FR2669741A1 - Procede et dispositif de diagraphie a haute resolution. - Google Patents

Abstract

Le dispositif de diagraphie comprend plusieurs capteurs (42, 43, 44) alignés sur un patin (20) déplacé le long de la paroi d'un sondage (11) pour l'étude des formations géologiques (13). Les capteurs sont sensibles à une pluralité de paramètres physiques des formations comme par exemple la résistivité, la densité, le coefficient d'absorption photo-électrique, et des caractéristiques de propagation d'ondes électromagnétiques hyperfréquence des formations. Les capteurs et leurs moyens de traitement associés sont adaptés à fournir des signaux de mesure se rapportant à des volumes explorés sensiblement égaux ayant des dimensions sélectionnées de l'ordre de grandeur du pouce (2,5cm) dans les directions longitudinale, radiale et azimutale du sondage. Le déplacement du patin (20) est détecté et l'on produit, en réponse à ce déplacement, des signaux de mesure recalés longitudinalement se rapportant à une même zone de formation de faible volume située sur le côté du sondage. La combinaison de ces signaux recalés fournit une interprétation fine et cohérente des formations à proximité du sondage.

Description

PROCÉDÉ ET DISPOSITIF DE DIAGRAPHIE

À HAUTE RÉSOLUTION

L'invention se rapporte à l'étude des formations traversées par un sondage et plus particulièrement à un procédé et un dispositif de

diagraphie à haute résolution permettant la détermination de caractéris-

tiques pétrophysiques des formations.

Un des buts principaux de l'exploration pétrolière est d'évaluer les caractéristiques pétrophysiques des roches-réservoir traversées par un sondage comme par exemple leur porosité, leur saturation en fluide, leur teneur en argile, etc Ces caractéristiques pétrophysiques, qui ne peuvent pas être mesurées directement, sont déterminées en combinant plusieurs mesures de paramètres physiques (résistivité, constante diélectrique, vitesse de propagation acoustique, densité, radioactivité naturelle, etc) effectuées par des appareils de diagraphie descendus

successivement ou simultanément dans le sondage.

Un exemple d'un appareil dans lequel sont combinées plusieurs mesures est décrit schématiquement dans le brevet US 4 703 277 Les mesures combinées sont effectuées au moyen de capteurs montés tantôt sur un mandrin centré ou excentré dans le sondage, tantôt sur des patins

adaptés à venir en appui sur la paroi Ces capteurs ont différentes pro-

fondeurs radiales d'investigation et différentes résolutions longitudinales.

Certains capteurs explorent une zone entourant le puits.

D'autres, comme les capteurs montés sur patin, sont dirigés selon une 2 direction radiale Lors des mesures, l'appareil de diagraphie peut tourner autour de l'axe du puits de sorte que deux patins espacés le long de l'appareil ne sont généralement pas dirigés selon le même azimut à un même niveau le long de l'axe du sondage Jusqu'à présent, pour obtenir les caractéristiques pétrophysiques d'une zone de formations à un niveau du puits, on combine les différentes mesures obtenues à ce niveau par les différents capteurs Les inventeurs se sont rendus compte qu'une telle

combinaison peut présenter des erreurs, lors du calcul des caractéristi-

ques pétrophysiques des roches-réservoir, du fait que les zones explorées

sont sensiblement différentes.

On assiste dans les années récentes à une demande importante pour

une évaluation fine des réservoirs d'hydrocarbures Les compagnies pétro-

lières s'intéressent en effet de plus en plus à des réservoirs hétérogènes formés par exemple, d'une succession de couches minces, qui sont parfois

restés inexploités faute d'avoir pu déterminer leur possibilités de pro-

duction, ou même leur existence, par les moyens classiques de diagraphie.

Il est donc important de pouvoir fournir, de façon plus consistante, une évaluation des caractéristiques pétrophysiques des roches-réservoir se rapportant à des zones de formation de faible volume Dans ce cas de formations hétérogènes, les erreurs d'interprétation deviennent excessives

du fait que les zones explorées sont très différentes.

Un objet de l'invention concerne un procédé et un dispositif de

diagraphie pour l'acquisition de mesures cohérentes permettant une évalua-

tion fine des formations traversées par un sondage.

Un autre objet de l'invention est une technique de diagraphie à haute résolution fournissant des mesures complémentaires pour l'évaluation

pétrophysique des formations géologiques.

Selon un premier aspect de l'invention un procédé de diagraphie pour l'étude des formations géologiques traversées par un sondage comprend les étapes suivantes: élaborer des signaux de mesure représentatifs d'une pluralité de paramètres physiques des formations au moyen de capteurs alignés, dans la 3 - direction longitudinale du sondage, sur un patin déplacé contre la paroi du sondage, les signaux de mesure se rapportant à des volumes explorés sensiblement égaux ayant des dimensions sélectionnées de l'ordre de grandeur du pouce ( 2,5 cm) dans les directions longitudinale, radiale et azimutale du sondage; détecter le déplacement du patin le long du sondage; et produire, en fonction du déplacement détecté, des signaux de

mesure recalés longitudinalement se rapportant à une même zone de forma-

tion située sur le côté du sondage et ayant un volume égal au volume exploré. Au moins un capteur particulier peut fournir des signaux de mesure initiaux dont la dimension longitudinale de la zone explorée est différente de la dimension longitudinale sélectionnée On combine alors les mesures initiales obtenues par ce capteur particulier à plusieurs

emplacements le long du sondage pour obtenir des signaux de mesure corres-

pondant à des volumes explorés égaux y compris selon la direction longitu-

dinale.

Certains capteurs peuvent comporter plusieurs éléments de détec-

tion disposés transversalement sur le patin Les signaux de mesure initiaux fournis par les éléments de détection sont alors combinés pour

obtenir la couverture azimutale souhaitée.

Selon un autre aspect de l'invention, un dispositif de diagraphie pour l'étude des formations géologiques traversées par un sondage comprend un patin adapté à être déplacé contre la paroi d'un sondage à l'extrémité d'un câble Le patin comprend plusieurs capteurs alignés dans la direction longitudinale pour explorer le côté du sondage, les capteurs ayant des

profondeurs d'investigation radiales sensiblement égales et des couvertu-

res azimutales sensiblement égales Les résolutions longitudinales, les profondeurs d'investigation radiales et les couvertures azimutales des capteurs sont sélectionnées pour fournir, lors du déplacement du patin le

long du sondage, des signaux de mesure se rapportant à des volumes explo-

rés sensiblement égaux dont les dimensions sont de l'ordre de grandeur du pouce ( 2,5 cm) dans les directions longitudinale, radiale et azimutale du sondage. i 1 4 - Les capteurs comprennent, par exemple, un capteur sensible à la résistivité du volume exploré, un capteur sensible à la densité et à l'absorption photo-électrique de ce volume et un capteur sensible aux caractéristiques de propagation d'ondes électromagnétiques à haute

fréquence dans le volume exploré.

Dans un mode de réalisation préféré, le patin comprend un capteur

supplémentaire aligné avec les autres capteurs dans la direction longitu-

dinale du patin et adapté à détecter l'épaisseur du cake de boue et

l'écartement du patin par rapport à la paroi du puits.

Les signaux de mesure des capteurs peuvent être combinés pour élaborer des signaux représentatifs de caractéristiques pétrophysiques des formations. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront

d'ailleurs mieux de la description qui va suivre donnée à titre d'exemple

non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels:

la figure 1 est une vue schématique d'un dispositif de diagra-

phie selon l'invention représentée en position de fonctionnement dans un sondage;

la figure 2 est une vue de la face d'appui du patin du disposi-

tif de la figure 1; la figure 3 est une coupe longitudinale schématique selon la ligne 3-3 du capteur nucléaire du patin de la figure 2; la figure 4 est une coupe longitudinale d'une partie du patin de la figure 2 montrant un mode de réalisation de connexion entre capteurs; la figure 5 est une vue éclatée d'un autre mode de réalisation du patin de la figure 2; - la figure 6 est une coupe longitudinale d'une partie du patin de la figure 5 montrant un autre mode de réalisation de connexion entre capteurs; la figure 7 est une coupe transversale schématique selon la ligne 7-7 du patin de la figure 5;

la figure 8 est un diagramme simplifié des circuits électro-

niques utilisés dans le dispositif selon l'invention; et la figure 9 est un diagramme plus détaillé d'une partie des

circuits électroniques de la figure 8.

Dans la présente description, l'adjectif "longitudinal" est

utilisé pour désigner une direction parallèle à l'axe du puits et l'adjectif "radial" pour une direction perpendiculaire à cet axe et perpendiculaire à la paroi du puits L'adjectif "azimutal" est utilisé pour une direction perpendiculaire aux deux premières et tangente à la

paroi du puits.

En référence à la figure 1, un dispositif de diagraphie selon l'invention comprend un appareil de fond 10 suspendu dans un sondage 11 qui traverse des formations géologiques 13 L'appareil 10 est fixé à l'extrémité d'un câble 12 qui passe sur une poulie 14 pour venir s'enrouler sur un treuil de surface (non représenté) permettant de déplacer l'appareil de fond le long du sondage 11 Le câble 12 est connecté à un équipement de surface 18 utilisé pour envoyer des commandes électriques à l'appareil de fond 10 ainsi que pour recevoir, traiter, afficher et enregistrer les signaux de mesure provenant de cet appareil de fond.

L'appareil de fond 10 comprend un corps 15 dont une partie supé-

rieure 16 est une cartouche étanche contenant des circuits électroniques et dont une partie inférieure 17 est équipée d'un patin 20 adapté à venir en appui contre la paroi du sondage 11 Dans l'exemple représenté, la partie inférieure 17 du corps comporte un berceau 21 le long duquel vient 6 - se loger le patin 20 A la partie supérieure du berceau est articulé, autour d'un axe 22, un dispositif de commande 23 utilisé pour appliquer le

patin contre la paroi du sondage.

Le dispositif de commande 23 comprend une enveloppe étanche 24 contenant un ressort 25 qui repousse vers le bas une tige 26 qui émerge de la partie inférieure de l'enveloppe La tige 26 qui est normalement libre de se déplacer sous l'action du ressort 25 peut être amenée, au moyen d'un vérin hydraulique 27, dans une position haute pour laquelle le patin 20 est en position rétractée dans le berceau 21 Le vérin hydraulique 27 est actionné vers la position haute par du fluide hydraulique sous pression fourni par une pompe 28 logée par exemple dans la partie 17 du corps Une

électrovanne (non représentée) permet de relâcher la pression et de libé-

rer ainsi la tige 26 Un dispositif de compensation 29, comportant par exemple un piston flottant, maintient le fluide hydraulique à une pression

égale ou légèrement supérieure à celle du sondage.

Le patin 20 est articulé autour d'un axe 30 à la partie inférieu-

re du dispositif de commande 23 et comporte un axe d'articulation 31

autour duquel est monté pivotant un contre-bras 32 La tige 26 du disposi-

tif de commande 23 comprend à sa partie inférieure un ergot 33 qui s'enga-

ge dans une fente d'un prolongement coudé du contre-bras 32 Le ressort 25 repousse vers le bas la tige 26 qui écarte ainsi le contre-bras 32 jusqu'à ce que ce dernier vienne en contact sur une paroi du sondage et applique ainsi une face du patin 20 contre la paroi Une biellette 34 peut être prévue pour limiter l'écartement de la partie inférieure du patin par

rapport au bas du berceau 21.

Le patin 20 comprend une tête supérieure 40 et une série de capteurs 4245 connectés mécaniquement et électriquement les uns aux autres La tête supérieure est reliée mécaniquement au dispositif de commande 23 par l'axe 30 et électriquement aux circuits électroniques de la cartouche supérieure 16 du corps 15 par une connexion souple 46 Les différents capteurs 42-45 portent des moyens de détection disposés les uns en dessous des autres sur la face du patin qui vient en appui contre la

paroi du sondage comme représenté sur la figure 2.

7 -

L'appareil de fond 10 comprend de préférence un détecteur d'accé-

lération connu 35 fixé au dessus de la cartouche 16 pour fournir des signaux indicatifs des déplacements du patin 20 le long du sondage Ces signaux sont envoyés en surface pour une correction précise de profondeur

des signaux de mesure fournis par les différents capteurs 42-45 En répon-

se aux déplacements détectés du patin, les signaux de mesure sont recalés

longitudinalement pour se rapporter à un même niveau.

Le capteur 42 est un capteur sensible aux caractéristiques de

propagation d'ondes électromagnétiques hyperfréquence dans les formations.

Ce capteur est connu des spécialistes sous la dénomination "EPT" et décrit notamment dans le brevet américain US 3 944 910 Ce capteur émet une onde électromagnétique hyperfréquence par exemple à 1,1 G Hz et reçoit de l'énergie électromagnétique sur deux antennes espacées axialement pour élaborer deux signaux de mesure représentatifs de l'atténuation Att et du temps de parcours Tpl de l'onde électromagnétique La technique utilisée pour obtenir ces signaux de mesure est décrite notamment dans l'article intitulé "Electromagnetic Propagation Logging, Advance in Technique and

Interprétation" de R Vharton et al, SPE 9267 ( 1980) La constante diélec-

trique et la conductivité haute fréquence dénommée s' EPT et SEPT peuvent

être calculées à partir des signaux Tpl et Att.

Dans l'exemple représenté, le capteur 42 est équipé de deux antennes émettrices 55 et 56 et de deux antennes réceptrices 57 et 58 reliées à des circuits électroniques tels que décrits dans l'article

mentionné précédemment afin de fournir les signaux Tpl et Att La résolu-

tion longitudinale de ce capteur qui dépend de la distance entre les antennes 57 et 58 est environ de 2 pouces ( 5 cm) Sa résolution azimutale

et sa profondeur d'investigation radiale sont aussi d'environ 2 pouces.

Les signaux de mesure obtenus se rapportent donc à un volume exploré dont

les dimensions sont d'environ deux pouces dans les directions longitudina-

le, azimutale et radiale.

Le capteur 43 est un capteur de microrésistivité focalisé du type décrit dans la demande de brevet européen O 384 823 publiée le 29 août 1990 La face en appui contre la paroi comprend des électrodes de mesure , 61 a, 61 b, 62 a, 62 b, 63 et 64, un système de focalisation actif formé 8 - par deux électrodes de contrôle 65 et deux électrodes de focalisation 66, et un système de focalisation passif formé par une électrode de garde 67

en forme de I qui entoure l'électrode de mesure 60.

Comme expliqué dans la demande de brevet européen mentionnée

ci-dessus, les électrodes sont reliées à des circuits électroniques appro-

priés destinés à mettre en oeuvre les fonctions suivantes:

émettre un courant de mesure Io entre chaque électrode de mesu-

re et l'arrière du capteur 43 qui sert de retour de courant, détecter la différence de potentiel entre l'électrode de garde 67 et la paire d'électrode de contrôle 65, asservir le courant de focalisation émis par la paire d'électrodes 66 de facon que la différence de potentiel détectée reste sensiblement nulle, et émettre un courant de garde à partir de l'électrode 67 pour que le potentiel des électrodes de mesure soit égal à celui de l'électrode de garde. En maintenant constante la différence de potentiel V Ref entre

l'électrode de retour de courant et les électrodes de mesure et en mesu-

rant chacun des courants I émis par ces dernières, on obtient des signaux V Ref /Io représentatifs de la résistivité Rxo de zones proches de la paroi

du sondage situées en regard de chaque électrode de mesure Chaque élec-

trode de mesure 60, 61 a, 61 b, 62 a, 62 b, fournit un signal de mesure initial dont la profondeur d'investigation radiale est voisine de 2 pouces La résolution longitudinale et azimutale est gouvernée par les

dimensions de l'électrode et peut atteindre un minimum de 1,3 mm.

En combinant les signaux obtenus sur les électrodes de mesure alignées transversalement 60, 61 a, 61 b, 62 a, 62 b, on élabore un signal de mesure combiné qui correspond à une zone explorée dont la couverture azimutale est d'environ 2 pouces ( 5 cm) En combinant les signaux obtenus à plusieurs emplacements du sondage le long de la direction longitudinale, on élabore un signal de mesure combiné final qui correspond à une zone explorée dont la dimension longitudinale est d'environ 2 pouces ( 5 cm) de même que ses dimensions azimutale et radiale La résolution longitudinale et la couverture azimutale souhaitées d'environ 2 pouces peuvent aussi 9 être obtenues par une électrode de mesure unique ayant des dimensions plus

élevées dans les directions azimutale et longitudinale.

On préfère toutefois utiliser une rangée d'électrodes de faibles dimensions pour élaborer des signaux de mesure initiaux qui, après enregistrement, fournissent une image de la paroi du sondage sur une

largeur correspondant à la couverture azimutale du capteur 43.

Le capteur 44 est un capteur nucléaire sensible à la densité et à l'absorption photo-électrique de la zone adjacente à la paroi du sondage

suivant la technique décrite dans le brevet américain US-4 958 073.

En référence à la figure 3, ce capteur comprend, dans une enveloppe 69, une source 70 non collimatée de rayons gamma qui peut être une source classique au césium 137 Un premier détecteur à scintillation 71, formé d'un cristal 72 optiquement couplé à un photomultiplicateur 73, est disposé à une distance très proche de la source 70 pour détecter les rayons gamma rétro-diffusés dans les formations Un écran 74, par exemple en uranium, est interposé entre la source 70 et le détecteur 71 pour

protéger ce dernier des rayons gamma provenant directement de la source.

L'écran 74 comporte un passage incliné 78 qui a pour but de collimater le

détecteur 71 c'est-à-dire de limiter l'angle solide sous lequel ce détec-

teur examine les formations Une fenêtre 75 en béryllium avec une protec-

tion extérieure de carbone assure une bonne transmission des rayons gamma

tout en résistant à la pression des fluides du forage.

Un deuxième détecteur 76 est formé d'un cristal à scintillation 77 optiquement couplé à un photomultiplicateur 80 et disposé en face d'une fenêtre 81 en béryllium et carbone Le deuxième détecteur 76 est situé à

une distance plus éloignée de la source que le premier détecteur par exem-

ple environ 15 cm Les cristaux 72 et 77 peuvent être des cristaux d'orthosilicate de gadolinium dopé au cérium (GSO) afin d'améliorer les

taux de comptage Les détecteurs 71 et 76 sont reliés à des circuits élec-

troniques qui ont pour fonction de détecter les rayons gamma reçus pour plusieurs fenêtres d'énergie et traiter les taux de comptage obtenus pour élaborer des signaux indicatifs de la densité Rhob et de l'absorption

photo-électrique Pef d'une zone adjacente à la paroi du sondage.

- La géométrie du capteur est choisie de façon que sa profondeur d'investigation radiale et sa résolution azimutale soient environ égales à 2 pouces ( 5 cm) Dans la direction longitudinale, la zone explorée est trop longue Une déconvolution est appliquée aux réponses des détecteurs pour obtenir un signal de mesure corrigé dont la résolution longitudinale est

ramenée par traitement à environ 2 pouces ( 5 cm).

Le capteur 45 est un capteur acoustique pour mesurer l'écartement

du patin de la paroi, l'épaisseur du cake de boue et l'impédance acousti-

que des formations à proximité de la paroi du sondage Ce capteur comprend un transducteur piézoélectrique 83 pour émettre des impulsions ultrasonores et recevoir les échos de ces impulsions Cette technique est décrite dans le brevet US 4 692 908 Pour chaque impulsion, l'onde reçue est analysée pour fournir l'amplitude et le temps de transit de l'écho de formation et de l'écho sur le cake de boue Des circuits électroniques appropriés sont reliés au transducteur pour effectuer ces opérations Ce capteur peut comprendre plusieurs transducteurs ultrasonores afin d'obtenir des informations d'écartement et d'épaisseur de cake de boue en

plusieurs emplacements du patin.

Ces informations sont importantes car elles servent à connaître avec plus de précision la zone explorée en face du patin et notamment l'épaisseur de boue de forage (contact plus ou moins bon du patin contre

la paroi) et de cake de boue qui sont contenus dans cette zone.

L'épaisseur du cake de boue permet de corriger les réponses de certains capteurs et en particulier celle du capteur nucléaire 44 qui est particulièrement sensible à ce cake Le capteur 45 peut aussi comprendre une rangée de transducteurs ultrasonores disposés selon la direction azimutale pour fournir une image de la paroi du sondage sur une largeur

correspondant à la couverture azimutale des autres capteurs.

Les principales caractéristiques pétrophysiques des formations que l'on cherche à déterminer pour l'exploration pétrolière sont la teneur en argile, la porosité et la saturation en fluide des formations Comme on l'a expliqué précédemment, le dispositif selon l'invention fournit un ensemble de mesures physiques Att, Tpl, Rxo, Rhob et Pef se rapportant à une même zone de formation située au voisinage de la paroi du sondage, il - d'un côté de celui-ci et dont les dimensions longitudinale, radiale et azimutale sont d'environ 2 pouces ( 5 cm) La combinaison de ces mesures cohérentes permet d'obtenir les caractéristiques pétrophysiques ci-dessus, dans la zone explorée finement définie, même dans des cas difficiles de formations argileuses ou de lithologie complexe Ces caractéristiques pétrophysiques peuvent être obtenues en combinant les signaux de mesure au moyen d'un ordinateur programmé selon des techniques connues de l'homme de

l'art et inclus dans l'équipement de surface 18.

En effet, en ce qui concerne la lithologie, les mesures du capteur EPT et celles du capteur nucléaire se complètent pour permettre de discriminer trois types de roche tels que grès, calcaires et dolomies, le capteur EPT étant sélectivement sensible aux calcaires et aux grès tandis que le capteur nucléaire est plus apte à discriminer les dolomies Au

point de vue argilosité, le capteur nucléaire et le capteur de microrésis-

tivité fournissent deux mesures indicatrices de la teneur en argile Au point de vue saturation en fluide, le capteur EPT complète le capteur de microrésistivité pour la détermination du contenu en fluide de la zone

envahie, de la teneur en argile et éventuellement du facteur de cimenta-

tion m.

Le choix des trois capteurs nucléaire, microrésistivité et EPT, associé à un capteur ultrasonore pour des renseignements complémentaires

sur l'écartement du patin et le cake de boue, constitue ainsi une combi-

naison judicieuse pour l'évaluation à haute résolution des formations.

Dans certains cas de formations propres, c'est-à-dire non argileuses, ou de lithologies simples, il est possible de réduire le nombre de capteurs et de remplacer l'un d'entre eux par un capteur factice Le dispositif

selon l'invention autorise cette possibilité.

Les capteurs 42-45 sont reliés entre eux par des connexions

mécaniques et électriques de façon à former un ensemble patin modulaire.

Un ou plusieurs de ces capteurs peut être supprimé ou remplacé par un capteur factice afin de n'effectuer qu'une partie des mesures précédemment décrites Le patin peut ainsi être rapidement adapté aux conditions

locales ou aux demandes particulières du maître d'oeuvre du sondage.

12 - Un exemple de connexion entre capteurs est décrit sur la figure 4 Un capteur supérieur comprend une enveloppe tubulaire 90 adaptée à être connectée à l'enveloppe tubulaire 91 d'un capteur inférieur L'enveloppe 91 du capteur inférieur a une partie supérieure 92 moins épaisse sur laquelle est monté tournant un collier de fixation 93 ayant un filetage

extérieur adapté à se visser dans un taraudage correspondant de l'envelop-

pe 90.

Le collier de fixation 93 est maintenu longitudinalement sur l'enveloppe 91 par deux demi-bagues 94 qui s'engagent dans une rainure

annulaire 95 de la partie supérieure 92 de l'enveloppe 91 Les deux demi-

-bagues 94 sont elles mêmes maintenues en place par un jonc élastique fendu Le haut de la partie supérieure 92 porte sur sa face extérieure une

gorge longitudinale de détrompage 96 et est fermée par une cloison trans-

versale 100 qui porte des connecteurs électriques femelles 101 Dans l'enveloppe 90 du module supérieur est fixée une cloison transversale 102 qui porte des connecteurs électriques mâles 103 adaptés à s'engager dans les connecteurs femelles 101 La cloison transversale 102 se prolonge vers le bas par une languette 97 qui s'engage dans la gorge longitudinale 96

afin d'aligner les connecteurs mâles et les connecteurs femelles.

En vissant le collier de fixation 93 dans l'enveloppe 90 du capteur supérieur on connecte ainsi électriquement et mécaniquement les deux capteurs Les circuits électroniques des deux capteurs sont reliés respectivement aux connecteurs électriques 101 et 103 par des fils de connexion 104 et 105 Des joints toriques 106 et 107 sont montés sur la partie supérieure 92 afin d'assurer l'étanchéité entre les enveloppes 90

et 91 des capteurs.

Les figures 5 à 7 représentent un autre mode de réalisation plus

compact du patin de la figure 2 et notamment des connexions entre cap-

teurs Le patin comprend une tête supérieure 110, des anneaux de fixation 111, des enveloppes de capteurs 112 et 113 et une tête inférieure 114 La connexion entre la tête supérieure et le capteur supérieur 112 et celle

située entre le capteur inférieur et la tête inférieure 114 sont similai-

res à la connexion entre deux capteurs successifs représentée sur la figure 6 L'anneau de fixation 111 est formé par une partie médiane Mlla 13 - prolongée vers le haut et vers le bas par des parties lllb et ll Mc de diamètre extérieur plus faible Dans la face externe de chaque partie amincie lllb et lllc sont découpées deux gorges périphériques adaptées à

recevoir des joints toriques 115 et 116.

L'extrémité inférieure de l'enveloppe 112 comporte une découpe interne adaptée à recevoir la partie amincie 111 b de l'anneau 111 et se prolonge vers le bas par deux jupes 117 et 118, d'épaisseur encore plus

faible, qui viennent coiffer la partie médiane Mla de l'anneau de fixa-

tion 111 L'enveloppe 112 est fixée à l'anneau 111 par des vis 120 qui

traversent les jupes 117 et 118.

L'extrémité supérieure de l'enveloppe inférieure 113 est réalisée comme l'enveloppe supérieure 112 pour s'emboîter de façon étanche sur l'anneau 111 Cette extrémité se prolonge vers le haut par deux jupes 121 adaptées à venir s'intercaler entre les jupes 117 et 118 de l'enveloppe 112 lorsqu'on emboîte l'enveloppe 113 sur l'anneau 111 Des vis 122 traversent les jupes 121 pour fixer l'enveloppe 113 sur l'anneau de fixation 111 Ce dispositif verrouille longitudinalement et en rotation les enveloppes de deux capteurs adjacents tout en permettant un montage rapide des capteurs et en autorisant des changements ou des suppressions

de capteurs Les liaisons électriques d'un capteur à l'autre sont réali-

sées par des fils isolés souples 123 reliés par des connecteurs 124.

La face de chaque enveloppe 112, 113 en contact avec la paroi du sondage est équipée de pièces courbes 125 et 126 qui donnent la courbure désirée à cette face d'appui Les bords des pièces courbes 125 et 126 de deux capteurs adjacents sont longitudinalement disposés très près l'un de l'autre de façon que la face d'appui du patin soit pratiquement continue.

Des longerons 127 fixés par des vis 128 aux têtes supérieure et inférieure peuvent être prévues pour rigidifier le patin Des tubes 129 sont de préférence montés entre la tête supérieure 110 et la tête inférieure 114

pour l'installation de liaisons électriques directes entre ces deux têtes.

Ce mode de réalisation du patin permet de connecter d'autres appareils de diagraphie en dessous du patin 20 Ce patin est alors suffisamment rigide

pour que l'on puisse envisager de supprimer le berceau 21.

14 - La figure 8 est une représentation schématique des circuits

électroniques utilisés dans l'appareil de fond 10 Ces circuits compre-

nnent un processeur numérique (DSP) principal 130 qui commande le fonctionnement de processeurs numériques esclaves 131-1 à 131-5 associés aux différents capteurs Le processeur principal 130 est relié par une

interface 132 à des circuits de télémesure 133 adaptés à recevoir et démo-

duler les signaux reçus de l'équipement de surface 18 ainsi qu'à moduler

et transmettre les informations provenant des capteurs.

Le processeur principal 130 est relié aux processeurs esclaves par une liaison bi-directionnelle 134 La communication du processeur principal vers les esclaves concerne des commandes principalement reçues de la surface La communication des esclaves vers le processeur principal transmet toutes les données de mesure acquises par les capteurs Chaque processeur esclave construit un message contenant les informations qui se rapportent à une mesure Le processeur principal fait office de tampon et de gestionnaire des messages pour leur transfert vers la surface Le

protocole de communication dépend du choix du processeur.

Dans l'exemple, la liaison 134 comprend quatre conducteurs Deux conducteurs servent l'un à émettre des blocs de données "descendants" du processeur principal vers les esclaves et l'autre à recevoir des blocs de données "montants" provenant des processeurs esclaves Un troisième conducteur transmet aux esclaves des impulsions d'horloge Le quatrième porte un signal de synchronisation utilisé pour identifier le début de

chaque bloc de données transmis sur les deux premiers conducteurs.

Chaque bloc est formé d'un nombre déterminé de mots (par exemple 32) Chaque processeur esclave est programmé de façon à recevoir certains des mots d'un bloc "descendant", identifiés par leur temps d'arrivée et à ignorer les autres mots De même, chaque processeur est programmé pour émettre certains mots d'un bloc "montant" et pour être désactivé pour les intervalles de temps correspondant aux autres mots Le type de processeur

numérique est choisi pour autoriser une programmation souple des proces-

seurs esclaves, le nombre et l'ordre des mots affectés à un processeur esclave pouvant être choisis en fonction des besoins et de façon non séquentielle. - Au moins un processeur esclave est associé à chaque capteur, plusieurs processeurs pouvant être associés à un même capteur comme par exemple les processeurs 131-2 et 131-3 qui sont tous deux affectés au capteur nucléaire 44 En plus d'un processeur esclave 131-i, chaque module de mesure comprend un circuit de traitement analogique 134i relié à un convertisseur analogique-numérique 135-i commandé par un circuit de commande numérique 136-i La sortie numérique de chaque convertisseur

analogique-numérique 135-i est reliée au processeur correspondant 131-i.

Chaque circuit de traitement analogique 134-i effectue des opéra-

tions spécifiques nécessaires pour le fonctionnement de chaque capteur comme décrit précédemment, sous la commande de signaux provenant d'une suite de registres à décalage 137-i à sorties parallèles Les registres à décalage 137-i sont reliés en série, par l'intermédiaire d'une ligne 139, avec une suite correspondante de registres à décalage 138-i à entrées parallèles, situés dans les processeurs esclaves 131-i de façon à former une liaison de type navette entre chaque processeur esclave et son circuit de traitement analogique associé Les circuits 134-i et 137- i peuvent être situés dans le patin tandis que les autres circuits 130, 132, 133 et 131-i, 135-i, 136-i sont disposés dans la cartouche étanche 16 de l'appareil Bien entendu la répartition des circuits entre le patin et la cartouche pourrait être différente Pour un ou plusieurs capteurs on peut, si la place à l'intérieur d'un support de capteur le permet, disposer davantage de circuits électroniques dans le patin comme par exemple le

processeur numérique 131-i lui-même et le convertisseur analogiquenuméri-

que 135-i Une telle disposition réduit le nombre de connexions électri-

ques entre la cartouche et le patin et surtout le nombre de transferts de

signaux analogiques entre eux.

La liaison-navette permet avec un minimum de connecteurs, de

transmettre les commandes de chaque processeur esclave au capteur corres-

pondant Cette liaison permet aussi de recevoir des signaux d'indication

d'état des capteurs.

En référence à la figure 9, on a représenté les parties de circuits électroniques formant la liaison-navette En particulier, les parties se rapportant au processeur esclave 131-1 et aux circuits associés i 16 - du capteur ultrasonore La liaison-navette comprend une chaîne bouclée de registres à décalage dans laquelle les sorties de données (DO) d'un registre sont reliées, par la ligne 139 aux entrées de données (DI) du registre suivant Le registre 138-1 du processeur esclave 131-1 comprend en réalité deux registres à décalage 140-1 et 141-1 et le registre 137-1

est formé de deux registres à décalage 142-1 et 143-1.

Le processeur principal 130 élabore un signal de cadencement MSYNC sur une ligne 144 et un signal d'horloge SHLCK sur une ligne 145 Le signal MSYNC donne la cadence à laquelle les données sont mises à jour que ce soit des données de commande vers les capteurs ou des données d'état en provenance des capteurs Le signal SHLCK décale les données d'un registre à décalage tel que 140-1 à un registre associé tel que 142-1 Le signal SHLCK décale aussi, en même temps, les données d'un registre tel que 143-1 au registre associé 141-1 du processeur correspondant 131- 1 Le nombre d'impulsions successives SHLCK est donc égal à la moitié du nombre total

de bits de la chaîne de registres 140-i, 141-i, 142-i et 143-i.

Chaque processeur esclave tel que 131-1 comprend de plus une mémoire tampon d'entrée 146-1 reliée à l'entrée parallèle du registre

-1, et deux mémoires tampon de sortie 147-1 et 148-1 reliées respecti-

vement aux sorties parallèles des registres 140-1 et 141-1 Le transfert des données de commande s'effectue par exemple grâce à quatre impulsions MSYNC Tl à T 4 appliquées successivement à l'entrée d'écriture (LD) de la mémoire tampon 146-1, à l'entrée de charge (PL) du registre 140-1 à l'entrée de décharge (LD) du registre 142-1 et à l'entrée d'écriture (LD)

de la mémoire tampon 147-1.

Entre chaque impulsion MSYNC et la suivante, est émise une série d'impulsion SHLCK L'impulsion Tl charge la commande dans la mémoire tampon 146-1, et l'impulsion T 2 charge la commande dans le registre 140- 1 après quoi cette commande est transférée dans le registre 142-1 par les impulsions SHLCK L'impulsion T 3 décharge la commande vers le circuit de traitement analogique du capteur Après un autre transfert jusqu'au registre 140-1 par les impulsions SHLCK, la commande est chargée dans la mémoire tampon de sortie 147-1 par l'impulsion T 4 On peut ainsi vérifier que la commande a correctement été transférée le long de la liaison 17 navette La mémoire tampon de sortie 148- 1 reçoit, par un processus similaire, les données d'état concernant le capteur, lesquelles ont été chargées dans le registre 143-1 puis transférées dans le registre 141-1 du

processeur esclave 131-1.

Les circuits électroniques précédemment décrits constituent une architecture qui rend les capteurs indépendants les uns des autres et permet de remplacer un capteur du patin par un capteur factice ou même de remplacer un capteur par un autre capteur adapté à mesurer un paramètre physique différent sans pour autant perturber le fonctionnement des capteurs restants Le dispositif selon l'invention peut donc être adapté à mesurer des combinaisons différentes de paramètres physiques suivant les

conditions ou exigences locales rencontrées Les connexions rapides inter-

capteurs facilitent encore le remplacement d'un capteur par un autre.

18 -

Claims (14)

REVENDICATIONS

1 Procédé de diagraphie pour l'étude des formations géologiques ( 13) traversées par un sondage ( 11), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: élaborer des signaux de mesure représentatifs d'une pluralité de paramètres physiques des formations au moyen de capteurs ( 42, 43, 44) alignés, dans la direction longitudinale du sondage, sur un patin ( 20) déplacé contre la paroi du sondage, les signaux de mesure se rapportant à des volumes explorés sensiblement égaux ayant des dimensions sélectionnées de l'ordre de grandeur du pouce ( 2,5 cm) dans les directions longitudinale, radiale et azimutale du sondage; détecter le déplacement du patin ( 20) le long du sondage; et produire, en réponse au déplacement détecté, des signaux de mesure recalés longitudinalement se rapportant à une même zone de formation

située sur le côté du sondage et ayant un volume égal au volume exploré.

2 Procédé de diagraphie selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape d'élaboration des signaux de mesure comprend les étapes suivantes: appliquer contre la paroi du sondage, des capteurs ayant des

profondeurs d'investigation radiales et des couvertures azimutales sensi-

blement égales aux dimensions sélectionnées, pour élaborer des signaux de mesure initiaux; et combiner les signaux de mesure initiaux fournis à plusieurs emplacements le long du sondage par le ou les capteurs dont la résolution longitudinale ne correspond pas à la dimension longitudinale sélectionnée pour obtenir lesdits signaux de mesure se rapportant à des volumes explorés

sensiblement égaux.

3 Procédé de diagraphie selon la revendication 1 ou 2, caractéri-

sé en ce qu'on élabore, au moyen d'au moins un desdits capteurs des signaux

adaptés à fournir une image de la paroi du sondage sur une largeur corres-

pondant sensiblement à la couverture azimutale de ce capteur.

19 -

4 Procédé de diagraphie selon l'une des revendications 1 à 3,

caractérisé en ce qu'on élabore, au moyen desdits capteurs:

des signaux de mesure sensibles à la résistivité (Rxo) du volu-

me exploré; et des signaux de mesure sensibles à la densité (Rhob) et à

l'absorption photo-électrique (Pef) du volume exploré.

Procédé de diagraphie selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'on élabore en outre, au moyen desdits capteurs: des signaux de mesure sensibles à des caractéristiques de propagation (Tpl, Att) d'ondes électromagnétiques à haute fréquence dans le

volume exploré.

6 Procédé de diagraphie selon l'une des revendications 1 à 3,

caractérisé en ce qu'on élabore, au moyen desdits capteurs:

des signaux de mesure sensibles à la résistivité (Rxo) du volu-

me exploré; et des signaux de mesure sensibles à des caractéristiques de propagation (Tpl, Att) d'ondes électromagnétiques à haute fréquence dans le

volume exploré.

7 Procédé de diagraphie selon l'une des revendications 1 à 6,

caractérisé en ce que l'on élabore en outre des signaux de mesure sensibles à l'écartement dudit patin de la paroi du sondage et à l'épaisseur du cake de boue, au moyen d'un capteur supplémentaire aligné sur ledit patin avec

lesdits capteurs adaptés à explorer ledit volume.

8 Procédé de diagraphie selon l'une des revendications 1 à 7,

caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'étape de combiner lesdits

signaux de mesure provenant des différents capteurs pour fournir des carac-

téristiques pétrophysiques de la zone de formation explorée.

9 Procédé de diagraphie selon l'une des revendications 1 à 8,

caractérisé en ce que l'étape d'élaboration des signaux de mesure consiste

à produire des signaux se rapportant à un volume exploré dont les dimen-

sions sont d'environ deux pouces ( 5 cm) dans chacune des directions longitu-

dinale, radiale et azimutale du sondage.

- Procédé de diagraphie pour l'étude des formations géologiques traversées par un sondage, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: appliquer, contre un côté du sondage, un patin ( 20) comprenant un premier capteur ( 43) sensibles à la résistivité (Rxo) des formations, un

deuxième capteur ( 44) sensible à la densité (Rhob) et à l'absorption photo-

électrique (Pef) des formations, et un troisième capteur ( 42) sensible à des caractéristiques de propagation (Tpl, Att) d'ondes électromagnétiques à haute fréquence des formations, lesdits capteurs étant alignés selon la direction du sondage et ayant des profondeurs d'investigation radiales sensiblement égales et des couvertures azimutales sensiblement égales, toutes de l'ordre de grandeur du pouce ( 2 5 cm); et déplacer ledit patin ( 20) le long du sondage pour élaborer, au moyen des capteurs, des signaux de mesure se rapportant à des volumes explorés sensiblement égaux dont la dimension longitudinale est également de l'ordre de grandeur du pouce ( 2 5 cm) de façon que les signaux de mesure, combinés entre eux, fournissent une détermination de caractéristiques pétrophysiques dans une zone de formation ayant pour volume le volume exploré. 11 Procédé de diagraphie selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'étape d'élaborer une pluralité de signaux d'imagerie au moyen d'un réseau d'électrodes disposées sur le premier capteur selon une direction azimutale du patin afin de fournir une image

électrique de la paroi du sondage contre laquelle vient en appui le patin.

12 Dispositif de diagraphie pour l'étude des formations géologi-

ques ( 13) traversées par un sondage ( 11) comprenant un patin allongé ( 20) adapté à être déplacé contre la paroi d'un sondage à l'extrémité d'un câble ( 12), caractérisé en ce que: ledit patin ( 20) comprend plusieurs capteurs ( 42, 43, 44) alignés dans la direction longitudinale du patin pour explorer ledit côté du sondage, lesdits capteurs ayant des profondeurs d'investigation radiales sensiblement égales et des couvertures azimutales sensiblement égales; les résolutions longitudinales, les profondeurs d'investigation radiales et les couvertures azimutales des capteurs étant adaptées à fournir, lors du déplacement du patin le long du sondage, des signaux de mesure se 21 rapportant à des volumes explorés sensiblement égaux ayant des dimensions sélectionnées de l'ordre de grandeur du pouce ( 2,5 cm) dans les directions

longitudinale, radiale et azimutale du sondage.

13 Dispositif de diagraphie selon la revendication 12, caractérisé en ce que lesdits capteurs comprennent: un premier capteur ( 43) sensible à la résistivité (Rxo) du volume exploré; et un deuxième capteur ( 44) sensible à la densité (Rhob) et à

l'absorption photo-électrique (Pef) du volume exploré.

14 Dispositif de diagraphie selon la revendication 13, caractéri-

sé en ce qu'il comprend:

une rangée d'électrodes ( 60,61,62) disposées selon une direc-

tion azimutale sur ledit patin ( 20) pour émettre des courants électriques dans la paroi du sondage; des moyens pour élaborer des signaux initiaux représentatifs des résistivités des zones traversées par lesdits courants électriques; et des moyens pour combiner les signaux initiaux obtenus à plusieurs emplacements le long du sondage afin de produire des signaux de mesure se rapportant à des volumes explorés sensiblement égaux dans les

directions longitudinale et azimutale du sondage.

Dispositif de diagraphie selon la revendication 14, caractéri-

sé en ce qu'il comprend en outre des moyens pour enregistrer lesdits signaux initiaux afin de produire une image électrique de la paroi du

sondage sur laquelle vient en appui ledit patin.

16 Dispositif de diagraphie selon l'une des revendications 13 à

, caractérisé en ce que lesdits capteurs comprennent de plus: un troisième capteur ( 42) sensible aux caractéristiques de propagation d'ondes électromagnétiques hyperfréquence dans le volume exploré.

17 Dispositif de diagraphie selon l'une des revendications 12 à

16, caractérisé en ce qu'il comprend un capteur supplémentaire ( 45) sensi-

ble à l'écartement dudit patin ( 20) de la paroi du sondage et à l'épaisseur 22 - du cake de boue, ledit capteur étant aligné longitudinalement sur ledit

patin avec lesdits capteurs ( 42, 43, 44) adaptés à explorer le même volume.

18 Dispositif de diagraphie selon l'une des revendications 12 à

17, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour combiner les signaux

de mesure desdits capteurs ( 42, 43, 44) pour élaborer des signaux représen-

tatifs de caractéristiques pétrophysiques de la zone de formation explorée.