FR2870288A1 - Imagerie des formations en cours de forage dans des fluides non-conducteurs - Google Patents
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Abstract
Un outil de résistivité pour étudier une paroi d'un trou de sonde foré avec une boue non-conductrice comprend un corps d'outil (310) adapté pour être incorporé dans un ensemble outil de diagraphie en cours de forage; un capteur de résistivité (300) placé sur le corps d'outil (310), dans lequel le capteur de résistivité (300) est constitué d'un patin de capteur (304) supportant une électrode d'injection de courant (301), une électrode de retour de courant (302) et un ensemble d'électrodes de mesure (303); et un circuit pour contrôler l'injection de courant à partir de l'électrode d'injection de courant (301) et pour mesurer la différence de tension entre les électrodes dans l'ensemble d'électrodes de mesure (303), dans lequel l'électrode d'injection de courant (301) et l'électrode de retour de courant (302) sont placées à proximité des extrémités opposées du patin de capteur (304) et l'ensemble d'électrodes de mesure (303) est placé entre l'électrode d'injection de courant (301) et l'électrode de retour de courant (302), dans lequel le patin de capteur (304) est construit en un matériau isolant et comprend un élément de blindage conducteur (305), ou dans lequel le patin de capteur (304) est construit en un matériau conducteur et comprend des sections isolantes autour des électrodes.
Description
PAGE 1
IMAGERIE DES FORMATIONS EN COURS DE FORAGE
DANS DES FLUIDES NON-CONDUCTEURS
Référence croisée avec des demandes pertinentes Ceci revendique priorité sur la demande PCT/EP01/03718 déposée le 29 mars 2001 et revendique priorité sur la demande française n FR20000004527 déposée le 7 avril 2000.
Antécédents de l'invention Domaine de l'invention L'invention concerne en général la diagraphie des puits utilisant un outil de résistivité; plus particulièrement, elle concerne la diagraphie de résistivité en cours de forage dans un puits foré avec une boue non-conductrice.
Art antérieur En termes généraux, dans le but d'explorer des dépôts d'hydrocarbures, il est fortement désirable d'obtenir une connaissance précise des caractéristiques de la formation géologique à différentes profondeurs du trou de sonde. Nombre de ces caractéristiques ont des structures très fines, par ex. stratifications, éléments, caractéristiques des pores, cassures, etc. À titre d'exemple, les orientations, la densité et la longueur des cassures jouent un rôle important dans les caractéristiques dynamiques d'une roche réservoir.
Pendant de nombreuses années, il n'a été possible de déterminer de telles fines caractéristiques qu'en analysant des carottes de forage prélevées en cours de forage du trou PAGE 2 de sonde. Cependant, le prélèvement de telles carottes est une technique qui est extrêmement onéreuse, et son utilisation demeure relativement exceptionnelle.
Le brevet EP-0 110 750, ou le brevet U.S. n 4.567.759 correspondant, délivré à Ekstrom et al., décrit une technique pour produire une image de la paroi d'un trou de sonde qui consiste en la génération de signaux caractéristiques à des intervalles de temps réguliers représentatifs d'une mesure avec une résolution spatiale élevée d'une certaine caractéristique de la paroi, la mesure de la profondeur du trou à laquelle correspondent les signaux caractéristiques avec une précision du même ordre de grandeur que la résolution spatiale des signaux caractéristiques, et la conversion des signaux représentant la caractéristique en une fonction linéaire de la profondeur du trou de sonde avec une échelle de couleurs associée aux valeurs des signaux convertis afin de former une image visuelle.
Cette technique d'imagerie est réalisée plus particulièrement avec un outil d'étude de la conductivité de la formation, tel que décrit par exemple dans le brevet EP-0 071 540, ou son brevet U.S. n 4.468.623 correspondant, délivré à Gianzero et al., qui est capable de détecter des caractéristiques avec une résolution de l'ordre du millimètre. Ce type d'outil comporte une série d'électrodes de contrôle, également dénommées boutons , placées sur un patin conducteur appliqué contre la paroi du trou de sonde. Une source de courant constante applique une tension à chaque bouton et à la surface conductrice du patin de manière à ce que des courants de mesure soient injectés dans la formation PAGE 3 perpendiculairement à la paroi. Un retour est assuré pour le courant par le biais d'une électrode située à proximité de la surface, ou dans la mesure du possible sur une autre partie de l'outil. Le patin est déplacé le long du trou de sonde et les courants discrets associés à chaque bouton sont proportionnels à la conductivité du matériau en face des boutons.
En application de l'enseignement du brevet U.S. n 4.567.759, délivré à Ekstrom et al., les signaux sont modifiés par élimination des effets tels que les variations de la vitesse de l'outil et les perturbations dues aux variations de l'environnement de l'outil, tels qu'amplifiés et affichés de manière qui est proche de la fourniture d'une image visuelle de l'intérieur du trou.
Cette technique d'imagerie a été très utile au cours des dernières années quand elle est utilisé dans des trous de sonde forés avec une boue de forage conductrice telle qu'une boue à base d'eau ou une boue de type émulsion d'huile dans l'eau. Cependant, avec des boues ayant une phase continue non-conductrice, telles que les boues à base d'huile ou les boues de type émulsion d'eau dans l'huile, les images obtenues sont de très mauvaises qualité. Ces mauvais résultats sont en général attribués à l'interférence due à la présence d'une couche de boue non-conductrice, ou d'une couche de boue et d'un cake de boue, interposée entre les boutons et la formation testée. Puisque l'épaisseur de la couche de boue varie en particulier comme une fonction de la rugosité de la paroi, les variations des courants résultants PAGE 4 peuvent masquer complètement toute variation de courant due à la formation mesurée.
D'autres techniques adressent les mesures dans une boue non-conductrice, en particulier le brevet U.S. n 6.191.588 qui dévoile un outil d'étude de la conductivité des formations qui utilise un patin non-conducteur et des boutons qui forment des électrodes de tension au lieu d'électrodes de courant comme décrit au brevet U.S. n 4.468.623. Les électrodes d'injection de courant sont situées à l'écart du patin, ou dans une variante préférée, directement aux extrémités de celui-ci. Dans tous les cas, les deux injecteurs sont placés de telle manière que le courant traverse la formation essentiellement parallèlement au patin et circule par conséquent de préférence essentiellement orthogonalement aux limites des couches. Dans de telles conditions, la différence de potentiel entre deux boutons est proportionnelle à la résistivité du matériau en face des boutons.
Le brevet U.S. n 6.191.588 spécifié ci-dessus recommande l'utilisation de CC, ou de CA à très basse fréquence, de manière à ce que la résistivité du patin soit beaucoup plus importante que la résistivité de la boue de forage. Cependant, en pratique, le CC cause des problèmes de bruit dus en particulier à la formation de potentiels spontanés dans la formation. De plus, la résistance de la boue limite la quantité de courant injecté; les différences de potentiel mesurées entre deux paires de boutons sont par conséquent très faibles et de ce fait difficiles à mesurer.
PAGE 5 Il serait par conséquent désirable de pouvoir travailler avec du CA à une fréquence relativement élevée, par ex. de l'ordre de quelques milliers d'hertz. Malheureusement, à de telles fréquences, le patin se comporte comme un diélectrique dont la conductivité réelle est similaire à celle de la boue. Ceci donne naissance à une impédance électrique à travers le patin qui est du même ordre que l'impédance à travers la couche de boue. Dans de telles conditions, les différences de potentiel entre les paires de boutons sont plus représentatives de la différence de potentiel appliquée entre les électrodes de courant qu'elles ne le sont de la résistivité de la formation leur faisant face, et par conséquent, l'outil devient inutilisable.
La demande de brevet PCT n WO 01/77710 décrit une amélioration de l'outil dévoilé au brevet U.S. n 6.191.588 qui permet de travailler avec du CA à des fréquences supérieures à 1000 Hz. Par conséquent, cette demande de brevet fournit un outil pour étudier la paroi d'un trou de sonde dans une formation géologique qui est constitué par un patin non- conducteur à proximité de l'extrémité duquel sont montées une électrode source de CA et une électrode de retour de courant, et au centre duquel se trouve un ensemble de paires d'électrodes de mesure de différence de tension (dV). La résistivité de la formation faisant face à chaque paire d'électrodes dV est calculée par: p= k. dV/I PAGE 6 où p est la résistivité, k est un facteur géométrique, dV est la différence de tension entre une paire d'électrodes, et I est le courant dans la formation.
Pour protéger les électrodes dV du champ électrique généré dans le patin isolant et dans le fluide non-conducteur, une plaque arrière conductrice est prévue derrière le patin isolant, parallèle à la face avant et couvrant la majorité de la région comprise entre les électrodes de courant. Dans une variante particulièrement préférée de l'invention, la portion conductrice de l'électricité du patin est connectée à la terre, ou plus précisément est placée au même potentiel électrique que la formation géologique. Dans de telles conditions, les électrodes de mesure mesurent effectivement le potentiel de la formation leur faisant face, même si le patin est incliné, c-à-d. quand la distance annulaire entre la formation et les électrodes sources est différente de la distance annulaire entre la formation et l'électrode de retour.
La limitation majeure de la mesure est que le patin doit être à proximité de la paroi du trou de sonde, en particulier dans les formations de faible résistivité. Autrement, la mesure dV est sensible au champ électrique généré dans le fluide du trou de sonde et le patin, plutôt que dans la formation. Par exemple, dans une formation de 0,1 SLm, la 25 distance annulaire maximale est d'environ 5 mm, alors que dans une formation de 100-SZ.m, la distance annulaire maximale est d'environ 15 mm. Par conséquent, quand le trou de sonde est rugueux, les images sont dégradées par des lectures incorrectes et deviennent ininterprétables.
2870288 PAGE 7 Pour éliminer ce problème, une approche propose des méthodes améliorées de blindage des électrodes de mesure de tension du champ électrique généré dans le patin par les injecteurs de courant. Le blindage est à ras, ou presque à ras, de la face extérieure du patin.
Du fait de ces caractéristiques particulières, l'appareil conformément à l'approche ci-dessus permet des mesures de résistivité précises dans des puits à boue non-conductrice, même quand le patin n'est pas appliqué tout contre la paroi de la formation du fait d'un cake de boue épais ou de la rugosité dudit puits. Grâce aux moyens de blindage, le champ électrique dans le patin est éliminé ou presque éliminé. Dans la boue entre le patin et la paroi du trou de sonde, le champ électrique est également radicalement réduit à proximité des électrodes de mesure, si bien que les courbes équipotentielles dans la boue restent presque perpendiculaires à la paroi de la formation. Par conséquent, le potentiel à ces électrodes de mesure reste proche de celui de la formation.
Dans une réalisation, le patin lui-même constitue les moyens de blindage, ledit patin étant fabriqué en un matériau conducteur de l'électricité. Dans ce cas, des inserts électriquement isolants sont disposés dans le patin autour de chacune des électrodes source, de mesure et de retour.
Dans une seconde réalisation, le patin est fabriqué en un matériau nonconducteur de l'électricité et les moyens de blindage sont constitués de feuilles conductrices de l'électricité qui sont disposées à l'intérieur dudit patin de manière à ce que lesdites feuilles conductrices soient presque à ras de la face extérieure dudit patin.
PAGE 8 Bien que les outils décrits ci-dessus soient capables de fournir des images des trous de sonde forés avec des boues non-conductrices, ce sont des outils au câble qui ne sont pas appropriés aux applications de diagraphie en cours de forage.
Par conséquent, il existe un besoin pour des outils ou des méthodes d'imagerie d'un trou de sonde lorsqu'un trou de sonde est en cours de forage avec une boue non-conductrice.
Sommaire de l'invention
Un aspect de l'invention concerne un outil de résistivité pour l'étude d'une paroi d'un trou de sonde foré avec une boue non-conductrice. Un outil conformément à une réalisation de l'invention comprend un corps d'outil adapté pour être incorporé dans un ensemble outil de diagraphie en cours de forage; un capteur de résistivité disposé sur le corps d'outil, dans lequel le capteur de résistivité est constitué d'un patin de capteur supportant une électrode d'injection de courant, une électrode de retour de courant et un ensemble d'électrodes de mesure; et un circuit pour contrôler l'injection de courant par l'électrode d'injection de courant et pour mesurer la différence de tension entre les électrodes de l'ensemble d'électrodes de mesure, dans lequel l'ensemble d'électrodes de mesure est disposé entre l'électrode d'injection de courant et l'électrode de retour de courant, dans lequel le patin de capteur est fabriqué en un matériau isolant et comprend un élément conducteur.
Un aspect de l'invention concerne un outil de résistivité pour l'étude d'une paroi d'un trou de sonde foré avec une boue non-conductrice. Un outil conformément à une réalisation PAGE 9 de l'invention comprend un corps d'outil adapté pour être incorporé dans un ensemble outil de diagraphie en cours de forage; un capteur de résistivité disposé sur le corps d'outil, dans lequel le capteur de résistivité est constitué d'un patin de capteur supportant une électrode d'injection de courant, une électrode de retour de courant et un ensemble d'électrodes de mesure; et un circuit pour contrôler l'injection de courant par l'électrode d'injection de courant et pour mesurer la différence de tension entre les électrodes de l'ensemble d'électrodes de mesure, dans lequel l'ensemble d'électrodes de mesure est disposé entre l'électrode d'injection de courant et l'électrode de retour de courant, dans lequel le patin de capteur est fabriqué en un matériau conducteur et les électrodes sont isolées du matériau conducteur.
D'autres aspects et avantages de l'invention seront apparents à partir de la description suivante et des revendications jointes.
Brève description des dessins
La FIG. 1 est un diagramme représentant le principe sur lequel est basé la mesure micro-électrique de la formation.
La FIG. 2 représente le modèle géométrique utilisé pour simuler les champs électriques dans la formation géologique La FIG. 3 comprend deux graphes (FIG. 3A et 3B) dans lesquels les valeurs calculées en fonction du modèle pour la différence de potentiel entre les électrodes de mesure de la FIG. 2, sont tracées pour un patin qui est parallèle à la PAGE 10 paroi (FIG. 3A) ou qui est légèrement incliné par rapport à celle-ci (FIG. 3B).
La FIG. 4 illustre une variante de l'invention avec une plaque conductrice divisant le patin en compartiments.
La FIG. 5 illustre un système de forage de l'art antérieur.
La FIG. 6 représente un capteur de résistivité ayant un élément conducteur dans un patin isolant disposé sur un corps d'outil conformément à une réalisation de l'invention.
La FIG. 7 représente un capteur de résistivité ayant un patin conducteur disposé sur un corps d'outil conformément à une autre réalisation de l'invention.
La FIG. 8 représente un capteur de résistivité ayant un patin conducteur disposé sur un corps d'outil conformément à 15 une autre réalisation de l'invention.
La FIG. 9 illustre deux trajets du courant pour un courant injecté dans une formation par un capteur de résistivité de l'invention.
Les FIG. 10A et 10B illustrent des méthodes pour empêcher 20 le courtcircuitage du trajet du courant de mesure en utilisant un outil conformément à une réalisation de l'invention.
Les FIG. 11a-ile représentent des configurations des électrodes de mesure conformément à certaines réalisations de 25 l'invention.
2870288 PAGE 11 Les FIG. 12A et 12B illustrent un outil PowerDriveTM ayant des patins déployables qui peuvent être utilisés avec des capteurs de l'invention.
La FIG. 13 représente un exemple d'un manchon non rotatif 5 pour utilisation avec un capteur conformément à une réalisation de l'invention.
Description détaillée
Les réalisations de l'invention concernent les appareils et méthodes pour l'imagerie des formations utilisant une diagraphie de résistivité en cours de forage dans des trous de sonde forés avec des fluides non- conducteurs. Un outil conformément à des réalisations de l'invention peut comprendre des capteurs sur l'assemblage de fond qui tourne avec la garniture de forage. Un outil conformément à des réalisations de l'invention peut également comprendre des capteurs sur des patins ou manchons non rotatifs qui restent en contact avec la paroi du trou de sonde pendant le forage. Dans cette description, le terme boues à base d'huile (OBM) sera en général utilisé pour indiquer des boues non- conductrices, y compris des boues à base d'huile ou des boues à émulsion d'eau dans l'huile.
Un outil de diagraphie de résistivité peut être basé sur des dipôles électriques (utilisant en général des électrodes métalliques) ou des dipôles magnétiques (utilisant en général des bobines d'induction ou des cavités résonnantes aux VHF).
Des réalisations de l'invention concernent des capteurs ou outils utilisant des électrodes métalliques. Une demande de brevet U.S. également en attente n 60/511467, intitulée PAGE 12 Apparatus And Methods For Imaging Wells Drilled With Oi1-Based Muds par Tabanou et al. et cédée au cessionnaire de la présente invention dévoile des outils et méthodes basés sur des dipôles électriques pour l'imagerie des trous de sonde dans des puits forés avec des OBM. Une autre demande de brevet U.S. également en attente n 10/812369, intitulée Oit Base Mud Resistivity Imager, Dipmeter, And Fault Imager par Homan et al. et cédée au cessionnaire de la présente invention dévoile des outils et méthodes basés sur l'induction électromagnétique pour l'imagerie des trous de sonde dans des puits forés avec des OBM.
La FIG. 5 illustre un système de diagraphie en cours de forage (LWD) qui peut être utilisé avec des réalisations de la présente invention. Comme illustré, un système LWD typique comprend un derrick 10 positionné audessus d'un puits de forage 11. Un ensemble outil de forage, qui comprend une garniture de forage 12 et un outil de forage 15, est placé dans le puits de forage 11. La garniture de forage 12 et l'outil 15 sont entraînés par rotation d'une tige d'entraînement 17 couplée à l'extrémité supérieure de la garniture de forage 12. La tige d'entraînement 17 est entraînée en rotation par engagement avec une table de rotation 16 ou similaire faisant partie de l'appareil de forage 10. La tige d'entraînement 17 et la garniture de forage 12 sont suspendues par un crochet 18 couplé à la tige d'entraînement 17 par une tête de rotation 19.
Le fluide de forage est stocké dans une fosse 7 et est pompé par le centre de la garniture de forage 12 par une pompe à boue 9 pour s'écouler vers le bas. Après circulation PAGE 13 à travers l'outil 15, le fluide de forage circule vers le haut dans un espace annulaire entre le puits de forage 11 et l'extérieur de la garniture de forage 12. L'écoulement de la boue de forage lubrifie et refroidit l'outil 15 et remonte les débris de coupe produits par l'outil 15 jusqu'à la surface pour collecte et élimination.
Comme illustré, un outil de diagraphie 14 est connecté à la garniture de forage 12. Les signaux mesurés par l'outil de diagraphie 14 peuvent être transmis au système informatique de surface 13 ou stockés dans des mémoires (non représentées) sur l'outil 14. L'outil de diagraphie 14 peut comprendre un ou plusieurs capteurs de résistivité de la présente invention pour imager le puits de forage.
Un capteur de l'invention peut également être inclus sur un ou plusieurs patins, ailettes ou stabilisateurs (ou centreurs) 28 qui sont similaires à ceux utilisés pour réduire le flottement de la garniture de forage pendant l'opération. Un patin ou stabilisateur peut tourner ou pas avec la garniture de forage. Si le patin ou le centreur tourne avec la garniture de forage, un jeu de capteurs sera suffisant pour fournir l'image complète du trou. Si le patin ou le centreur ne tourne pas avec la garniture de forage, de multiples ensembles de capteurs seront alors nécessaires sur le centreur (ou les nervures de ce dernier) pour assurer davantage de couverture du trou de sonde.
Qu'il soit incorporé sur un sous-ensemble rotatif d'un BHA ou sur un manchon non rotatif, un capteur conformément à l'invention est basé sur un principe similaire à celui du capteur dévoilé dans PCT/US99/14420 ou le brevet U.S. n PAGE 14 6.191.588 B1 délivré à Chen. Une telle réalisation est illustrée à la FIG. 1.
La FIG. 1 est un diagramme illustrant le principe sur lequel est basé la mesure électrique dans la technique d'imagerie décrite dans la demande de brevet internationale PCT/US99/14420. Cet outil est particulièrement adapté à l'étude de la paroi 2 d'un trou de sonde foré avec une boue de forage non-conductrice, par exemple un fluide de forage dont la phase liquide est constituée essentiellement par une huile (huile diesel, huile synthétique) ou par une émulsion d'eau dans l'huile. Le terme boue à base d'huile est utilisé ci-dessous pour designer les fluides de forage de l'un ou l'autre de ces deux types. La boue de forage forme un cake de boue 1 le long de la paroi 2.
L'outil pour étudier la paroi d'un trou de sonde comporte un patin 3 fabriqué en un matériau électriquement isolant telle qu'une céramique ou des polymères ayant une résistance élevée et une stabilité thermique et chimique élevée, en particulier du type polyarylène éther cétone (polyéther éther cétone ou PEEK).
Le patin sert de support aux deux injecteurs de courant: l'électrode source 4 et l'électrode de retour 5. Ces deux électrodes sont situées aux extrémités opposées du patin et occupent la totalité de sa largeur, comme représenté plus clairement sur la vue de face du patin, ou elles occupent au moins une large fraction de sa largeur, de manière à maximiser les surfaces de ces électrodes d'injection de courant. La portion centrale du patin comporte deux rangées d'électrodes de mesure 6, et dans le cas illustré, elle PAGE 15 comporte cinq paires d'électrodes de mesure. La forme du patin est telle que les électrodes de mesure 6 sont légèrement en retrait de manière à ce que les électrodes de mesure ne soient pas directement en contact avec la formation géologique quand le patin est appliqué contre la paroi 2. Il convient de remarquer que cette forme préférée n'est pas essentielle quand la roche est poreuse puisque dans ces circonstances, le forage avec un boue à base d'huile cause la formation d'un cake de boue de résistivité supérieure à celle de la formation géologique, ce cake étant toujours interposé entre les électrodes de mesure et la formation géologique, empêchant ainsi que n'importe quel bouton de mesure soit court-circuité en venant en contact avec la roche.
Comme illustré à la FIG. 1, les régions de la formation mesurées par les électrodes de mesure sont définies par l'espacement entre les deux rangées d'électrodes de mesure. Par conséquent, la résolution d'une image d'un trou de sonde produite par un tel outil est déterminée par les espacements des électrodes. Des réalisations de l'invention peuvent comporter des espacements des électrodes de mesure de l'ordre d'environ 2, 5 centimètre, variant d'environ 0, 5 centimètre à environ 5 centimètre.
Avec un CC ou un CA à une fréquence inférieure à environ 100 kHz, la résistivité des formations géologiques est en général comprise entre 0,1 S2Ém et 10.000 S2Ém, alors qu'une boue à base d'huile a une résistivité réelle comprise entre environ 0,1 MS2 m et environ 10 MS2Ém. Dans de telles conditions, lorsqu'un courant i est injecté dans la formation par les injecteurs 4 et 5, avec les électrodes de mesure 2870288 - 16 isolées par le patin non-conducteur, en appliquant la loi d'Ohm, il en découle que la résistivité )0 de la formation située sous une paire d'électrodes de mesure est égale au rapport de la différence de potentiel 5 V entre les deux électrodes sur la densité de courant J. En d'autres mots, la résistivité de la formation est obtenue à partir de l'équation: = GV/J = k 8V/I, où k est un facteur géométrique.
Si le courant injecté est un CA à une fréquence suffisamment élevée (supérieure à environ 1 kHz), le patin ne peut plus être considéré comme un isolateur électrique parfait, mais doit au contraire être considéré comme un diélectrique immergé dans un milieu diélectrique, à savoir une boue à base d'huile. Avec un courant à une fréquence d'environ 10 kHz, par exemple, il suffit pour la permittivité relative du patin d'être supérieure à 2 pour avoir une impédance sur l'ensemble du patin du même ordre de grandeur que l'impédance à travers la boue. La permittiv:_té relative des polymères de type polyarylène éther cétone est de l'ordre de 3, ce qui, comparé à d'autres matériaux courants, est une valeur faible. Changer de matériau n'est par conséquent pas une solution.
Pour avoir une meilleure compréhension de l'effet de ce comportement diélectrique, le patin en contact avec la formation a été modélisé. Le modèle utilisé est représenté à la FIG. 2. Le modèle comprend une boue ayant une épaisseur de mm déposée sur une roche de 1 m d'épaisseur et; m de long.
Le patin placé au centre du modèle est lui-même modélisé sous la forme d'un corps rectangulaire de 300 mm de long et 12,5 PAGE 17 mm d'épaisseur, avec des injecteurs de courant qui mesurent 40 mm de long et 5 mm d'épaisseur, et une paire d'électrodes de mesure, chacune mesurant 5 mm de long et 2,5 mm d'épaisseur. Le patin est connecté au reste de l'outil par un bras métallique. Ce modèle ignore en particulier le faisceau de fils électriques connectant le patin à l'unité électronique pour le traitement des signaux.
Le patin peut également être équipé d'une plaque arrière conductrice fabriquée en métal, ayant un potentiel qui flotte ou est identique à celui de la roche (mise à la terre).
Pour un courant à 10 kHz, les conductivités des matériaux en question sont les suivantes: Conductivité (6 + jws Sm-1) Réelle Imaginaire El Boue Patin (PEEK) Roche (ordre de grandeur) Pièces métalliques 1 x 10-6 2,81 x 10-6 0 1,8 x 10-6 - 0, 0001 -2 x 10-6 1 x 106 0 -3 - 15 La boue à base d'huile considérée est une émulsion d'eau dans l'huile de rapport 10:90, l'huile étant une huile synthétique de type n-oléfine.
Les valeurs calculées à partir de ce modèle pour la différence de potentiel entre les deux électrodes de mesure en fonction de la résistivité Rt de la roche sont tracées à PAGE 18 la FIG. 3, en supposant que le patin est exactement parallèle à la roche et est à une distance annulaire uniforme de 5 mm de celle-ci (FIG. 3A), ou en supposant que le patin est légèrement incliné, avec la distance annulaire entre le patin et la roche variant de 2 mm à 5 mm (FIG. 3B).
En l'absence d'une plaque arrière (valeurs représentées par des triangles) , le signal est pratiquement constant tant que la résistivité de la formation est inférieure à environ SZÉm, si bien que l'outil est inutilisable si la fréquence 10 du CA au niveau des injecteurs est de 10 kHz.
Avec une plaque arrière à un potentiel qui peut flotter (valeurs représentées par des carrés), la différence de potentiel entre les électrodes de mesure semble être directement proportionnelle à la résistance de la roche quand le patin est parallèle à la roche. Cependant, quand le patin est incliné par rapport à la roche, alors, comme dans le cas d'un patin sans plaque arrière, le signal est pratiquement constant pour des formations ayant une résistivité inférieure à 100 S2, m. Avec une plaque arrière mise à la terre (c-à-d. une plaque arrière dont le potentiel est identique à celui de la roche), correspondant aux points représentés par des cercles, le signal est en fait caractéristique de la résistivité de la formation, même si le patin est légèrement incliné, comme cela arrive souvent dans un trou de sonde. Différents moyens peuvent par conséquent être utilisés pour mettre la
plaque arrière à la terre. À titre d'exemple, le moyen le plus simple est de connecter la plaque à l'outil de diagraphie qui est lui-même mis à la terre par la longueur 2870288 PAGE 19 de câble auquel il est suspendu, lequel câble peut traverser plusieurs milliers de mètres de formation.
Une autre solution consiste à estimer le potentiel de la formation en faisant des moyennes, à l'aide d'un circuit électronique qui fait la moyenne des valeurs du potentiel mesurées par toutes les paires d'électrodes de mesure.
Il est également possible de mesurer ce potentiel directement, par ex. au moyen électrodes supplémentaires, qui sont de préférence larges, entourant le jeu de paires d'électrodes de mesure, puis en maintenant la plaque arrière audit potentiel à l'aide d'un circuit électronique approprié.
Dans une variante particulièrement préférée de l'invention, illustrée schématiquement à la FIG. 4, la plaque arrière conductrice comporte des appendices qui isolent la zone des électrodes de mesure des zones d'extrémité contenant les injecteurs. Avec une telle conception, la distance minimale entre les deux injecteurs peut être réduite d'environ 20 % tout en maintenant un signal qui est proportionnel à la résistivité de la formation géologique Pour améliorer le blindage entre les électrodes de mesure et les électrodes de courant, une approche comprend le placement des moyens de blindage plus près de la face extérieure du patin dans les régions entre les injecteurs et les électrodes de mesure. Par conséquent, les moyens de blindage seront placés à ras ou presque à ras de la face extérieure du patin. De cette manière, le champ électrique créé dans le patin est éliminé (voir la réalisation avec un patin conducteur) ou presque éliminé (voir la réalisation PAGE 20 avec un patin non-conducteur). De plus, ce champ électrique est presque éliminé entre la face extérieure du patin et la paroi de la formation au voisinage des électrodes de mesure. Par conséquent, les courbes équipotentielles dans la boue sont presque perpendiculaires à la paroi du trou de sonde (et à la face extérieure du patin) au voisinage des électrodes de mesure, ce qui assure que le potentiel auxdites électrodes reste proche de celui de la formation.
Une première réalisation est constituée d'une structure à patin métallique conducteur qui contient des inserts isolants autour des électrodes sources et de retour, et des électrodes de mesure. Par conséquent, dans cette réalisation d'un appareil conformément à l'invention, c'est le patin conducteur lui-même qui protège les électrodes de mesure.
Le patin conducteur 90 est maintenu à un potentiel proche de celui de la formation devant les électrodes de mesure. Par exemple, dans une réalisation préférée, le patin est porté au potentiel mesuré de la formation en face des électrodes de mesure 6. Comme indiqué dans la demande de brevet PCT/EP01/03718 Al, un circuit électronique, non représenté, fait la moyenne de toutes les valeurs de potentiel mesurées par toutes les électrodes de mesure.
Une seconde réalisation est constituée par un patin fabriqué en un matériau isolant et des moyens de blindage constitués de feuilles conductrices (par ex., métalliques). Afin de ne pas affaiblir les parties extérieures du blindage, les feuilles peuvent être moulées à l'intérieur du patin. Des feuilles conductrices peuvent également être placées à la fois sur la face intérieure et la face extérieure du patin.
PAGE 21 La FIG. 6 illustre une réalisation d'un capteur ayant une face isolante et une plaque arrière conductrice disposé sur un outil LWD. Comme illustré, un capteur 300 conformément à une réalisation de l'invention est disposé sur un ensemble de forage rotatif 310. Le capteur 300 est constitué d'une électrode d'injection de courant 301, d'une électrode de retour de courant 302 et d'un ensemble d'électrodes de mesure 303, toutes étant disposées sur un patin isolant 304. De plus, un blindage conducteur (ou une plaque arrière conductrice) 305 est disposé derrière les électrodes, mais isolé de l'ensemble de forage conducteur 310 par une couche isolante ou cavité 307. Le capteur 300 peut optionnellement comprendre des blindages 306 entre l'électrode d'injection de courant 301 et les électrodes de mesure 303 et/ou entre électrode de retour de courant 302 et les électrodes de mesure 303. Ces blindages conducteurs 305, 306 peuvent réduire le potentiel induit dans le patin isolant 304, ce qui rend les mesures par les électrodes de mesure plus représentatives de la résistivité de la formation, comme illustré aux FIG. 3A et FIG. 3B.
De plus, le blindage conducteur (ou la plaque arrière conductrice) 305 peut être mis à la terre au potentiel de la formation par le biais d'un lien conducteur 308. Comme indiqué ci-dessus en référence à la FIG. 3B, le maintien du blindage conducteur (plaque arrière) à un potentiel essentiellement identique au potentiel de la formation réduit les effets adverses dus aux distances annulaires inégales aux deux extrémités du capteur. Ceux versés dans l'art apprécieront que différents moyens peuvent être utilisés pour PAGE 22 maintenir le potentiel de la plaque arrière conductrice proche de, ou identique au potentiel de la formation. Comme indiqué ci-dessus, la plaque arrière peut être mise à la terre sur la garniture de forage. Dans une autre approche, il est possible d'estimer ou de déterminer le potentiel du potentiel de la formation et de maintenir activement le potentiel sur la plaque arrière conductrice à essentiellement la même valeur que le potentiel de la formation. Il est également possible d'utiliser un lien conducteur pour permettre à la plaque arrière conductrice de contacter indirectement la formation, cà-d., en mettant passivement à la terre la plaque arrière conductrice. Dans ce cas, il est préférable que le point de contact avec la formation soit proche des électrodes de mesure de manière à ce que le potentiel de mise à la terre au niveau de la plaque arrière conductrice soit essentiellement identique au potentiel de la formation devant les électrodes de mesure. L'approche de la mise à la terre passive n'est pas pratique avec les outils au câble car la paroi du trou de sonde présente souvent des cakes de boue non-conducteurs qui isolent la formation. Cependant, dans les applications LWD, le trou de sonde est fraîchement foré et peu ou pas de cake de boue s'est formé sur la paroi du trou de sonde. Par conséquent, la mise à la terre effective peut être obtenue en contactant simplement la paroi du trou de sonde, et un tel contact peut être effectué avec une plus grande force pendant le forage que pendant la diagraphie au câble.
Pour assurer la résistance mécanique dans un environnement LWD, la réalisation préférée utilise un patin PAGE 23 métallique. La FIG. 7 représente un capteur conformément à une autre réalisation de l'invention ayant des capteurs disposés sur un patin métallique, mais isolé du patin métallique En plus d'assurer la résistance mécanique, le patin métallique fonctionne également comme une plaque arrière conductrice décrite cidessus. Cette configuration élimine le besoin d'avoir une plaque arrière conductrice séparée. Comme illustré, le capteur 400 est constitué d'une électrode d'injection de courant 401, d'une électrode de retour de courant 402 et d'un ensemble d'électrodes de mesure 403, toutes étant disposées sur un patin conducteur 405. Cependant, toutes ces électrodes sont isolées du patin conducteur 405 par les inserts isolants 404 entourant les électrodes.
Le capteur 400, avec son patin conducteur 405, est placé dans une cavité dans un ensemble de forage 410. Le patin conducteur 405 est isolé du reste de l'ensemble de forage par une feuille isolante (ou une couche de matériau isolant) 407 dans la cavité. Le patin conducteur 405 peut être mis à la terre ou maintenu à un potentiel essentiellement identique au potentiel de la formation par le biais d'un lien conducteur 408, qui peut être connecté à un circuit qui maintient un potentiel sélectionné sur le patin conducteur 405 ou en mettant à la terre passivement le patin conducteur 405 sur la formation.
La FIG. 8 représente une variation du capteur illustré à la FIG. 7. Comme illustré, un capteur 500 est constitué d'une électrode d'injection de courant 501, d'une électrode de retour de courant 502 et d'un ensemble d'électrodes de mesure PAGE 24 503, toutes étant disposées sur un patin conducteur 505, mais isolées du patin conducteur 505 par les inserts isolants 504. Le capteur 500 est placé dans une cavité sur l'ensemble de forage 510, sans feuille isolante. Par conséquent, le patin conducteur 505 est connecté électriquement à l'ensemble de forage 510, et aucun lien conducteur n'est nécessaire pour mettre à la terre le patin conducteur 505.
Les exemples ci-dessus illustrent des capteurs conformes à des réalisations de l'invention. Ces capteurs sont isolés du corps d'outil ou de la garniture de forage. Cependant, l'arrière des capteurs comprend des éléments conducteurs, qui peuvent être une plaque arrière conductrice dans un patin isolant ou un patin conducteur lui-même. L'élément conducteur est de préférence maintenu à un potentiel essentiellement identique au potentiel de la formation en face des électrodes de mesure, ou l'élément conducteur est mis à la terre sur la formation à proximité des électrodes de mesure.
L'autre facteur qui affecte l'efficacité des électrodes de mesure concerne le trajet du courant. Le courant injecté dans la formation doit passer devant les électrodes de mesure, plutôt qu'à travers la garniture de forage ou le corps d'outil conducteur(rice). La FIG. 9 illustre deux trajets conducteurs pour le courant injecté pour retourner à l'électrode de retour. Comme illustré, l'ensemble de forage 610 ayant un capteur de l'invention 600 est appliqué contre une formation 620. Le courant injecté par électrode d'injection de courant 601 peut retourner par le trajet A jusqu'à l'électrode de retour de courant 602, ou par le trajet B jusqu'à l'électrode de retour de courant 602. Il PAGE 25 convient de remarquer que les deux trajets A et B sont donnés à titre d'illustration uniquement et ne sont pas destinés à limiter l'étendue de l'invention.
Comme illustré à la FIG. 9, le courant retournant par le trajet A passe devant des électrodes de mesure 603, permettant aux électrodes de mesure 603 d'obtenir des signaux associés à la résistivité de la formation en face d'elles. Par contraste, le courant retournant par le trajet B ne passe pas devant les électrodes de mesure 603. Par conséquent, le courant retournant par le trajet B ne produit pas de signaux de formation au niveau des électrodes de mesure 603. Des moyens doivent donc être prévus pour réduire ou éliminer le court-circuit assuré par le trajet B. La FIG. 10A illustre une réalisation de l'invention qui peut empêcher le corps d'outil conducteur ou le patin conducteur de court-circuiter le trajet A normal du courant. Parallèlement, le corps d'outil et le patin conducteur sont mis à la terre au potentiel de la formation à une position proche des électrodes de mesure. Comme illustré, le corps d'outil (ou la garniture de forage) conducteur 710 et le patin conducteur 704 éventuel ne sont pas en contact avec la formation. Ce sont au contraire les bandes annulaires 711 et 712 qui sont en contact avec la paroi du trou de sonde. Au moins une des bandes annulaires 711 et 712 est de préférence fabriquée en un matériau conducteur pour assurer un lien conducteur et permettre au patin conducteur 704 (ou à une plaque arrière) de maintenir un potentiel qui est essentiellement identique au potentiel de la formation. Si les deux bandes annulaires 711 et 712 sont conductrices, les PAGE 26 contacts permettraient au courant d'emprunter le trajet B. Dans ce cas, il est préférable que la distance entre les bandes annulaires 711 et 712 soit importante par rapport à la longueur du patin conducteur. Par exemple, si la distance entre les bandes annulaires 711 et 712 est au moins deux fois la longueur du patin conducteur, le courant empruntant le trajet B sera alors probablement nettement inférieur au courant empruntant le trajet A. La FIG. 10B représente une variante de la réalisation représentée à la FIG. 10A. Comme illustré à la FIG. 10B, un évidement 750 est créé dans le corps d'outil 710 de manière à ce que le patin 704, avec les électrodes, ne soit pas en contact direct avec la paroi du trou de sonde. Quand cet outil est appliqué contre la paroi du trou de sonde, une couche de boue non-conductrice reste entre le patin 704 et la paroi du trou de sonde. Cette couche de boue non-conductrice assure l'isolation. Par conséquent, seules les sections du corps d'outil au-dessus et en dessous de l'évidement sont en contact avec la paroi du trou de sonde pour assurer la mise à la terre. Il convient de remarquer que la distance entre le bord supérieur 751 et le bord inférieur 752 de l'évidement 750 doit être importante par rapport à la longueur du patin 704 de manière à minimiser le court-circuitage du courant désiré (illustré en tant que trajet A à la FIG. 10A). Ceux versés dans l'art apprécieront que des variations des réalisations illustrées aux FIG. 10A et 10B sont possibles. Par exemple, une variante de la réalisation illustrée à la FIG. 10B comprend un matériau isolant dans l'évidement 750 illustré à la FIG. 10B.
PAGE 27 Une demande de brevet U.S. publiée également en attente n 2003/0173968 Al par Cheung et al. dévoile des méthodes pour déterminer avec précision des résistivités d'une formation quand une couche de boue non-conductrice est disposée entre le capteur et la paroi du trou de sonde. Cette demande est cédée au cessionnaire de la présente invention.
Certaines réalisations de l'invention comportent des capteurs sur des pièces tournantes d'un ensemble de forage. Si le capteur tourne avec la garniture de forage, une image du trou de sonde peut alors être obtenue avec un capteur unique, qui peut comprendre une paire (ou davantage) d'électrodes de mesure (illustrées en 6 à la FIG. 1). Certaines réalisations de l'invention comportent des capteurs sur des patins non rotatifs d'un ensemble de forage. Si les capteurs sont disposés sur des patins (ou ailettes) non rotatifs, plusieurs capteurs doivent alors être disposés sur les patins qui sont disposés sur la circonférence du corps d'outil. L'orientation (direction azimutale) et la profondeur de mesure des capteurs peuvent être déterminées par des méthodes traditionnelles connues afin de construire des images du trou de sonde.
Lorsqu'il est disposé sur une partie rotative ou non rotative d'un outil, un capteur de l'invention peut avoir des électrodes de mesure disposées dans différentes configurations. Les FIG. lia-11e illustrent cinq configurations différentes des électrodes de mesure qui peuvent être utilisées avec un capteur de l'invention. La FIG. lia représente une disposition à deux boutons qui comprend les boutons al et a2. Cette configuration peut PAGE 28 mesurer uniquement le champ électrique vertical apparent ; il ne peut pas fournir d'informations suffisantes pour déterminer l'ordre de grandeur et la direction réelle du champ électrique.
Pour détecter l'ordre de grandeur et la direction d'un champ électrique, il est nécessaire d'avoir plus de deux électrodes boutons. Ces électrodes sont de préférence disposées pour fournir des mesures dans des directions essentiellement orthogonales comme dévoilé au brevet U.S. n 6.191.588 B1 délivré à Chen. La FIG. 11b représente une configuration comprenant quatre électrodes. Une paire d'électrodes, b1 et b2, sont disposées pour mesurer le champ électrique dans la direction verticale (^VV), tandis que l'autre paire, b3 et b4, sont disposées pour mesurer le champ électrique dans la direction horizontale (^VE). Il convient de remarquer que les directions verticale et horizontale sont utilisées aux présentes uniquement pour illustration. Ceux versés dans l'art apprécieront que ces directions peuvent ne pas être alignées avec la direction verticale vraie ou la direction horizontale vraie. Les ordres de grandeur relatifs de ^Vv et ^VH sont des fonctions de l'ordre de grandeur et de la direction réelle du champ électrique. Par conséquent, la direction et l'ordre de grandeur du champ électrique peuvent être déterminés d'après les mesures ^iVv et ^VH.
La FIG. 11c illustre une configuration dans laquelle trois électrodes cl, c2 et c3 sont disposées pour fournir des mesures de ^Vv et ^VH. Il convient de remarquer que les positions moyennes des mesures de ^Vv et EVH obtenues avec le capteur illustré à la FIG. 11c sont différentes. La mesure PAGE 29 verticale IVv est obtenue à une position déplacée de la moitié de l'espacement des boutons horizontalement, et la mesure horizontale 7VH est obtenue à une position déplacée de la moitié de l'espacement des boutons verticalement. Par conséquent, dans des réalisations préférées, les valeurs de CV/I utilisées pour construire l'image du trou de sonde doivent être décalées en azimut et en profondeur de mesure. Par conséquent, le capteur de la FIG. 11c est moins préférable que celui représenté à la FIG. llb. Cependant, les mesures peuvent également être utilisées sans correction pour tenir compte des décalages de position car l'espacement des électrodes peut être de l'ordre de 2,5 centimètre ou moins, et par conséquent, le déplacement peut être ignoré dans certaines applications.
La FIG. 11d illustre une configuration dans laquelle quatre électrodes dl, d2, d3 et d4 sont disposées pour fournir deux mesures dans la direction verticale, CVv1 et 1Vv2, et deux mesures dans la direction horizontale, GVH1 et GVH2. Les mesures IIVvl et ^VV2 peuvent être utilisées pour calculer une mesure moyenne dans la direction verticale: ^Vv = 1- (1Vv1 + GVV2). De même, les mesures 1VH1 et ^VH2 peuvent être utilisées pour calculer une mesure moyenne dans la direction horizontale: ^VH = (CV-H1 + GVH2) . Comme illustré à la FIG. 11d, les positions moyennes des mesures CVv et IIVH calculées sont au centre du carré ayant les quatre électrodes pour sommets. Par conséquent, cette configuration du capteur fournit des résultats similaires à celle de la FIG. llb.
La FIG. lie représente une autre configuration du capteur dans laquelle trois électrodes, el, e2 et e3, sont disposées PAGE 30 en triangle, de préférence un triangle équilatéral. Avec cette configuration, la mesure verticale (LVV) est obtenue en faisant la moyenne des deux mesures (CVV1 et CVV2) obtenues avec la paire d'électrodes diagonales, el et e2, et la paire d'électrodes diagonales, e3 et e2, respectivement. C'est-à- dire que ^VV = être obtenue de différence entre (CVVI + CVV2). La mesure horizontale ^VH peut la paire d'électrodes, el et e3, ou de la les deux mesures obtenues avec les paires d'électrodes diagonales ( VV1 et CVV2). C'est-à-dire CVV2 - CVV1. I l moyennes de ^VV horizontale CVH obtenue à une position déplacée de la moitié de l'espacement des boutons verticalement. Par conséquent, les valeurs de ^V/I utilisées pour construire l'image du trou de sonde peut avoir à être décalée en profondeur. Cependant, dans certaines applications, les décalages de position peuvent ne pas être importants et peuvent être ignorés.
Comme noté ci-dessus, des capteurs de l'invention peuvent être déployés sur une partie tournante d'un ensemble de forage, de préférence sur des patins articulés sur un assemblage de fond de trou. Les patins articulés peuvent appliquer les capteurs contre la paroi du trou de sonde pour faciliter les mesures et minimiser ou éliminer les effets annulaires de l'outil. Des patins déployables ont été utilisés de manière extensive dans les outils au câble pour minimiser les déports de l'outil de diagraphie et maximiser et maintenir les contacts entre les capteurs et la paroi du sondage. L'utilisation de patins déployables dans des outils LWD ou MWD est rare du fait des conditions difficiles que IVH = convient de remarquer que les positions et ^VH ne coïncident pas avec la mesure PAGE 31 rencontrées en cours de forage. Récemment, il y a eu certains développements dans les patins déployables pour utilisation avec des outils LWD. Ceux versés dans l'art apprécieront que les capteurs de l'invention peuvent être utilisés avec n'importe quel patin déployable, qu'il soit actuellement connu ou non encore mis au point.
Un exemple de patin déployable peut être trouvé sur un outil PowerDriveTM récemment introduit par Schlumberger Technology Corporation (Houston, TX). Les outils PowerDriveTM comprennent des patins contrôlés hydrauliquement qui peuvent être utilisés pour diriger l'outil de forage dans un mécanisme de poussée de l'outil ("push-the-bit"). La FIG. 12A représente une coupe transversale d'une masse-tige équipée de trois patins PowerDriveTM 91 disposés sur un outil PowerDriveTM 15 90 qui est en train de forer un sondage 95. Les patins déployables sur un outil PowerDriveTM peuvent être utilisés pour inclure des capteurs pour effectuer des mesures des propriétés de la formation. Par exemple, la FIG. 12B représente un capteur conformément à une réalisation de l'invention disposé sur l'un des patins PowerDriveT" Un autre exemple de patin déployable est dévoilé dans une demande de brevet U.S. également en attente n 10/605200 par Homan et al. qui dévoile des patins à compensation de pression (mécanisme semblable à un piston) pour utilisation dans des outils de diagraphie LWD ou MWD. Ces patins extensibles peuvent également être utilisés avec des réalisations de l'invention. Il convient de remarquer que les 2870288 PAGE 32 réalisations de l'invention ne sont pas limitées par les types de patins déployables utilisés.
Comme noté ci-dessus, certaines réalisations de l'invention comprennent les capteurs décrits ci-dessus sur un manchon (patins) non rotatif sur un ensemble de forage. Différents patins non rotatifs sont connus dans l'art. Par exemple, le brevet U.S. n 6.230.557 Bi délivré à Ciglenec et al. dévoile des appareils et méthodes pour inclure des capteurs de mesure de pression sur des manchons non rotatifs.
Ce brevet est cédé au cessionnaire de la présente invention.
La FIG. 13 représente un exemple de manchon non rotatif comprenant un capteur de l'invention. Comme illustré, un manchon non rotatif 1000 est constitué d'une pluralité de lames de stabilisateur 1016 et d'une ou plusieurs nervures 1014. Un capteur de l'invention peut être inclus sur une nervure 1014. Comme illustré dans cet exemple, un patin isolant 1004 est placé sur la nervure 1014. Le patin isolant supporte une électrode d'injection de courant 1001, une électrode de retour de courant 1002 et un ensemble d'électrodes de mesure 1003. La nervure 1014 peut comprendre un mécanisme d'articulation (non représenté) pour appliquer la nervure contre la paroi du trou de sonde. Le mécanisme d'articulation peut être basé sur une pression hydraulique, un ressort, etc. D'autres exemples de manchons/patins non rotatifs sont indiqués dans le brevet U.S. n 6.564. 883 délivré à Fredericks et al., dans le brevet U.S. n 6.600.321 B2 délivré à Evans, et dans le brevet U.S. n 6.173.793 délivré à Thompson et al. 2870288 PAGE 33 Les patins ou manchons non rotatifs peuvent être rendus essentiellement non rotatifs par n'importe quel mécanisme connu dans l'art. Par exemple, le patin peut être appliqué contre la paroi du trou de sonde par un mécanisme d'articulation actionné par une force mécanique (par ex., un ressort) ou une pression hydraulique. La force de friction entre les patins et la paroi du trou de sonde empêche les patins de tourner (ou réduit considérablement leur rotation). Le patin peut aussi être rendu essentiellement non rotatif en le faisant tourner à essentiellement la même vitesse, mais dans une direction opposée, à la rotation de la garniture de forage. Cette contre-rotation peut être assurée à l'aide d'un moteur à boue, par exemple.
Les avantages de l'invention peuvent comprendre un ou plusieurs des éléments suivants. Les réalisations de l'invention peuvent être utilisés pour imager un puits en cours de forage avec une boue non-conductrice. Les capteurs de résistivité de l'invention comprennent des plaques arrière ou blindages conductrices(eurs) ou utilisent des patins conducteurs pour réduire interférence des électrodes d'injection lorsque des fréquences relativement élevées sont utilisées. De plus, les plaques arrière ou blindages conductrices(eurs) ou les patins conducteurs sont de préférence maintenus à un potentiel qui est essentiellement le même que le potentiel de la formation devant les électrodes de mesure pour minimiser les effets adverses dus aux espaces annulaires inégaux. Les capteurs de l'invention peuvent être utilisés sur une partie tournante ou une partie non tournante de l'ensemble de forage.
PAGE 34 Bien que l'invention ait été décrite par rapport à un nombre restreint de réalisations, ceux versés dans l'art, ayant le bénéfice de cette divulgation, apprécieront que d'autres réalisations peuvent être conçues qui ne s'écartent pas de l'étendue de l'invention telle que dévoilée aux présentes. Par conséquent, l'étendue de l'invention ne doit être limitée que par les revendications jointes.
Claims (23)
1) Un outil de résistivité pour étudier une paroi d'un trou de sonde foré avec une boue non-conductrice, constitué de.
un corps d'outil (310) adapté pour être incorporé dans un ensemble outil de diagraphie en cours de forage; un capteur de résistivité (300) placé sur le corps d'outil (310), dans lequel le capteur de résistivité (300) est constitué d'un patin de capteur (304) supportant une électrode d'injection de courant (301), une électrode de retour de courant (302) et un ensemble d'électrodes de mesure (303); et un circuit pour contrôler l'injection de courant à partir de l'électrode d'injection de courant (301) et pour mesurer la différence de tension entre les électrodes dans l'ensemble d'électrodes de mesure (303), dans lequel l'ensemble d'électrodes de mesure (303) est placé entre l'électrode d'injection de courant (301) et l'électrode de retour de courant (302), dans lequel le patin de capteur (304) est construit en un matériau isolant et comprend un élément conducteur.
2) L'outil de la revendication 1, dans lequel l'élément conducteur dans le patin de capteur (304) est configuré pour PAGE 36 avoir un potentiel essentiellement identique à un potentiel de la paroi du trou de sonde.
3) L'outil de la revendication 1, dans lequel l'élément conducteur dans le patin de capteur (304) est mis à la terre 5 à un potentiel de la paroi du trou de sonde.
4) L'outil de la revendication 1, dans lequel le capteur de résistivité (300) est placé dans une évidement (307) du corps d'outil (310) de manière à ce que le capteur de résistivité (300) ne touche pas la paroi du trou de sonde quand le corps d'outil (310) est appliqué contre la paroi du trou de sonde.
5) L'outil de la revendication 4, dans lequel une longueur de l'évidement (307) est au moins deux fois une longueur du patin de capteur (304) le long d'un axe longitudinal du corps d'outil (310).
6) L'outil de la revendication 1, dans lequel le corps d'outil (310) comprend deux bandes annulaires (711, 712) de manière à ce que le capteur de résistivité (300) ne touche pas la paroi du trou de sonde quand le corps d'outil (310) 20 est appliqué contre la paroi du trou de sonde.
7) L'outil de la revendication 6, dans lequel au moins une des deux bandes annulaires (711, 712) est construite en un matériau conducteur pour assurer une lien conducteur pour la mise à la terre de l'élément conducteur dans le patin de capteur (304) à un potentiel de la formation.
8) L'outil de la revendication 1, dans lequel le capteur de résistivité (300) est placé sur un patin déployable sur un corps d'outil (310).
PAGE 37
9) L'outil de la revendication 1, dans lequel le capteur de résistivité (300) est placé sur une partie du corps d'outil (310) qui ne tourne pas avec une garniture de forage au cours d'une opération de forage.
10) L'outil de la revendication 1, dans lequel le capteur de résistivité (300) est placé sur une partie du corps d'outil (310) qui tourne avec une garniture de forage au cours d'une opération de forage.
11) L'outil de la revendication 1, dans lequel l'ensemble d'électrodes de mesure (303) sont configurées pour fournir des mesures de tension de la formation dans deux directions essentiellement orthogonales.
12) Un outil de résistivité pour étudier une paroi d'un trou de sonde foré avec une boue non-conductrice, constitué de: un corps d'outil (410) adapté pour être incorporé dans un ensemble outil de diagraphie en cours de forage; un capteur de résistivité (400) placé sur le corps d'outil (410), dans lequel le capteur de résistivité (400) est constitué d'un patin de capteur conducteur (405) supportant une électrode d'injection de courant (401), une électrode de retour de courant (402) et un ensemble d'électrodes de mesure (403), dans lequel l'électrode d'injection de courant (401), l'électrode de retour de courant (402) et l'ensemble d'électrodes de mesure (403) sont isolés du patin de capteur conducteur (405); et 2870288 PAGE 38 un circuit pour contrôler l'injection de courant à partir de l'électrode d'injection de courant (401) et pour mesurer la différence de tension entre les électrodes dans l'ensemble d'électrodes de mesure (403), dans lequel l'ensemble d'électrodes de mesure (403) est placé entre l'électrode d'injection de courant (401) et l'électrode de retour de courant (402).
13) L'outil de la revendication 12, dans lequel le patin de capteur conducteur (405) est configuré pour avoir un potentiel essentiellement identique à un potentiel de la paroi du trou de sonde.
14) L'outil de la revendication 12, dans lequel le patin 15 de capteur conducteur (405) est mis à la terre à un potentiel de la paroi du trou de sonde.
15) L'outil de la revendication 12, dans lequel le capteur de résistivité (400) est placé dans un évidement du corps d'outil (410) de manière à ce que le capteur de résistivité (400) ne touche pas la paroi du trou de sonde quand le corps d'outil (410) est appliqué contre la paroi du trou de sonde.
16) L'outil de la revendication 15, dans lequel une longueur de l'évidement est au moins deux fois une longueur du patin de capteur le long d'un axe longitudinal du corps d'outil (410).
17) L'outil de la revendication 12, dans lequel le corps d'outil (410) comprend deux bandes annulaires (711, 712) de PAGE 39 manière à ce que le capteur de résistivité (400) ne touche pas la paroi du trou de sonde quand le corps d'outil (410) est appliqué contre la paroi du trou de sonde.
18) L'outil de la revendication 17, dans lequel au moins une des deux bandes annulaires (711, 712) est construite en un matériau conducteur pour assurer une lien conducteur pour la mise à la terre de l'élément conducteur dans le patin de capteur à un potentiel de la formation.
19) L'outil de la revendication 12, dans lequel le 10 capteur de résistivité (400) est placé sur un patin déployable sur un corps d'outil (410).
20) L'outil de la revendication 12, dans lequel le capteur de résistivité (400) est placé sur une partie du corps d'outil (410) qui ne tourne pas avec une garniture de forage au cours d'une opération de forage.
21) L'outil de la revendication 12, dans lequel le capteur de résistivité (400) est placé sur une partie du corps d'outil (410) qui tourne avec une garniture de forage au cours d'une opération de forage.
22) L'outil de la revendication 12, dans lequel l'ensemble d'électrodes de mesure (403) sont configurées pour fournir des mesures de tension de la formation dans deux directions essentiellement orthogonales.
23) L'outil de la revendication 12, dans lequel le patin 25 de capteur conducteur (405) est isolé du corps d'outil (410).
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