Brevet FR2540996A1 — publié le 19840817

La présente invention concerne des systèmes de détection par induction à haute fréquence, et plus particulièrement un procédé pour utiliser un dispositif d'enregistrement par induction à haute fréquence pour repérer la position d'une interface entre deux zones différentes ayant des constantes diélectriques différentes même si les zones ont la même résistivité. Ainsi, l'une des zones peut être une zone d'eau fraîche tandis que la seconde zone est une zone d'h,'drocarbures L'invention est également utile pour déterminer l'épaisseur globale d'une zone comportant des hydrocarbures qui est limitée en haut et en bas par des zones ayant des constantes diélectriques différentes même si toutes ces trois zones ont la même résistivité. Le brevet américain no 4 278 941, mentionné dans la présente description à titre de référence, décrit un procédé et appareil d'enregistrement par induction à haute fréquence utilisant un émetteur et au moins deux récepteurs disposés d'un seul côté de l'émetteur On mesure les signaux de tension induits dans les deux récepteurs pour déterminer l'affaiblissement et le décalage de phase entre les deux récepteurs D'après le décalage de phase et l'affaiblissement on peut obtenir la constante diélectrique et la résistivité de la formation Le brevet décrit également la modification dans la différence de phase lorsque l'instrument fran- chit un interface Comme le montre le brevet, il est difficile sinon impossible de déterminer avec-précision la situation de l'interface si l'on ne connaît pas-à la fois la constante diélectrique et la résistivité des formations. Les brevets américains no 4 185 238 et 4 209 747 décrivent des dispositifs d'enregistrement par induction à haute fréquence o l'on utilise en deux endroits différents deux bobines réceptrices On utilise une paire de bobines réceptrices pour déterminer l'affaiblissement à l'endroit le plus proche de l'émetteur, tandis qu'on utilise la seconde paire-de bobines réceptrices pour déterminer le décalage de phase à une position plus éloignée de l'émetteur Les brevets décrivent l'effet du sondage sur le courant induit et la manière dont les bobines réceptrices réagissent à différentes parties de la formation si l'on mesure la différence d'amplitude par opposition avec la différence de phase L'amplitude du signal est plus affectée par les parties lointaines ou éloignées de la formation entourant le sondage, tandis que la phase est plus affectée par les parties proches ou adjacentes des formations Ainsi, pour fournir un outil d'enregistrement pouvant mesurer avec exactitude à la fois la différence d'amplitude et le décalage de phase, le brevet suggère de mesurer la différence d'ampli- tude à un ensemble proche de bobines réceptrices, tandis que la différence de phase est mesurée à un ensemble de bobines réceptrices lointain ou éloigné D'après ce qui précède, on voit que tandis que les deux brevets fournissent une mesure plus exacte de la constante diélectrique des formations, ils ne fournissent pas une définition plus exacte de l'interface ni de l'épaisseur des diverses formations Les deux brevets sont semblables au brevet américain no 4 278 941 en ce que les bobines réceptrices sont toutes disposées d'un seul côté de l'émetteur. L'invention a pour objet de fournir une technique d'enregistrement fournissant une information exacte quant à la localisation de l'interface entre deux couches d'une formation sans qu'il soit aucunement nécessaire de connaître les constantes diélectriques ou la résisti- vité des couches d'une formation et sans qu'il soit né- cessaire d'employer des nomograinmes ou d'autres outils d'interprétation pour prédire la localisation de l'inter- face. Le procédé selon l'invention comprend les étapes consistant à induire en une première position le long de l'axe longitudinal d'un sondage un courant à haute fréquence dans la formation qui entoure le sondage; mesurer la tension résultante induite en une deuxi me et une troisième positions le long de l'axe du sondage, lesditesdeuximre et troisième positions étant situées à des distances essentiellement égales à des côtés opposés de ladite première position déterminer la différence de phase entre le cou- rant à haute fréquence induit et les tensions mesurées auxdites ceuxi Zwe et troisième positions; et reporter sur un graphique ladite différence de phase en fonction de la profondeur à laquelle ledit courant à haute fréquence a été induit dans la formation. Selon l'invention il est fourni en outre un système d'enregistrement par induction à haute fré- quence pour localiser dans une formation géologique entourant un sondage l'interface entre deux couches d'une formation ayant des constantes diélectriques différentes, le système comprenant un corps d'instrument adapté pour être descendu dans un sondage, le corps por- tant un émetteur pour induire un courant à haute fré- quence dans la formation entourant le sondage et une paire de récepteurs pour mesurer la tension induite dans la formation par ledit courant, lesdits récepteurs étant disposés à des côtés opposés de l'émetteur et en étant séparés par des distances essentiellement égales. Le système comprend en outre un moyen pour déterminer la différence de phase entre le courant à haute fréquence induit par l'émetteur et les signaux de tension détectés par les récepteurs, un moyen pour déterminer la profondeur du corps d'instrument dans un sondage et un moyen pour faire un graphique de ladite différence de phase en relation avec ladite profondeur. La configuration du système d'un émetteur positionné aux environs du point médian entre deux récepteurs *fournit des réponses négatives et positives dans le décalage de phase et dans le rapport des si- gnaux de tension des deux récepteurs lorsque l'émetteur franchit un interface entre deux couches d'une formation ayant des constantes diélectriques différentes Lorsqu'on abaisse ou qu'on élève le corps d'instrument dans un sondage et qu'il franchit un interface, alors le point médian entre les pics des réponses négatives et positives des récepteurs indique la localisation de l'interface Si l'on déplace encore le corps d'instrument à travers le sondage et qu'il passe à travers une interface voisine, alors la distance entre deux paires- adjacentes de pics positifs et négatifs donne la mesure de l'épaisseur de la couche de la formation entre les interfaces On peut enregistrer soit la différence de phase ou le décalage de phase entre les signaux produits aux deux récepteurs, soit un rapport des logarithmes de l'amplitude des signaux de tension produits aux récepteurs en relation avec la position du corps d'instrument dans le sondage pour obtenir une indication précise des interfaces entre les-di- verses couches de la formation souterraine entourant le sondage et leur épaisseur L'invention sera plus facile à comprendre d'après la description détaillée qui suit prise en liaison avec les dessins joints o-: La figure lest une représentation schématique de la configuration de l'instrument de la technique antérieure et de l'invention, la configuration de - l'instrument de la technique antérieure étant présentée dans la figure IA et la configuration de l'instrument de l'invention étant pr-ésentée dansla figure l B. La figure 2 est une réponse logarithmique donnant à la fois la différence de phase et le rapport des logarithmes des différences d'amplitude des tensions dans les deux récepteurs de l'invention. La figure 3 est une réponse logarithmique donnant à la fois la différence de phase et le rapport des logarithmes de la différence d'amplitude des ten- sions des récepteurs de l'instrumnent de la technique antérieure. Si l'on se réfère maintenant à la figure i on voit à gauche (voir figure l A) la représentation schématique -d'un instrument d'enregistrement de la technique antérieure ayant un émetteur T' et deux récepteurs R 1 ' et R ' espacés d'un côté de l'émetteur Sont également présentées trois zones séparées dans la formation indiquées par I, II et III ayant la même résistivité, par exemple 200 ohmumètres, les formations I et III ayant la même constante diélectrique tandis que la formation Il a une constante diélectrique différente Ainsi, si l'on suppose que E O est la constante diélectrique d'un vide, alors on aurait E 1/eo Eo = 25 tandis que le rapport E 2/ ÉO pour la formation Iliserait égal à 5. Ces nombres seraient représentatifs des valeurs trouvées dans l'eau douce et les sables comportant des hydrocarbures. On voit sur la droite dans la figure i (voir l B) la configuration instrumentale utilisée dans l'invention oỉ l'émetteur T est situé entre les deux récepteurs, R 1 et R 2, espacés à des distances égalés Z de l'émetteur T Z est au plus égal à deux fois l'épaisseur de la zone la plus mince II à détecter Si l'épaisseur de la zone est très inférieure à la moitié de l'espacement, on ne peut localiser la zone avec exactitude. D'après l'examen de la configuration instrumentale que montre la figure l A, on voit qu'avec le dispositif de la technique antérieure, lorsque les récepteurs R ' et R ' approchent de l'interface, c'est d'abord R 2 la première, puis l'autre, qui est affectée par le changement de constante diélectrique des deux zones. Ainsi, la différence de phase ainsi que le rapport des amplitudes changent très lentement comme il sera expliqué plus loin En revanche, lorsque l'instrument de l'invention (voir figure l B) approche de l'inter- face, le récepteur R est affecté en premier tandis que le récepteur R n'est pas affecté, et ainsi la diffé- rence de phase et le rapport des amplitudes changent brusquement La différence des deux signaux atteint naturellement un maximum lorsque l'émetteur est situé à l'interface Dans cette configuration le récepteur R 1 est affecté au maximum tandis que le récepteur R 2 n'est que légèrement affecté Ainsi, la réponse logarithmique de la différence de phase comme du rapport d'amplitude aura des valeurs maximum Lorsque l'instrument progresse vers le haut, les valeurs logarithmiques baissent jusqu'-à ce qu'elles croisent l'axe des zéros lorsque l'émetteur est situé exactement au milieu de la seconde zone Les valeurs logarithmiques prennent alors une polarité opposée à la polarité des premières valeurs logarithmiques et atteignent un maximum lorsque l'émetteur est situé au sommet de la zone II. Le changement ci-dessus de la réponse loga- rithmique est montré plus précisément dans la figure 2 o la valeur du rapport logarithmique des amplitudes est représentée sur l'axe vertical tandis que la dis- tance est représentée sur l'axe horizontal, la position zéro indiquant l'interface entre la zone I et la zone II. Comme on le voit d'après le dessin, la courbe du rapport d'amplitude 10 se déplace graduellement dans un sens négatif lorsque l'instrument approche de- et atteint une valeur maximum à la position zéro lorsque l'émetteur est positionné directement sur l'interface. La valeur du rapport d'amplitude diminue alors et croise l'axe des zéros au point médian entre les zones I et III, et prend une valeur plus positive atteignant un maximum à -1 qui est l'épaisseur de la formation Dans cet exemple, on a supposé que la formation a 1 mètre d'épaisseur et que les récepteurs sont positionnés à 1 mètre de part et d'autre de l'émetteur La courbe pointillée il de la figure 2 représente la-différence de phase des signaux du récep- teur Comme on le voit, la valeur de la différence de phase atteint une valeur négative maximum avant que l'émetteur ne soit positionné sur l'interface et une valeur positive après que l'émetteur ait passé l'inter- face, entre les zones II et III Ainsi, tandis que la différence de phase indique les limites de l'épaisseur de zone de la zone II et les positions de l'interface, il faut appliquer des corrections pour obtenir des mesures exactes de l'épaisseur de position. Si l'on se réfère à la figure 3, on observe la réponse logarithmique du signal d'amplitude 20 ' et du signal de différence de phase 21 ' du dispositif de la technique antérieure lorsqu'on enregistre la même formation Comme on le voit facilement, les deux réponses n'atteignent jamais le changement d'ampli- tude que montre la figure 2 pour la configuration instrumentale de l'invention En outre, tant la différence de phase que le rapport d'amplitude attei- gnent des valeurs négatives maximum avant que l'instrument n'ait atteint l'interface entre les zones I et II En fait, lorsque l'émetteur T' est positionné à l'inter- face, les signaux ont presque atteint une valeur cons- tante Ainsi, tandis que les données de l'instrument de la technique antérieure sont utiles pour indiquer la présence d'une interface, on ne peut obtenir sa localisation exacte ni l'épaisseur de la zone d'après un graphique direct des données de l'instrument Pour obtenir cette information, il faut tout d'abord déterminer les constantes diélectriques des formations puis refaire les graphiques des données pour obtenir la localisation exacte des interfaces et l'épaisseur des diverses zones. En revanche, l'invention fournit cette information directement sans nécessiter de travail-ou de calcul supplé- mentaire. On observe que les émetteurs pour induire un courant à hautefréquence dans une formation entourant un sondage et les récepteurs pour mesurer la tension induite dans la formation par le courant sont en soi connus et n'ont pas besoin d'être décrits de façon détaillée Bien que la fréquence du courant puisse, selon les propriétés électriques de la formation, varier sur un large intervalle de fréquences, on préfère que l'émetteur propage une énergie électromagnétique à haute fréquence dans l'intervalle compris entre environ 1 et 1000 m Hz dans la formation Si la fréquence est inférieure à environ 100 m Hz on peut utiliser des bobines réceptrices comme récepteurs Si la fréquence est supérieure à 100 m Hz les récepteurs doivent se composer de ce qu'on appelle des antennes fendues à l'arrière à cavité, connues des spécialistes. REVENDICATIONS 1 Procédé pour localiser dans une formation géologique entourant un sondage l'interface entre deux couches d'une formation ayant des constantes diélectriques différentes, ce procédé impliquant: d'induire en une première position le long de l'axe longitu- dinal du sondage un courant à haute fréquence dans la formation de mesurer la tension résultante induite en une deuxième et une troisième positions le long de l'axe du sondage, lesdites deuxième et troisième positions étant situées à des distances essentiellement-égales sur des côtés opposés de ladite première position; de déterminer la différence de phase entre le courant à haute fréquence induit et les tensions mesurées auxdites deuxième et troisième positions; et de reporter sur un graphique ladite différence de phase en fonction de la profondeur à laquelle ledit courant à haute fréquence a été induit dans la formation. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fréquence du courant induit à ladite première position est comprise entre 1 et 1000 m Hzo 3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il implique, en outre, de déterminer le rapport logarithmique relatif de l'amplitude des tensions mesurées aux deuxième et troisième positions et de reporter sur un graphique le rapport logarithmique relatif en relation avec la profondeur. 4 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'épaisseur d'une desdites couches de formation est déterminée par la distance entre des paires adjacentes de pics négatifs et positifs dans la différence de phase portée sur graphique. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que les deuxième et troisième positions sont situées à une distance prédéter- minée de la première position, ladite distance étant inférieure à environ le double de l'épaisseur de ladite couche de la formation. 6 Système de détection par induction à haute fréquence pour localiser dans une formation géologique entourant un sondage l'interface entre deux couches de la formation ayant des constantes diélectriques différentes, le système comprenant un corps d'instrument adapté pour être ab Sisse dans un sondage, le corps portant un émetteur ( 2) nour inc Luire un courant. à haute fréquence dans la formation entourant le sondage et une paire de récepteurs (RI t Y) surr -urer la tension induite dans la formation par ledit courant, lesdits récepteurs étant disposés sur cd S d Otes Opp Oses de l'émetteur et à des distances essentiellement égales de l'émetteur, le système comprenant en outre un moyen pour déterminer la différence de phase entre le courant à haute fréquence induit par l'émetteur et les signaux de tension mesurés par les récepteurs, un moyen pour déterminer la profondeur du corps d'ins- trument dans un sondage et un moyen pour reporter sur un graphique ladite différence de phase en rela- tion avec ladite profondeur.