Brevet FR2654521A1 — publié le 19910517

L'invention est relative à une source électromagnétique de puits constituant un élément de cuvelage à demeure, pour l'étude de propriétés des formations géologiques ou des fluides au voisinage de la source. Les variations d'un champ électromagnétique sont caractéristiques des formations géologiques traversées par ce champ ainsi que des fluides qu'elles contiennent En prospection pétrolière ou minière, il est usuel, pour étudier les propriétés électromagnétique des formations géologiques traversées par un puits de forage, d'émettre un champ électromagnétique à partir d'une source électromagnétique descendue dans le puits et située en un point déterminé, et de mesurer ce champ en d'autres points déterminés du puits de sorte que les intervalles entre la source et les récepteurs placés aux points de mesures soient variables Des techniques voisines consistent à mesurer le champ en des points situés à la surface du sol ou encore le long d'un second puits Les sources sont usuellement constituées de bobines dans lesquelles circulent un courant fourni par une alimentation électrique et sont descendues dans le puits à l'aide d'un câble Les mesures s'effectuent la plupart du temps après cuvelage du ou des puits. De telles sources présentent des inconvénients En particulier le cuvelage agit comme un blindage, ce qui a pour effet de limiter le rayon d'investigation du dispositif de mesure et oblige, pour compenser, à augmenter la puissance du courant circulant dans la bobine émettrice Un autre inconvénient réside dans le fait que l'utilisation de telles sources nécessite l'immobilisation temporaire du puits et ne permet qu'une investigation ponctuelle des formations. L'invention propose une source électromagnétique de puits permettant de remédier aux insuffisances des systèmes décrits ci-dessus. La source électromagnétique selon l'invention pour l'étude, en prospection ou exploitation pétrolière ou minière des propriétés électromagnétiques des formations géologiques ou des fluides au voisinage d'un puits cuvelé est constituée d'une part d'une bobine conductrice solénoïdale s'inscrivant dans un cylindre dont le diamètre est inférieur au diamètre extérieur du cuvelage et supérieur au diamètre intérieur du cuvelage, et qui est noyée dans une gangue isolante faisant partie intégrante d'un des éléments du cuvelage. Les extrémités supérieure et inférieure de la bobine sont reliées à des moyens d'activation permettant le passage d'un courant électrique dans la bobine. Les extrémités de la bobine peuvent, par exemple, être en contact électrique avec, l'une, l'élément de cuvelage directement supérieur à l'élément de cuvelage auquel la bobine est intégrée, l'autre, l'élément de cuvelage directement inférieur, ces deux éléments de cuvelage étant conducteurs, du moins en partie. Dans ce cas, les moyens d'activation peuvent être constitués d'un patin pouvant être descendu dans le puits et permettant de relier les éléments conducteurs supérieur et inférieur du cuvelage à une alimentation de courant. Avantageusement, l'élément de cuvelage intégrant la bobine est constituée en partie d'un élément tubulaire métallique interne à la bobine, qui fait office de noyau pour la bobine. Selon une forme de réalisation préférentielle, le patin comporte au moins deux ergots conducteurs espacés d'une distance égale à la distance existant entre les éléments conducteurs inférieur et supérieur du cuvelage et sont reliés chacun à un des pâles d'une alimentation électrique. Avantageusement, le patin comporte des moyens de blocage permettant de mettre en contact les ergots avec les éléments conducteurs supérieur et inférieur. Dans une autre forme de réalisation, les moyens d'activation sont constitués par une paire de fils conducteurs reliant chacune des extrémités de la bobine, l'une au pâle positif d'une alimentation électrique, l'autre au pôle négatif de cete même alimentation. Comme indiqué précédemment, la source électromagnétique selon l'invention est intégrée au cuvelage. Un telle source à demeure permet d'effectuer des mesures répétitives dans le temps sans qu'il soit nécessaire de décompléter le puits Plusieurs sources du type selon l'invention peuvent être intégrées à un même cuvelage à des positions déterminées Le cuvelage comportant une telle source électromagnétique multiple est alors constitué de la succession d'éléments ordinaires de cuvelage et d'éléments dans lesquels est intégrée au moins une source selon l'invention Cette possibilité élargit le nombre des procédés de mesure possibles: on peut, par exemple, disposer ainsi d'une source multiple sans avoir à multiplier le nombre de câbles dans le tubing. D'autres caractéristiques et avantages de la source électromagnétique selon l'invention pour l'étude des formations géologiques entourant un puits apparaîtront à la lecture de la description suivante d'une forme de réalisation particulière de ladite source donnée à titre illustratif et non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 représente schématiquement en coupe dans un plan axial longitudinal une source selon l'invention en place dans un puits tubé, et son patin d'activation, la figure 2 représente schématiquement en coupe dans un plan axial longitudinal une source électromagnétique multiple selon l'invention, avec un mode d'activation par câbles. En se référant à la figure 1, la source électromagnétique selon l'invention pour l'étude des propriétés électromagnétiques des formations géologiques 1 et des fluides au voisinage du puits figuré par ses parois 2 cuvelé à l'aide d'un cuvelage 7 comporte une bobine de fil conducteur ( 5) noyée dans une gaine isolante 4. Le diamètre du fil de la bobine, sa longueur, sont définis en fonction des caractéristiques du champ souhaité. Cette bobine est intégrée dans un élément 3 du cuvelage montée de manière usuelle par vissage aux éléments 26, 6 de cuvelage inférieur et supérieur, conducteurs. Le montage est tel que le seul contact électrique entre les éléments 26, 6 et 3 s'effectue par l'intermédiaire des extrémités 18 et 19 de la bobine 5 de sorte que si l'élément 6 supérieur, conducteur, est relié au pôle positif d'une alimentation de courant et que l'élément 26 inférieur est relié au pôle négatif de cette même alimentation il y ait passage du courant au niveau de l'élément 3 dans la bobine seulement Si les éléments inférieur et supérieur ne sont pas reliés à une alimentation de courant, aucun courant primaire ne circule dans la bobine qui est alors passive L'activation de la bobine peut s'effectuer à l'aide d'un patin 8, suspendu à l'extrémité d'un câble il relié à un treuil en surface, que l'on descend, par actionnement du treuil, à l'intérieur du puits contenant le cuvelage selon l'invention, par exemple si le puits est tubé, dans l'espace annulaire compris entre le cuvelage 7 et un tubage 14 Le patin 8 comprend deux ergots conducteurs 9 et 10 en guise d'électrodes, séparés par un matériau isolant et distants d'une longueur légèrement supérieure à la longueur de l'élément central 3 de sorte qu'il existe au moins une position du patin telle que l'ergot supérieur 9 est en contact avec l'élément 6 du cuvelage supérieur et l'ergot inférieur 10 est en contact avec l'élément 26 de cuvelage inférieur L'ergot 9 est relié par un câble conducteur 12 au pôle positif d'une alimentation de courant alors que l'ergot 10 est relié par un câble conducteur 13 au pôle négatif de cette même alimentation. Ainsi il est possible d'établir un circuit électrique fermé entre l'alimentation et la bobine en passant par les ergots et les éléments de cuvelage inférieur et supérieur. Le patin est équipé d'une lame de ressort en arc 20 disposé symétriquement aux ergots de façon que la lame soit en appui sur le corps du tubage 14 tandis que les ergots sont en contact avec le cuvelage Le patin par son poids descend dans le puits et est remonté par traction sur un câble 11 reliant le patin à un treuil situé en surface. Un autre mode simple d'activation, représenté sur la figure 2, de la source électromagnétique selon l'invention, consiste à relier à l'aide de câbles conducteurs 23, 24 situés par exemple à demeure entre la paroi du puits 2 et la paroi extérieure du cuvelage, chacune des extrémités 21, 22 de la bobine respectivement aux pôles positif et négatif d'une alimentation de courant 15 placée en surface, et non plus aux éléments de cuvelage inférieur et supérieur. Il a l'avantage, par rapport au mode d'activation par patin, qu'il nécessite une installation en surface plus légère puisqu'il n'y a pas besoin dans ce cas de système de treuillage. L'alimentation en surface peut être constituée par un synthétiseur de signaux associé à un amplificateur pour générer la puissance. Les dimensions de la bobine, la longueur, compte tenu du diamètre du fil et du matériau conducteur utilisé, sont calculées en fonction des caractéristiques électromagnétiques de la source souhaitées, en particulier les moments, à partir de relations bien connues des électromagnéticiens, permettant en particulier de calculer la résistance RB de la bobine Si la résistance RB est très inférieure (par exemple s'il existe un rapport de l'ordre de 1000) à la résistance RF du milieu entourant la bobine, la bobine traversée par un courant agit comme un dipôle magnétique Si au contraire, la résistance de la bobine et de l'ordre de la résistance du milieu environnant, la bobine traversée par un courant agit à la fois comme un dipôle électrique et un dipôle magnétique: on est donc en présence alors d'une source à double polarisation. L'élément central de cuvelage dans lequel est noyée la bobine peut être réalisé entièrement dans le même matériau Dans ce cas, celui-ci doit être résistant et isolant, comme, par exemple, la fibre de verre Cet élément central peut être également bicomposite, constitué d'un noyau central 25 représenté sur la figure 1, résistant et conducteur, en acier par exemple, entouré d'un manchon 4 en matériau isolant dans lequel est noyée la bobine Cette dernière forme de réalisation présente un avantage dans la mesure o la partie du cuvelage en acier, interne à la bobine, fait l'effet d'un noyau, ce qui entraîne une amplification du moment d'émission de la source. De ce fait, pour un élément central bicomposite, la puissance de courant nécessaire pour l'obtention d'un moment d'émission prédéterminé sera très inférieure (dans un rapport de 1 à 100 par exemple) à la puissance nécessaire à l'obtention de ce même moment pour un élément central ne comportant pas de noyau. Il peut être intéressant de disposer d'une source électromagnétique multiple Sur la figure 2 sont schématisées quatre sources électromagnétiques selon l'invention intégrées au cuvelage et reliées chacune par autant de paires de câbles conducteurs ( 23, 24) placées à l'extérieur du cuvelage à une alimentation de courant 15 située en surface Les sources peuvent être activées simultanément ou successivement Les mesures s'effectuent classiquement en des points donnés à l'aide de bobines de réception descendues dans le puits à l'aide de câble et reliées par exemple à un amplificateur récepteur et un enregistreur situé en surface Les mesures peuvent également être effectuées en surface ou dans un puits différent et voisin du puits dans lequel se trouvent la ou les sources électromagnétiques selon l'invention. Bien entendu, l'invention ne se limite pas au mode de réalisation décrit et présenté mais elle englobe au contraire les diverses variantes accessibles au spécialiste en restant dans le cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Source électromagnétique de puits pour l'étude des propriétés électromagnétiques des formations géologiques ou des fluides au voisinage d'un puits cuvelé, constituée d'une bobine conductrice solénoïdale, reliée à des moyens d'activation permettant le passage d'un courant électrique dans la bobine caractérisée en ce que ladite bobine, qui est noyée dans une gangue isolante, est intégrée à un des éléments même du cuvelage. 2 Source électromagnétique selon la revendication 1 caractérisée d'une part en ce que chacune des extrémités de la bobine est en contact électrique avec, l'une, l'élément de cuvelage directement supérieur à l'élément de cuvelage auquel la bobine est intégrée; l'autre, l'élément de cuvelage directement inférieur, ces deux éléments de cuvelage supérieur et inférieur étant conducteurs, et d'autre part en ce que les moyens d'activation sont constitués d'un patin pouvant être descendu dans le puits permettant de relier les éléments conducteurs supérieur et inférieur du cuvelage à une alimentation de courant. 3 Source électromagnétique selon la revendication 2 caractérisé en ce que le patin comporte au moins deux ergots conducteurs espacés d'une distance égale à la distance existant entre les éléments conducteurs inférieur et supérieur du cuvelage reliés chacun à un des pôles d'une alimentation de courant. 4 Source électromagnétique selon la revendication 3 caractérisé en ce que le patin comporte des moyens de blocage permettant de mettre les ergots en contact avec les éléments conducteurs supérieur et inférieur du cuvelage. Source électromagnétique de puits selon la revendication 1 caractérisée en ce que les moyens d'activation sont constitués d'une paire de fils conducteurs reliant chacune des extrémités de la bobine, l'une au pôle positif d'une alimentation, l'autre au pôle négatif de cette même alimentation. 6 Source électromagnétique selon la revendication 1 caractérisée en ce que l'élément de cuvelage intégrant la bobine est constitué en partie d'un élément tubulaire central métallique interne à la bobine, qui fait office de noyau pour la bobine. 7 Cuvelage pour puits de forage constituant une source électromagnétique de puits à demeure caractérisé en ce qu'il est constitué de la succession d'éléments ordinaires de cuvelage et d'éléments dans lesquels est 0 intégrée au moins une source selon la revendication 1.