Brevet FR2808882A1 — publié le 20011116

ELECTRODE ADAPTES A DES MESURES EN MILIEUX AGRESSIFS invention se rapporte à une électrode adaptée à des mesures en milieux agressifs. Des applications privilégiées de l'électrode selon l'invention concernent des mesures dans des puits de forages pétroliers. puits de forages pétroliers donnent lieu à de nombreuses mesures pour estimer -entre autres- la nature de la formation géologique et la composition des fluides de formation et des boues de forage. Par exemple, on réalise des mesures de résistivité, sachant que la résistivité d'une formation dépend essentiellement du fluide qu'elle recèle et que, par conséqûent, une formation contenant de l'eau salée, conductrice, a en effet une résistivité beaucoup plus faible qu'une formation chargee d'hydrocarbures. Ainsi, les mesures de résistivité ont une valeur irremplaçable pour la localisation et le suivi de gisements d'hydrocarbures. Les mesures de résistivité par conduction électrique sont pratiquées moyen de dispositifs à électrodes. Elles sont par exemple basées sur la circulation d'un courant depuis des électrodes d'injection vers des électrodes de retour. Les électrodes d'injection et les électrodes de retour sont suffisamment éloignées pour permettre une circulation du courant vers les formations géologiques traversées par le puits. Il s'agit alors d'évaluer le courant de circulation : à un niveau donné, celui- ci est autant plus grand que la formation entourant le puits à ce niveau est plus conductrice. dispositifs à électrodes sont descendus au fond du puits puis remontés progressivement pour réaliser des mesures de résistivité sur toute la longueur du forage. Le plus souvent, les électrodes sont en contact direct avec la formation géologique elle-même. Dans ce cas, quand les électrodes remontent, les roches de la formation mais aussi les conditions extrêmes de température, de pression et le milieu particulièrement corrosif les rayent et les détériorent. Progressivement, électrodes sont usées à un niveau tel que l'impédance de contact se modifie, ce fausse les mesures de résistivité et oblige à les remplacer très fréquemment, ce qui est particulièrement coûteux. Dans d'autres cas, les mesures de résistivité sont menées alors qu'un tubage métallique a déjà ' posé puis cimenté sur les parois du puits. Or, les conditions à l'intérieur du puits sont telles que ce tubage métallique (appelé casing dans la terminologie pétrolière) rouille très vite. Pour assurer un bon contact électrique, l'électrode doit percer la couche de rouille dont l'épaisseur peut être de quelques dixièmes de millimètres. On conçoit aisément que ceci entraîne une usure rapide électrodes qui affecte le résultat des mesures- et ceci d'autant plus que les grandeurs détectées sont particulièrement faibles. Il est aussi connu de réaliser des mesures de résistivité pendant production, au coeur même de l'effluent, afin de déterminer le rapport eau/hydrocarbures. Or, l'effluent contient aussi des particules solides, notamment du sable, qui sont entraînées avec les liquides dans le tube de production. Ces particules percutent et érodent alors les électrodes. De la même manière que dans les autres cas, au bout de quelques temps d'utilisation, les dispositifs de mesure sont plus fiables. L'invention vise â résoudre le problème de la variation dans le temps l'impédance de contact des électrodes de mesure soumises à des conditions particulièrement abrasives et corrodantes. Dans ce but l'invention propose une électrode adaptée à des mesures en milieux agressifs réalisée en diamant comportant un dopant rendant ledit diamant électriquement conducteur. Ce type d'électrode est particulièrement adapté à des milieux corrodants ou abrasifs. En effet, diamant étant particulièrement dur et résistant à l'érosion, rendre électriquement conducteur - en le liant avec un élément métallique qui servir de dopant - donne des résultats particulièrement satisfaisants en terme durabilité des têtes des électrodes. Ces électrodes permettent alors de garantir impédance de contact sensiblement stable dans le temps. Il n'est donc plus nécessaire de remplacer après chaque mesure les électrodes, ce qui diminue le coût de ces mesures. Dans un exemple avantageux de réalisation de l'invention, le diamant électriquement conducteur est un diamant dopé avec du cobalt. En effet, le cobalt pénètre et se lie fortement au réseau cristallin du diamant, ce qui rend ce dernier électriquement conducteur. L'association cobalt/diamant est connue dans des materiaux composites fabriqués à partir de poudre de diamant de carbure de tungstène enrichi en cobalt et utilisés pour la fabrication des pièces de coupe de trépans. En effet, il est connu que le cobalt diffuse dans le réseau cristallin du diamant et assure non seulement une cohésion parfaite entre les particules la poudre mais aussi entre le diamant et le support en carbure de tungstène. L'électrode selon l'invention permet donc de coupler les proprietés mécaniques et physiques du diamant avec des propriétés électriques. On garantit ainsi une stabilité dans le temps de l'impédance de contact des électrodes. Dans un exemple avantageux de réalisation de l'invention, l'électrode en matériau composite diamant polycristallin comportant un dopant rendant ledit diamant électriquement conducteur. En effet, l'utilisation d'un composite de diamant polycristallin augmente les capacités de résistance mécanique et physique de l'électrode. Cette dernière est donc beaucoup plus résistante, ce qui permet une utilisation dans des milieux particulièrement difficiles : abrasifs, corrodants, à haute température, sous pression... Dans un autre exemple de réalisation avantageux de l'invention, une couche d'or recouvre l'électrode. Cet exemple particulier de réalisation permet d'augmenter la conductivité des électrodes, et donc l'efficacité des mesures. Ceci est particulièrement intéressant dans des cas où les electrodes doivent mesurer des grandeurs très petites par rapport à l'ordre de grandeur des valeurs parasites. Dans un autre exemple de réalisation particulièrement avantageux de l'invention, l'électrode possède une forme en biseau. Cette forme particulière, qui rend l'électrode tranchante, permet en effet de garantir une bonne pénétration du milieu à prospecter. Elle est également avantageuse quand les mesures sont réalisées dans un puits de pétrole possédant déjà un tubage metallique, où il faut que l'électrode traverse une première couche de dépôts calcaires de rouille. L'invention a également pour objet un dispositif pour mesurer la résistivité comportant au moins une électrode selon les caractéristiques précédentes. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence dans la description suivante, en référence aux dessins annexés parmi lesquels - la figure 1 est une vue en coupe d'une électrode selon un exemple de réalisation conforme à l'invention ; - la figure 2 est un exemple d'utilisation d'une électrode selon invention. La figure 1 représente un exemple de réalisation d'une électrode 1 conforme à l'invention, incluse dans un manchon isolant 2, à titre d'exemple, en PEEK (Polyéther éther cétone). La base de l'électrode est rigidement liée, exemple par brasage, à un support 3 coopérant avec un ressort 30. Ce ressort 30 permet de plaquer continuellement l'électrode contre la surface de mesure. Enfin, l'ensemble électrode 1, manchon isolant 2 et support 3 est porté par un patin 4. L'électrode possède à titre d'exemple une forme de biseau. Cette réalisation est particulièrement avantageuse lorsqu'une électrode conforme à l'invention est utilisée pour des mesures nécessitant une forte pénétration du milieu à prospecter, comme dans le cas de mesures à l'intérieur d'un puits de forage pétrolier possédant un tubage métallique. En effet, à cause des conditions particulièrement corrodantes à l'intérieur du puits, le tubage métallique se recouvre très rapidement d'une couche de rouille qu'il faut traverser pour que les mesures réalisées par l'électrode soient correctes. La forme en biseau est suffisamment tranchante pour transpercer cette couche. Néanmoins, dans d'autres exemples de réalisation, la tête de électrode peut adopter toute autre forme plus appropriée comme une pointe que l' pourra utiliser dans des cas comme des mesures au caeur d'un effluent issu de forage pétrolier. On peut également envisager une forme de patin, ce qui pourra être le cas pour des mesures dans des puits non tubés, où les électrodes seront directement en contact avec les formations géologiques. A titre d'exemple, toutes formes sont facilement, à moindre coût, obtenues par électroérosion. L'électrode est constituée d'un matériau composite qui constitué d'une fine couche diamant polycristallin compacté (PDC) liée à un support amalgamé en carbure de tungstène, enrichi d'environ 7% de cobalt. Typiquement, on fabrique cet ensemble en plaçant de la poudre de diamant (dont la granulométrie est avantageusement la plus fine) dans moule en métal réfractaire généralement en zirconium ou en molybdène. La forme du moule détermine forme du composite. On place ensuite un support en carbure de tungstène dessus de la poudre de diamant puis on ferme hermétiquement le moule. L'ensemble est finalement placé dans une presse à une température d'environ 400 C, sous une pression d'environ 69 000 bars (1.000.000 PSI), pendant temps trop court pour affecter le diamant. Dans ces conditions, une partie du cobalt diffuse dans le diamant, ce qui - agissant comme un ciment - crée une liaison totale avec la base en carbure de tungstène. De plus, mélange du cobalt dans le réseau cristallin du diamant rend ce dernier 'lectriquement conducteur. fin de procédé, on obtient un composite possédant une couche de PDC dopée en cobalt dont l'épaisseur varie entre 1 et 2 mm et une couche de carbure de tungstène enrichi en cobalt dont l'épaisseur varie entre 4 et 10 mm. La présence du cobalt dans le diamant rend ce dernier électriquement conducteur. ce fait, l'électrode permet d'associer des propriétés électriques aux excellentes propriétés mécaniques du diamant. Dans un autre exemple de réalisation de l'invention les proportions en cobalt dans le tungstène peuvent être différentes. De même, le tungstène peut être associé à un autre élément afin de rendre le diamant électriquement conducteur. On peut également remplacer le carbure de tungstène par un autre matériau support qui présenterait les mêmes comptabilités avec la poudre de diamant et le cobalt ou un élément rendant le diamant conducteur. Dans variante de réalisation de l'invention, l'électrode en PDC est recouverte d'une couche d'or déposée par exemple par PVD (Physical Vapor Deposition) et d'une épaisseur typiquement de l'ordre de quelques micromètres. effet, on a pu démontrer que le revêtement d'or adhère fortement et durablement La couche d'or permet ainsi d'augmenter sensiblement la conductivité des 'lectrodes. Le PDC allie donc aux excellentes propriétés mécaniques du diamant particulièrement dur, résistant aux chocs mais aussi en température (il reste chimiquement stable jusqu'environ 720 C) - des propriétés électriques par dopage au cobalt, éventuellement accentuées par un dépôt d'or. De cette manière, les électrodes sont particulièrement résistantes aux chocs, à la température mais aussi aux milieux corrodants. La figure 2 représente un exemple d'utilisation d'une électrode conforme à invention. Dans cet exemple, on réalise des mesures de résistivité à l'intérieur d'un puits d'hydrocarbures non tubé. Les électrodes du dispositif de mesure sont donc directement en contact avec la formation géologique 5. On fait circuler un courant depuis des électrodes d'injection 6 vers des électrodes dites de retour 7, suffisamment éloignées pour permettre une circulation du courant, qu'on évalue. dispositif de mesure est progressivement remonté le long du puits, afin de réaliser des mesures de résistivité sur toute la longueur du forage. La tenue mécanique accrue des électrodes conformes à l'invention permet réaliser ce genre de mesures sans modification de l'impédance de contact entre les électrodes et la formation. En effet, les électrodes s'érodent beaucoup moins facilement que celles connues dans l'état de la technique. On garantit donc des mesures fiables tout au long de l'opération et on diminue grandement la fréquence de remplacement des électrodes, ce qui diminue le coût des mesures. REVENDICATIONS [Il Electrode adaptée à des mesures en milieux agressifs réalisée en diamant comportant un dopant rendant ledit diamant électriquement conducteur. Electrode selon la revendication 1, caractérisée en ce que le diamant 'lectriquement conducteur est un diamant dopé avec du cobalt. Electrode selon la revendication 1 ou 2 en matériau composite diamant polycristallin comportant un dopant rendant ledit diamant 'lectriquement conducteur. Electrode selon la revendications 3, caractérisée en ce le matériau composite comporte un support en carbure de tungstène enrichi en dopant . Electrode selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'une partie du dopant a migré dans le diamant polycristallin depuis le support. [6 ] Electrode selon l'une quelconque des revendications précédentes recouverte par une couche d'or. Electrode selon l'une quelconque des revendications précédentes possédant forme en biseau. [8 ] Dispositif pour mesurer la résistivité comportant au moins une électrode selon l'une quelconque des revendications précédentes. [9] Utilisation d'un dispositif pour mesurer la résistivité selon la revendication 8 dans un puits d'hydrocarbures possédant un tubage. [10] Utilisation d'un dispositif pour mesurer la résistivité selon la revendication 8 au coeur d'un effluent issu de forage pétrolier.