FR2669434A1

FR2669434A1 - Method and apparatus for broadband measurement of dielectric properties.

Info

Publication number: FR2669434A1
Application number: FR9114295A
Authority: FR
Inventors: Bibhas R De; Michael A Nelson
Original assignee: Chevron Research and Technology Co
Current assignee: Chevron USA Inc
Priority date: 1990-11-20
Filing date: 1991-11-20
Publication date: 1992-05-22
Anticipated expiration: 2011-11-20
Also published as: US5132623A; GB2250098A; GB9124567D0; CA2055765A1; NO914543L; FR2669434B1; NO914543D0

Abstract

L'invention concerne la mesure des propriétés diélectriques de matières sur une gamme de fréquences étendue. Un outil de diagraphie conforme à l'invention combine les fonctions de divers dispositifs de mesure de résistivité et de constante diélectrique, et contient des antennes émettrices et réceptrices originales. Une antenne émettrice (150) comporte un adaptateur pour ligne à ruban (153) qui fournit de l'énergie à une ligne à ruban ayant un ruban métallique central (155). Une face de ruban (161) est pliée approximativement à angle droit et elle a une longueur compatible avec la couverture de fréquence désirée. Un plan de masse (165) s'étend entre l'adaptateur et la pliure à angle droit et un diélectrique (165) remplit presque complètement l'espace existant entre le plan de masse et le ruban central. Les antennes sont positionnées de façon que la face de ruban (161) affleure la face d'outil, pour assurer un bon couplage avec la matière à analyser. Application à la prospection pétrolière.

Description

La présente invention concerne de façon générale l'analyse de matières

ayant des propriétés diélectriques différentes Plus précisément, l'invention procure une antenne qui peut combiner en un seul outil les fonctions de 5 divers dispositifs de mesure de résistivité et de constante diélectrique, et qui est capable de fonctionner sur une gamme de fréquences étendue Elle est particulièrement utile dans le domaine de la diagraphie de puits ou de son- dages.10 On connaît parfaitement la technique qui consiste à enregistrer certaines caractéristiques électriques de formations de terrain qui entourent un puits, en fonction de la profondeur, dans le but de déterminer l'emplacement et l'étendue de strates contenant du pétrole, et d'évaluer15 de façon quantitative la quantité de pétrole que contien- nent de telles strates Un enregistrement de la résistivité de la formation en fonction de la profondeur peut indiquer la présence d'hydrocarbures, du fait que des formations contenant des hydrocarbures présentent de façon caractéris-20 tique une résistivité plus élevée que celle de formations contenant essentiellement de l'eau salée Il n'existe que

trois paramètres de la matière qui affectent une onde élec- tromagnétique Ce sont la conductivité (résistivité), la perméabilité magnétique et la constante diélectrique La25 conductivité fournit une indication des caractéristiques d'absorption d'énergie du milieu, tandis que la perméabi-

lité magnétique et la constante diélectrique fournissent une mesure de la capacité d'une matière à emmagasiner de l'énergie La perméabilité magnétique de la plupart des30 matières que l'on rencontre dans le sol est la même et est égale à la perméabilité magnétique de l'espace libre Elle n'a donc que très peu d'utilité dans les techniques de diagraphie électrique. Il est bien connu que la conductivité ou la résistivité (qui est l'inverse de la conductivité) a une

2 valeur qui varie fortement pour des matières que l'on ren-

contre dans le sol, et affecte fortement des ondes électro- magnétiques Une onde électromagnétique qui se propage présente deux caractéristiques fondamentales qui sont 5 l'amplitude et la phase En comparant l'amplitude et la phase d'une onde électromagnétique lorsqu'elle passe au niveau de récepteurs, on peut étudier les caractéristiques de propagation qui sont dues à la formation On peut utili- ser la mesure de ces deux caractéristiques (ou, de façon10 équivalente, le temps de propagation de l'onde et son atté- nuation), pour déterminer la constante diélectrique et la résistivité des milieux à travers lesquels l'onde se pro- page. La diagraphie diélectrique de puits de pétrole

vise à déterminer la saturation en eau et la salinité de l'eau dans la formation, à partir de mesures de la constan-

te diélectrique et de la résistivité de la formation Un certain nombre de critères entrent dans la sélection de la fréquence de l'onde électromagnétique que l'on utilise pour20 sonder la formation En fonction de ces critères, les sociétés de services pétroliers ont mis en oeuvre un cer-

tain nombre d'outils de diagraphie différents, fonctionnant à différentes fréquences Cependant, aucun outil de l'art antérieur n'est capable de sonder une formation sur une large bande de fréquences Il est donc avantageux d'étendre la gamme de fréquences pour englober la fonction des outils

de diagraphie diélectrique et de résistivité (induction). Le but de la diagraphie diélectrique est de mesu- rer la constante diélectrique et la conductivité de forma-

tions de terrain à une fréquence spécifique, et d'en dédui- re la saturation en eau et la salinité de cette eau On a trouvé que des opérations de diagraphie effectuées dans divers domaines de fréquence présentent divers avantages spécifiques Par exemple, dans la diagraphie à des fréquen-35 ces relativement élevées, au voisinage de 1000 M Hz, on 3 sonde une profondeur de quelques centimètres seulement dans la formation, ce qui fait qu'on mesure essentiellement les propriétés de la zone envahie (c'est-à-dire la zone dans laquelle le fluide de la formation a été déplacé par le 5 fluide qui filtre à partir de la boue se trouvant dans le sondage) Au contraire, la diagraphie à des fréquences relativement basses, au voisinage de 20 M Hz, permet de sonder la formation sur une profondeur très supérieure (de l'ordre de quelques dizaines de centimètres), ce qui est10 susceptible de fournir une information sur la formation vierge La diagraphie à des fréquences intermédiaioes conduit à sonder des profondeurs intermédiaires Les outils à basse fréquence sont du type à mandrin centré, du fait qu'à ces fréquences, on peut tolérer la perte d'énergie dans la15 région de boue annulaire entre l'outil et la formation. Cependant, à des fréquences élevées, cette perte serait

excessive, et par conséquent les outils fonctionnant à des fréquences élevées doivent nécessairement être du type à patin, dans lequel le patin vient directement en contact20 avec la formation ou la paroi du sondage.

Le développement d'outils à ces nombreuses fré- quences différentes montre qu'il est avantageux de réaliser un seul outil capable d'effectuer des opérations de diagra- phie:25 (i) à un certain nombre de fréquences discrètes, (ii) sur une gamme de fréquences continue, par l'emploi de la technique de balayage de fréquence, et

(iii) dans le domaine des temps, pour donner, après inver-

sion, la même information qu'en (ii) ci-dessus.

Les principaux avantages d'un tel outil seraient les suivants: (i) il donnerait le profil de la saturation en eau de la salinité de l'eau en fonction de la distance à partir du sondage, et

(ii) du fait qu'on collecterait une grande quantité d'in-

formation, ceci permettrait de déduire la porosité, à partir de l'enregistrement diélectrique seul, en plus

de la saturation en eau et de la salinité de l'eau.

Le brevet des E U A N O 4 899 894, délivré à Katahara et al, décrit un outil de diagraphie acoustique, et n'envisage pas la diagraphie électromagnétique Il uti-

lise seulement un ensemble de fréquences acoustiques pour s'adapter à une grande variété de formations ayant des fré- quences de diagraphie préférées différentes, et il ne pro-10 pose pas un procédé de diagraphie à large bande pour chaque formation.

Le brevet des E U A N O 3 982 176, délivré à Meador, décrit un dispositif de diagraphie à induction

classique ( 20 k Hz), et un dispositif de diagraphie diélec-15 trique classique ( 16 M Hz) en un seul outil, utilisant dif- férentes antennes (bobines) pour les différentes fréquen-

ces Il s'agit d'un outil du type mandrin qui est suspendu librement dans un sondage en étant entouré par une région annulaire de boue Ce brevet ne mentionne pas la diagraphie20 à large bande.

Le brevet des E U A N O 4 451 789, également délivré à Meador, décrit un procédé de sondage de la forma-

tion en profondeur, par le changement de l'écartement émetteur- récepteur La variation de fréquence n'est pas

envisagée Bien que Meador utilise trois fréquences, cel- les-ci sont très rapprochées, et elles ne sont pas utili-

sées dans le but d'effectuer une diagraphie à large bande. Meador utiliser simplement des fréquences légèrement diffé- rentes à titre de moyen de marquage des paires émetteur-30 récepteur Il s'agit donc fondamentalement d'un outil travaillant à une seule fréquence C'est également un outil de type mandrin qui est suspendu librement dans un sondage. Le brevet des E U A n' 4 774 471, délivré à Sims et al, décrit un outil de type mandrin fonctionnant à une seule fréquence (entre 10 M Hz et 200 M Hz) Sims n'indique pas comment l'antenne qui est utilisée peut accepter cette

gamme de fréquences, ou si des antennes différentes sont utilisées pour différentes fréquences Ce brevet utilise simplement une gamme de fréquences plus étendue dans le 5 fonctionnement d'un outil antérieur Il n'indique cependant pas l'utilité de la diagraphie diélectrique à large bande.

L'obstacle le plus important s'opposant au déve- loppement d'un outil de diagraphie diélectrique à large bande a été constitué par l'absence d'une antenne à large10 bande appropriée, qui soit capable d'assurer le couplage d'énergie électromagnétique vers une formation et à partir de celle-ci, et qui ait des dimensions suffisamment rédui- tes pour pouvoir être logée à l'intérieur d'un outil de diagraphie.15 Un avantage supplémentaire consiste en ce qu'un appareil de mesure diélectrique peut être appliqué au domaine de la technologie médicale Par exemple, le brevet des E U A N O 4 240 445, délivré à Iskander et al, décrit un procédé de couplage d'énergie électromagnétique vers une20 matière telle qu'un tissu, pour mesurer la quantité d'eau qu'il contient Une application particulièrement utile consiste dans la mesure de la quantité d'eau contenue dans les poumons Cependant, le dispositif d'Iskander est si grand qu'on ne peut placer que quelques antennes sur la25 poitrine, et qu'il n'est pas possible de décrire l'antenne comme une source ponctuelle De plus, le champ électrique s'annule à une certaine distance de l'antenne, du fait que les champs électriques dans les deux fentes parallèles sont dirigés dans des directions opposées En outre, une résis-30 tance est incluse dans l'antenne, et elle dissipe une grande partie de l'énergie électromagnétique dans l'antenne elle-même Parmi des travaux antérieurs supplémentaires, on peut citer les suivants: M F Iskander et C H Durney ( 1980): "Electromagnetic Techniques for Medical Diagnosis: A Review", Proceedings of IEEE, vol 68, N O 1, et M F. 6 Iskander et al ( 1982): "Two-dimensional Technique to Calculate the EM Power Deposition Pattern in the Human Body", Journal of Microwave Power, vol 17, N O 3. Les tentatives de diagraphie (ou de mesure) à large bande sont limitées dans les travaux antérieurs, dans la mesure o on n'a conçu aucun élément d'antenne unique

approprié qui puisse émettre de l'énergie électromagnétique vers une matière, qu'il s'agisse d'une formation géologique ou d'un tissu, sur une gamme de fréquences étendue, qui ait10 également un encombrement suffisamment réduit et qui soit capable de travailler avec des niveaux de puissance élevés.

Il existe donc un besoin portant sur un dispositif et un procédé se prêtant à l'utilisation dans de telles applica- tions de diagraphie/mesure/chauffage à large bande.15 La présente invention réussit de façon surpre- nante à procurer un procédé et un appareil pour combiner en un seul outil les fonctions de divers dispositifs de mesure de résistivité et de constante diélectrique, et d'un dispo- sitif de couplage d'énergie électromagnétique, cet outil20 étant capable de fonctionner sur une gamme de fréquences étendue Il est particulièrement utile dans des applica- tions de diagraphie de puits L'appareil est capable d'effectuer des mesures à large bande sur des matières ayant des propriétés diélectriques différentes.25 Un outil de mesure, tel qu'un outil de diagra- phie, comportant une face d'outil, comporte également une antenne émettrice originale et une antenne réceptrice ori- ginale De l'énergie électromagnétique est transmise à une antenne émettrice Un adaptateur pour ligne à ruban permet30 le passage de l'énergie vers une ligne à ruban comportant un ruban métallique central Une face du ruban central est

pliée approximativement à angle droit, et elle a une hau- teur qui est compatible avec la couverture de fréquence désirée.

Un plan de masse s'étend à partir de l'adaptateur 7 pour ligne à ruban, jusqu'à la pliure à angle droit, de façon qu'une extrémité distale du ruban central soit diri- gée du côté opposé au plan de masse, et qu'un vide soit créé entre le ruban central et le plan de masse. 5 Un diélectrique est placé de façon à presque remplir le vide précité Le diélectrique est constitué par un matériau ayant une constante diélectrique très élevée et de très faibles pertes d'énergie L'antenne émettrice est positionnée de façon que le plan de masse soit connecté de10 manière fixe à l'outil de mesure, et la face du ruban affleure la face de l'outil, ce qui permet d'émettre de l'énergie électromagnétique dans la matière à analyser. Une enceinte entourant la ligne à ruban est constituée par quatre parois métalliques qui sont positionnées en contact électrique avec le plan de masse et l'adaptateur pour ligne à ruban, de façon que la face du ruban soit presque centrée dans l'ouverture qui est établie par les parois et le plan de masse. Un matériau sans perte et non conducteur remplit tout espace libre restant dans l'enceinte, de façon que ce matériau non conducteur forme une paroi supplémentaire qui est pratiquement dans le même plan que la face du ruban. Une antenne réceptrice est constituée fondamen- talement de la même manière que l'antenne émettrice, et

elle est positionnée dans l'outil de façon à pouvoir rece- voir l'énergie électromagnétique qui s'est propagée à tra-

vers la matière qui est sondée Des moyens destinés à con- trôler l'énergie reçue détectent des changements qui se produisent au fur et à mesure que l'appareil est déplacé à30 travers la matière précitée.

Dans un autre mode de réalisation de l'invention, on effectue des mesures à large bande pour déterminer la

nature d'un fluide dans une matière telle qu'une formation géologique.

Un but de l'invention est d'émettre et de rece-

voir de l'énergie électromagnétique sur une gamme de fré-

quences étendue, plus précisément de 2 k Hz à 1 G Hz.

L'outil peut comporter en outre un patin, qui se conforme à l'intérieur d'un puits et qui maintient les antennes Il est nécessaire d'employer au moins une antenne

émettrice et une antenne réceptrice Il est souvent souhai- table d'employer plusieurs antennes de chaque type Certai-

nes antennes peuvent être décalées en hélice pour éviter un couplage indésirable entre des antennes adjacentes.10 Les fluides analysés comprennent l'eau et des hydrocarbures On contrôle l'énergie électromagnétique reçue pour fournir une indication de la porosité, de la salinité et de la saturation en eau de la matière qui est analysée La technique de sondage en profondeur d'une for-15 mation géologique est une application particulièrement utile, pour déterminer la nature de fluides en fonction de

la distance à partir des antennes. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre de modes de réalisa-

tion, donnés à titre d'exemples non limitatifs La suite de la description se réfère aux dessins annexés dans lesquels:

la figure 1 est une coupe schématique de l'outil de diagraphie (ou de mesure) de l'invention, en position dans un sondage;25 la figure 2 montre une vue de dessus, de face et de côté de la nouvelle antenne émettrice;

la figure 2 A est une vue identique à celle de la figure 2, montrant en outre les parois métalliques à l'in-

térieur desquelles l'antenne est logée;30 la figure 3 montre une antenne montée sur une face d'outil; les figures 4 A-4 E montrent des représentations schématiques en vue de côté de l'appareil de l'invention,

appliqué à la technologie de diagraphie de puits;35 la figure 5 montre trois représentations graphi-

9 ques des pertes de transmission et de retour en fonction de

la fréquence; la figure 6 est une représentation graphique des pertes de transmission et de retour en fonction de la fré-

quence, pour des fréquences basses; et la figure 7 montre quatre représentations graphi- ques de mesures de transmission dans le domaine des temps,

à diverses distances d'un réflecteur métallique ayant la forme d'une plaque qui est placé dans une saumure.

Conformément à l'invention, on a développé un procédé et un appareil nouveaux et perfectionnés pour déterminer la nature de diverses matières et des fluides qu'elles contiennent, par l'utilisation d'un appareil de mesure à large bande.15 En se référant aux dessins, on voit sur la figure 1 un premier mode de réalisation de l'outil de diagraphie (ou de mesure) à large bande 101, conforme à l'invention, qui est placé dans un sondage 103 La paroi 105 du sondage est quelquefois revêtue d'une couche de boue agglomérée, ou20 gâteau de boue 107 Un bras de pression 109 positionne la face d'outil 111 près de la paroi 105 du sondage, de façon que des antennes émettrices telles que les antennes T 1 et T 2, et des antennes réceptrices telles que les antennes R 1 et R 2, soient positionnées près du gâteau de boue 107 ou de25 la paroi 105 du sondage Des antennes émettrices, telles que l'antenne Tni et des antennes réceptrices, telles que l'antenne Rn, sont montées sur la face d'outil 111 au- dessus et au-dessous du patin d'outil 119, et elles sont positionnées face à la paroi 105 du sondage, en étant sépa-30 rées de cette dernière par le gâteau de boue 107 et par la boue qui se trouve dans le sondage 103 La face d'outil 111 est définie comme étant la surface extérieure de l'outil de sondage 101. Une matière, qui est dans ce cas une formation géologique 113, entoure le sondage Une zone envahie 115 représente la région de la formation 113 dans laquelle le filtrat de la boue s'est infiltré La région extérieure 117 est la partie de la formation 113 dans laquelle le filtrat de la boue ne s'est pas infiltré Dans un programme d'éva- 5 luation de formation, il est souhaitable de connaître les propriétés des deux régions, en fonction de la distance à

partir de la face d'antennes ou d'outil 111 On peut appe- ler cette technique le sondage en profondeur. Sur la figure 1, l'outil de diagraphie 101 com-

porte un patin 119 ou un dispositif de type patin, de façon que certaines des antennes, ou la totalité d'entre elles,

puissent être positionnées très près de la formation, afin que de l'énergie électromagnétique puisse être émise à travers la formation Les antennes travaillent par paires.15 Ainsi, les antennes T 1-T 4 et Tn sont des antennes émettri- ces, et les antennes Ri-R 4 et Rn sont des antennes récep-

trices L'antenne Tl émet de l'énergie électromagnétique à travers la formation, et les antennes R et R 2 à Rn reçoi- vent cette énergie L'antenne T 2 émet de l'énergie électro-20 magnétique vers les antennes R et R 2 à Rni et ainsi de suite, jusqu'à l'antenne T n Toutes les antennes peuvent être positionnées sur une ligne verticale, comme représen- té, ou bien elles peuvent être décalées, dans la direction

azimutale N'importe quelle antenne donnée peut jouer25 alternativement le rôle d'une antenne émettrice ou d'une antenne réceptrice.

Pour n'importe quelle paire d'antennes, Ti R, en mesurant les phases et les amplitudes de la puissance reçue en R et de la puissance réfléchie en Ti, on peut détermi-30 ner la constante diélectrique et la conductivité de la région qui est sondée par la paire T R A partir de la constante diélectrique et de la conductivité, on peut cal- culer la saturation en eau et la salinité de l'eau, en uti- lisant des expressions théoriques qui sont bien connues35 dans la technique Il est souhaitable que les antennes

il puissent émettre et recevoir de l'énergie sur toute l'éten-

due de la gamme de fréquences intéressante Pour la diagra- phie diélectrique d'un sondage, il est souhaitable de tra- vailler sur une gamme de fréquences d'environ 10-1000 M Hz. 5 Pour inclure la diagraphie de résistivité et d'induction, cette gamme doit être étendue du côté des fréquences basses jusqu'à quelques kilohertz. La profondeur de mesure pour une paire telle que T 3 R 3 est fonction de la fréquence du rayonnement que l'on utilise pour sonder la formation Lorsqu'on diminue progressivement cette fréquence à partir d'une valeur élevée, la profondeur augmente jusqu'à ce qu'à une certaine fré- quence fi, elle devienne égale à la profondeur di, que l'on obtient approximativement en dessinant un demi-cercle de15 diamètre T 3 R 3 comme on le voit sur la figure 1 (ligne en pointillés) Le fait de continuer à diminuer la fréquence n'augmente plus considérablement la profondeur de mesure. Ainsi, chaque paire T R sonde une zone de profondeur d. qui est appropriée à cette paire et à la fréquence fi pour20 cette paire De cette manière, un ensemble d'antennes à large bande placées avec des écartements différents permet d'obtenir de l'information concernant un ensemble de zones de profondeur variable (plus l'écartement est grand, plus la fréquence fi est basse) L'explication ci-dessus illus-25 tre également le fait que pour une paire émetteur-récepteur donnée, il est possible d'effectuer un certain sondage en

profondeur en changeant la fréquence Ainsi, en ayant dif- férents écartements émetteur-récepteur et la possibilité de travailler sur une large bande, il est possible d'effectuer30 un sondage en profondeur redondant.

Une autre utilisation du premier mode de réalisa- tion fait intervenir le principe de diagraphie autonome En

diagraphie diélectrique classique, lorsqu'on mesure la constante diélectrique et la conductivité d'une zone à une35 seule fréquence, on a besoin d'une connaissance indépendan-

12 te de la porosité de la zone pour convertir l'information obtenue en saturation en eau et en salinité de l'eau On détermine habituellement cette porosité au moyen d'un outil de diagraphie séparé Cependant, si on pouvait sonder la5 même zone avec deux fréquences très distinctes, on pourrait inverser les données correspondant aux deux fréquences, pour calculer simultanément la porosité, la saturation en eau et la salinité, sans la nécessité d'un outil de diagraphie séparé. 10 En se référant à la figure 1, on note que si pour la paire T 4 R 4 on élève la fréquence à partir de fi+l (qui est la fréquence correspondant à la profondeur maximale de mesure di+, pour la paire), la zone de mesure se rétrécit à partir de di,, jusqu'à ce qu'à une certaine fréquence15 Fi+l, cette zone (ligne en pointillés 120) ait une profon- deur égale à di Ainsi, le fait de disposer d'antennes à large bande avec des écartements différents permet de son- der la même profondeur di avec deux fréquences différentes. La figure 2 représente un exemple de l'antenne émettrice 150 de l'invention Des moyens de connexion coaxiaux, tels qu'un connecteur coaxial 151, sont connectés électriquement à un adaptateur pour ligne à ruban 153 qui est capable de transmettre de l'énergie électromagnétique du connecteur coaxial 151 vers une section de ligne à ruban25 qui comporte un ruban métallique central 155 L'adaptateur pour ligne à ruban N O 3070-1404-10, conçu par Omni-Spectra,

est un adaptateur particulièrement utile, mais on peut utiliser d'autres types d'adaptateurs pour ligne à ruban micro-onde On peut utiliser d'autres types de moyens de30 transmission pour transmettre de l'énergie électromagnéti- que à l'antenne A titre d'exemple, une ligne de transmis-

sion à ruban peut être connectée électriquement à la sec- tion de ligne à ruban comportant le ruban métallique cen- tral 155 Du fait qu'on a utilisé des moyens de transition35 de ligne coaxiale à ligne à ruban du commerce, les dimen-

13 sions qui sont données ici correspondent à ces moyens.

L'homme de l'art notera qu'il est possible de changer les dimensions pour changer la couverture en fréquence et pour ajuster les performances de façon fine. 5 Le ruban métallique central 155 comporte une extrémité avant 157, un corps se présentant sous la forme d'un ruban plat 159, une face de ruban plane 161, et une extrémité distale 163 L'extrémité avant 157 est connectée électriquement au conducteur central 169 de l'adaptateur pour ligne à ruban 153 La soudure à l'étain est un moyen de connexion particulièrement utile Le corps de ruban plat

159 peut également aller en diminuant, pour arriver à un point à l'extrémité avant 157, de façon à établir une tran-

sition électrique progressive entre le conducteur central15 169 et le ruban central 155 La face de ruban 161 est pliée approximativement à angle droit par rapport au corps de ruban 159, et elle a une hauteur qui est mesurée à partir de la pliure à angle droit jusqu'à l'extrémité distale 163. La hauteur est compatible avec la couverture de fréquence20 désirée Plus la hauteur est grande, plus la couverture de fréquence permise est faible Une hauteur de 13 mm permet

une couverture de fréquence d'environ 2 k Hz à 1 G Hz Le ruban métallique central 155 peut être constitué par un métal quelconque Le cuivre, le laiton ou l'aluminium sont25 particulièrement utiles.

Un plan de masse 165 s'étend à partir de l'adap- tateur pour ligne à ruban 153 jusqu'à la pliure à angle droit dans le ruban central 155, de façon que l'extrémité distale 163 soit dirigée du côté opposé au plan de masse30 165, et de façon qu'un vide existe entre le ruban central

et le plan de masse 165 Le plan de masse 165 est cons- titué par un métal L'acier inoxydable de qualité commer-

ciale est particulièrement utile Il est souhaitable de maintenir le plan de masse et le ruban central aussi courts35 que possible, pour que l'appareil puisse conserver des 14 dimensions aussi réduites que possible, et pour permettre

l'utilisation du plus grand nombre d'antennes possible. Le vide entre le plan de masse 165 et le ruban central 155 est rempli dans une large mesure par un diélec-

trique 167 Le diélectrique 167 doit avoir une constante diélectrique très élevée et de très faibles pertes On entend par pertes la dissipation d'énergie Le diélectrique 167 peut être un diélectrique de type céramique et être constitué par un matériau tel que le titanate de baryum ou

le zirconate-titanate de plomb On peut également utiliser un diélectrique cristallin, bien qu'il soit plus coûteux.

L'épaisseur du diélectrique 167 est déterminée par l'adap- tateur pour ligne à ruban 153 qui est utilisé Le diélec- trique 167 donne une valeur très élevée à la capacité du15 ruban central 155.

On achève la construction de l'antenne en enfer- mant le ruban central 155 entre des parois métalliques 181, 182, 183 et 184, qui viennent en contact électrique avec le plan de masse 165 et l'adaptateur 153, comme représenté sur la figure 2 A Les parois augmentent la rigidité et empê- chent les fuites du rayonnement électromagnétique La face de ruban 161 est approximativement centrée dans l'ouverture rectangulaire qui est formée par les bords des parois et par le bord du plan de masse 165 Par conséquent, la dis-25 tance entre un bord de la face de ruban 161 et le bord adjacent d'une paroi est pratiquement égale à l'épaisseur

du diélectrique 167 La totalité de l'espace vide à l'inté- rieur de l'antenne qui est délimité par les parois, compre- nant le dégagement 168 au bord du diélectrique, est rempli30 par un matériau sans perte et non conducteur, tel qu'un mélange d'époxy et d'alumine qui devient dur en se solidi-

fiant, qui forme un enrobage hermétique pour l'antenne et augmente la robustesse de cette dernière. Le plan de masse 165 et les parois 181, 182, 183

et 184 sont fixés à un dispositif ou un appareil de dia-

graphie (ou de mesure), comme on le voit sur la figure 3.

La face de ruban 161 est positionnée de façon à affleurer la face d'outil 171 (ou un patin d'outil), de façon que l'antenne émettrice 150 puisse émettre de l'énergie élec- 5 tromagnétique dans une matière telle qu'une formation géologique ou un tissu de mammifère L'espace vide 173 est rempli par un matériau sans perte et non conducteur, tel qu'un composé

époxy-aluminium Le plan de masse 165 et les parois 181, 182 et 183 sont reliés à la face d'outil (ou au10 patin d'outil), et le ruban central 161 devient le "bouton" de capteur.

Une antenne électromagnétique réceptrice est constituée fondamentalement de la même manière que l'anten-

ne émettrice, et elle est positionnée dans l'outil de dia-15 graphie de la même manière que l'antenne émettrice, de façon que cette antenne réceptrice puisse recevoir l'éner-

gie électromagnétique qui s'est propagée à travers la matière qui est analysée. L'outil de diagraphie contient également des moyens destinés à détecter les variations de l'énergie électromagnétique reçue, pendant que l'outil est déplacé à travers la matière analysée, et franchit l'interface entre

des matières ayant des propriétés diélectriques différen- tes, de façon à pouvoir localiser l'interface et à pouvoir25 évaluer la nature de la matière A titre d'exemple de matières fréquemment étudiées ayant des propriétés diélec-

triques différentes, on peut citer les hydrocarbures et l'eau, qui sont deux matières normalement présentes dans les pores de roches.30 L'outil de diagraphie est capable d'émettre et de récevoir de l'énergie électromagnétique qui présente une gamme de fréquences La gamme de fréquences s'étend d'envi- ron 2 k Hz à environ 1 G Hz Dans ce mode de réalisation, l'énergie électromagnétique a une intensité suffisante pour35 traverser la matière (ou la formation) jusqu'à l'antenne

16 réceptrice, sous la forme d'une onde qui se propage L'am-

plitude et la phase du signal reçu contiennent une informa- tion (constante diélectrique et conductivité) concernant la formation On utilise habituellement une antenne réceptrice5 supplémentaire, pour obtenir ainsi des mesures qui élimi- nent certains facteurs inconnus De plus, en employant un

emplacement d'émission supplémentaire, au-dessus ou au- dessous de la paire, on peut faire une moyenne des effets de l'émission alternée en direction montante et en direc-10 tion descendante, pour réaliser une "compensation de puits",connue dans la technique.

Dans un second mode de réalisation, l'outil (ou dispositif) de diagraphie (ou de mesure) détermine la

nature d'un fluide dans une matière La matière peut être15 par exemple une formation géologique ou un tissu de mammi- fère Dans ce mode de réalisation, le dispositif est cons-

truit comme dans le premier mode de réalisation, à l'excep- tion du fait que les moyens destinés à détecter des varia- tions de l'énergie électromagnétique lorsque l'appareil est20 déplacé à travers la matière analysée, déterminent la natu- re du fluide Pour une formation géologique, les fluides analysés peuvent être des hydrocarbures et de l'eau. Dans le premier mode de réalisation comme dans le second, on peut contrôler l'énergie électromagnétique pour fournir une indication de la salinité et de la saturation en eau de la matière Si on pouvait sonder la même zone avec deux fréquences très distinctes, on pourrait inverser les données aux deux fréquences pour calculer aussi simul- tanément la porosité.30 L'appareil émet des impulsions électromagnétiques ayant des profils déterminés, dans la matière à analyser,

telle qu'une formation géologique Les impulsions sont reçues par des antennes qui sont espacées de différentes distances par rapport à l'émetteur Les différents écarte-35 ments des récepteurs correspondent à différentes profon-

17 deurs de mesure Lorsqu'on analyse les impulsions reçues, on obtient un spectre diélectrique à large bande pour dif- férentes profondeurs dans la formation Considérée globa- lement, toute cette information fournit la saturation en 5 eau, la salinité, la porosité et la constante diélectrique de la matrice (identification de la matrice), en fonction de la profondeur On pourrait ensuite analyser la saturation en eau en fonction de la profondeur pour donner une estima- tion de la perméabilité On pourrait également déduire des10 données les autres paramètres classiques, tels que le fac- teur de formation, s'il existe dans le puits une zone ayant une saturation en eau de 100 %. La présente invention peut être mise en oeuvre dans le domaine des temps ou le domaine des fréquences, ou les deux Le paragraphe qui précède décrit l'application dans le domaine des temps Du fait du faible encombrement de l'appareil de l'invention, on peut installer un grand nombre de capteurs de ce type dans un outil, pour former un réseau de capteurs capable d'effectuer un "sondage en pro-20 fondeur" de la formation (c'est-à-dire de mesurer la satu- ration et la salinité en fonction de la distance à partir

du puits) Il est possible de combiner les aspects de son- dage en profondeur et de grande couverture de fréquence, pour donner à l'outil un caractère autonome: il peut par25 lui-même déterminer la porosité, la salinité et la satura- tion en eau, sans la nécessité d'employer un outil de poro-

sité supplémentaire (qui est nécessaire dans l'état présent de la technique). Les figures 4 A-4 E illustrent diverses applica-

tions de l'appareil de l'invention, concernant la technolo- gie de la diagraphie de puits Les antennes (émettrices et réceptrices) peuvent être montées sur un patin 201 ou un dispositif de type patin, qui est conçu pour se conformer pratiquement à l'intérieur du sondage 203, comme représenté35 sur les figures 4 B, 4 D et 4 E Le patin a pour action de

18 réduire ou d'empêcher la propagation de l'énergie électro-

magnétique à travers la boue 205 qui introduit des pertes. Cependant, à des fréquences basses, les pertes dans la boue sont tolérables et les antennes peuvent être montées sur la5 face d'outil 207, sur un outil centré, comme représenté sur les figures 4 A et 4 C Comme le montre la figure 4 E, il est également possible d'utiliser une combinaison de deux con- figurations, dans laquelle des antennes sont positionnées à la fois sur la face d'outil 207 et sur un patin 201 ou un10 dispositif de type patin, pour inclure des ondes de basse fréquence Les écartements verticaux et les orientations en azimut sont sélectionnés à partir de considérations théori- ques qui sont connues dans la technique Le dispositif peut donc comprendre une seule antenne émettrice et une ou plu-15 sieurs antennes réceptrices, ou bien il peut comprendre un ensemble d'antennes émettrices Les antennes peuvent être orientées selon diverses configurations Elles peuvent être décalées autour de la face d'outil et/ou du patin, ou bien elles peuvent être décalées en hélice Le décalage des20 antennes minimise un couplage parasite entre des antennes adjacentes, tout en permettant d'avoir un faible écartement entre des antennes. Il est avantageux d'utiliser plusieurs antennes ayant des écartements présélectionnés Ceci procure une

profondeur de mesure variable, du fait qu'on peut utiliser une antenne émettrice avec un ensemble d'antennes réceptri-

ces Il est également possible d'avoir une fréquence de mesure variable, du fait que de plus grands écartements sont nécessaires avec de plus grandes longueurs d'onde De30 plus, des écartements redondants améliorent la maîtrise de la qualité.

L'appareil peut fonctionner dans le domaine des fréquences, en utilisant une seule fréquence, des fréquen-

ces multiples (comme par exemple des fréquences simultan-35 nées, des fréquences pouvant être sélectionnées ou des 19 fréquences multiplexées dans le temps), ou des techniques de balayage de fréquence L'appareil peut également fonc- tionner dans le domaine des temps, en utilisant des impulsions d'une grande variété de formes, de largeurs, de temps5 de montée et de descente, etc Lorsque les impulsions sont converties dans le domaine des fréquences, soit de façon

électronique par l'utilisation d'un analyseur de spectre, soit de façon numérique par l'utilisation de transforma-

tions mathématiques, on obtient une information identique à10 celle que donnerait un outil travaillant dans le domaine des fréquences.

THEORIE DE LA DIAGRAPHIE DIELECTRIQUE DANS LE DOMAINE

DES TEMPS

Un outil travaillant dans le domaine des temps élimine une grande partie des circuits électroniques encom- brants d'un outil à balayage de fréquence ou à fréquences multiples, et il transfère le fardeau de l'électronique au logiciel On considère un outil ayant une antenne émettrice à large bande située à Z=O et deux antennes réceptrices à large bande identiques, situées à Z 1 et Z 2 (Z 0, Z 1 et Z 2 étant trois points le long de l'axe du puits) On suppose qu'une impulsion électromagnétique f (t, 0) d'une durée finie est lancée dans la formation à Z= 0, en commençant à t= O (on prend f (t, 0) = O pour t < O et t > t).25 Les composantes de fréquence de Fourier de cette impulsion sont données par la relation F(c , 0) 2 J f(t, 0)e tdt ( 1) o dans laquelle X est la pulsation du rayonnement De façon similaire, on peut décomposer en leurs composantes spectra-30 les les impulsions f (t, Z 1) et f (t, Z 2) qui sont reçues à Z 1 et Z 2: 1 it ( 2) F(w Z 1 = - f f(t, Z 1) e dt( 2 o 1 iwt F(w, Z 2) = f f(t, Z 2) e dt ( 3) o La relation entre les composantes de Fourier émises et reçues est alors: F(wa, Z 1) F(, 0) e ik Z 1 M(X) G(w, Z) ( 4) F(w, Z 2) = F(w, 0) eik Z 2 M(X) G(w, Z 2) ( 5) avec les notations suivantes: k = " + ip est le nombre d'onde complexe, = déphasage de l'onde en radians/mètre, ( = atténuation de l'onde en népers/mètre, M(to) = facteur résultant de désadaptationsà l'interface antenne d'émission/formation et à l'interface antenne de réception/formation, G(co, Z) = facteur résultant de l'étalement géométrique du rayonnement. Le fait de diviser la relation ( 5) par la relation ( 4) élimine le terme M(W), et on obtient: _ 1 G(w'Z 2) Re F(,'Z 2) ln ( ( 6) A Z G(w,Z 1) Im ln {F(,Z 1)}l ( 6

à partir de quoi on obtient la-constante diélectrique rela-

tive ú et la conductivité C en utilisant les relations:

2 62 (* 7

úopo a 2 î ( 8) dans lesquelles les termes o, p, ú et a sont tous des fonctions de la fréquence. 5 Le facteur géométrique dans la relation ( 6) doit

être déterminé expérimentalement en appliquant des impul- sions à l'outil dans l'air et dans d'autres milieux à per-

tes ayant des propriétés diélectriques connues, correspon- dant à des pertes, comme la saumure.10 Au lieu d'utiliser la relation ( 6), on peut éga- lement déterminer les propriétés diélectriques en se réfé-

rant à un seul récepteur et en utilisant les relations ( 4) ou ( 5) Dans ce cas, on détermine la quantité M( W) en mesurant la puissance qui est réfléchie vers l'antenne15 émettrice à cause de la désadaptation, comme décrit dans le brevet des E U A N O 4 831 331, délivré à De et Keetch.

On a construit un prototype de patin d'outil de diagraphie, avec les antennes de l'invention Le patin comprend une antenne émettrice et une antenne réceptrice,20 avec une distance variable entre elles Une antenne de diagraphie diélectrique acceptable doit satisfaire les critères suivants: (i) Elle doit être capable de transmettre une énergie suffisante vers la formation et à partir de celle-ci, à sa fréquence de fonctionnement, pour permettre de sonder la formation;

(ii) Cette énergie de sondage doit pénétrer dans la forma-

tion, au lieu d'être réfléchie vers la surface du

patin de ltoutil (c'est-à-dire qu'elle doit se dépla-

cer sous la forme d'une onde se propageant de façon libre, et non d'une onde de surface guidée le long du patin). Dans le cas présent, les deux conditions ci- dessus doivent être satisfaites sur la totalité de la gamme de la fréquence de fonctionnement. On teste le premier des critères ci-dessus en mesurant l'atténuation de retour pour l'antenne émettrice, et l'atténuation de transmission de l'antenne émettrice vers l'antenne réceptrice, en fonction de la fréquence dans10 les deux cas Ces mesures sont représentées sur la figure , dans un cas dans lequel le patin portant les antennes est placé dans l'air et face à une saumure ayant une conductivité de 0,5 S/m (pour représenter une formation) La courbe d'atténuation de retour dans la saumure montre que15 l'énergie qui entre dans la saumure sur la gamme de fré- quences du dispositif de mesure (Analyseur de Réseaux

HP 8505 A de Hewlett-Packard; 500 k Hz 1300 M Hz) est suffi- sante pour permettre de sonder la structure L'atténuation de transmission montre que l'énergie qui est reçue à20 l'antenne réceptrice est suffisante pour permettre d'effec- tuer des mesures.

On a effectué des mesures en utilisant un autre instrument de mesure (Analayseur de Réseaux HP 3577 A; 5 Hz -

M Hz), pour tester la limitation de l'antenne du côté

des fréquences basses Les résultats sont représentés sur la figure 6, qui montre que la limitation du côté des fré-

quences basses correspond à environ 5 k Hz Les meilleures performances d'atténuation de retour dans la région de 200 M Hz (sur la figure 5) résultent d'un séchage (réticula-

tion) de la matière de remplissage consistant en époxy- alumine, entre des mesures.

La figure 7 montre des mesures de transmission dans le domaine des temps à diverses distances (d) d'un réflecteur consistant en une plaque de métal, dans la35 saumure La variation d'amplitude de l'impulsion reçue, en fonction de la distance du réflecteur métallique, montre

que l'énergie a pénétré dans la saumure jusqu'à l'emplace-

ment de la plaque.

Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif et au procédé décrits

et représentés, sans sortir du cadre de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS

1 Appareil destiné à effectuer des mesures à large bande sur des matières ( 113) ayant des propriétés diélectriques différentes, comprenant un outil de mesure5 ( 101) contenu dans une enceinte, et ayant une face d'outil ( 111, 171), cet outil de mesure comprenant en outre une antenne émettrice électromagnétique ( 150), caractérisé en ce que l'antenne émettrice ( 150) comprend: (a) des moyens de connexion de câble coaxial ( 151) et des moyens destinés10 à transmettre de l'énergie électromagnétique à travers eux; (b) un adaptateur pour ligne à ruban ( 153), capable de transmettre de l'énergie électromagnétique des moyens de connexion de câble coaxial ( 151) vers une ligne à ruban comportant un ruban métallique central ( 155), ce ruban15 métallique central ayant une extrémité avant ( 157), un corps de ruban plat ( 159), une face de ruban plate ( 161) et une extrémité distale ( 163), l'extrémité avant étant con- nectée électriquement à un conducteur central ( 169) de l'adaptateur pour ligne à ruban ( 153), et la face de ruban20 ( 161) étant pliée approximativement à angle droit par rap- port au corps de ruban ( 159), et ayant une hauteur mesurée à partir de la pliure à angle droit jusqu'à l'extrémité dis- tale ( 163), qui est compatible avec une couverture de fré- quence désirée; (c) un plan de masse ( 165) qui s'étend à25 partir de l'adaptateur pour ligne à ruban ( 153) jusqu'à la pliure à angle droit, de façon que l'extrémité distale ( 163) soit située du côté opposé au plan de masse ( 165), et de façon qu'un vide existe entre le ruban central ( 155) et le plan de masse ( 165); (d) un diélectrique ( 167) qui remplit dans une large mesure l'espace précité, ce diélec- trique étant constitué par un matériau ayant une constante diélectrique très élevée et de très faibles pertes d'éner- gie, de façon que l'antenne émettrice ( 150) soit position- née d'une manière telle que le plan de masse ( 165) soit35 fixé sur l'outil de mesure ( 101) et que la face de ruban ( 161) soit positionnée de manière à affleurer la face d'outil ( 111, 171), afin que l'antenne émettrice ( 150) puisse émettre de l'énergie électromagnétique dans les matières précitées; (e) une enceinte entourant la ligne à ruban et comprenant quatre parois métalliques ( 181-184), ces parois étant placées en contact électrique avec le plan de masse ( 165) et avec l'adaptateur pour ligne à ruban ( 153), de façon que la face de ruban ( 161) soit presque centrée dans l'ouverture qui est formée par les parois ( 181-184) et le10 plan de masse ( 165); (f) un matériau non conducteur et sans pertes, qui remplit tout espace libre restant ( 173) dans l'enceinte, de façon que ce matériau non conducteur forme une paroi supplémentaire qui se trouve presque dans le même plan que la face de ruban ( 161); (g) une antenne électro-15 magnétique réceptrice qui est réalisée pratiquement de la même manière que l'antenne émettrice ( 150), cette antenne réceptrice étant positionnée dans l'outil de mesure ( 101) de la même manière que l'antenne émettrice ( 150), de façon que l'antenne réceptrice puisse recevoir l'énergie électro-20 magnétique qui s'est propagée à travers les matières préci- tées; et (h) des moyens destinés à contrôler les variations

de l'énergie électromagnétique reçue, pendant que l'appa- reil est déplacé à travers les matières précitées, pour pouvoir mesurer ainsi les propriétés diélectriques préci-25 tées.

2 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'antenne émettrice ( 150) émet de l'énergie élec-

tromagnétique sur une gamme de fréquences de 2 k Hz à 1 G Hz, et l'antenne réceptrice reçoit cette même énergie électro-30 magnétique.

3 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens ( 109) destinés à

positionner la face d'outil ( 111, 171) près des matières précitées.

4 Appareil selon la revendication 1, caractérisé 26 en ce qu'une ligne de transmission à ruban est connectée électriquement à la ligne à ruban ( 155, 165, 167), de façon

à pouvoir transmettre de l'énergie électromagnétique à cette dernière.

5 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les antennes ( 150) sont positionnées sur un dis- positif du type patin ( 119, 201). 6 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un ensemble d'antennes réceptrices (R 1 _Rn)* 7 Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend un ensemble d'antennes émettrices

(T 1-T).

8 Appareil selon la revendication 7, caractérisé

en ce que les matières ( 113) ayant des propriétés diélec- triques différentes sont des hydrocarbures et de l'eau.

9 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les mesures à large bande sont effectuées dans le

but de déterminer les propriétés diélectriques en fonction20 de la distance à partir de l'antenne ( 150).

Appareil pour effectuer des mesures à large bande dans le but de déterminer la nature d'un fluide dans une matière ( 113), cet appareil ayant une face d'outil ( 111, 171) et comprenant en outre une première antenne émettrice électromagnétique ( 150), caractérisé en ce que la première antenne émettrice comprend (a) des moyens de connexion de câble coaxial ( 151) et des moyens destinés à transmettre de l'énergie électromagnétique à travers eux; (b) un adaptateur pour ligne à ruban ( 153), capable de transmettre de l'énergie électromagnétique des moyens de connexion de câble coaxial ( 151) vers une ligne à ruban

comportant un ruban métallique central ( 155), ce ruban métallique central ayant une extrémité avant ( 157), un corps de ruban plat ( 159), une face de ruban plate ( 161) et35 une extrémité distale ( 163), l'extrémité avant étant con-

27 nectée électriquement à un conducteur central ( 169) de l'adaptateur pour ligne à ruban ( 153), et la face de ruban ( 161) étant pliée approximativement à angle droit par rap- port au corps de ruban ( 159), et ayant une hauteur mesurée à partir de la pliure à angle droit jusqu'à l'extrémité dis- tale ( 163), qui est compatible avec une couverture de fré- quence désirée; (c) un plan de masse ( 165) qui s'étend à partir de l'adaptateur pour ligne à ruban ( 153) jusqu'à la pliure à angle droit, de façon que l'extrémité distale10 ( 163) soit située du côté opposé au plan de masse ( 165), et de façon qu'un vide existe entre le ruban central ( 155) et le plan de masse ( 165); (d) un diélectrique ( 167) qui remplit dans une large mesure l'espace précité, ce diélec- trique étant constitué par un matériau ayant une constante15 diélectrique très élevée et de très faibles pertes d'éner- gie, de façon que la première antenne émettrice ( 150) soit

positionnée d'une manière telle que le plan de masse ( 165) soit fixé sur l'outil de diagraphie ( 101) et que la face de ruban ( 161) soit positionnée de manière à affleurer20 la face d'outil ( 111, 171), afin que la première antenne émettrice ( 150) puisse émettre de l'énergie élec-

tromagnétique dans les matières précitées; (e) une enceinte entourant la ligne à ruban et comprenant quatre parois métalliques ( 181-184), ces parois étant placées en contact25 électrique avec le plan de masse ( 165) et avec l'adaptateur pour ligne à ruban ( 153), de façon que la face de ruban ( 161) soit presque centrée dans l'ouverture qui est formée par les parois ( 181-184) et le plan de masse ( 165); (f) un matériau non conducteur et sans pertes, qui remplit tout30 espace libre restant ( 173) dans l'enceinte, de façon que ce matériau non conducteur forme une paroi supplémentaire qui se trouve presque dans le même plan que la face de ruban ( 161); (g) une antenne électromagnétique réceptrice qui est réalisée pratiquement de la même manière que l'antenne émettrice ( 150), cette antenne réceptrice étant positionnée 28 dans l'outil de mesure ( 101) de la même manière que l'antenne émettrice ( 150), de façon que l'antenne réceptri- ce puisse recevoir l'énergie électromagnétique qui s'est propagée à travers les matières précitées; et (h) des5 moyens destinés à contrôler les variations de l'énergie électromagnétique reçue, pendant que l'appareil est déplacé

à travers les matières précitées, de façon à pouvoir déter- miner la nature du fluide.

11 Appareil selon la revendication 10, caracté-

risé en ce que l'antenne émettrice ( 150) émet de l'énergie électromagnétique sur une gamme de fréquences de 2 k Hz à 1 G Hz, et l'antenne réceptrice reçoit cette même énergie électromagnétique.

12 Appareil selon l'une quelconque des revendi-

cations 1 ou 10, caractérisé en ce que l'antenne émettrice

( 150) peut fonctionner alternativement en antenne réceptri- ce, et l'antenne réceptrice peut fonctionner alternative-

ment en antenne émettrice. 13 Appareil selon la revendication 11, caracté-

risé en ce qu'il comprend un patin ( 119, 201), et ce patin se conforme pratiquement à l'intérieur d'un puits et il

maintient les antennes émettrice et réceptrice. 14 Appareil selon la revendication 13, caracté- risé en ce qu'il comprend un ensemble d'antennes réceptri-

ces (R 1-Rn).

Appareil selon la revendication 14, caracté- risé en ce qu'il comprend un ensemble d'antennes émettrices (T -Tn)

16 Appareil selon la revendication 15, caracté-

risé en ce que certaines des antennes sont positionnées sur la face d'outil ( 111), et certaines des antennes sont posi-

tionnées sur le patin ( 119). 17 Appareil selon la revendication 15, caracté- risé en ce que certaines des antennes sont décalées.

18 Appareil selon la revendication 15, caracté-

29 risé en ce que les antennes sont décalées en hélice.

19 Appareil selon la revendication 10, caracté- risé en ce que les fluides sont des hydrocarbures et de l'eau. 5 20 Appareil selon l'une quelconque des revendi- cations 1 ou 10, caractérisé en ce que le plan de masse

( 165) ne mesure pas plus de 10 mm de longueur.

21 Appareil selon l'une quelconque des revendi- cations 1 ou 10, caractérisé en ce que la face de ruban

( 161) a une hauteur qui n'est pas supérieure à 5 mm.

22 Appareil selon l'une quelconque des revendi- cations 1 ou 10, caractérisé en ce que l'énergie électro-

magnétique est contrôlée pour fournir une indication de la porosité des matières précitées ( 113).15 23 Appareil selon l'une quelconque des revendi- cations 1 ou 10, caractérisé en ce que l'énergie électro-

magnétique est contrôlée pour fournir une indication de la saturation en eau des matières précitées ( 113). 24 Appareil selon l'une quelconque des revendi-

cations 1 ou 10, caractérisé en ce que l'énergie électro- magnétique est contrôlée pour fournir une indication de la

salinité du fluide. 25 Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 ou 10, caractérisé en ce qu'une ligne de trans-

mission à ruban est connectée électriquement à la ligne à ruban ( 155, 165, 167), de façon à pouvoir lui transmettre

de l'énergie électromagnétique. 26 Appareil selon la revendication 10, caracté- risé en ce que la nature du fluide est déterminée en fonc-

tion de la distance à partir de l'antenne ( 150).

27 Procédé pour effectuer des mesures à large bande sur des matières ( 113) ayant des propriétés diélec-

triques différentes, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: on forme un outil de mesure ( 101) ayant

une face d'outil ( 111, 171), une antenne émettrice électro-

magnétique ( 150) et une antenne réceptrice, l'antenne émet-

trice comprenant: (a) des moyens de connexion de câble coaxial ( 151) et des moyens destinés à transmettre de l'énergie électromagnétique à travers eux; (b) un adapta- 5 teur pour ligne à ruban ( 153), capable de transmettre de l'énergie électromagnétique des moyens de connexion de

câble coaxial ( 151) vers une ligne à ruban comportant un ruban métallique central ( 155), ce ruban métallique central ayant une extrémité avant ( 157), un corps de ruban plat10 ( 159), une face de ruban plate ( 161) et une extrémité dis- tale ( 163), l'extrémité avant étant connectée électrique-

ment à un conducteur central ( 169) de l'adaptateur pour ligne à ruban ( 153), et la face de ruban ( 161) étant pliée approximativement à angle droit par rapport au corps de15 ruban ( 159), et ayant une hauteur mesurée à partir de la pliure à angle droit jusqu'à l'extrémité distale ( 163), qui est compatible avec une couverture de fréquence désirée; (c) un plan de masse ( 165) qui s'étend à partir de l'adap- tateur pour ligne à ruban ( 153) jusqu'à la pliure à angle droit, de façon que l'extrémité distale ( 163) soit située du côté opposé au plan de masse ( 165), et de façon qu'un vide existe entre le ruban central ( 155) et le plan de masse ( 165); (d) un diélectrique ( 167) qui remplit dans une large mesure l'espace précité, ce diélectrique étant cons-25 titué par un matériau ayant une constante diélectrique très élevée et de très faibles pertes d'énergie, de façon que l'antenne émettrice ( 150) soit positionnée d'une manière

telle que le plan de masse ( 165) soit fixé sur l'outil de mesure ( 101) et que la face de ruban ( 161) soit positionnée30 de manière à affleurer la face d'outil ( 111, 171), afin que l'antenne émettrice ( 150) puisse émettre de l'énergie élec-

tromagnétique dans les matières précitées; (e) une enceinte entourant la ligne à ruban et comprenant quatre parois métalliques ( 181-184), ces parois étant placées en contact35 électrique avec le plan de masse ( 165) et avec l'adaptateur 31 pour ligne à ruban ( 153), de façon que la face de ruban ( 161) soit presque centrée dans l'ouverture qui est formée par les parois ( 181-184) et le plan de masse ( 165); (f) un

matériau non conducteur et sans pertes, qui remplit tout 5 espace libre restant ( 173) dans l'enceinte, de façon que ce matériau forme une paroi supplémentaire qui se trouve pres-

que dans le même plan que la face de ruban ( 161); (g) une antenne électromagnétique réceptrice qui est réalisée pra- tiquement de la même manière que l'antenne émettrice ( 150),10 cette antenne réceptrice étant positionnée dans l'outil de mesure ( 101) de la même manière que l'antenne émettrice ( 150), de façon que l'antenne réceptrice puisse recevoir l'énergie électromagnétique qui s'est propagée à travers les matières précitées; on interconnecte l'outil de mesure15 ( 101) avec des moyens destinés à contrôler des variations de l'énergie électromagnétique, pendant que l'outil de mesure ( 101) est déplacé à travers les matières précitées ( 113), ce qui permet de mesurer les propriétés diélectri- ques précitées; on interconnecte l'outil de mesure ( 101) avec une source d'énergie électromagnétique; et on déplace l'outil de mesure ( 101) à travers les matières précitées

( 113).

28 Procédé selon la revendication 27, caracté- risé en ce que l'antenne émettrice ( 150) émet de l'énergie électromagnétique sur une gamme de fréquences de 2 k Hz à 1 G Hz, et l'antenne réceptrice reçoit cette même énergie électromagnétique. 29 Procédé selon la revendication 27, caractérisé en ce que l'outil comprend en outre des moyens ( 109)

qui sont destinés à positionner la face d'outil ( 111, 171) près des matières précitées ( 113).

Procédé selon la revendication 27, caracté- risé en ce qu'une ligne de transmission à ruban est connec-

tée électriquement à la ligne à ruban ( 155, 165, 167), de35 façon à pouvoir lui transmettre de l'énergie électromagné-

32 tique.

31 Procédé selon la revendication 27, caracté- risé en ce que les antennes (R 1 Rn, Ti-Tn) sont position-

nées sur un dispositif de type patin ( 119, 201). 5 32 Procédé selon la revendication 27, caracté- risé en ce que l'outil comprend un ensemble d'antennes réceptrices (Ri-Rn). 33 Procédé selon la revendication 32, caracté- risé en ce que l'outil comprend un ensemble d'antennes

émettrices (T 1-Tn).

34 Procédé selon la revendication 27, caracté- risé en ce que les matières ( 113) ayant des propriétés diélectriques différentes sont des hydrocarbures et de l'eau.15 35 Procédé selon la revendication 27, caracté- risé en ce que les mesures à large bande sont effectuées dans le but de déterminer les propriétés diélectriques en fonction de la distance à partir de l'antenne ( 150). 36 Procédé pour effectuer des mesures à large bande dans le but de déterminer la nature d'un fluide dans une matière ( 113), caractérisé en ce qu'il comprend les

étapes suivantes: on forme un appareil ( 101) ayant une face d'outil ( 111, 171), une antenne émettrice électroma-

gnétique ( 150) et une antenne réceptrice, l'antenne émet-25 trice comprenant: (a) des moyens de connexion de câble coaxial ( 151) et des moyens destinés à transmettre de l'énergie électromagnétique à travers eux; (b) un adapta- teur pour ligne à ruban ( 153), capable de transmettre de l'énergie électromagnétique des moyens de connexion de30 câble coaxial ( 151) vers une ligne à ruban comportant un ruban métallique central ( 155), ce ruban métallique central

ayant une extrémité avant ( 157), un corps de ruban plat ( 159), une face de ruban plate ( 161) et une extrémité dis- tale ( 163), l'extrémité avant étant connectée électrique-

ment à un conducteur central ( 169) de l'adaptateur pour 33 ligne à ruban ( 153), et la face de ruban ( 161) étant pliée approximativement à angle droit par rapport au corps de ruban ( 159), et ayant une hauteur mesurée à partir de la pliure à angle droit jusqu'à l'extrémité distale ( 163), qui 5 est compatible avec une couverture de fréquence désirée; (c) un plan de masse ( 165) qui s'étend à partir de l'adap- tateur pour ligne à ruban ( 153) jusqu'à la pliure à angle droit, de façon que l'extrémité distale ( 163) soit située du côté opposé au plan de masse ( 165), et de façon qu'un10 vide existe entre le ruban central ( 155) et le plan de masse ( 165); (d) un diélectrique ( 167) qui remplit dans une large mesure l'espace précité, ce diélectrique étant cons- titué par un matériau ayant une constante diélectrique très élevée et de très faibles pertes d'énergie, de façon que l'antenne émettrice ( 150) soit positionnée d'une manière telle que le plan de masse ( 165) soit fixé sur l'outil de mesure ( 101) et que la face de ruban ( 161) soit positionnée de manière à affleurer la face d'outil ( 111, 171), afin que l'antenne émettrice ( 150) puisse émettre de l'énergie élec-20 tromagnétique dans les matières précitées; (e) une enceinte entourant la ligne à ruban et comprenant quatre parois métalliques ( 181-184), ces parois étant placées en contact électrique avec le plan de masse ( 165) et avec l'adaptateur pour ligne à ruban ( 153), de façon que la face de ruban ( 161) soit presque centrée dans l'ouverture qui est formée par les parois ( 181-184) et le plan de masse ( 165); (f) un

matériau non conducteur et sans pertes, qui remplit tout espace libre restant ( 173) dans l'enceinte, de façon que ce matériau forme une paroi supplémentaire qui se trouve pres-30 que dans le même plan que la face de ruban ( 161); (g) une antenne électromagnétique réceptrice qui est réalisée pra-

tiquement de la même manière que l'antenne émettrice ( 150), cette antenne réceptrice étant positionnée dans l'outil de mesure ( 101) de la même manière que l'antenne émettrice35 ( 150), de façon que l'antenne réceptrice puisse recevoir 34 l'énergie électromagnétique qui s'est propagée à travers les matières précitées; l'antenne réceptrice étant constituée pratiquement de la même manière que l'antenne émettrice ( 150), et étant positionnée dans l'appareil de la même manière que l'antenne émettrice ( 150), de façon que l'antenne réceptrice reçoive l'énergie électromagnétique qui s'est propagée à travers la matière précitée ( 113); on interconnecte l'appareil ( 101) avec des moyens destinés à contrôler les variations de l'énergie électromagnétique10 lorsque l'appareil est déplacé à travers la matière préci- tée ( 113), ce qui permet de déterminer la nature du fluide;

on interconnecte l'appareil ( 101) avec une source d'énergie électromagnétique; et on déplace l'appareil ( 101) à travers la matière précitée ( 113).

37 Procédé selon la revendication 36, caracté- risé en ce que l'antenne émettrice ( 150) émet de l'énergie électromagnétique sur une gamme de fréquences de 2 k Hz à 1 G Hz, et l'antenne réceptrice reçoit cette même énergie électromagnétique. 38 Procédé selon l'une quelconque des revendications 27 ou 36, caractérisé en ce que l'antenne émettrice

ment en antenne émettrice.25 39 Procédé selon la revendication 37, caracté- risé en ce que l'appareil comprend un patin ( 111, 201), ce

patin se conformant pratiquement à l'intérieur d'un puits ( 103) et maintenant les antennes émettrices et réceptrices.

Procédé selon la revendication 39, caracté-

risé en ce que l'appareil ( 101) comprend un ensemble d'antennes réceptrices (R 1-Rn).

41 Procédé selon la revendication 40, caracté- risé en ce que l'appareil ( 101) comprend un ensemble

d'antennes émettrices (T 1-Tn).35 42 Procédé selon la revendication 41, caracté-

risé en ce que certaines des antennes (R n, Tn) sont posi-

tionnées sur la face d'outil ( 111), et certaines antennes (R 1-R 4, T 1-T 4) sont positionnées sur le patin.

43 Procédé selon la revendication 40, caracté-

risé en ce que les antennes sont décalées en hélice. 44 Procédé selon la revendication 37, caracté- risé en ce que les fluides sont des hydrocarbures et de

l'eau. 45 Procédé selon l'une quelconque des revendi-

cations 25 ou 36, caractérisé en ce que le plan de masse

( 165) ne mesure pas plus de 10 mm de longueur.

46 Procédé selon l'une quelconque des revendi- cations 27 ou 36, caractérisé en ce que la face de ruban

( 161) a une hauteur qui n'est pas supérieure à 5 mm.

47 Procédé selon l'une quelconque des revendi- cations 27 ou 36, caractérisé en ce qu'on contrôle l'éner-

gie électromagnétique pour fournir une indication de la porosité de la formation ( 113). 48 Procédé selon l'une quelconque des revendi-

cations 27 ou 36, caractérisé en ce qu'on contrôle l'éner- gie électromagnétique pour fournir une indication de la

saturation en eau de la formation ( 113). 49 Procédé selon l'une quelconque des revendi- cations 27 ou 36, caractérisé en ce qu'on contrôle l'éner-

gie électromagnétique pour fournir une indication de la salinité de la formation ( 113).

Procédé selon l'une quelconque des revendi- cations 27 ou 36, caractérisé en ce qu'une ligne de trans-

mission à ruban est connectée électriquement à la ligne à30 ruban ( 155, 165, 168), de façon à pouvoir lui transmettre de l'énergie électromagnétique.

51 Procédé selon la revendication 36, caracté- risé en ce qu'on détermine la nature du fluide en fonction

de la distance à partir de l'antenne ( 150).