maintenir

l'intégrité hydrostatique du système de forage.

Le tube 47 est en contact mécanique et électrique avec le corps en acier de la masse-tige 14 à son extrémité supérieure vers le passage 34. Cependant, le tube 47 est isolé de tout contact électrique avec la boite 46 par une pièce d'espacement 48 annulaire et électriquement isolante.

Ainsi, les lignes conductrices 36 d'émission sont électro-

statiquement blindées par le tube 47 et la masse-tige 14, qui est électriquement mise à la terre au circuit émetteur,

en mettant ainsi le tube à la terre.

Les lignes conductrices 36 d'émission peuvent com-

prendre une paire de câbles coaxiaux, le conducteur central

ou âme des câbles se prolongeant sous la forme des enroule-

ments de fils 42 de la bobine 119 d'antenne émettrice.

Le conducteur de blindage (non représenté) de chaque câble,

mis à la terre au circuit émetteur, est en contact élec-

trique avec chacune des moitiés de blindage 43 du tube, mais est isolé de la masse-tige 14. Ainsi, les enroulements 42 sont également blindés électrostatiquement par la boite

46 et le tube 43, qui sont au potentiel de la terre.

2'> Le blindage 43 de l'antenne émettrice facilite la réduction de la génération de bruit dans le signal émis, tandis que la fente dans le blindage 43 du tube empêche l'écoulement autour du tube de courant de Foucault en circulation qui interférerait avec le champ magnétique de l'onde électromagnétique qui se propage. De plus, comme le tube 47 mis à la terre est isolé de tout contact direct avec la boite 46 mise à la terre, aucun courant à la terre ne peut être produit dans le blindage de fils conducteurs 36 et d'enroulement 42 de bobines. En conséquence, l'antenne émettrice 19, comprenant les fils conducteurs

36 et les enroulements de bobines 42, est électrostatique-

ment blindée, mais n'est pas blindée magnétiquement.

Les bobines 121 et 122 d'antennes réceptrices sont toutes deux montées autour du corps de la masse-tige 14 de la même façon, et d'une manière similaire au montage

de la bobine 119 émettrice.

L'évidement annulaire 39 est dimensionné en profon-

deur afin de préserver la résistance de la masse-tige 14 et afin de loger les bobines d'antennes réceptrices et d'autres composants à l'intérieur du profil de la surface externe de la masse-tige tout en laissant les bobines d'antennes espacées d'une distance minimale "d" de la sur-

face conductrice la plus proche de la masse-tige.

Afin d'augmenter la sensibilité des bobines 121 et

122 d'antennes réceptrices aux composantes du champ magné-

tique et afin de réduire leur sensibilité aux composantes

du champ électrique constituant le bruit, on préfère uti-

liser des bobines d'antennes à basse impédance. Bien que des antennes à boucle à un seul tour sont utilisées dans le système décrit dans la présente demande, afin de réduire

la capacité interne d'un enroulement et le couplage capaci-

tif de bruit dans l'antenne, d'autres types d'antennes à basse impédance pourraient être employés. De même, des

boucles à symétrie axiale simplifient les formules mathé-

matiques d'interprétation des signaux reçus, mais avec

des techniques d'analyse convenables d'autres configura-

tions pourraient être utilisées.

La bobine réceptrice 122 est enfermée à l'intérieur

d'un tube de cuivre 55, qui sert de blindage électrostati-

que, comme représenté sur les figures 2B, 4 et 5. Le blin-

dage 55 est fendu en deux moitiés à mi-course le long de sa dimension cintrée, les moitiés étant mécaniquement

connectées 1' une à l'autre par un connecteur isolant 56.

Comme cela est le cas de la bobine émettrice 119 et de la botte conductrice 46, une boîte 57 en acier revêtue de cuivre est montée dans l'évidement annulaire 39 en étant électriquement isolée de ce dernier, et cette boite présente dans chacun de ses côtés des ouvertures destinées à recevoir les extrémités du blindage 55 et de la bobine 122 enfermée. Dans la boite 57 est monté un transformateur destiné à coupler par induction la bobine 122 d'antenne

réceptrice au circuit récepteur.

Afin d'augmenter au maximum l'énergie transmise par couplage de l'antenne réceptrice au circuit d'entrée du

récepteur, on préfère utiliser un transformateur à bcn rende-

ment tel qu'un transformateur torique à ferrite. Comme

représenté sur les figures 4 et 5, une bague 58 en un maté-

riau à faible perméabilité magnétique, qui peut être un matériau ferromagnétique tel que la ferrite ou la limaille de fer, est positionnée autour- de la bobine réceptrice 121 et une bobine torique 59 est enroulée autour de la bague 58. La sortie de la bobine 59 assure le couplage du signal reçu de la bobine d'antenne 121 à la ligne de transmission connectée aux composants (non représentés) du circuit récepteur. L'impédance de la bobine 59 est sélectionnée afin de s'adapter aux impédances entre la bobine d'antenne 121 et l'entrée du récepteur pour un transfert maximum du signal. L'impédance de la bobine 121 peut être de l'ordre de quelques ohms alors que celle de.la ligne de transmission conduisant au circuit récepteur peut être

de l'ordre de 50 ohms.

Les fils 37 de continuité électrique à.la réception comprennent deux câbles coaxiaux s'étendant du circuit récepteur, par un passage 35 dans le raccord et par un tube 49 de blindage en acier et revêtu de cuivre, jusqu'à la boîte 57 de connexion. Comme cela est le cas pour la bobine 119 de l'antenne émettrice, les conducteurs externes de blindage des câbles coaxiaux 37, qui sont mis à la terre au circuit récepteurlsont électriquement connectés à la boite conductrice 57 et, en conséquence, aux moitiés 55 du blindage du tube. Les conducteurs centraux ou âmes des câbles coaxiaux récepteurs 37 sont reliés aux extrémités opposées de la bobine torique 59. Comme représenté sur la figure 4, le tube de blindage 49 est mécaniquement connecté à la boîte 57 mais est électriquement isolé de celle-ci par une pièce d'espacement isolante 60. Comme cela est le cas du tube de blindage 47, le tube de blindage 49 est mécaniquement et électriquement connecté à la paroi de la masse-tige 14, à l'extrémité supérieure du tube 49 et vers le fond de l'évidement 31. En conséquence, les fils de continuité électrique de l'antenne réceptrice et les bobines d'antennes 122 et 121 sont électrostatiquement blindés par des blindages 49 et 67 en forme de tube et

séparément mis à la terre, et enfermant les câbles conduc-

teurs 37, et par la combinaison des boîtes 57 et des moitiés de tube 55, enfermant les bobines d'antennesl22 et 121, respectivement. La fente dans les moitiés de tubes

de blindage 55 empêche la circulation de courants de Fou-

cault autour du tube, lesquels courants de Foucault inter-

fèreraient avec la réception des composantes de champ magnétique des ondes se propageant par les bobines 122 et 123. De plus, comme les tubes 49 et 67 de blindage mis à la terre (enfermant les câbles conducteurs pour la bobine d'antenne réceptrice 121) sont isolés de tout contact direct avec les boites mises à la terre 57, aucun courant à la terre ne peut être produit dans le blindage des fils conducteurs 37. Les bobines 121 et 122 d'antennes

réceptrices et leurs composants de couplage sont soigneu-

sement blindés électrostatiquement contre le bruit, tout en restant exposés aux composantes du champ magnétique des ondes électromagnétiques produites par l'antenne

d'émission 19 et propagées au travers des formations envi-

ronnantes 13.

Les ondes électromagnétiques produites par l'antenne

émettrice 19 et propagées au travers des formations envi-

ronnantes 13 sont des ondes incidentes sur les antennes réceptrices 22 et 21 de sorte que les-champs magnétiques variablesdes ondes interagissent avec les bobines 122 et 121 des antennes réceptrices respectives 22 et 21, de

manière à induire des courants électriques dans les enrou-

lements. Les antennes à basse impédance, telles que les bobines réceptrices 122 et 121 réalisées de préférence

avec une unique boucle de fils relativement gros, présen-

tent une impédance minimale pour un tel flux de courant induit par un champ magnétique, tout en restant moins susceptible au bruit en raison des champs électriques variables. Le flux de courant dans la bobine réceptrice 122 produit des champs électromagnétiques dans le plan de la bague 58 en ferrite magnétique correspondante et de la bobine de couplage torique 59, en assurant ainsi un couplage très efficace de la bobine torique à la bobine d'antenne, par le transformateur par induction. De manière similaire, une bobine torique de transformateur est couplée

à la bobine d'antenne 121. Des tensions variables en fonc-

tion de variations de champ de l'onde électromagnétique incidente sur la bobine 121 d'antenne réceptrice sont ainsi produites sur la sortie de sa bobine de couplage 59, et

transmises de celle-ci au circuit d'entrée du récepteur.

De manière similaire, des tensions sont développées en raison des ondes électromagnétiques incidentes sur la bobine d'antenne réceptrice 122. La paire de tensions reçues est amplifiée et convertie à des fréquences plus faibles afin de faciliter le traitement dans la partie électronique.

Dans un mode préféré de réalisation du système con-

forme à l'invention, on a ménagé dans une masse-tige ayant un diamètre externe de 17,78 cm, des évidements annulaires cylindriques ayant un diamètre de 14,6 cm. Des bobines d'antennes ayant un diamètre interne de 15,75 cm ont été agencées dans les évidements afin de donner une distance minimale entre l'antenne et la masse-tige d'environ ,6 mm. Ce système a bien fonctionné au fond du trou de

sonde, à une fréquence de fonctionnement d'environ 2 MHz.

En se référant à présent à la figure 6 des dessins, on a représenté une variante d'agencement des bobines des

antennes d'émission et de réception. Les parties supé-

rieures du raccord 80, logeant l'alimentation en puissance et les composants du circuit 83, sont similaires à celles du raccord 14 décrit en référence à la figure 2. La bobine 84 de l'antenne émettrice et les bobines 85 et 86 des antennes réceptrices sont, cependant, représentées dans des évidements 81 et 82 longitudinaux et excentriques, respectivement, sur la surface de paroi externe de la masse-tige 80. Chaque bobine 84, 85 et 86 comprend, de manière typique, plusieurs tours enroulés autour d'un noyau longitudinal (non représenté) et disposés parallèlement à l'axe longitudinal de la masse-tige 80. Les noyaux et les bobines sont aussi petits que possible afin de limiter la profondeur des évidements 81 et 82 nécessaires ment et à la protection des ensembles de bobines. Les bobines sont espacées du corps d'acier de la massç-tige d'une distance minimale "d" afin de préserver un rapport d/> convenable pour un fonctionnement efficace et ces bobines sont recouvertes d'un milieu 87 d'encapsulage afin de permettre aux champs magnétiques d'encercler les bobines

afin de protéger les bobines et afin de maintenir l'intégri-

té hydrostatique du système de fluide de forage. Un blin-

dage électrostatique approprié (non représenté) est égale-

ment prévu dans le système, de préférence comme cela est

décrit ci-dessus en référence aux figures 2A et 2B.

En se référant à présent à la figure 7 des dessins,an a représenté un circuit schématique destiné à un système pour prendre des mesures de résistivité d'une formation en utilisant l'appareil décrit ci-dessus. De tels moyens

de traitement de données sont compris dans la partie élec-

tronique dans les masses-tiges 14 ou 80, bien que le mode de réalisation des figures 2A et 2B soit celui auquel on se réfère ci-dessous. La sortie du circuit représenté

sur la figure 7 peut être enregistrée dans la partie élec-

tronique ou peut être amenée à la surface par un système

de télémétrie (non représenté) pour un.traitement addition-

nel et une lecture en surface. En tout cas, l'émetteur

est mis en fonctionnement par une alimentation en puis-

sance 24 à une fréquence qui est de préférence dans une plage allant de 500 kHz à 10 HHz pour donner une onde électromagnétique en sortie de la bobine 119 de l'antenne émettrice. Cette onde est propagée dans l'environnement, y compris les formations terrestres 13 entourant le trou

de sonde, jusqu'aux bobines 122 et 121 des antennes récep-

trices des récepteurs 22 et 21, respectivement, situés

à des distances longitudinales espacées sur la masse-tige.

Les bobines d'antennes réceptrices sont couplées aux compo-

sants des récepteurs électroniques correspondants, qui sont pilotés par un oscillateur local 90 fonctionnant à une fréquence inférieure de quelques kHz à la fréquence émise afin de produire des signaux de sortie à fréquence plus faible qui sont plus facilement traités. Par exemple, l'émetteur 19 est représenté comme fonctionnant à 2 MHz et l'oscillateur 90 fonctionne à 1,998 MHz. Les sorties

des récepteurs 22 et 21 sont ensuite amenées à un compara-

teur de phase 91 et/ou à des circuits 92 et 93 de mesure d'amplitude, lesquels sont à leur tour couplés à un circuit diviseur 94 afin de mesurer le déphasage du signal et son atténuation, tout ceci étant exécuté conformément à l'enseignement des brevets de l'état de la technique

mentionné ci-dessus.

Dans le fonctionnement du système décrit ci-dessus,

le signal provient d'une source, qui est l'antenne émet-

trice 19, et se déplace à partir de celle-ci. L'acier de la masse-tige 14 a une grande perméabilité et est situé à l'intérieur de la source, de sorte que l'acier ne produit que de faibles effets sur le signal aussi longtemps qu'une distance minimale d entre l'antenne et la masse-tige est maintenue, de sorte qu'un rapportd/X convenable soit maintenu. Le signal qui se déplace le long de l'acier est atténué dans une large mesure, de sorte que le signal reçu aux niveaux des bobines d'antennes réceptrices doit venir

de la zone située à l'extérieur de la masse-tige 14, c'est-

à-dire des formations terrestres 13, aussi longtemps que

les bobines 121 et 122 des antennes réceptrices sont espa-

cées de la distance (d) de la surface de masse-tige.

La description qui précède de l'invention a concerné

essentiellement un mode de réalisation particulier et préféré, mais il doit cependant être bien compris par l'homme du métier que de nombreux changements et que de nombreuses modifications peuvent être apportées dans l'exemple de procédé et d'appareil décrits à titre plus particulier, sans sortir du cadre de l'invention. Par

exemple, tandis que la description du système s'est prin-

cipalement rapportée aux mesures de résistivité, à des configurations particulières de bobines et à des fréquences spécifiques ainsi qu'à des plages de fréquences, il doit

être bien compris de la présente description et des dessins

que d'autres mesures, d'autres configurations de bobines

et d'autres fréquences par exemple pourraient être utili-

sées sans sortir du cadre de la présente invention. En conséquence, l'invention n'est pas limitée à la forme de réalisation particulière représentée et décrite, mais couvre toutes les modifications qui entrent dans la portée

des revendications annexées.

Claims (42)

REVENDICATIONS

1. Appareil destiné à mesurer des paramètres de for-

mation autour d'un trou de sonde (12) traversant des forma-

tions terrestres (13) et contenant un fluide de forage, caractérisé en ce qu'il comprend: des moyens de logement tubulaires (14), des moyens (19) agencés sur l'extérieur desdits moyens de logement tubulaires (14) et capables d'émettre un signal électromagnétique dans une formation environnante

(13),

des moyens (21,22) espacés longitudinalement desdits moyens d'émission (19) et agencés sur l'extérieur desdits moyens de logement tubulaire (14) afin de recevoir un signal électromagnétique provenant d'une formation (13) environnante, des moyens (43,46,47,49,55,57,67) destinés à réduire le couplage de bruit électrique provenant d'éléments conducteurs situés en position adjacente auxdits moyens de logement (14), et

des moyens (91,92,93,94) de traitement de données.

2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de réception comprennent une

antenne à basse impédance (121,122; 85,86).

3. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de réception comprennent une antenne (121,122) ayant une impédance inférieure à environ

ohms.

4. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de réduction du couplage du bruit électrique comprennent des moyens (43,46,47,49,55,57,67)

destinés à blinder électrostatiquement mais non magnétique-

ment lesdits moyens de réception (21,22).

5. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de logement tubulaires (14) sont électriquement conducteurs et en ce que lesdits moyens d'émission (19) et lesdits moyens de réception (21, 22) sont espacés desdits moyens de logement tubulaires (14) d'une distance présélectionnée (d) afin de permettre une

propagation et une réception électromagnétique présélec-

tionnées.

6. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend de plus des moyens destinés à mainte- nir un potentiel commun entre lesdits moyens de logement tubulaires (14) et les moyens de blindage (43,46,47,49,55,

57,67).

7. Appareil selon la revendication5, caractérisé en ce que lesdits moyens de logement tubulaires (14) sont adaptés à une incorporation dans un train de tiges (12) et comprennent un passage longitudinal (17) destiné à communiquer avec le passage interne longitudinal dudit train de tiges (12) afin de permettre le passage, au

travers de ce dernier, dudit fluide de forage.

8. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits moyens de logement tubulaires sont des

moyens constituant une masse-tige (14,80) en acier.

9. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de réception comprennent des moyens de réception ahnulaires (121, 122) entourant lesdits

moyens de logement tubulaires (14).

10. Appareil selon la revendication 9, caractérisé

en ce que lesdits moyens de réception annulaires compren-

nent une antenne de réception à bobine à unique enrou-

lement (121,122).

11. Appareil selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend de plus des moyens (58,59) destinés à coupler par induction le signal provenant desdits moyens de réception (121,122) auxdits moyens de traitement de

données (91,92,93,94).

12. Appareil selon la revendication 11, caractérisé en ce que lesdits moyens de couplage par induction du signal comprennent des moyens formant une bague (58) ayant un enroulement torique (59) en fil conducteur autour de ladite bague (58), lesdits moyens de réception annulaires

(121,122) passant dans l'ouverture de ladite bague (58).

13. Appareil selon la revendication 12, caractérisé en ce que le matériau constitutif de ladite bague (58) est sélectionné parmi le groupe comprenant la ferrite

et la limaille de fer.

14. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de logement (14,81) comprennent

de plus des moyens (38,39; 81,82) destinés à loger les-

dits moyens d'émission (19,84) et lesdits moyens de réception (21,22; 85, 86)dans lesdits moyens de logement

(14,80).

15. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits moyens d'émission (19,84) et lesdits moyens de réception (21,22; 85,86) sont isolés (23,87) desdits moyens de logement tubulaires (14,80) et desdits

fluides de forage.

16. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits fluides de forage sont sélectionnés parmi un groupe de fluides comprenant des fluides à base

d'huile et des fluides à base d'eau.

17. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de réception (21,22; 85,86) comprennent au moins deux antennes (121,122; 85,86)

espacées longitudinalement l'une de l'autre le long des-

dits moyens de logement tubulaires (14,80).

18. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de réception-(21,22) comprennent

une antenne à boucle continue (121,122).

19. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de logement tubulaires (14) sont

constitués d'un matériau ayant une rigidité et une résis-

tance mécanique suffisante pour que ces moyens de logement tubulaires (14) soient incorporés comme partie d'un train de tiges (11) formant ledit trou de sonde (12) traversant

les formations terrestres (13).

20. Procédé destiné à être utilisé dans un trou de

sonde (12) afin de réduire les interférences et d'amélio-

rer un signal électrique reçu par des moyens de réception

(21,22) sur un organe de logement tubulaire (14), caracté-

risé en ce qu'il consiste à transmettre un signal électromagnétique dans une formation environnante (13) à partir de moyens d'émission (19) agencés sur l'extérieur desdits moyens de logement tubulaire (14),

recevoir ledit signal électromagnétique d'une forma-

tion environnante (13) sur les moyens de réception (21,22)

lesdits moyens de réception (21,22) étant espacés longitu-

dinalement desdits moyens d'émission (19) et agencés sur l'extérieur desdits moyens de logement tubulaires (14), réduire le couplage du bruit électrique provenant d'éléments conducteurs adjacents auxdit moyens de logement (14), et transmettre le signal reçu à des moyens de traitement

de données (91,92,93,94).

21. Procédé selon la revendication 20, caractérisé en ce que le couplage du bruit électrique provenant

d'éléments conducteurs adjacents auxdits moyens de récep-

tion (21,22) est réduit en blindant substantiellement tous lesdits moyens de

réception (21,22) électrostatiquement mais non magnétique-

ment, et captant les signaux reçus provenant desdits moyens de réception (21,22) par des moyens de couplage à courant

d'induction (58,59) coopérant avec lesdits moyens de récep-

tion (21,22).

22. Procédé selon la revendication 21, caractérisé en ce qu'il consiste de plus à recevoir ledit signal dans

lesdits moyens de réception (21,22) à l'aide d'une antenne.

à basse impédance (121,122) et à capter ledit signal prove-

nant de ladite antenne (121,122) sur une bobine de fil (59) formant un premier enroulement torique autour d'une première bague (58) à faible perméabilité magnétique et

par le centre de laquelle passe ladite antenne (121,122).

23. Procédé selon la revendication 21, caractérisé

en ce qu'il consiste à recevoir des signaux électromagné-

tiques provenant d'une formation environnante (13) sur plusieurs moyens de réception (21,22) qui sont chacun substantiellement blindés électrostatiquement mais non magnétiquement et qui sont espacés longitudinalement desdits moyens d'émission (19), et à capter lesdits signaux reçus par plusieurs moyens de couplage (58,59) à courant d'induction coopérant avec chacun des moyens de réception (21,22) et transmettant lesdits signaux reçus

à des moyens de traitement de données (91,92,93,94).

24. Appareil de diagraphie électromagnétique destiné à être utilisé dans un trou de sonde (12) contenant des fluides de forage dans un système de mesure en cours de forage, caractérisé en ce qu'il comprend: un train de tiges (11) de tubes de forage tubulaires ayant un passage longitudinal interne destiné au passage des fluides de forage et s'étendant d'une position de surface à une position à fond de trou, et se terminant par un outil de forage (16), des moyens de logement conducteurs (14) incorporés dans ledit train de tiges (11) entre la surface et l'outil de forage (16), des moyens d'émission (19) comprenant une antenne d'émission (119) espacée d'une distance présélectionnée (d) de la surface dudit logement conducteur (14) afin

de permettre une propagation efficace de l'énergie élec-

tromagnétique dans la formation (13)'entourant le train de tiges (11), et des moyens de réception (21,22) comprenant une antenne de réception (121, 122) espacée d'une distance

présélectionnée (d) de la surface dudit logement conduc-

teur (14) afin de permettre un couplage efficace de l'énergie électromagnétique provenant de la formation (13) entourant le train de tiges (11) dans l'antenne (121, 122).

25. Appareil selon la revendication 24, caractérisé en ce qu'il comprend de plus:

des moyens (43,55,57,67) destinés à blinder électro-

255647t statiquement sensiblement toute ladite antenne de réception (121, 122) afin de réduire le couplage du bruit électrique provenant d'éléments conducteurs adjacents à ladite antenne

(121,122).

26. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend de plus:

des moyens (47,43,46) destinés à blinder électrosta-

tiquement sensiblement toute ladite antenne d'émission (119) afin de réduire le couplage du bruit électrique provenant d'éléments conducteurs adjacents à ladite antenne

(119) avec le signal émis.

27. Appareil selon la revendication 24, caractérisé en ce que ladite antenne de réception (121,122) est du

type à basse impédance.

28. Appareil selon la revendication 25, caractérisé en ce qu'il comprend également: des moyens de traitement de données (91,92,93,94) et des moyens (58,59) destinés à coupler par induction le signal provenant de ladite antenne de réception (121, 122) avec lesdits moyens de traitement de données (91,92,93, 94) et à adapter les impédances entre ladite antenne et

lesdits moyens de traitement de données.

29. Appareil selon la revendication 24, caractérisé

en ce que lesdits moyens de logement conducteurs (14) com-

prennent un premier (38) et un second (39) évidement longi-

tudinalement espacés l'un de l'autre et ménagés dans la surface externe dudit logement (14) avec une profondeur suffisante pour protéger les composants logés dans ces évidements à l'encontre de tout dommage mais insuffisante pour affecter de manière appréciable l'intégrité mécanique du train de tiges (11), l'antenne d'émission (19) étant montée dans le premier évidement (38) et l'antenne de réception (21,22) étant montée dans le second évidement (39).

30. Appareil selon la revendication 29, caractérisé en ce que ledit second évidement (39) est annulaire, ladite antenne de réception (21,22)comprenant une antenne à boucle annulaire (121, 122), et l'appareil comprenant également: une paire de tubes (55) de blindage conducteurs et semi-circulaires entourant l'antenne de réception (121,122), lesdits tubes (55) ayant une première paire d'extrémités espacées 1' une de l'autre au centre électrique de l'an- tenne (121,122), une boite conductrice (57) montée à l'intérieur du second évidement (39) et isolée dudit logement (14), et ayant une paire d'ouvertures opposées ménagées dans ses parois latérales opposées et par lesquelles passe l'antenne de réception (121,122), la seconde paire d'extrémités des tubes (55) de blindage conducteurs et semi-circulaires étant raccordée à ladite boîte conductrice (57) autour des ouvertures ménagées dans les parois latérales opposées de celle-ci afin de former un blindage électrostatique qui enferme sensiblement l'antenne de réception (121, 122) afin de réduire le couplage du bruit électrique provenant d'éléments conducteurs dans l'antenne (121,122),

des moyens (58,59) montés dans ladite boite conduc-

trice (57) afin de coupler par induction le signal prove-

nant de l'antenne de réception (121,122) à d'autres parties des moyens de réception (21,22), et

des moyens (37,49,67) destinés à relier électrique-

ment les tubes de blindage (55) et la botte conductrice

(57) au potentiel de la terre des moyens de réception (21,-

22) tout en les isolant du logement conducteur (14) afin de réduire le bruit électrique provenant de courants de

boucle de mise à la terre dans ledit logement conducteur.

31. Appareil selon la revendication 30, caractérisé en ce qu'il comprend également:

un transformateur à noyau (58) ferromagnétique tori-

que destiné à adapter l'impédance entre l'antenne de

réception (121,122) et le récepteur.

32. Appareil selon la revendication 30, caractérisé en ce qu'il comprend également: une paire de tubes (43) de blindage conducteurs et semicirculaires, entourant l'antenne d'émission (119), lesdits tubes (43) ayant une première paire d'extrémités espacées l'une de l'autre au centre électrique de l'antenne

(119),

une boîte conductrice (46) montée à l'intérieur du premier évidement (38) et isolée dudit logement (14), et présentant une paire d'ouvertures opposées dans ses

parois latérales et par lesquelles passe l'antenne d'émis-

sion (19) à boucle circulaire, la seconde paire d'extrémi-

tés des tubes (43) de blindage conducteurs et semi-

circulaires étant raccordée à ladite boite conductrice (46) autour desdites ouvertures ménagées dans les parois latérales opposées de cette dernière afin de former un blindage électrostatique qui enferme sensiblement l'antenne d'émission (119) de manière à réduire le couplage du bruit électrique dans le signal émis, des moyens (42) montés dans ladite boîte conductrice (46) afin de coupler le signal provenant de l'émetteur à l'antenne émettrice (119), et des moyens (36,47) destinés à relier électriquement les tubes de blindage (43) et la boîte conductrice (46) au potentiel de la terre de l'émetteur tout en les isolant

du boîtier conducteur (14) afin de réduire le bruit élec-

trique provenant des courants de boucle de mise à la terre

dans le boîtier conducteur.

33. Appareil selon la revendication 24,caractérisé en ce que ladite antenne de réception 121,122) a une

impédance inférieure à environ 100 ohms.

34. Appareil selon la revendication 24, caractérisé

en ce que lesdits moyens de logement conducteurs compren-

nent une masse- tige (14) en acier.

35. Appareil selon la revendication 24, caractérisé en ce que lesdits moyens de logement (14) sont tubulaires et en ce que ladite antenne de réception (21,22) comprend une antenne annulaire (121,122) entourant lesdits moyens

- de logement (14).

36. Appareil selon la revendication 35, caractérisé en ce que ladite antenne de réception (21,22) comprend

une antenne de réception à bobine (121,122) à unique enrou-

lement.

37. Appareil selon la revendication 28, caractérisé en ce que lesdits moyens de couplage par induction du signal comprennent une bague (58) ayant un enroulement torique de fil conducteur (59) autour d'elle, ladite antenne de réception (121,122) passant par l'ouverture

dans ladite bague (58).

38. Appareil selon la revendication 37, caractérisé en ce que le matériau constitutif de ladite bague (58) est choisi dans le groupe comprenant la ferrite et la

limaille de fer.

39. Appareil selon la revendication 29, caractérisé en ce qu'il comprend également des moyens (23) destinés à isoler ladite antenne d'émission (19) et ladite antenne de réception (21,22) dudit logement conducteur (14) et

des fluides de forage.

40. Appareil selon la revendication 39, caractérisé en ce que ladite antenne d'émission (19) et ladite antenne

de réception (21,22) sont espacées dudit logement conduc-

teur (14) de ladite distance présélectionnée (d) par

lesdits moyens (23) d'isolation.

41. Appareil selon la revendication 14,caractérisé en ce que lesdits moyens de logement (14) sont tubulaires

et conducteurs, lesdits moyens de logement sont des évide-

ments annulaires (38,39), au moins une-antenne à boucle annulaire (121, 122) étant positionnée dans l'un desdits évidements (39), et lesdits moyens destinés à réduire le

couplage du bruit électrique sont montés dans lesdits.évi-

dements (38,39) et comprennent: une paire de tubes (55) de blindage conducteurs et semi-circulaires, entourant l'antenne de réception (121,

122), lesdits tubes (55) ayant une première paire d'extré-

mités espacées l'une de l'autre au centre électrique de l'antenne (121, 122),

une boîte conductrice (57) montée dans ledit évide-

ment (39) et isolée dudit logement (14), et présentant une paire d'ouvertures opposées dans ses parois latérales, et par lesquelles passe ladite antenne de réception (121,

122), la seconde paire d'extrémités des tubes (55) de blin-

dage conducteurs et semi-circulaires étant raccordée à ladite boite conductrice (57) autour des ouvertures ména- gées dans ses parois latérales afin de former un blindage

électrostatique entourant sensiblement l'antenne de récep-

tion (121,122) de manière à réduire le couplage du bruit électrique provenant d'éléments conducteurs dans l'antenne

(121,122),

des moyens (58,59) montés dans ladite botte conduc-

trice (57) afin de coupler par induction le signal prove-

nant de l'antenne de réception (121,122) à d'autres parties des moyens de réception, et

des moyens (37,49,67) destinés à relier électrique-

ment les tubes de blindage (55) et la boîte conductrice (57) aux potentiels de la terre des moyens de réception tout en les isolant du bottier conducteur (14) afin de réduire le bruit électrique provenant des courants de

boucle de mise à la terre dans le bottier conducteur.

42. Appareil selon la revendication 41, caractérisé en ce que lesdits moyens d'émission (19) comprennent une antenne à boucle annulaire (119) positionnée dans ledit évidement (38), et lesdits moyens destinés à réduire le couplage du bruit électrique comprennent également: une paire de tubes (43) de blindage conducteurs et semi-circulaires, entourant l'antenne d'émission (119), lesdits tubes (43) ayant une première paire d'extrémités espacées l'une de l'autre au centre électrique de l'antenne (119),

une botte conductrice (46) montée dans ledit évide-

ment (38) et isolée du logement (14), et présentant une paire d'ouvertures opposées dans ses parois latérales et par lesquelles passe l'antenne d'émission (119) à boucle annulaire, la seconde paire d'extrémités des tubes (43) de blindage conducteurs et semi-circulaires étant raccordée

à ladite botte conductrice (46) autour des ouvertures ména-

gées dans ses parois latérales opposées afin de former un blindage électrostatique qui entoure sensiblement l'antenne d'émission (119) afin de réduire le couplage du bruit électrique dans le signal émis, des moyens (42) montés dans la boîte conductrice (46) afin de coupler le signal provenant des autres éléments des moyens d'émission à l'antenne d'émission (119), et des moyens (36,47) destinés à relier électriquement les tubes de blindage (43) et la boite conductrice (46) au potentiel de la terre des moyens d'émission tout en les isolant du boîtier (14) afin de réduire le bruit électrique provenant des courants de boucle de mise à la

terre dans le boîtier conducteur.