FR3068175A1 - Antenne à enroulement toroïde enroulée de façon toroïdale pour des applications à haute fréquence - Google Patents
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Abstract
Un capteur et un procédé de détection pour un outil de diagraphie de fond de trou fournit une antenne ayant un enroulement toroïde ou spiral qui est enroulée de façon toroïdale ou spirale autour d'un noyau toroïde. L'antenne à enroulement toroïde enroulée de façon toroïdale forme un filtre passe haut naturel qui est en mesure de supprimer le bruit à faible fréquence et à fréquence moyenne et d'autres interférences. Ceci permet à un outil de diagraphie de détecter ou de capter des signaux à haute fréquence, ou le composant à haute fréquence d'un signal, avec plus de clarté et de précision. De multiples antennes à enroulement toroïde enroulées de façon toroïdale peuvent être utilisées dans de multiples configurations différentes, comprenant une configuration multiaxiale, une configuration de compensation, une configuration radiale, etc. Le capteur et le procédé de détection sont particulièrement utiles dans des applications, telles que la diagraphie diélectrique, les communications par bonds courts, la surveillance de l'injection d'eau, etc.
Description
ANTENNE À ENROULEMENT TOROÏDE ENROULÉE DE FAÇON TOROÏDALE POUR
DES APPLICATIONS À HAUTE FRÉQUENCE
Auteurs : Burkay Donderici et Baris Guner
DOMAINE TECHNIQUE [0001] Les exemples de modes de réalisation divulgués ici concernent généralement des capteurs utilisés pour mesurer les propriétés d'une formation et, plus spécifiquement, des capteurs et des procédés de détection qui utilisent des antennes à enroulement toroïde enroulées de façon toroïdale (TWTW) pour prendre des mesures à haute fréquence.
CONTEXTE [0002] Les propriétés d'une formation, telles que la résistivité et la permittivité, sont utilisées dans l'industrie du gaz et du pétrole pour évaluer la probabilité de la présence d'hydrocarbures dans une formation souterraine. Les outils de diagraphie électromagnétiques sont disponibles et permettent d'estimer la résistivité et la perméabilité d'un volume d'intérêt dans la formation. Ces outils de diagraphie fonctionnent généralement en entraînant la propagation d'une onde électromagnétique à partir d'un puits de forage vers la formation. Les outils de diagraphie emploient souvent un capteur sous la forme d'une antenne pour recevoir les ondes électromagnétiques revenant de la formation. Les ondes électromagnétiques reçues induisent des tensions dans l'antenne qui peuvent être consignées (c.à-d., enregistrées) et traitées pour obtenir une estimation de la résistivité, de la permittivité et d'autres propriétés du volume sous investigation.
[0003] Un type d'antenne souvent utilisé avec les outils de diagraphie électromagnétique est une antenne toroïde. Une antenne toroïde est essentiellement un fil enroulé en un motif hélicoïdal autour d'un noyau ayant la forme d'un toroïde (c.-à-d., une surface de révolution obtenue en faisant pivoter un cercle autour d'un axe central). Le noyau toroïde est généralement fabriqué en un matériau ferromagnétique, tel que le fer, l'acier, le cobalt, le nickel, etc., qui est isolé du fil. L'antenne toroïde est généralement montée de façon coaxiale sur une section d'un tubage ou d'un tuyau, telle qu'un mandrin de l'outil de diagraphie ou d'une massetige (par ex., à l'intérieur d'un évidement annulaire de celle-ci). Une antenne toroïde unique peut être utilisée à la fois comme antenne émettrice et réceptrice dans certaines applications, ou de multiples antennes toroïdes peuvent être utilisées comme antenne émettrice et/ou réceptrice dans certaines applications. Il est également possible d'utiliser une combinaison d'antennes toroïdes et d'antennes non toroïdes dans certaines applications.
[0004] Cependant, même si les antennes toroïdes existantes ont généralement été satisfaisantes en tant que capteurs dans les outils de diagraphie de fond de trou, ces antennes toroïdes peuvent être quelque peu sensibles au bruit à faible fréquence ou à moyenne fréquence et d'autres interférences, provenant soit des autres outils de diagraphie de fond de trou fonctionnant dans le puits de forage et/ou soit provenant plus généralement de la formation souterraine. Par conséquent, il existe un besoin continu pour une antenne améliorée qui peut être utilisée comme un capteur dans des applications de diagraphie de fond de trou.
BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES [0005] Pour une compréhension plus complète des exemples de modes de réalisation divulgués, et pour d'autres avantages de ceux-ci, on se réfère maintenant à la description suivante prise en association avec les figures ci-jointes, dans lesquelles :
[0006] La figure IA illustre un exemple de puits dans lequel une antenne à enroulement toroïde enroulée de façon toroïdale peut être utilisée selon les modes de réalisation divulgués ;
[0007] La figure IB illustre un autre exemple de puits dans lequel une antenne à enroulement toroïde enroulée de façon toroïdale qui peut être utilisée selon les modes de réalisation divulgués ;
[0008] La figure 2 illustre un exemple de système d'évaluation de la formation qui peut être utilisé avec une antenne à enroulement toroïde enroulée de façon toroïdale ;
[0009] La figure 3 illustre un exemple d'antenne à enroulement toroïde enroulée de façon toroïdale selon les modes de réalisation divulgués ;
[0010] La figure 4 illustre un exemple d'antenne à enroulement toroïde enroulée de façon toroïdale qui peut être utilisée selon les modes de réalisation divulgués ;
[0011] La figure 5 illustre un autre exemple d'antenne à enroulement toroïde enroulée de façon toroïdale selon les modes de réalisation divulgués ;
[0012] La figure 6 illustre des champs électriques et magnétiques pour un exemple d'antenne à enroulement toroïde enroulée de façon toroïdale qui peut être utilisée selon les modes de réalisation divulgués ;
[0013] La figure 7 illustre un exemple de configuration multiaxiale des antennes à enroulement toroïde enroulées de façon toroïdale qui peuvent être utilisées selon les modes de réalisation divulgués ;
[0014] La figure 8 illustre un exemple de configuration de compensation des antennes à enroulement toroïde enroulées de façon toroïdale qui peuvent être utilisées selon les modes de réalisation divulgués ;
[0015] La figure 9 illustre un exemple de configuration radiale des antennes à enroulement toroïde enroulées de façon toroïdale qui peuvent être utilisées selon les modes de réalisation divulgués ;
[0016] La figure 10 illustre un procédé de conception d'un exemple d'antenne à enroulement toroïde enroulée de façon toroïdale qui peut être utilisée selon les modes de réalisation divulgués ;
[0017] La figure 11 illustre un exemple de réponse en fréquence d'une antenne à enroulement toroïde enroulée de façon toroïdale qui peut être utilisée selon les modes de réalisation divulgués ; et [0018] Là figure 12 illustre un autre exemple de réponse en fréquence d'une antenne à enroulement toroïde enroulée de façon toroïdale selon les modes de réalisation divulgués.
DESCRIPTION DES EXEMPLES DE MODES DE RÉALISATION [0019] La discussion suivante est présentée pour permettre à un spécialiste du domaine de réaliser et d'utiliser les exemples de modes de réalisation. Diverses modifications seront évidentes aux spécialistes du domaine, et les principes généraux décrits ici peuvent être appliqués aux modes de réalisation et applications autres que ceux détaillés ci-dessous, sans s'écarter de l'esprit ou de la portée des modes de réalisation divulgués, tel qu'ils sont définis ici. Par conséquent, les modes de réalisation divulgués ne sont pas destinés à être limités aux modes de réalisation particuliers illustrés, mais doivent être accordés à la portée la plus large conformément aux principes et aux caractéristiques divulgués ici.
[0020] Les modes de réalisation divulgués ici concernent des capteurs et des procédés de détection améliorés destinés à l'évaluation de la résistivité et de la permittivité d'une formation souterraine. Les capteurs et les procédés de détection divulgués emploient de façon avantageuse des antennes ayant des enroulements toroïdes enroulés de façon toroïdale (« TWTW ») pour prendre des mesures à haute fréquence. Les antennes TWTW sont en mesure d'agir comme des filtres naturels passe-haut pour supprimer le bruit à faible fréquence et à moyenne fréquence et d'autres interférences. De telles antennes permettent à un outil de diagraphie de détecter ou de capter des signaux à haute fréquence, ou le composant à haute fréquence d'un signal, avec plus de clarté et de précision. De multiples antennes TWTW peuvent être utilisées dans de multiples configurations différentes, comprenant une configuration multiaxiale, une configuration de compensation, une configuration radiale, etc. Les antennes TWTW sont particulièrement utiles dans des applications telles que la diagraphie diélectrique (comprenant les opérations de diagraphie/de mesure pendant le forage (L/MWD)), les communications par bonds courts, la surveillance de l'injection d'eau, etc.
[0021] En se référant maintenant à la figure 1 A, une plateforme de forage 100a est illustrée dans laquelle les capteurs et les procédés de détection divulgués ici peuvent être utilisés pour déterminer la résistivité et la permittivité de la formation et d'autres propriétés de la formation. La plateforme de forage 100a est située au-dessus d'un trou de forage 102 qui a été creusé à travers une formation souterraine 104 à partir d'un emplacement en surface 106. L'emplacement en surface 106 est illustré ici comme un emplacement terrestre, mais peut également être un emplacement offshore ou un quelconque autre emplacement à partir duquel le trou de forage 102 peut être creusé. Une colonne de forage 108 composée d'une longueur continue de segments de tuyau assemblés 110 est suspendue à partir d'une plateforme de forage 100a. La colonne de forage 108 contient généralement un ensemble de fond de trou (BHA) fixé à l'extrémité de celle-ci, qui comprend un moteur de forage rotatif 112 raccordé à un trépan de forage 114. Une liste non exclusive des composants du BHA comprend : un tube de forage, des masses-tiges, des agitateurs, des oscillateurs, des pots, des stabilisants, des alésoirs, des élargisseurs, des sous-systèmes de filtre, des sous-systèmes de circulation, des monels et des masses-tiges non magnétiques, des répartiteurs, un moteur à boue, la masse-tige susmentionnée, etc. La colonne de forage 108 peut également comprendre un outil de fond de trou 116, tel qu'un outil de diagraphie/de mesure pendant le forage (L/MWD), qui peut être utilisé pour accéder à la résistivité de la formation et à d'autres propriétés de la formation.
[0022] D'autres moyens de transport en sus de la colonne de forage 108 peuvent également être utilisés pour transporter l'outil de fond de trou 116, tel qu'illustré dans la plateforme de forage 100b de la figure IB. Ces moyens de transport peuvent comprendre, par ex., un filin d'acier, un câble lisse, un tube enroulé, un tuyau, un tracteur, etc., y compris des moyens de transport qui comprennent un conducteur dans lequel les mesures de l'outil peuvent être transportées vers la surface par télémétrie le long du moyen de transport, aussi bien que des moyens de transport qui ne comprennent pas un conducteur. Dans le dernier cas, les mesures de l'outil peuvent être transmises vers la surface de façon acoustique, électromagnétique, ou par télémétrie par impulsions dans la boue, ou stockées dans une mémoire et ultérieurement récupérées au niveau de la surface. Dans l'exemple de la figure IB, un filin d'acier 117 est utilisé comme moyen de transport pour l'outil de fond de trou 116.
[0023] Conformément aux modes de réalisation divulgués, un ou plusieurs capteurs d'antenne TWTW 118 sont montés sur l'outil de fond de trou 116, par ex., sur un mandrin de l'outil de diagraphie 116 (par ex., à l'intérieur d'un évidement annulaire de celui-ci). Ces capteurs d'antenne TWTW 118 reçoivent des ondes électromagnétiques revenant de la formation, ce qui permet leur enregistrement sous forme de tensions par l'outil de fond de trou 116. Les tensions enregistrées sont ensuite transmises, idéalement en temps réel, à une unité de traitement de données 120 située soit à proximité de la plateforme de forage 100a, 100b et/ou soit à autre emplacement au niveau duquel elles sont traitées (par ex., filtrage, conversion analogique à numérique, etc.), s'il y a lieu. Il est également possible de placer l'unité de traitement de données 120 au fond du trou sur la colonne de forage 108, par ex., dans l'outil de diagraphie 116, pour un traitement in situ des données de capteur provenant des capteurs 118. Par ailleurs, une partie de l'unité de traitement de données 120 peut être située au fond du trou et une partie située en surface, le cas échéant, pour optimiser le traitement des données de capteur. L'unité de traitement de données 120 envoie ensuite les données traitées à un système d'évaluation de la formation 122 à travers une liaison de communication 124 pour dériver une estimation de la résistivité et la perméabilité de la formation, et d'autres propriétés de la formation.
[0024] Dans le mode de réalisation des figures IA et IB, un ou plusieurs capteurs d'antenne TWTW 118 sont illustrés comme étant montés de façon coaxiale sur l'outil de fond de trou 116. D'autres modes de réalisation peuvent utiliser des agencements alternatifs, tels qu'une configuration de montage radiale, sans s'écarter de la portée des modes de réalisation divulgués. Une antenne classique (non expressément illustrée) peut être utilisée dans certains modes de réalisation pour transmettre les ondes électromagnétiques dans la formation 104, ou un ou plusieurs des capteurs d'antenne TWTW 118 peuvent être utilisés à la fois comme un émetteur et un récepteur dans certains modes de réalisation. Des modes de réalisation à capteur unique aussi bien que des modes de réalisation qui utilisent de multiples capteurs 118 sont envisagés. Il est également possible d'utiliser une combinaison de capteurs d'antenne TWTW 118 et de capteurs d'antenne classiques pour recevoir les ondes électromagnétiques dans certains modes de réalisation.
[0025] La figure 2 illustre un exemple d'implémentation du système d'évaluation de la formation 122 selon les modes de réalisation divulgués ici. Le système d'évaluation de la formation 122, qui est illustré sous forme d'un système au niveau de la surface (voir les figures IA et IB) à toutes fins utiles, peut comprendre un système informatique classique, tel qu'un poste de travail, un ordinateur de bureau ou un ordinateur portable, identifié à 200, ou il peut comprendre un système informatique personnalisé développé pour une application donnée. Dans un agencement type, le système informatique 200 comprend un bus 202 ou une autre voie de communication servant à transférer des informations parmi d'autres composants au sein du système informatique 200, et une unité centrale 204 couplée au bus 202 pour le traitement des informations. Le système informatique 200 peut aussi comprendre une mémoire principale 206, telle qu'une mémoire à accès aléatoire (RAM) ou un autre dispositif de stockage dynamique couplé au bus 202 pour l'enregistrement d'instructions lisibles par un ordinateur destinées à l'exécution par l'unité centrale 204. La mémoire principale 206 peut aussi servir à enregistrer des variables temporaires ou d'autres informations intermédiaires lors de l'exécution des instructions par l'unité centrale 204.
[0026] Le système informatique 200 peut également comprendre une mémoire morte (ROM) 208 ou un autre dispositif d'enregistrement statique couplé au bus 202 pour enregistrer des informations et des instructions statiques pour l'unité centrale 204. Un dispositif d'enregistrement lisible par ordinateur 210, tel qu'une mémoire non volatile (par ex., une mémoire Flash) ou un disque magnétique, peut être couplé au bus 202 pour l'enregistrement d'informations et d'instructions pour l'unité centrale 204. L'unité centrale 204 peut aussi être couplée par le bus 202 à un afficheur 212 pour afficher les informations pour un utilisateur. Un ou plusieurs dispositifs de saisie 214, comprenant des claviers, souris, boule de commande, touches de direction de curseur, alphanumériques et autres, et ainsi de suite, peuvent être couplés au bus 202 pour transférer des informations et des sélections de commandes à l'unité centrale 204. Une interface de communication 216 peut être prévue pour permettre au système informatique 200 de communiquer avec un système ou avec un réseau externe.
[0027] Le terme « instructions lisibles par ordinateur » dans le présent contexte décrit les instructions qui peuvent être exécutées par l'unité centrale 204 et/ou d'autres composants. De la même façon, le terme « support lisible par ordinateur » décrit un quelconque support de stockage qui peut être utilisé pour stocker les instructions lisibles par ordinateur. Un tel support peut prendre plusieurs formes, comprenant, sans limitation, un support non volatil, un support volatil et un support de transmission. Les supports non volatils peuvent comprendre, par ex., des disques optique et magnétique, comme dispositif de stockage 210. Les supports volatils peuvent comprendre une mémoire dynamique, telle que la mémoire principale 206. Les supports de transmission peuvent comprendre des câbles coaxiaux, des fils de cuivre et de fibre optique, comprenant les fils du bus 202. La transmission elle-même peut prendre la forme d'ondes électromagnétique, acoustique ou lumineuse, telles que celles générées pour les communications de données par radiofréquence (RF) et infrarouge (IR). Les formes courantes de supports lisibles par ordinateur peuvent comprendre, par ex., un support magnétique, un support optique, une puce mémoire, et un quelconque autre support qui peut être lu par un ordinateur.
[0028] Une application d'évaluation de la résistivité de la formation 218, ou des instructions lisibles par ordinateur de celle-ci, peut se trouver sur ou être téléchargée vers un dispositif de stockage 210 pour l'exécution. L'application d'évaluation de la résistivité de la formation 218 peut être un outil autonome ou elle peut faire partie d'une suite d'outils qui peut être utilisée pour obtenir une évaluation globale de la formation 116. Cette application d'évaluation 218 peut être implémentée dans un quelconque langage de programmation informatique ou de progiciels de développement connus des hommes du métier, y compris plusieurs versions de C, C++, FORTRAN, etc. Les utilisateurs peuvent ensuite utiliser l'application d'évaluation 218 pour analyser les données provenant de l'un ou des plusieurs capteurs d'antenne TWTW 118 pour estimer la résistivité, la permittivité, et d'autres propriétés de la formation.
[0029] En se référant maintenant à la figure 3, un conducteur électrique à enroulement toroïde 300 qui peut être utilisé dans l'un ou les plusieurs capteurs d'antenne TWTW 118 est illustré selon certains modes de réalisation. Le conducteur électrique à enroulement toroïde 300 est principalement composé d'un fil 302 ou d'un conducteur électrique semblable qui est enroulé dans un schéma hélicoïdal ou spiral autour d'un noyau 304. Le noyau 304 peut simplement être un noyau d'air, mais il est généralement fabriqué en un matériau ferromagnétique, tel que le fer, l'acier, le cobalt, le nickel, etc., et il est généralement isolé du fil ou du conducteur électrique 302. Le conducteur électrique à enroulement toroïde 300 (et le noyau 304 dans celui-ci) peut ensuite être formé en un enroulement toroïde enroulé de manière toroïde semblable à celui illustré dans la figure 4 en enroulant le conducteur électrique 300 en un motif hélicoïdal autour d'un noyau en forme de toroïde.
[0030] La figure 4 illustre un exemple d'antenne TWTW 400 qui peut être construite à partir d'un conducteur électrique à enroulement toroïde (voir la figure 3) selon les modes de réalisation divulgués. Comme on peut le voir, l'antenne 400 est composée d'un noyau primaire 402 ayant la forme d'un toroïde et un noyau secondaire 404 enroulé en un motif hélicoïdal ou spiral autour du noyau primaire 402. Un fil 406 ou un conducteur électrique semblable est enroulé dans un motif hélicoïdal ou spiral autour du noyau secondaire 404, formant un conducteur électrique à enroulement toroïde 408 qui est structurellement et électriquement semblable au conducteur électrique à enroulement toroïde 300 de la figure 3. Ce conducteur électrique à enroulement toroïde 408 suit également le trajet du noyau secondaire 404 autour du noyau primaire 402, formant ainsi un enroulement toroïde enroulé de façon toroïdale, généralement indiqué à 410, autour du noyau primaire 402. L'antenne TWTW 400 ainsi construite peut ensuite être utilisée comme ou dans le capteur 118 (c.-à-d., comme une antenne réceptrice) conformément aux modes de réalisation divulgués.
[0031] Le noyau primaire 402 est généralement fabriqué en un matériau ferromagnétique, tel que le fer, l'acier, le cobalt, le nickel, etc., qui est normalement isolé du conducteur électrique à enroulement toroïde 408, qui peut lui-même, par ex., être un fil de cuivre. Le noyau secondaire 404 est également généralement fabriqué en un matériau ferromagnétique, tel que le fer, l'acier, le cobalt, le nickel, etc., et est normalement isolé du conducteur électrique à enroulement toroïde 406. Le matériau utilisé pour le noyau primaire 402, le noyau secondaire 404 et le conducteur électrique 406, aussi bien qu'un quelconque matériau d'isolation, doit être soigneusement sélectionné pour permettre à l'antenne 400 de résister aux conditions environnementales de fond de trou hostiles, comprenant des températures et des pressions élevées. Il est bien sûr possible, dans certains modes de réalisation, que soit le noyau principal 402 soit le noyau secondaire 404, soit les deux, soient des noyaux d'air (voir la figure 5) s'il y a lieu, dépendamment de l'application donnée.
[0032] La figure 5 illustre une antenne TWTW 500 alternative dans laquelle l'enroulement toroïde enroulé de façon toroïdale lui-même constitue l'antenne TWTW 500. À la fois le noyau primaire et le noyau secondaire peuvent être des noyaux d'air de sorte que l'antenne TWTW 500 soit composé seulement (ou principalement) d'un conducteur électrique à enroulement toroïde 502 enroulé en un motif hélicoïdal ou spiral pour former l'enroulement toroïde enroulé de façon toroïdale 500.
[0033] Le fonctionnement de l'antenne TWTW comme un récepteur peut être décrit en référence à la figure 6 et les équations de Maxwell bien connues :
V-D = p \7-B = 0 v j, ÔB
V x E =-ôt \/xH = — + J ôt
O) [0034] dans lesquelles E est le champ électrique, H est le champ magnétique, D est le champ de déplacement électrique, B est la densité de flux magnétique, P est la densité de charge libre et J est la densité de courant libre. Dans un phaseur pour un champ harmonique temporel et en supposant un milieu simple avec une permittivité diélectrique de ε et une perméabilité magnétique de μ, les équations de Maxwell deviennent :
V-E = Pε
V-H = 0 YxE = - jwpH
VxH = (jwe + σ)Ε (2) [0035] En général, ces équations expliquent qu'un champ magnétique passant à travers la coupe transversale d'une bobine induira un champ électrique dans la direction circonférentielle sur la bobine. Ce champ électrique produira une force électromotrice qui, à son tour, créé une différence de tension dans la bobine qui peut être mesurée.
[0036] En référence à la figure 6, les équations de Maxwell peuvent être appliquées à une antenne TWTW comme ce qui suit. Une antenne TWTW peut être considérée comme comprenant une spire primaire 600 (c.-à-d., le noyau toroïde), des spires secondaires 602 (c.-à-d., le noyau secondaire) et des spires tertiaires 604 (c.-à-d., le conducteur électrique à enroulement toroïde). La spire primaire 600 peut avoir un rayon ra, les spires secondaires 602 peuvent avoir un rayon rb, les spires tertiaires 604 peuvent avoir un rayon rc. Un champ magnétique incident 7/, passant à travers la coupe transversale de la spire primaire 600 induit un champ électrique Ep dans la spire primaire. Ce champ électrique Ep induit un champ magnétique EIS dans les spires secondaires 602, qui créent un champ électrique Es dans les spires tertiaires 604. Le champ électrique Et dans les spires tertiaires 604 crée une tension sur les spires tertiaires égale à l'intégral du champ électrique le long de la longueur des spires.
[0037] Comme on peut le voir dans l'Équation (2), en supposant une source d'antennes hélicoïdales, les champs électrique et magnétique induits pour la spire primaire 600 sont proportionnels à la fréquence angulaire ω. Cependant, les champs induits dans les spires secondaires 602 sont proportionnels à ω2, alors que les champs induits dans les spires tertiaires 604 sont proportionnels à ω3. Par conséquent, lorsque ω augmente, l'intensité d'un signal dans une antenne TWTW peut augmenter proportionnellement à ω3 en comparaison à ω pour une antenne hélicoïdale classique (c.-à-d., une amélioration de ω2).
[0038] Il doit être compris, cependant, que l'augmentation de l'intensité du signal améliorée (c.-à-d., gain de récepteur amélioré) pourrait ne pas être clairement remarquable à de faibles fréquences. Ceci est dû au fait que l'antenne TWTW est une combinaison de spires primaire, secondaire et tertiaire, et elle peut donc capter les mêmes signaux qui seraient normalement captés par une antenne hélicoïdale classique. Les signaux reçus par l'antenne hélicoïdale classique dominent généralement à de faibles fréquences (c.-à-d., les champs terrestres) et submergeront les signaux reçus par les spires tertiaires à de faibles fréquences. Une fois que la fréquence augmente au-delà d'une certaine fréquence seuil, au niveau de laquelle les signaux reçus par l'antenne hélicoïdale classique ne dominent plus, alors, le gain de récepteur amélioré des spires tertiaires devient plus apparent. Les simulations ont montré, dans certains cas, que le gain de récepteur amélioré des spires tertiaires devient apparent à environ 10 MHz, les gains de récepteur les plus élevés se situant à environ 1 GHz.
[0039] L'augmentation de l'intensité améliorée du signal lorsque ω augmente permet l'utilisation de l'antenne TWTW comme un filtre passe haut naturel qui peut éliminer les effets du bruit à faible fréquence, tel que l'interférence provenant des outils fonctionnant à de faibles fréquences, tout en renforçant les signaux à fréquence plus élevée. Cette capacité à supprimer le bruit à faible fréquence et de renforcer les signaux à fréquence plus élevée rend l'antenne TWTW particulièrement efficace pour l'utilisation dans des capteurs pour des applications de diagraphie diélectrique, et des applications semblables. D'autres applications de fond de trou qui peuvent bénéficier des capteurs basés sur l'antenne TWTW comprennent des systèmes de communication par bonds courts et des systèmes de communication par fibre optique, tels que ceux qui sont utilisés pour surveiller les opérations d'injection d'eau.
[0040] La figure 7 illustre un exemple d'application de fond de trou dans laquelle de multiples antennes TWTW 700, 702, 704 et 706 peuvent être utilisées dans une configuration multiaxiale. Dans cette application, les antennes TWTW 700 à 706 sont montées de façon coaxiale le long de l'axe de l'outil de fond de trou 116 (par ex., sur un mandrin de celuici) à l'intérieur d'un puits de forage 102 dans une formation souterraine 104. La première antenne TWTW 700 fonctionne comme un émetteur alors que les autres antennes TWTW 702 à 706 fonctionnent comme des récepteurs. Comme on peut le voir, l'antenne émettrice TWTW 700 est espacée des antennes réceptrices TWTW 702 à 706 par une distance « dl » qui est supérieure à la distance « d2 » séparant les antennes réceptrices TWTW 702 à 706 les unes des autres. En règle générale, l'espacement entre une antenne émettrice et une antenne réceptrice, aussi bien que la fréquence de fonctionnement, détermine le volume d'investigation pour une quelconque paire d'antennes. Par conséquent, l'espacement dl entre l'antenne émettrice TWTW 700 et les antennes réceptrices TWTW 702 à 706 peut être ajusté, comme il se doit, pour cibler un volume spécifique d'intérêt. Les informations obtenues à partir de la configuration de l'antenne multiaxiale peuvent ensuite être utilisées dans un procédé d'inversion pour obtenir un profil de permittivité radiale et/ou verticale de la formation d'une façon connue des hommes du métier.
[0041] La figure 8 illustre un autre exemple de configuration d'antenne dans laquelle deux antennes réceptrices TWTW 800 et 802 sont montées de façon coaxiale sur l'outil de fond de trou 116 dans une configuration de compensation. Cette configuration de compensation est utile lorsqu'il y a un couplage direct puissant entre une antenne émettrice et une entraîne réceptrice. Le couplage direct peut surcharger et/ou déformer tous les signaux reçus par l'antenne réceptrice provenant de la formation 104, rendant difficile la détermination précise des propriétés du volume d'intérêt. Pour contrer un tel couplage, les antennes TWTW 800 à 802 peuvent être placées sous forme d'une antenne principale 800 et d'une antenne de compensation 802 reliées à l'antenne principale TWTW 800 de sorte que les deux antennes aient des polarisations opposées (c.-à-d., enroulées dans des directions opposées). La position précise de l'antenne de compensation 802 par rapport à l'antenne principale 800 et le nombre de spires de l'antenne de compensation 802 peuvent être ajustés de sorte que l’antenne de compensation annule tout couplage direct sur l'antenne principale 800 par l'émetteur (non expressément illustré). Ceci permet d'assurer que tous les signaux captés par l'antenne principale 800, avec une très bonne approximation, ne contiennent aucune contribution de champ direct provenant de l'antenne émettrice.
[0042] La figure 9 illustre encore un autre exemple de configuration d'antenne dans laquelle deux antennes TWTW 900 et 902 peuvent être utilisées pour faire l'approximation d'un gradient (c.-à-d., dérivée spatiale) d'un champ électromagnétique (ou une tension qui est proportionnelle au champ). Les informations obtenues à partir du gradient peuvent être utilisées pour obtenir un gradient radial du signal de tension, qui est utile dans une variété d'applications, comprenant les applications de télémétrie. Dans la figure 9, les deux antennes TWTW 900 et 902 sont situées le long de côtés radialement opposés de l'outil 116. En soustrayant les tensions mesurées par les antennes radialement opposées 900 et 902 et en divisant par la distance entre les deux, le gradient de la mesure dans la direction radiale peut être obtenu. Ceci est mathématiquement illustré dans l'Équation 3 suivante, dans laquelle le composant du gradient de la tension (V) dans la direction radiale (F) peut être approché en prenant la différence dans les tensions mesurées par l'antenne 1 (c.-à-d., antenne 900) et l'antenne 2 (c.-à-d. l'antenne 902), divisée par la distance radiale entre les deux.
Ar (3) [0043] D'une façon semblable, même s'il n'est pas expressément illustré, un gradient dans la direction axiale peut également être obtenu en montant de façon coaxiale deux antennes TWTW sur un outil de fond de trou. Cette configuration ressemble à la configuration de compensation de la figure 8 excepté que le but de la seconde antenne TWTW n'est pas d'annuler la contribution de champ direct d'une antenne émettrice, mais plutôt de mesurer la vitesse de changement du champ électromagnétique mesurée par rapport à la distance axiale. Ces informations peuvent ensuite être utilisées pour obtenir un gradient axial ou vertical du signal de tension.
[0044] La figure 10 illustre un exemple de procédé 1000 qui peut être utilisé pour concevoir une antenne TWTW pour les applications de fond de trou précédentes. Le procédé 1000 permet à l’antenne TWTW d'avoir une quelconque taille appropriée et une caractéristique de gain nécessaire pour une application donnée. Les paramètres principaux utilisés pour concevoir l'antenne TWTW sont le rayon de la spire primaire ra, le rayon de la spire secondaire η,, le rayon de la spire tertiaire rc, le nombre de spires secondaires Nb et le nombre Nc de spires tertiaires dans une spire secondaire unique (voir la figure 6). Comme un exemple, une antenne TWTW type qui peut être utilisée avec un outil de fond de trou classique peut avoir un rayon de spire primaire ra d'environ 2,5 pouces, un rayon de spire secondaire d'environ η, 0,75 pouce, un rayon de spire tertiaire d'environ rc 0,25 pouce, un nombre de spires secondaires d'environ Nb 9 spires et un nombre de spires tertiaires Nc d'environ 42 spires dans une spire secondaire unique.
[0045] Comme on peut le voir dans la figure 10, la conception d'une antenne TWTW commence dans certains modes de réalisation par la production d'un premier cercle ayant un rayon ra au niveau du bloc 1002. Un deuxième cercle ayant un rayon η, est pivoté autour du premier cercle au niveau du bloc 1004. Ensuite, une ligne (câble) est enroulée autour de la surface de révolution à partir du bloc 1004 pour former Nb spires également espacés au niveau du bloc 1006. Ensuite, un troisième cercle ayant un rayon rc est pivoté autour du deuxième cercle au niveau du bloc 1008. Et en dernier et non pas la moindre, une ligne est enroulée autour de la surface de révolution provenant du bloc 1008 pour former Nb x Nc spires également espacées au niveau du bloc 1010. Il est à noter que même si le procédé 1000 de la figure 10 est illustré à l'aide d'un nombre de blocs discrets, les hommes du métier comprendront que tout bloc individuel peut être divisé en deux ou plusieurs blocs constituants, et que n'importe quel deux ou plusieurs blocs peuvent être combinés pour former un superbloc, sans s'écarter de la portée des modes de réalisation divulgués.
[0046] Une quelconque spire individuelle d'une antenne TWTW conçue selon la description donnée ci-dessus peut être décrite mathématiquement par les Équations (4)(7) suivantes, dans lesquelles x, y et z représentent le jeu de points qui décrivent l'antenne TWTW :
(4) (5) xl = raxcos(<I>) yl = ra x sin (Φ) zl = 0 x2 = rb x cos(<t> x Nb) x οοδ(Φ) y2 = rb x cos(<I> x Nb) x sin(<I>) z2 = rb x sin(O x Nb) x3 = rc x cos(<T> x Ne x Nb) x cos(0 x Nb) x οοδ(Φ) - rc x δΐη(Φ x Ne x Nb) x δΐη(Φ) y3 = rc x cos(® x Ne x Nb) x cos(O x Nb) x δ/ζΐζΦ) + rc x δΐη(Φ x Ne x Nb) x εοδ(Φ) z3 = rc x οοδ(Φ x Ne x Nb) x δΐη(Φ x Nb) x = xl + x2 + x3 y = yl + y2 + y3 z = zl + z2 + z3 (7) [0047] Dans les équations précédentes, φ représente un angle radial entre 0 et 360 degrés, Nb est le nombre de spires des enroulements toroïdes (c.-à-d., spires secondaires) ; Nc est le nombre de spires dans les enroulements toroïdes (c.-à-d., les spires tertiaires) ; η, est le rayon de l'enroulement des enroulements toroïdes ; rc est le rayon des enroulements toroïdes ; ra est le rayon de l'antenne TWTW globale ; xl, yl et zl sont les déplacements de la boucle principale (unique) dans les directions cartésiennes X, Y et Z, respectivement ; x2, y2 et z2 sont les déplacements de l'enroulement des enroulements toroïdes dans les directions cartésiennes X, Y et Z, respectivement, et x3, y3 et z3 sont les déplacements des enroulements toroïdes dans les directions cartésiennes X, Y et Z, respectivement. Les Équations (4)-(7) permettent ainsi la définition de chaque point sur l'antenne TWTW dans le système de coordonnées cartésiennes.
[0048] Afin de démontrer le comportement de l'antenne TWTW, une simulation a été réalisée et les résultats sont affichés dans la figure 11 pour un exemple d'antenne TWTW. Dans la figure 11, un graphique 1100 est illustré dans lequel l'axe vertical représente la tension mesurée, l'axe horizontal représente la fréquence (Hz), la ligne 1102 représente la tension mesurée par une antenne réceptrice hélicoïdale classique et la ligne 1104 représente la tension mesurée par une antenne réceptrice TWTW. La simulation a été réalisée à l'aide d'un émetteur hélicoïdale classique monté de façon coaxiale à environ 200 pouces de l'antenne réceptrice TWTW et en supposant un milieu à vide. Le rayon de l'émetteur hélicoïdal et de la spire principale de l'antenne TWTW (ra) est de 10 pouces, le rayon des spires secondaires (rb) est de 4 pouces, le nombre de spires secondaires (Nb) est de 16, le rayon des spires tertiaires (rc) est de 1,75 pouces, et le nombre de spires tertiaires (Nc) est de 1024. La simulation a également supposé que le vecteur du moment magnétique de l'émetteur hélicoïdal et de la spire primaire de l'antenne TWTW est aligné. Le gain du récepteur a été normalisé à 1 à une fréquence de 1 GHz.
[0049] Comme le démontre la figure 11, la tension mesurée par l'antenne hélicoïdale (ligne 1102) est proportionnelle à la fréquence jusqu'à environ 10 MHz, auquel point 'y elle devient proportionnelle au carré de la fréquence, (c.-à-d., le terme ω devient dominant). L'antenne TWTW démontre un comportement semblable jusqu'à environ 30 MHz lorsque le terme ω3 commence à devenir dominant pour l'antenne TWTW. De façon importante, on peut voir que l'antenne TWTW possède environ le même gain que l'antenne hélicoïdale jusqu'à 1 GHz, mais elle est capable de supprimer les fréquences les plus basse (par ex., jusqu'à 10 MHz) environ 700 fois (ou plus) mieux que l'antenne hélicoïdale.
[0050] Dans la simulation de la figure 11, le facteur principal affectant le gain de l'antenne réceptrice TWTW est la taille de l'antenne. Par conséquent, le gain de l'antenne peut être ajusté en modifiant un ou plusieurs des rayons de l'antenne, par ex., le rayon rc des spires tertiaires (c.-à-d., conducteurs électriques à enroulement toroïde), ou le rayons rc des spires secondaires (c.-à-d., enroulement toroïde enroulé de façon toroïdale). L'effet sur le gain d'antenne provenant des changements de l'un ou des plusieurs des rayons peut être observé dans la figure 12, qui montre le résultat d'une simulation réalisée pour une antenne TWTW avec des dimensions qui sont 4 fois plus petites.
[0051] Dans la figure 12, un graphique 1200 est illustré qui est autrement le même que le graphique 1100 de la figure 11 ligne, à l'exception qu'une ligne 1202 a été ajoutée représentant la tension mesurée par les dimensions d'une antenne réceptrice TWTW qui sont 4 fois plus petites. Spécifiquement, l'antenne TWTW représentée par la ligne 1202 a un rayon de spire primaire (ra) de 2,5 pouces, un rayon de spire secondaire (ra) d'I pouce et un rayon de spire tertiaire (ra) de 0,4375 pouce. Le nombre de spire secondaire (Nb) et le nombre de spire tertiaire (Nb) sont les mêmes que lors de la précédente simulation (c.-à-d., Nb = 16, Nc = 1024).
[0052] Comme le démontre la figure 12, le gain de l'antenne hélicoïdale classique (ligne 1102) est inchangé par rapport à la précédente simulation avec une normalisation à 1 GHz. De la même façon, l'antenne TWTW la plus petite (ligne 1202) se comporte comme l'antenne hélicoïdale classique jusqu'à environ 100 MHz lorsque le terme ω commence à devenir dominant pour l'antenne TWTW. Cependant, la capacité de l'antenne TWTW plus petite (ligne 1202) à supprimer les faibles fréquences (par ex., jusqu'à 10 MHz) est presque 10 fois pire en comparaison à l'antenne TWTW plus grande (ligne 1104).
[0053] Comme il peut être déduit des simulations précédentes (et à partir de l'Équation (2)), les capteurs électromagnétiques fonctionnant à de faibles fréquences sont principalement sensibles à la résistivité du milieu. Cependant, lorsque la fréquence de fonctionnement augmente, la contribution provenant des fréquences plus élevées, qui se rapporte également à la permittivité diélectrique, devient plus dominante. Les fréquences de fonctionnement des outils de fond de puits utilisés pour mesurer la permittivité diélectrique sont de l'ordre du gigahertz. En outre, au cours de la diagraphie, plusieurs outils différents peuvent être empilés ensemble. Ces outils ont généralement différentes fréquences de fonctionnement et différentes régions de sensibilité. Cependant, l'interférence entre les outils reste un domaine de préoccupation. Des circuits électroniques permettant d'empêcher une telle interférence en filtrant les composants de fréquence hors de la largeur de fonctionnement de l'outil sont souvent nécessaires. L'antenne TWTW divulguée ici peut réaliser naturellement certains des filtrages de l'interférence pour les applications de diagraphie diélectriques. Comme il a été précédemment décrit (voir les figures 11 et 12), les capteurs qui sont basés sur l'antenne TWTW divulguée ici peuvent fournir un filtrage de l'ordre de centaines de fois mieux en comparaison à l'antenne hélicoïdale classique. Ainsi, une telle antenne réduirait le besoin de filtrage supplémentaire, simplifiant la conception et réduisant les coûts.
[0054] L'antenne TWTW divulguée ici peut également être avantageusement utilisée dans des systèmes de communication par bonds courts. La communication est le transfert des informations et il est généralement compris qu'une vitesse plus élevée d'informations peut être transférée à des fréquences plus élevées. Ainsi, l'antenne TWTW divulguée peut également être utile dans l'émission et la réception des données pour les systèmes de communication haute fréquence tout en éliminant encore une fois l'interférence. A des fréquences plus élevées, les signaux s'atténuent plus rapidement, ce qui suggère que les systèmes de communication par bonds courts, dans lesquels l'espacement émetteur/récepteur est faible, seraient les bénéficiaires le plus probables de l'antenne TWTW divulguée ici.
[0055] Comme il a été également mentionné ci-dessus, la surveillance de l'injection d'eau bénéficierait également de l'utilisation des capteurs basés sur l'antenne TWTW. Dans la surveillance de l'injection d'eau, de l'eau est injectée à partir d'un puits pour augmenter la production dans un puits de production distinct. Des capteurs permanents basés sur les antennes TWTW dans le puits de production peuvent être utilisés pour estimer la position de l'eau. Ces informations peuvent, à leur tour, être utilisées pour optimiser l'injection d'eau ét maximiser la production. Les lignes de fibre optique sont généralement utilisées pour transmettre des informations à partir des capteurs vers la surface dans ces applications. Plusieurs capteurs de ce type à différentes fréquences peuvent fonctionner en même temps pour augmenter les informations concernant l'injection d'eau dans ces systèmes.
[0056] Par conséquent, comme on l'a déjà indiqué, les modes de réalisation décrits ici peuvent être implémentés de plusieurs façons. Par exemple, en général, dans un aspect, les modes de réalisation divulgués peuvent concerner une antenne pour un outil de diagraphie de fond de puits. L'antenne peut comprendre, entre autres, un noyau toroïde qui peut être monté sur l'outil de diagraphie de fond de trou et un conducteur électrique à enroulement toroïde enroulé autour du noyau toroïde dans un motif hélicoïdal, formant ainsi un enroulement toroïde enroulé de façon toroïdale, l'enroulement toroïde enroulé de façon toroïdale ayant un nombre prédéterminé de spires autour du noyau toroïde. L'antenne peut également comprendre un matériau d'isolation placé entre l'enroulement toroïde enroulé de façon toroïdale et le noyau toroïde, le matériau d'isolation isolant électriquement l'enroulement toroïde enroulé de façon toroïdale du noyau toroïde. Le matériau d'isolation, l'enroulement toroïde enroulé de façon toroïdale et le noyau toroïde sont composés de matériaux qui permettent à l'antenne de fonctionner dans les conditions environnementales de fond de trou.
[0057] Conformément à l'un quelconque des modes de réalisation précédents, l'antenne fonctionne comme l'une : d'une antenne émettrice ou d'une antenne réceptrice.
[0058] Conformément à l'un quelconque à plusieurs des modes de réalisation précédents, l'antenne fonctionne à la fois comme une antenne émettrice et une antenne réceptrice.
[0059] Conformément à l'un quelconque des modes de réalisation précédents, le noyau toroïde est l'un : d'un noyau ferromagnétique, d'un noyau de treillis métallique ou d'un noyau d'air.
[0060] Conformément à l'un quelconque ou à plusieurs des modes de réalisation précédents, le conducteur électrique à enroulement toroïde a l'un : d'un noyau ferromagnétique, d'un noyau de treillis métallique ou d'un noyau d’air.
[0061] Conformément à l'un quelconque ou à plusieurs des modes de réalisation précédents, l'antenne permet des fréquences plus élevées qu'une fréquence seuil pour passer et supprimer des fréquences inférieures à la fréquence seuil, la fréquence seuil se situant entre environ 10 et environ 1 GHz.
[0062] En règle générale, dans un autre aspect, les modes de réalisation divulgués peuvent concerner un procédé de détection de signal électromagnétique dans un outil de diagraphie de fond de trou. Le procédé comprend, entre autres, la réception du signal électromagnétique provenant d'une antenne montée sur l'outil de diagraphie de fond de trou, le signal électromagnétique induisant un signal de tension ayant de multiples composants de fréquence dans l'antenne. L'antenne comprend un noyau toroïde et un conducteur électrique à enroulement toroïde enroulé autour du noyau toroïde dans un motif hélicoïdal, formant ainsi un enroulement toroïde enroulé de façon toroïdale, l'enroulement toroïde enroulé de façon toroïdale ayant un nombre prédéterminé de spires autour du noyau toroïde. Le procédé comprend également le fait de permettre à certains composants de fréquence du signal de tension de passer à travers l'antenne et l'enregistrement du signal de tension qui est émis par l'antenne à l'aide de l'outil de diagraphie.
[0063] Conformément à l'un quelconque ou aux plusieurs modes de réalisation précédents, le fait de permettre à certains composants de fréquence du signal de tension de passer à travers l'antenne comprend le fait de permettre à des composants de fréquence plus élevée qu'une fréquence seuil de passer, la fréquence seuil étant entre environ 10 et environ 1 GHz.
[0064] Conformément à l'un quelconque ou aux plusieurs modes de réalisation précédents, le fait de permettre à certains composants de fréquence du signal de tension de passer à travers l'antenne comprend également la suppression des composants de fréquence inférieurs à la fréquence seuil.
[0065] Conformément à l'un quelconque ou aux plusieurs modes de réalisation précédents, le procédé comprend également l'ajustement de la fréquence seuil de l'antenne en changeant l'un ou plusieurs : d'un rayon du conducteur électrique à enroulement toroïde ou d'un rayon de l'enroulement toroïde enroulé de façon toroïdale.
[0066] En règle générale, dans encore un autre aspect, les modes de réalisation divulgués peuvent concerner un outil de diagraphie de fond de trou pour déterminer une propriété d'une formation souterraine. L'outil de diagraphie de fond de trou comprend, entre autres, un corps d'outil et au moins une antenne à enroulement toroïde enroulée de façon toroïdale montée sur le corps d'outil. L'au moins une antenne à enroulement toroïde enroulée de façon toroïdale comprend un noyau toroïde et un conducteur électrique à enroulement toroïde enroulé autour du noyau toroïde dans un motif hélicoïdal, pour former un enroulement toroïde enroulé de façon toroïdale, l'enroulement toroïde enroulé de façon toroïdale ayant un nombre prédéterminé de spires autour du noyau toroïde. L'outil de diagraphie de fond de trou comprend également une unité de traitement de signal reliée à l'au moins une antenne à enroulement toroïde enroulée de façon toroïdale, l'unité de traitement de signal pouvant fonctionner pour enregistrer un signal de tension émis par l'au moins une antenne à enroulement toroïde enroulée de façon toroïdale.
[0067] Conformément à l'un quelconque ou aux plusieurs modes de réalisation précédents, l'au moins une antenne à enroulement toroïde enroulée de façon toroïdale comprend de multiples antennes à enroulement toroïde enroulées de façon toroïdale montées de façon coaxiale sur le corps d'outils et ayant un espacement prédéfini entre elles.
[0068] Conformément à l'un quelconque ou aux plusieurs modes de réalisation précédents, l'espacement prédéfini est choisi en se basant sur un volume d'intérêt dans la formation souterraine.
[0069] Conformément à l'un quelconque ou aux plusieurs modes de réalisation précédents, le signal de tension émis par les multiples antennes à enroulement toroïde enroulées de façon toroïdale contient certaines informations qui peuvent être utilisées pour obtenir l'un : d'un profil de permittivité radiale pour le volume d'intérêt ou d'un profil de permittivité verticale pour le volume d'intérêt.
[0070] Conformément à l'un quelconque ou aux modes plusieurs de réalisation précédents, le signal de tension émis par les multiples antennes à enroulement toroïde enroulées de façon toroïdale montées de façon coaxiale contient des informations qui peuvent être utilisées pour obtenir un gradient axial du signal de tension.
[0071] Conformément à l'un quelconque ou aux plusieurs modes de réalisation précédents, les multiples antennes à enroulement toroïde enroulées de façon toroïdale montées de façon coaxiale sur le corps d'outil sont placées dans une configuration de compensation dans laquelle le conducteur électrique à enroulement toroïde d'une antenne est enroulé autour du noyau toroïde de ladite antenne dans une direction opposée par rapport au conducteur électrique à enroulement toroïde d'une deuxième antenne.
[0072] Conformément à l'un quelconque ou aux modes de réalisation précédents, le signal de tension émis par les multiples antennes à enroulement toroïde enroulées de façon toroïdale montées de façon radiale contient des informations qui peuvent être utilisées pour obtenir un gradient radial du signal de tension.
[0073] Conformément à l'un quelconque ou aux plusieurs des modes de réalisation précédents, le corps d'outil comprend un mandrin de l'outil de diagraphie.
[0074] Alors que l'invention a été décrite en référence à un ou plusieurs modes de réalisation donnés, il sera évident pour les spécialistes du domaine que de nombreux changements peuvent y être apportés sans s'écarter de l'esprit et de la portée de la description. Chacun de ces modes de réalisation et de leurs variations évidentes sont destinés à être inclus dans l'esprit et dans la portée de l'invention revendiquée qui est décrite dans les revendications suivantes.
Claims (11)
1. Antenne pour un outil de diagraphie de fond de trou, comprenant :
un noyau toroïde qui peut être monté sur l'outil de diagraphie de fond de trou ;
5 et un conducteur électrique à enroulement toroïde enroulé autour du noyau toroïde dans un motif hélicoïdal, formant ainsi un enroulement toroïde enroulé de façon toroïdale, l'enroulement toroïde enroulé de façon toroïdale ayant un nombre prédéterminé de spires autour du noyau toroïde ; et
10 un matériau d'isolation placé entre l'enroulement toroïde enroulé de façon toroïdale et le noyau toroïde, le matériau d'isolation isolant électriquement l'enroulement toroïde enroulé de façon toroïdale du noyau toroïde ;
dans laquelle le matériau d'isolation, l'enroulement toroïde enroulé de façon toroïdale et le noyau toroïde sont composés de matériaux qui permettent à l'antenne de
15 fonctionner dans les conditions environnementales de fond de trou.
2. Antenne selon la revendication 1, dans laquelle l'antenne peut fonctionner comme l'une ou les deux : d'une antenne émettrice ou d'une antenne réceptrice.
20
3. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, dans laquelle le noyau toroïde est l'un : d'un noyau ferromagnétique, d'un noyau de treillis métallique ou d'un noyau d'air, dans laquelle le conducteur électrique à enroulement toroïde a l'un : d'un noyau ferromagnétique, d'un noyau de treillis métallique ou d'un noyau d'air.
25
4. Antenne selon la revendication 1, dans laquelle l'antenne permet des fréquences plus élevées qu'une fréquence seuil pour passer et supprimer des fréquences inférieures à la fréquence seuil, la fréquence seuil se situant entre environ 10 et environ 1 GHz.
5. Procédé de détection d'un signal électromagnétique dans un outil de diagraphie de fond de trou, comprenant :
la réception du signal électromagnétique au niveau d'une antenne montée sur l'outil de diagraphie de fond de trou, le signal électromagnétique induisant un signal de tension ayant de multiples composants de fréquence dans l'antenne, l'antenne comprenant un noyau toroïde et un conducteur électrique à enroulement toroïde enroulé autour du noyau toroïde dans un motif hélicoïdal pour former un enroulement toroïde enroulé de façon toroïdale, l'enroulement toroïde enroulé de façon toroïdale ayant un nombre prédéterminé de spires autour du noyau toroïde ;
le fait de laisser certains composants de fréquence du signal de tension de passer à travers l'antenne ; et l'enregistrement du signal de tension qui est émis par l'antenne à l'aide de l'outil de diagraphie.
6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel le fait de permettre à certains composants de fréquence du signal de tension de passer à travers l'antenne comprend le fait de permettre à des composants de fréquence plus élevée qu'une fréquence seuil de passer, la fréquence seuil se situant entre environ 10 et environ 1 GHz et comprend également la suppression des composants de fréquence inférieurs à la fréquence seuil, et/ou comprend également l'ajustement de la fréquence seuil de l'antenne en modifiant l'un ou plusieurs : d'un rayon du conducteur électrique à enroulement toroïde ou d'un rayon de l'enroulement toroïde enroulé de façon toroïdale.
7. Outil de diagraphie de fond de trou pour déterminer une propriété d'une formation souterraine, comprenant :
un corps d'outil ;
au moins une antenne à enroulement toroïde enroulée de façon toroïdale, l'au moins une antenne à enroulement toroïde enroulée de façon toroïdale comprenant un noyau toroïde et un conducteur électrique à enroulement toroïde enroulé autour du noyau toroïde dans un motif hélicoïdal, pour former un enroulement toroïde enroulé de façon toroïdale, l'enroulement toroïde enroulé de façon toroïdale ayant un nombre prédéterminé de spires autour du noyau toroïde ; et une unité de traitement de signal reliée à l'au moins une antenne à enroulement toroïde enroulée de façon toroïdale, l'unité de traitement de signal pouvant fonctionner pour enregistrer un signal de tension émis par l'au moins une antenne à enroulement toroïde enroulée de façon toroïdale.
8. Outil de diagraphie de fond de trou selon la revendication 7, dans lequel l'au moins une antenne à enroulement toroïde enroulée de façon toroïdale comprend de multiples antennes à enroulement toroïde enroulées de façon toroïdale montées de façon coaxiale sur le corps d'outil et ayant un espacement prédéfini entre elles et dans laquelle l'espacement prédéfini est choisi en se basant sur un volume d'intérêt dans la formation souterraine.
9. Antenne selon la revendication 8, dans laquelle le signal de tension émis par les multiples antennes à enroulement toroïde enroulées de façon toroïdale contient certaines informations qui peuvent être utilisées pour obtenir l'un : d'un profil de permittivité radiale pour le volume d'intérêt ou d'un profil de permittivité verticale pour le volume d'intérêt ou dans laquelle le signal de tension émis par les multiples antennes à enroulement toroïde enroulées de façon toroïdale montées de façon coaxiale contient des informations qui peuvent être utilisées pour obtenir un gradient axial du signal de tension.
10. Outil de diagraphie de fond de trou selon la revendication 8, dans lequel les multiples antennes à enroulement toroïde enroulées de façon toroïdale montées de façon coaxiale sur le corps d'outil sont placées dans une configuration de compensation dans laquelle le conducteur électrique à enroulement toroïde d'une antenne est enroulé autour du noyau toroïde de ladite antenne dans une direction opposée par rapport au conducteur électrique à enroulement toroïde d'une deuxième antenne ou dans lequel le signal de tension émis par les multiples antennes à enroulement toroïde enroulées de façon toroïdale montées de façon radiale contient des informations qui peuvent être utilisées pour obtenir un gradient radial du signal de tension.
11. Outil de diagraphie de fond de trou selon la revendication 7, dans lequel le corps d'outil comprend un mandrin de l'outil de diagraphie.
Applications Claiming Priority (2)
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Publications (1)
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|---|---|
| FR3068175A1 true FR3068175A1 (fr) | 2018-12-28 |
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
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|---|---|
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| US20210184355A1 (en) | 2021-06-17 |
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