Brevet FR2527787A1 — publié le 19831202

La présente invention concerne un procédé et un dispositif de diagraphie par induction de trous de sondage. La diagraphie par induction est une technique connue. Un instrument, appelé dans la suite une "sonde", est susp#endu à un câble et est descendu dans un trou de sondage de manière à obtenir une information sur la nature du terrain dans la région du trou, et en particulier pour détecter la présence possible de minéraux et de pétrole. La sonde contient un enroulement ( appelé dans la suite un enroulement émetteur " ) bobiné sur un mandrin isolant, l'enroulement étant excité par un courant alternatif de manière à engendrer un champ électromagnétique d'une fréquence comprise dans la gamme des kilohertz.L'influence des formations environnantes de terrain sur le champ électromagnétique est examinée par observation de la tension engendrée dans un second enroulement ( appelé dans la suite " enroulement récepteur " ), qui est également bobiné sur le mandrin isolant de façon à être disposé coaxialement par rapport à l'enroulement émetteur et à être espacé longitudinalement de celui-ci. Cet agencement sera appelé dans la suite un élément émetteur/récepteur de base Le signal provenant de l'enroulement récepteur dans le système décrit ci-dessus fournit une mesure générale de la résistivité des formations de terrain dans la zone du trou de sondage. Un certain nombre de systèmes ont été proposés pour concentrer " les mesures effectuées de manière que le signal reçu représente la résistivité de secteurs relativement étroits des formations de terrain.Par exemple, le signal peut représenter la résistivité d'un anneau de terrain placé à une certaine distance latérale du trou de sondage ( concentration radiale ou latérale ) et/ou il peut représenter la résistivité d'une bande horizontale, relativement étroite, de terrain centrée en un point situé en un certain endroit entre les enroulements émetteurs et récepteurs ( concentration verticale ou longitudinale ). Une telle concentration a été assurée par des systèmes à enroulements multiples utilisant plus d'un enroulement émetteur et/ou plus d'un enroulement récepteur. Les signaux provenant des difterentes combinaisons émetteur/récepteur sont combinés dans la sonde et sont transmis sous forme d'un signal composite par l'intermédiaire d'un câble jusqu'à la surface.Les signaux de sortie des différentes combinaisons éme#ur/récepteur peuvent être additionnés algébriquement, éventuellement avec application de coefficients de pondération, de manière à obtenir des mesures caractéristiques des formations de terrain dans des secteurs spécifiques. Il est également connu de traiter un signal provenant d'un trou de sondage en assurant sa mémorisation puis en effectuant une combinaison algébrique prédéterminée de fractions sélectionnées du signal obtenues à différents instants ( et correspondant à des profondeurs différentes dans le trou de sondage ). Dans tous les cas où des systèmes à enroulements multiples sont utilisés, il est prévu dans l'art antérieur une combinaison des signaux de sortie dans la sonde proprement dite et la transmission d'un ou plusieurs desdits signaux composites jusqu'en surface. Tout autre traitement qui peut etre effectué en surface sur de tels signaux composites est limité. Ainsi, lors d'un seul parcours d'un trou de sondage par une seule sonde, l'information obtenue est limitée et, si une autre information est nécessaire, il faut alors faire passer dans le trou de sondage une sonde comportant des combinaisons émetteur/récepteur différentes. Ce manque de souplesse des systèmes connus est éliminé grâce à la présente invention, qui est caractérisée en ce que le signal de donnée de base provenant de chaque élément émeteurirécepteur de base est transmis séparément jusqu'en surface et est mémorisé séparément, de sorte que la pureté de contribution de chaque élément est préservée. Ce signal de donnée de base peut ensuite être traité et recombiné d'un nombre illimité de manières. L'invention concerne par conséquent un procédé de diagraphie par induction pour examiner des formations de terrain traversées par un trou de sondage, qui consiste à disposer des moyens de diagraphie par induction à une pluralité de profondeurs dans le trou de sondage, les moyens de diagraphie par induction comportant au moins deux éléments émetteur/récepteur de base pour obtenir des signaux électriques séparés respectifs ; à transmettre les signaux électriques séparés jusqu'en surface ; à mémoriser les signaux électriques séparés de façon que le signal obtenu à partir de chacun des éléments de base soit conserve sous une forme pure ; et à combiner les signaux électriques séparés de toute manière désirée pour produire une ou plusieurs informations représentant les caractéristiques électriques des formations de terrain adjacentes au trou de sondage en fonction de la profondeur. L'invention concerne également un dispositif de diagraphie par induction pour examiner des formations de terrain traversées par un trou de sondage, comprenant au moins deux éléments émetteur/récepteur de base pour effectuer une diagraphie par induction, qui sont contenus dans des moyens de diagraphie par induction agencés pour passer dans un trou de sondage, de manière à obtenir des signaux électriques séparés respectifs ; un câble pour supporter les moyens de diagraphie par induction dans le trou de sondage et pour transmettre les signaux électriques séparés jusqu'en surface des moyens pour mémoriser les signaux électriques séparés en surface ; et des moyens pour combiner les signaux électriques séparés de toute manière désirée afin de produire une ou plusieurs informations représentan#t des caractéristiques électriques des formations de terrain adjacentes au trou de sondage en fonction de la profondeur. Les signaux électriques séparés peuvent être mémorisés en surface indéfiniment, par exemple sur une bande magnétique ou des disques. La production d'une information faisant intervenir une certaine combinaison desdits signaux n'affecte pas la mémorisation des données de base, qui sont encore conservées sous une forme pure. L'invention offre par conséquent la possibilité de produire une diversité d'infor- mations à partir de la même donnée de base. Il est également possible de produiresune information un certain temps après collecte de la donnée de base en utilisant un logiciel qui n'était même pas disponible au moment où la donnée a été collectée. Le courant appliqué à la bobine émettrice est sinusoïdal et le champ électromagnétique engendré a une fréquence habituellement comprise dans la gamme allant de 1 à 100 kHz, de préférence de 10 à 50 kHz. La tension induite dans la bobine réceptrice, sous l'effet du champ électromagnétique engendré dans les formations géologiques environnantes, et qui forme la composante de signal désirée, est déphasée de 1800 par rapport au courant passant dans l'enroulement émetteur. Cependant, une tension relativement grande et indésirable est également induite directement. Cette dernière composante indésirable est déphasée de 900 par rapport au courant passant dans l'enroulement émetteur. La composante déphasée à 900 peut être rejetée par un moyen électronique approprié.Cependant, il est préférable de rejeter la composante déphasée à 900 en prévoyant un petit enroulement auxiliaire, qui peut par exemple être interposé entre les enroulements émetteur et récepteur. Cet enroulement auxiliai- re -annule la majeure partie de la composante déphasée à 900 dans le signal engendré dans l'enroulement récepteur. L'enroulement auxiliaire ne doit pas nécessairement# être placé entre l'émetteur et le récepteur particulier. Un enroulement auxiliaire peut être utilisé #pour annuler des composantes déphasées à 900 dans plusieurs éléments. Une composante déphasée à 900 résiduelle est rejetée par un moyen# détecteur de phase comme décrit dans la suite. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 est une représentation schématique d'une sonde dans un trou de sondage, montrant l'agencement des enroulements, et elle donne des schémas à blocs associés 1A et 1B montrant respectivement les composants électroniques prévus dans la sonde et en surface, et la figure 2 est un schéma montrant à échelle agrandie le bobinage des enroulements. En considérant maintenant la figure 1, on voit que celle-ci-représente une sonde coomprenant une bobine à enroulements isolée 1 et une partie électronique 2, la sonde étant supportée à partir de la surface du sol par un câble 3. Les différents enroulements émetteur, récepteur et auxiliaire sont bobinés sur un mandrin isolant situé dans la partie 1. Comme le montre la fig. 2, chaque enroulement 4 est bobiné sur un mandrin isolant 5 en fibres de verre et une protection électrostatique est prévue sur les surfaces intérieures et extérieures des enroulements sous la forme de blindages 6 et 7. L'ensemble d'enroulements est entouré par une huile isolante placée dans un tube extérieur isolant 8 en fibre de verre de façon à former la partie 1. Il s'est avéré approprié d'utiliser un seul enroulement émetteur T et quatre enroulements récepteurs R1, R2, R3 et R4. Il est prévu quatre enroulements auxiliaires D1, D2, DE et D4 qui sont placés entre l'enroulement -émetteur et les enroulements récepteurs respectifs. En fait, comme indiqué sur la figure 1, D1, D2 et D3 sont placés entre T et R1 tandis que D4 est placé entre R1 et R2.L'espacement des enroulements émetteur et récepteur est choisi de manière que des combinaisons appropriées des signaux séparés reçus en surface puissent fournir une information désirée concernant la résistivité de différents secteurs dans la zone du trou de sondage. L'espacement des enroulements émetteur, récepteur et auxiliaire est donné dans le Tableau suivant en même temps que le nombre de spires et le diamètre de chaque enroulement. TABLEAU Enroulement Espacement de l'en- Nombre de Diamètre roulement T, en mm spires ( mm) T - 236 71 D1 220 4 71 D2 313 4 71 D3 389 4 71 R1 470 114 71 D4 669 9 71 R2 704 114 71 R3 937 114 71 1350 114 71 L'émetteur 9 fournit du courant alternatif à l'enroulement émetteur T. Cela produit un champ électromagnétique de 20 kHz autour de l'enroulement T. Un amplifica teur de récepteur 10 reçoit la force électromotrice, de l'ordre s microvolts, (VR) induite dans l'enroulement récepteur R1 et l'enroulement auxiliaire D1 et l'amplifie dans la gamme des millivolts, avant une détection de phase. Une grande proportion de la composante déphasée à 900 a été annulée par l'enroulement auxiliaire D1. Un détecteur de phase 11 remplit un double rôle. Il reçoit une référence de phase de courant 12 provenant de l'émetteur 9 et il rejette toute composante résiduelle déphasée de 900 (Vx) existant dans le signal. En outre il convertit le signal de sortie de l'amplificateur pour passer d'un signal en courant alternatif à un signal en courant continu. Un filtre passe-bas 13 supprime la composante de 20 kHz du signal de sortie du détecteur de phase 11 et applique le signal résultant à un multiplexeur analogique 14. Chaque enroulement récepteur et auxiliaire comporte des composants respectifs 10, 11 et 13 pour appliquer le signal au multiplexeur 14.Le multiplexeur analogique extrait, en série dans le temps, chacun des quatre signaux de courant continu filtré à partir des enroulements récepteur et auxiliaire respectifs ( et toute autre mesure d'un transducteur analogique ) et il les transmet à un convertisseur analogique/numérique 15 qui fonctionne sous la commande d'un microprocesseur de saisie de données 16. Les signaux de sortie du composant 16 sont appliqués à un moyen de communication par câble 17 qui établit-des communications entre la sonde et la surface, en rec#evant des ordres prove nant de la surface et en transmettant des données en surface. Une source d'alimentation en courant 18 extrait du courant du câble 3 et produit un courant continu réglé en vue d'une utilisation générale à l'intérieur de la sonde. Le signal provenant du câble 3 est reçu en surface par des moyens de communication par câble 19, qui forment Ja contrepartie de l'unité 17 placée dans le trou de sondage, les deux unités échangeant des informations dans les sens de montée et de descente dans le trou. Une interface de sonde 20 effectue la reconnaissance du signal reçu en provenance de la sonde et elle convertit le format de données numériques uti lisé dans les communications en unités nominales de conduc tivité dans un format reconnu par l'unité centrale de traite- ment 21. Un enregistreur graphique 22 permet d'enregistrer les résultats de calcul-des combinaisons des signaux de sortie des quatre récepteurs séparés en correspondance à un axe de profondeur.Un enregistreur à bande 23 constitue la source du logiciel de système ainsi qu'un- moyen de mémorisa tion des données. Un pupitre de commande 24 co-mprend une unité d'affichage vidéo et un clavier à touches à l'aide duquel l'opérateur commande la sonde et le système en vue de l'exécution des opérations. Une source d'alimentation en courant 25 permet de fournir du courant à la sonde par l'inter- médiaire du câble correspondant. Il est possible que l'invention soit mise en prati que avec des agencements d'enroulements différents de celui représenté sur la fig. 1. Par exemple l'enroulement auxiliai re prévu dans un élément de base peut être place sur- le coté inférieur de l'enroulement émetteur par rapport à l'enroule ment récepteur. Un élément de base peut également comporter un enroulement récepteur placé en dessous de lsenroulement émetteur tandis que l'enroulement auxiliaire est placé au dessus de l'enroulement émetteur. De même les éléments de base tels que ceux représentés sur la fig. 1 peuvent être inversés de manière que l'enroulement émetteur soit dirigé vers le haut de la sonde. En outre il est possible d'avoir plus d'un enroulement émetteur, bien qu'il soit préférable d'én faire intervenir seulement un. Un ensemble d'enroule gents peut par conséquent combiner des permutations de toutes les formes d'éléments de base décrites ci-dessus. Le système décrit ci-dessus permet par conséquent d'obtenir en surface des données brutes provenant de chaque élément émetteur-récepteur de-base qui sont conservées sous une forme pure. Ces données sont mémorisées sur une bande magnétique et elles peuvent être recombinées et traitées de toute manière désirée Ainsi toutes les données sont produites lors d'un seul passage dans le trou de sondage à l'aide d'un seul instrument. La réponse prédominante d'un seul élément émetteur/récepteur de base dépend principalement de l'espacement entre émetteur et récepteur. Les quatre signaux de base peuvent en correspondance être combinés en surface avec des coefficients appropriés de pondération pour obtenir une concentration radiale.Une concentration verticale--est établie par introduction d'un facteur de temps ( le temps étant fonction de la profondeur de sonde ), de sorteoque les signaux sont combinés en surface avec des décalages de profondeur-appropriés. A l'aide d'une programmation appropriée, il est possible de produire une diversité d'enregistrements de diagraphie par induction immédiatement sur place à partir des données de base. En outre, lorsque les données de base ont été mémorisées, d'autres informations peuvent être obtenues simplement par un changement de programme, sans qu'il soit nécessaire d'effectuer un autre passage dans le trou de sondage. Il est également possible, par une adaptation appropriée du logiciel de l'ordinateur, d'utiliser la même sonde dans une diversité de trous de sondage et de conditions géologiques. Cette souplesse obtenue grâce à la présente invention n'est pas possible avec les systèmes précédemment utilisés. Lorsqu'une concentration radiale est obtenue par combinaison de signaux dans la sonde proprement dite, comme dans l'art antérieur, il est généralement nécessaire d'utiliser de multiples enroulements émetteurs ainsi que de multiples enroulements récepteurs pour -obtenir une concentration à une ou plusieurs distances radiales du trou de sondage. Ce même résultat peut être obtenu dans la présente invention à l'aide d'un système à un seul émettéur et à plusieurs récepteurs. Ce dernier système nécessite par conséquent une partie à enroulements- plus courte de sorte que la sonde est à la fois plus courte et plus légère que les instruments connus. REVENDICATIONS 1. Procédé de diagraphie par induction pour examiner des formations de terrain traversées par un trou de sondage, caractérisé en ce qu'il consiste à disposer des moyens de diagraphie par induction (1, 2) à plusieurs profondeurs dans le trou de sondage, ces moyens de diagraphie par induction comportant au moins deux éléments émetteur/récepteur de base (T, R1-R4) pour obtenir des signaux électriques séparés respectifs ; à transmettre les signaux électriques séparés en surface ; à mémoriser les signaux électriques séparés de façon que le signal dérivé de chacun des éléments de base soit conservé sous une forme pure ; et à combiner les signaux électriques séparés de toute manière appropriée pour produire une ou plusieurs informations représentant des caractéristiques électriques des formations de terrain adjacentes au trou de sondage en fonction de la profondeur. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de diagraphie par induction comprennent au moins deux éléments de base (T, R1 -R4) partageant le même enroulement émetteur (T). 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les enroulements récepteurs (R1- R4) des éléments de base respectifs (1, 2) sont tous placés du même côté de l'enroulement émetteur (T). 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque élément de base (1, 2) comprend un enroulement auxiliaire ( D1, D2, D3, D4) placé entre les enroulements émetteur (T) et récepteurs (R1, R2, R3, R4) pour annuler la tension induite dans l'enroulement récepteur directement à partir de l'enroulement émetteur. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de diagraphie par induction comprennent un multiplexeur (14) pour traiter les signaux provenant des enroulements récepteurs respectifs en série dans le temps, les signaux traités étant transmis séparément en surface. 6. Dispositif de diagraphie par induction pour examiner des formations de terrain traversées par un trou de sondage, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux éléments émetteur/récepteur de base ( T, R1, R2, R3, R4) pour effectuer une diagraphie par induction, qui sont contenus dans des moyens de diagraphie par induction (1, 2) agencés pour passer dans un trou de sondage, en vue d'obtenir des signaux électriques séparés respectifs ;un câble (3) pour supporter les moyens de diagraphie par induction dans le trou de sondage et pour transmettre les signaux électriques s#éparés jusqu'en surface ; des moyens (23) pour mémoriser les signaux électriques séparés en surface ; et des moyens (22) pour combiner les signaux électrique#s séparés de toute manière désirée de façon à produire# une ou plusieurs informations représentant des caractéristiques électriques de formatiom de deterrain adjacentes au trou de sondage en fonction de la profondeur.