Brevet FR2547064A1 — publié le 19841207

La présente invention se rapporte,d'une manière générale, à l'exploration des formations géologiques et elle a trait plus particulièrement à l'utilisation des mesures de résistivité dans l'exploration de formations géologiques pénétrées par un trou de sonde. Les dispositifs de diagraphie de résistivité sont bien connus dans la technique antérieure Des tels dispositifs sonttypiquement utilisés pour étudier les caractéristiques de formation qui sont pénétrées par un trou de sonde De telles caractéristiques des formations correspondent à des changements dans la résistivité de la formation. Il est bien connu dans la technique antérieure que la partie sédimentaire de la surface de la terre est généralement composée de couches ou lits successifs qui n'ont pas, 15 en généralune épaisseur constante Chacun de ces lits présente typiquement une certaine caractéristique de résistivité qui peut être extrêmement utile pour l'évaluation d'un trou de sonde particulier en ce qui concerne la présence de dépôts d'hydrocarbures On étudie habituellement les carac20 téristiques de résistivité d'une formation particulière en introduisant une sonde de mesure de résistivité dans le trou de sonde Un courant électrique d'analyse émis par la sonde est typiquement retourné à une électrode ou "torpille" qui est en général séparée de la sonde par une certaine lon25 gueur de cable isolé De tels dispositifs sommaires fonctionnent et ont été utilisés pendant de nombreuses années; cependant, la présence du fluide de forage dans le trou de sonde et la résistivité élevée des formations étudiées ont toutes deux tendance à diminuer la profondeur dans la forma30 tion à laquelle pénètre le courant d'analyse Cette pénétration minimale a eu tendance à réduire la quantité de données utiles relatives aux caractéristiques des formations que ces dispositifs peuvent engendrer. En vue d'essayer de surmonter le problème ci-dessus men35 tionné d'une pénétration minimale, les dispositifs plus récents ont incorporé une seconde source de courant pour focaliser le courant d'analyse plus profondément dans la forma- tion On a rapidement découvert que la quantité de courant requise pour focaliser le courant d'analyse d'une manière uniformément constante variait de manière non négligeable en fonction de la résistivité de la formation étudiée Une boucle de commande analogique est généralement utilisée avec de tels systèmes pour contrôler le courant de focalisation en maintenant aussi proche que possible un gradient de tension nulle à une paire d'électrodes de mesure de tension de contrôle Des boucles de commande analogiques connues com10 prennent généralement un amplificateur linéaire à gain élevé qui est connecté à la sortie des électrodes de mesure de tension de contrôle et qui émet un courant de focalisation ayant une polarité appropriée et une grandeur suffisante pour équilibrer le gradient de tension détecté aux électrodes de 15 contrôle. De tels dispositifs de diagraphie de résistivité focalisés analogiques ont été utilisés depuis de nombreuses années mais ils ont présenté des insuffisances dans les opérations sur le champ D'une manière générale, la boucle de commande analogique doit présenter un gain extrêmement élevé pour réaliser la focalisation dans une grande diversité de circonstances et, cependant, le gain de la boucle ne peut pas être trop grand,sinon, il serait porté atteinte à la stabilité de la boucle. Par conséquent, l'un des buts de la présente invention est de réaliser un dispositif de diagraphie de résistivité perfectionné. Un autre but de l'invention est de proposer un procédé perfectionné de focalisation d'un dispositif de diagraphie 30 de résistivité. Encore un autre but de l'invention est de proposer un procédé perfectionné d'exploitation d'un dispositif de diagraphie de résistivité. Les buts ci-dessus sont atteints de la manière décrite 35 ci-après On utilise une sonde ayant plusieurs électrodes de mesure de tension et au moins une électrode émettrice de courant conçue pour pouvoir être abaissée dans un trou de sonde Pendant l'exploration, un courant d'analyse choisi est émis périodiquement par l'électrode émettrice de courant et des tensions choisies mesurées à diverses électrodes de mesure de tension sont enregistrées Une impédance de trans5 fert est calculée en utilisant chacune de ces tensions et le courant d'analyse choisi Un courant 'de focalisation choisi est également émis périodiquement et des impédances de transfert sont mesurées et calculées En utilisant les impédances de transfert calculées pour le courant de focali10 sation, la quantité de courant de focalisation nécessaire pour focaliser correctement la sonde est calculée-et,la relation entre le courant de focalisation et le courant d'analyse étant ainsi définie, la résistivité apparente de la formation géologique peut être exprimée sous la forme d'une fonction des impédances de transfert sans qu'il soit nécessaire de modifier constamment le courant de focalisation pour focaliser la sonde. Les éléments nouveaux que l'on considère comme caractéristiques de l'invention ont été énoncés dans les revendi20 cations annexées Cependant, on comprendra mieux l'invention ainsi qu'un mode d'utilisation préféré et d'autres buts et avantages de l'invention en se reportant à la description détaillée qui va suivre d'un mode de réalisation illustratif, considérée à la lumière des dessins annexes dans les25 quels: la Fig 1 est une vue partiellement schématique du système de diagraphie de résistivité de la présente invention suspendu dans un trou de sonde; et la Fig 2 est une représentation schématique du circuit 30 d'un mode de réalisation du système de diagraphie de résistivité de la présente invention. Nous nous référerons maintenant aux dessins et, en particulier, à la Fig 1 sur laquelle on a représenté une vue partiellement schématique du système de diagraphie de résis35 tivité 10 de la présente invention Comme représenté, le système 10 comporte une sonde 12 suspendue dans un trou de sonde 14 au moyen d'un câble métallique 16 Des conducteurs élec- triques (non représentés) disposés à l'intérieur du cable métallique 16 sont connectés à divers dispositifs de traitement électroniques contenus dans le camion 18 La sonde 18 comporte plusieurs électrodes de mesure de tension Mo U et 5 M O o L, Ml U et M 1 L, M 2 U et M 2 L qui sont disposées sur la surface de la sonde 12 symétriquement par rapport à l'électrode émettrice de tension A 0, les indices inférieurs U et L désignant l'électrode supérieure et l'électrode inférieure de chaque paire d'électrodes symétriques La sonde 12 comporte 10 également une paire d'électrodes de retour de courant de focalisation AU et A La configuration particulière d'éleclu 1 L' trodes représentée sur la Fig 1 est la configuration typiquement employée avec un type de dispositif de diagraphie de résistivité appelé instrument à "focalisation sphérique"; 15 cependant, les spécialistes de la technique comprendront aisément que le procédé et l'appareil de la présente invention sont susceptibles d'être appliqués avec de nombreux types différents de dispositifs de mesure de résistivité, y compris des dispositifs comportant des ensembles non symétriques 20 d'électrodes de mesure. On a également représenté sur la Fig I une électrode de retour-de courant d'analyse ou "torpille" 30 qui est séparée de la sonde 12 par une longueur de câble isolé 32 typiquement appelée "bride" ou "suspente" Les paramètres 25 généraux dans le cadre desquels fonctionne le système 10 sont tout-à fait semblables au fonctionnement des systèmes de diagraphie de résistivité connus Un courant d'analyse est émis par l'électrode A O et retourné à la torpille 30, un trajet typique suivi par le courant d'analyse étant dési30 gné par la référence 34 Un courant de focalisation ou de compensation est également émis par l'électrode A O et retourné aux électrodes A lu et A 1 L en suivant des trajets typiques tels que ceux désignés par les références 36 et 38 Cependant, d'une manière différente des systèmes de diagraphie de 35 résistivité focalisés connus, la quantité de courant de focalisation utilisée n'est pas continuellement modifiée afin de maintenir une focalisation correcte Au lieu de cela, une série de simples mesures de tensions et de courants est effectuée et la quantité de courant de focalisation nécessaire pour focaliser le système est calculée et utilisée pour calculer la résistivité apparente de la formation géo5 logique sans focaliser effectivement le système. Pour comprendre le nouveau procédé et le nouvel appareil de la présente invention, il est nécessaire de comprendre le fonctionnement d'un système de diagraphie de résistivité focalisé classique. D'une manière générale, un courant d'analyse 11 est émis par l'électrode centrale A O (voir la Fig 1) et retourné à une électrode éloignée 30 Un courant de focalisation 12 est émis par l'électrode A O et retourné à une paire voisines d'électrodes à savoir l'électrode A 1 supérieure et l'élec15 trode A 1 inférieure, désignées respectivement A 1 U et Al L. Le rapport entre le courant d'analyse et le courant de focalisation est constamment ajusté pour répondre à l'équation: VM lu_ M M 2 u M 2 L = O = O -( 1) L 2 2 Les indices inférieurs U et L désignent respectivement les électrodes supérieures et les électrodes inférieures. Lorsque la condition d'équilibre de l'équation ( 1), est obtenue, la réponse de l'instrument est calculée conformé25 ment à l'équation ( 2): RM = OU O u+ L V Mlu + VM + VM 2 U + VM 2 ( 2) Ra L _ 2 4 /I 1 ( 2) dans laquelle K est le coefficient géométrique spécifique 30 de la sonde utilisée Pour simplifier l'équation, on écrit la tension moyenne des électrodes symétriques sans les indices inférieures U et L en utilisant la règle exprimée dans l'équation ( 3): Vx + VL M 5 VX Vm = V ju J ( 3) j 2 De même, on écrit la somme des courants qui s'écoulent à partir des (ou jusqu'aux) électrodes symétriques sans utiliser les indices inférieurs U et L: I 1 = (I'u + Il L) Avec cette notation simplifiée, l'équation ( 1) devient: VM VM 2 = O ( 5) 1 2 et l'équation de la réponse de l'instrument prend la forme simplifiée: F V 2 + 2 Ra = K VM /1 ( 6) 0 2 pour être appliquée à l'instrument dans la condition focalisée. Par comparaison, on fait fonctionner l'appareil décrit ici sans ajustement constant du rapport entre le courant d'analyse et le courant de focalisation. On transmet un courant d'analyse choisi, I 1,entre l'électrode A O et l'électrode de retour 30. On mesure la quantité effective de courant d'analyse avec les deux niveaux de tension suivants: Lv - V + VM J et VM VM l 0 2 v 2 On calcule ensuite les deux impédances de transfert: VM 1 + VM 2 j 1 11 a O V Mo > X /I 1 ( 7) al 1 = V O 2 a 12 v 14 -v v /i 1 ( 8) 2 Ensuite, on arrête l'émission du courant d'analyse et on fait transmettre une quantité choisie de courant de focalisation,I 2, par l'électrode émettrice de courant A O aux électrodes de retour A 1 U et A 1 L On doit noter que la quan35 tité de courant de focalisation transmise n'est pas nécessairement la quantité requise pour focaliser la sonde et que le courant de focalisation peut être transmis en même temps que le courant d'analyse à une fréquence différente. On mesure alors la quantité de courant de focalisation effective avec les deux niveaux de tension qui ont été mesurés pendant que le courant d'analyse était transmis. On calcule alors deux autres impédances de transfert en utilisant le courant de focalisation mesuré et les niveaux de tension: r V a 1 v /I 2 ( 9) 21 0 22 a 22 =IM 1 VM 21 /2 ( 10) Pour satisfaire à la condition de focalisation exprimée par l'équation ( 5), on doit choisir un courant de focalisation 15 et un courant d'analyse tels que: a 22 I 2 + a 12 I 1 = O ( 11) Cette condition sera satisfaite si l'on choisit un courant de focalisation tel que: I 1 = 1 et ( 12) a 12 I = 12 2 a 22 Etant donné que le système décrit est un système linéaire, la tension totale présente à chaque point de la sonde 12 doit être unecombinaison linéaire des contributions de tension de chaque source de courant Par conséquent, pour un nombre de courant choisis quelconque, il est possible de 30 calculer la tension totale présente sur la sonde en utilisant les impédances de transfert Ainsi, la tension totale présente sur la sonde lorsque des courants I 1 et 12 sont choisis peut être exprimée par l'équaiton ( 13): VO + v l = 2 = a 11 11 + 21 a 2 ( 13) En substu ant 11 + a 21 2 En substituant la valeur de 12 choisie dans l'équation ( 12),la tension présente sur la sonde pendant la condition d'équilibre prédite est exprimée par l'équation ( 14): L O VM +M 2 a 11 a 21 a 12 VM ( 14) 0 2 a 22 On peut alors facilement substituer l'équation ( 14) dans l'équation ( 6) de réponse de l'instrument,en rappelant que I 1 a été choisi comme unité,pour obtenir une nouvelle équation ( 15) de réponse de l'instrument qui est une fonction des im10 pédances de transfert précédemment calculées, complètement indépendante de toute valeur de tension ou de courant: Ra = K a 1 22 j ( 15) Sur la Fig 2 à laquelle on se référera maintenant, on a représenté un schéma d'un mode de réalisation du circuit électronique qui peut être utilisé pour mettre en oeuvre le nouveau procédé et utiliser le nouvel appareil de la présente invention Les courants d'analyse et de focalisation sont produits par un oscillateur 40, un filtre 42 et un amplificateur 44 Un commutateur 46 est utilisé pour établir alternativement un trajet de courant entre l'électrode de retour 30 et l'électrode A O et entre l'électrode A O et les électrodes de reteour Alu et A 1 L Une résistance 48 est utilisée 25 pour permettre la mise à l'échelle des courants appliques dans le cas o les valeurs calculées tombent en dehors des limites imposées par le logiciel utilisé pour calculer les impédances de transfert. La tension à l'électrode A O est transmise par l'inter30 médiaire d'un transformateur 50 à un amplificateur 52 Le signal de sortie de l'amplificateur 52 est transmis par l'intermédiaire d'un circuit de détection 54 et d'un filtre 56 à un interrupteur 58 L'interrupteur 58 peut être sélectivement fermé pour transmettre le signal de sortie détecté et filtré par l'intermédiaire d'un convertisseur d'analogique en numérique 60 à un ordinateur 62 L'ordinateur 62 peut être constitué par un dispositif de traitement électronique de l'information convenablement programmé, tel qu'un microprocesseur ou un micro-ordinateur. Les secondaires connectés en série de transformateurs 64 et 66 sont utilisés pour calculer les équations( 8) et ( 9) et ils produisent directement la tension (VM + V 2 L) (V Mu + VM 1 L) et ils sont connectés à un amplificateur 68 La sortie de l'amplificateur 68 est connectée à un détecteur 70 suivi d'un filtre 72 et d'un inter10 rupteur 74 d'une manière semblable à la sortie de l'amplificateur 52 De même, les primaires à prise centrale des transformateurs 64 et 66 en combinaison avec les diviseurs de tension formés par des résistances 76, 78, 80 et 82 sont utilisés pour calculer une partie de l'6 quation( 2) et pro15 duire directement la tension suivante: V + V V +VM +V L DOU 2 u MOL M 1 U l 1 L M 2 u 2 L L 2 4 Comme précédemment, les signaux de sortie des primaires 20 à prise centrale et des diviseurs de tension sont appliques à un amplificateur 84 suivi d'un détecteur 86, d'un filtre 88 et d'un interrupteur 90. En service, le circuitde la Fig 2 est sélectivement actionné pour chaque lecture et un dispositif de commande de re25 lais (non représenté) est utilisé pour appliquer alternativement un courant d'analyse choisi et un courant de focalisation choisi aux électrodes appropriées Les mesures de tension de courant décrites ci-dessus sont effectuées et l'ordinateur 68 est utilisé pour calculer les quatre impédances de 30 transfert décrites ci-dessus qui sont nécessaires pour calculer la résistivité apparente de la formation géologique. Les spécialistes de la technique comprendront aisément que l'appareil et le procédé décrits ici donnent des résultats améliorés par rapport aux systèmes focalisés analogiques 35 connus du fait de l'absence de contraintes physiques existant dans ce système. Bien que le mode de réalisation décrit se rapporte à un dispositif de diagraphie de résistivité à focalisation sphérique, il est bien entendu que ce procédé et cet appareil peuvent être appliques à divers autres types de dispositifs de diagraphie de résistivité De même, au lieu d'appliquer alternativement le courant d'analyse et le courant de focalisation, il est possible d'appliquer simultanément le courant d'analyse et le courant de focalisation à des fréquences différentes, chaque électrode de retour de courant étant alors conçue pour recevoir un courant spécifique Diverses autres modifications du mode de réalisation décrit ainsi que des variantes de réalisation de l'invention viendront à l'esprit des spécialistes de la technique à la lecture de la description de cette invention Il est, par conséquent, bien entendu que les revendications annexées doivent être considérées 15 comme couvrant toutes les modifications et avaiantes de ce type quientrent dans le cadre véritable de l'invention. 1 11 REVENDICATIONS 1 Un procédé d'utilisation d'une sonde de mesure de résistivité comportant plusieurs électrodes de mesure de tension (M ou MOL, Ml U, M 1 LL M 2 ue M 2 L) et au moins un électrode émettrice de courant (A 0), caractérisé en ce qu'il consiste: à disposer la sonde ( 12) de mesure de résistivité dans un trou de sonde ( 14) à une profondeur choisie; à faire émettre un courant d'analyse choisi par au moins l'une choisie (A 0) des électrodes émettrices de courant; à mesurer les tensions 10 produites à certaines choisies (MOU" MOL, Ml U Mi LI M 2 U, M 2 L) des électrodes de mesure de tension en réponse au courant d'analyse choisi; à calculer au moins une première impédance de transfert en utilisant au moins l'une des tensions produites en réponse au courant d'analyse choisi et le courant 15 d'analyse choisi; à faire émettre un courant de focalisation par l'une au moins (A 0) des électrodes émettrices de courant; à mesurer les tensions produites à certains choisies (Mou, MOL, Mi U' M 1 L' M 2 U' M 2 L) des électrodes de mesure de tension en réponse au courant de focalisation choisi; à calculer au 20 moins une seconde impédance de transfert en utilisant au moins l'une des tensions produites en réponse au courant de focalisation choisi et le courant de focalisation choisi; et à déterminer la résistivité de la formation à la profondeur choisie du puits de sonde en fonction de ladite ou desdites 25 premières impédances de transfert et de ladite ou desdites secondes impédances de transfert. 2 Un procédé d'utilisation d'une sonde de mesure de résistivité comportant plusieurs électrodes de mesure de tension (Mou' MOL, MU Ml L' M 2 U' M 2 L) et au moins une électrode émettrice de courant (A 0), caractérisé en ce quail consiste: à disposer la sonde 612) de mesure de résistivité dans un trou de sonde ( 14) à une profondeur choisie; à faire émettre un courant d'analyse choisi par au moins l'une choisie (A 0) des électrodes émettrices de courant; à mesurer les tensions 35 produites à certaines choisies (XOU" MOL" M 1 U' MJL' M 2 U' M 2 L) des électrodes de mesure de tension en réponse au courant d'analyse choisi; à calculer au moins une première impédance de transfert en utilisant au moins l'une des tensions produites en réponse au courant d'analyse choisi et le courant d'analyse choisi; à faire émettre un courant de focalisation par l'une au moins (A 0) des électrodes émettrices de courant; à mesurer les tensions produites à certaines choisies (Mou, MOL, M 1 U, M 1 L, M 2 U, M 2 L) des électrodes de mesure de tension en réponse au courant de focalisation choisi; à calculer au moins une seconde impédance de transfert en utilisant au moins l'une des tensions produites en réponse au courant de 10 focalisation choisi et le courant de focalisation choisi-et à déterminer la relation entre le courant de focalisation choisi et le courant d'analyse choisi nécessaire pour focaliser la sonde de mesure de résistivité en réponse à ladite ou auxdites premières impédances de sortie et à ladite ou 15 auxdites secondes impédances de transfert. 3 Un appareil pour mesurer la résistivité d'une formation traversée par un puits de sonde ( 14),caractérisé en ce qu'il comprend: une sonde ( 12) conçue pour être descendue jusqu'à une profondeur choisie dans le puits de sonde; des moyens 20 (A 0) disposés sur la sonde et agencés pour émettre un courant d'analyse choisi; des moyens (Mou, MOL, M 1 U, M 1 L, M 2 U' M 2 L et Fig 2) conçus pour mesurer la tension produite par le courant d'analyse à des points choisis de la sonde et pour calculer une première série d'impédances de trans25 fert en réponse au courant d'analyse choisi et aux tensions mesurées; des moyens (A 0)également disposes sur la sonde et agencés pour émettre un courant de focalisation choisi; des moyens (Mou, MOL, M Iu' M 1 L, M 2 U M 2 L et Fig 2) pour mesurer la tension produite par le courant de focalisation choisi à des points choisis de la sonde et pour calculer une seconde série d'impédances de transfert en réponse au courant de focalisation choisi et aux tensions mesurées; et des moyens ( 62) pour calculer la résistivité apparente d'une formation traversée par le puits de sonde entourant la sonde 35 ( 12) en fonction des première et seconde séries d'impédances de transfert. 4 Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que le courant d'analyse choisi et le courant de focalisation sont émis pendant des périodes de temps alternées. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que le courant d'analyse choisi et le courant de focalisa5 tion sont émis à des fréquences différentes. 6 Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens pour calculer les première et seconde séries d'impédances de transfert comprennent un microprocesseur ( 62) programmé d'une manière appropriée. 7 Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens disposes sur la sonde ( 12) et agencés pour émettre un courant d'analyse choisi et les moyens disposés sur la sonde et agencés pour émettre un courant de focalisation choisi comprennent une unique électrode (A 0) émet15 trice de courant.