FR 2514139 A1 19830408 FR 8113452 A 19810708 Procédé et dispositifsd'analyse d'un milieu par irradiation de photons, notamment applicablesdans un puits. L'invention est relative à l'analyse d'un milieu que l'on irradie à l'aide d'un flux de photons incidents en vue de mesurer le flux résultant de l'interaction des photons incidents avec ce milieu pour en tirer une information sur sa composition. Elle vise notamment l'analyse de milieux contenant des hy- drocarbures En particulier, elle s'applique à l'étude de la composition des fluides produits dans un puits de pétrole, en vue par exemple de la surveillance du régime de production des couches pétrolifères exploitées par ce puits. On connaît déjà, par exemple par le Brevet Etats-Unis NI 3 688 115 délivré le 29 août 1972, au nom de STEPHEN ANTKIW, des techniques d'analyse de la composition d'un mélange à partir d'une valeur de la densité obtenue en mesurant l'absorption d'un rayonnement Y par ce mélange. Cependant, la précision de ces mesures est limitée lorsque les différents composants du mélange ont des densités voi- sines Tel est le cas, notamment, des mélanges de fluide produits dans les puits de pétrole qui contiennent de l'eau, salée ou non, dont la densité est égale à, ou légèrement supérieure à 1, d'une part, et des hydrocarbures liquides, de densité comprise entre 0,8 et 0,9 d'autre part. En outre, ces techniques connues présentent à des degrés divers, des inconvénients dûs au niveau d'énergie élevé des radiations qu'elles mettent en oeuvre, et aux risques liés à l'utilisation de sources radio-actives. Il a été également proposé, par exemple par le Certificat d'Auteur de l'Union Soviétique N O 326 904, une méthode dans laquelle, en plus de la mesure de densité classique par. irradiation y, on détecte l'énergie de la raie de fluo- rescence X du chlore émise par le mélange pour obtenir une indication de la salinité de l'eau mélangée aux hydrocarbu- res Cette technique souffre de l'inconvénient que cette raie de fluorescence X est située à un niveau de 2,8 kilo électron-volts, beaucoup trop faible pour pouvoir être détec- tée dans de nombreuses situations, en pratique, o l'on désire mesurer la constitution dudit mélange Tel est notam- ment le cas des-mesures dans les écoulements de fluides pro- duits par les puits de pétrole o les technologies actuelle- ment disponibles ne permettent guère la détection de photons d'énergie inférieure à environ 20 ' kilo électron-volts'. Afin d'effectuer des mesures qui mettent en oeuvre des rayons Y de basse énergie, on a également proposé, par exemple dans le Brevet Etats-Unis N 3 123 709 délivré le 3 mars 1964, au nom de R L CALDWELL et al une technique d'analyse des fluides par transmission directe, en les faisant passer entre une source de rayonnement et un récepteur placés l'un vis-àvis de 'l'autre Dans le cas d'un écoulement de fluide dans un puits de pétrole, cette mesure oblige à dévier les filets fluides et perturbe l'écoulement d'une manière inacceptable pour l'obtention d'une mesure précise de la teneur en pétrole et en eau du mélange. L'invention vise à'améliorer les techniques d'analyse de mélanges pa-r irradiation, notamment pour déterminer la composition de milieux contenant des hydrocarbures. Elle prévoit notamment un procédé d'analyse d'un mélange contenant de l'eau et des hydrocarbures applicable à la détermination de la composition des fluides produits par un puits de pétrole, du type dans lequel on irradie le mélange par un flux de photons en vue de mesurer un flux résultant de l'interaction des photons incidents avec le mélange étudié Ce -procédé se caractérise en ce qu'on effectue une mesure du flux résultant pour au moins un premier et un deuxièe niveau d'énergie des photons incidents, distincts et déterminés pour que le taux d'absorption des photons incidents par effet photo-électrique soit significatif, au moins pour ledit premier niveau De préférenoe, le deuxième niveau d'éner- gie est supérieur au premier niveau Les mesures correspondant au premier et au deuxième niveau d'énergie respectifs peuvent être combinées en vue d'obtenir une information caractéristique de la composition du fluide, notamrment à partir de la mesure conjointe d'une grandeur caractéristique de l'absorption photo-électrique de oe fluide et de sa densité. Selon un mode de réalisation de l'invention, on irradie le mélange à l'ai- de de photons dont l'énergie est variable dans le temps entre un premier et un deuxième niveau pour effectuer des mesures successives correspon- dantes que l'on exploite en vue d'analyser le mélange Selon une forme par- ticulière de mise en oeuvre de cette méthode, on module l'énergie des pho- tons émis selon une loi prédéterminée, par exemple sinusoidale, dans une plage d 4 'énergie donnée et on détecte les variations de flux correspondan- tes des photons captés pour en tirer des informations relatives à l'ab- sorption photoélectrique et à la densité du milieu analysé. L'invention tire parti du fait que, dans le domaine des énergies o elle prend une part significative, c'est-à-dire en général en dessous de 100 kilo électron-volts (kev), l'absorption photo-électrique d'une radiation par un corps pur varie comtme la puissance 4,6 de son numéro atcmique Z En revanche, les autres types d'interaction (effets Thompson et Conpton) des- dites radiations dans des domaines d'énergie analogues ou supérieurs, sont affectés essentiellement par la densité électronique des éléments avec les- quels elles interagissent, selon une loi linéaire Ainsi, l'absorption pho- to-électrique d'un corps à base d'oxygène, tel que l'eau, est beaucoup plus forte que celle de corps à base de carbone, tels que les hydrocarbures, à un niveau donné d'énergie des photons incidents. Le procédé selon l'invention utilise è contraste pour améliorer l'analyse de mélanges contenant des hydrocarbures et de l'eau Il permet notanment d' améliorer la précision de la mesure de la teneur du mélange en hydro- carbure par rapport aux techniques de l'art antérieur Il peroet égale- ment, en combinant les mesures correspondant aux deux niveaux d'énergie des photons incidents considérés, d'effectuer l'ana:- lyse d'un mélange ternaire tel qu'un mélange dans un puits de pétrole, d'eau et de gaz, ou de pétrole et d'eau salée lorsque la salinité de cette dernière est inconnue. La méthode est avantageusement applicable dans les puits de pétrole en production on sait que la paroi de ces puits est revêtue, habituellement d'un tubage en acier qui est per- foré au niveau des formations productrices pour permettre l'écoulement des fluides qu'elles produisent à l'intérieur du puits La mesure est effectuée en descendant une sonde dans le puits au-dessus de la zone productrice Le deu - xième niveau d' énergie des photons incidents est, de pré- -férence, également maintenu à un niveau relativement peu élevé (par exemple inférieur à 100 kev) afin d 'éviter que les photons émis puissent traverser l'épaisseur du tubage et interagir avec d'autres milieux que le fluide circulant dans le puits. L'-invention vise également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé qui vient d'être défini. -25 Elle a en outre-pour objet uné sonde de' diagraphie compre- nant un suppo Yt propre à-être déplacé dans un puits et des moyens sur ce support pour mesurer au moins une grandeur *physique dans ce puits, caractérisée en ce que lesdits moyens de mesure comprennent une source propre à émettre des pho- tons à un premier et à un deuxième-niveau d'énergie distincts dans un milieu environnant ledit support dans le puits, le premier niveau d'énergie au moins étant déterminé pour quei l'absorption' photo-électrique des photons respect-ifs par ledit milieu soit significati-ve, des moyens de détection de photons résultant de l'interaction des photons émis avec le milieu et des moyens pour effectuer une premiè re et une deuxième mesure à paitir des photons détectés respectivement au premier et au deuxième niveaux d'énergie. Selon un mode de réalisation lesdits photons sont émis si- multanément au premier et au deuxième niveau d'énergie et les moyens de mesure sont propres à effectuer la première et la deuxième mesure à partir des photons détectés dans des tranches d'énergie distinctes, comprenant respectivement lesdits premier et deuxième niveaux. La source de photons peut être avantageusement constituée par un générateur de rayons X Avec une telle source il est possible de prévoir un autre mode d'opération de la sonde dans laquelle on module l'énergie des photons émis dans le temps pour prendre successivement lesdites première et deu- xième valeurs de niveau, lesdits moyens de mesure produisant alors un signal fonction des flux de photons successivement détectés en réponse aux photons émis auxdits premier et deu- xième niveaux d'énergie. Cette sonde peut être avantageusement utilisée pour la mise en oeuvre du procédé énoncé précédemment En particulier dans des puits de pétrole en production lorsqu'elle est équipée d'un générateur de rayons X elle ne présente aucun risque de contamination par opposition à des outils mettant en oeuvre des sources chimiques Cet avantage est notamment sensible lorsqu'on est dans l'obligation, rare mais parfois inévita- ble, d'abandonner l'outil au fond du puits. En outre, l'utilisation d'un générateur de rayons X permet d'obtenir un flux de photons très élevé, même à des énergies relativement basses, propres à mettre en évidence une -absorp- tion photo-électrique significative. Les explications complémentaires et la description d'exemples qui suivent font référence aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 représente un diagramme d'absorption de photons en fonction de l'énergie de ces derniers; la figure 2 est un diagramme illustrant les relations entre la densité et une grandeur caractéristique de l'absorption- photo-électrique des composés d'un mélange d'hydrocarbures et d'eau salée; la figure 3 représente schématiquement un puits de pétrole en production, dans lequel on a descendu une sonde de mesure selon l'invention; la figure 4 illustre schématiquement la construction d'une forme de réalisation d'une sonde selon l'invention; la figure 5 représente schématiquement le générateur de rayons X de la sonde de la figure 4; la figure 6 est un diagramme illustrant des spectres d'éner- gie détectés à partir de l'interaction des photons émis par le générateur de la figure 5 avec différents milieux; les figures 7 et 8 illustrent deux formes de réalisation de circuits de détection et de traitement de signaux fournis par la sonde de la figure 4; la figure 9 est un diagramme schématique d'une séquence de fonctionnement de l'outil, selon une forme de-mise en oeuvre- de celui-ci; la figure 10 illustre deux spectres d'énergie de photons différents émis successivement par une môme source: la figure 11 est un diagramme en fonction du temps du signal obtenu à l'aide d'une sonde selon une autre forme de mise en oeuvre de l'invention. On sait qu'un milieu soumis à un flux fo de photons inci dents d'énergie donnée absorbe ces photons en fonction de la distance x parcourue, le flux résultant f, pouvant être exprimé par la relation ( 1) J =P e-Pt X Dans cette relation, pt est un-coefficient d'atténuation totale, qui varie avec la nature du milieu traversé et le niveau d'énergie de la radiation incidente. Dans le domaine des radiations d'énergie inférieures à 150 kev, le flux résultant est influencé par trois phénomènes physiques dis- tincts, l'effet Thomson (diffusion cohérente), l'effet Comp- ton (collision avec perte d'énergie) et l'effet photo- électrique Les parts respectives de ces différents phéno- mènes varient avec le niveau d'énergie de la radiation inci- dente On peut définir pour chacun d'eux, à un niveau d'éner- gie donné, des coefficients respectifs ip pour l'absorp- tion photo-électrique, Ps pour la diffusion résultant des effets Thomson et Compton,et va pour l'absorption Compton tels que ( 2) lit = p + s+ -"a Pour un milieu donné, caractérisé par sa densité massique et le rapport Z/A de son numéro atomique et de sa masse atomique, l'influence respective des facteurs qui influen- cent la propagation de la radiation à travers le milieu peut être définie par la relation -N Zp( + + Cr ( 3) t = p (ap S a) dans laquelle N est le nombre d'Avogadro et ep, as, et O a sont les sections efficaces du milieu pour l'énergie des photons incidents considérée, et la densité massique p est reliée à la densité électronique pe du milieu par la rela- tion P= (z) p A Sur la figure 1, on a représenté un diagramme illustrant très schématiquement les contributions respectives sur le flux résultant + de l'absorption photo-électrique 'p d'une part et de la combinaison des autres effets représentée 8. par un coefficient Pc Ps + a' d'autre part, en fonc- tion de l'énergie E des photons incidents mesurés en kev. Dans le cas o le milieu d'interaction est de l'eau (courbes en traits pleins), on constate par exemple que la part de l'absorption photoélectrique pw est faible par rapport aux autres effets dans le domaine des énergies relativement élevées Comme avec la plupart des autres composés chimiques, l'influence de l'effet photo-électrique ne commence à deve- nir sensible que dans un domaine d'énergie des photons inci- dents inférieur à 100 kilos électron-volts. La figure 1 illustre la décroissance très forte de l'absorp- tion photo-électrique portée en échelle logarithmnique au fur et à mresure de l'augmentation d'énergie des photons incidents, cette absorption variant approximativement en fonction inverse du cube de l'énergie incidente. Au contraire, dans le même domaine des énergies inférieures à 100 kilos électron-volts, le coefficient Pcw varie beau- coup plus faiblement en fonction de l'énergie des photons incidents. La figure 1 représente également la variation des absorptions photoélectriques pc du carbone (courbes en tirets) et pc P.s de l'eau saturée en sel (courbe en pointillé) On a également montré schématiquement les variations de Pcc pour le carbone (courbe en tirets) et lcs (courbe en pointillé) pour le sel. D'une façon générale, à un niveau d'énergie donnée, les effets de diffusion Thomson et Compton, représentés par le coefficient Pc, varient linéairement avec le numéro atomique Z des éléments composant le mélange, c'est-à-dire avec la densité électronique de ce milieu, tandis que l'ab- sorption photo-électrique varie comme la puissance 4,6 de ce numéro atomique On peut caractériser l'absorption photo-électrique d'un milieu à une énergie donnée par un coefficient U mesuré en g cm-1 et défini par la relation: U = 10 p a ( 4) -: -p étant la section efficace photoélectrique en barns par électron pour l'énergie de 60 kev (on rappelle que le barn est une unité de surface égale à 10 -24 cm 2); et p la densité en grammes par cm 3. Ainsi, à 60 kev, le coefficient d'absorption photo-électrique est p p = N A U Pour une autre valeur de l'énergie des A photons incidents, on peut exprimer le coefficient d'absorp- tion totale sous la forme: ( 5) lit = N Z ( a U + p) A dans lequel " et 8 sont des coefficients qui dépendent essentiellement de l'énergie des photons incidents U et p sont des paramètres caractéristiques du milieu considéré ainsi que Z/A. Le tableau I ci-après donne la valeur de ces paramètres pour un certain nombre de composés tels que l'eau, l'eau saturée de sel, et différents composés hydrocarbures li- quides, etc TABLEAU I p U Z/A Eau 1 0,358 0,555 Cl Na 2,165 10,078 0,479 Eau saturée de sel 1, 19 1,715 0,536 Soufre 2, 070 11,240 0,499 Brut de Mer du Nord 0,84 O 108 0,576 Brut de Koweit 0,87 0,223 0 574 Brut D'Hassi Messaoud 0,80 0,100 O 576 Brut du Nigeria 0,89 0,116 0,576 Brut du Gabon 0,87 1,138 O 576 11 1 Alors que le contraste entre la densité de l'eau d'une part et celle des différents pétroles bruts mentionnés dans ce tableau est de 1 à 0,8 ou à 0,9, on vérifie que le coeffi- cient U présente u N contraste très supérieur entre l'eau d'une part et ces différentes variétés de pétrole Ce con- traste est en effet de 3 environ, sauf dans le cas du pé- trole brut de Koweit o il est de 2 environ. Une mesurenotamment en combinaison avec la densité,d'un coefficient caractéristique de l'absorption photo-électrique d'un milieu à analyser, tel que par exemple celui du coeffi- cient U, peut donc fournir un moyen de détecter avec une très bonne précision les proportions des composés respectifs d'un mélange,par exemple de pétrole et d'eau. Conformément au procédé ici décrit, on détermine une gran- deur caractéristique de l'absorption photo-électrique d'un milieu, notamment d'un mélange contenant du pétrole ou autres composés carbonés, en mesurant l'absorption totale de radiations de photons incidents à au moins deux ni- veaux d'énergie différents Une au moins de ces mesures est faite à un niveau d'énergie de photons suffisamment bas pour que l'absorption photoélectrique joue un rôle significatif dans le milieu étudié On combine les résultats de ces deux mesures pour en tirer au moins une valeur d'une grandeur ca- ractéristique de l'absorption photo-électrique et, de pré- férence, une mesure caractéristique de la densité du milieu observé. La mesure de la grandeur U caractéristique de l'absorption- photo-électrique et de la densité p pour deux énergies de photons incidents différentes dans une fourchette d'énex- gie relativement basse est notamment avantageuse dans les puits de pétrole en production en vue de la détermination de la composition du fluide s'écoulant dans le puits En effet, à ces niveaux d'énergie, et notamment à des niveaux inférieurs à 100 kev, la mesure d'absorption dans le puits est très peu affectée par l'existence du milieu environnant les fluides à analyser, notamment le tubage en acier (casing), le ciment et la formation géologique traversée par le puits. L'absorption photo-électrique de ces matériaux étant extrê- mement élevée, pratiquement tous les photons incidents qui entrent en contact avec cet environnement sont absorbés Au- cune radiation en provenance de la formation ne se Droduit vers les détecteurs Dlacés dans le fluide A titre d'exemple, on mon- tre que pour une énergie de photons incidents de 50 kev dans du fer, le libre parcours moyen: e ') des photons est de t = 0,6 millimètre A 100 kev, cette valeur est de t = 3,3 millimètres, comparée à des épaisseurs courantes de tubage de 10 mm. Ainsi, les mesures obtenues ne sont pas affectées par des variations d'épaisseurs du tubage ou autres facteurs dépen- dants de l'environnement du puits dans lequel s'écoule le fluide mesuré - Le faible niveau énergétique des photons utilisés pour la mesure conformément à l'invention n'est cependant pas un obstacle à la précision de celle-ci On pourrait craindre en effet que le flux de photons détectés pour la mesure après interaction avec le milieu étudié dans les bandes d'énergie sélectionnées ne soit difficilement exploitable en raison d'une trop grande dégradation -énergétique due notamment à une forte absorption Compton. En réalité, on a déterminé qu'aux niveaux d'énergie consi- dérés, l'absorption Compton tient-une relativement faible place et la majeure partie de l'énergie détectée, c'est-à- dire non absorbée par effet photo-électrique est diffusée par effet Thomson, c'est-à-dire sans diminution d'énergie des photons résultant par rapport à l'onde incidente Pour une énergie de photons incidents de 50 kev, dans de l'eau pure par exemple, la perte d'énergie contenue dans le fais- ceau-incident en raison des collisions Compton, ne représente que 8 % du total de l'énergie diffusée En conséquence, les flux de photons captés après interaction avec le milieu étudié dans les deux tranches d'énergie sélectionnées et notamment dans la plus basse sont suffisants pour permettre d'effectuer une mesure précise, condition indispensable de la réussite de la méthode selon l'invention. L'obtention des grandeurs U et P à partir de deux mesures à deux niveaux d'énergie différents des photons incidents est permise par le fait que l'absorption photo-électrique d'une part, et les phénomènes de diffusion et d'absorption lo Compton, d'autre part, obéissent à des lois de variation très différentes (voir figure 1) en fonction de l'énergie des photons incidents permettant d'effectuer une détermination pré- cise de ces grandeurs. Si l'on se réfère à la relation ( 5), on peut obtenir une mesure des grandeurs U et P en mesurant l'atténuation des flux de photons par interaction avec le fluide à analyser sur une distance prédéterminée dans deux tranches d'énergie sélectionnées distinctes, l'une de ces tranches correspon- dant à un niveau d'énergie élevé et l'autre' à un niveau d'énergie relativement plus faible A titre d'exemple, on peut effectuer une première mesure de flux de photons détec- tés après leur interaction avec le mélange à analyser dans une tranche d'énergie,dite basse,centrée sur 30 kev ét une deuxième mesure dans une tranche d'énergie,dite haute, cen- trée sur 60 kev. Selon une forme de réalisation, on irradie le mélange à étudier à l'aide d'une source de type "chimique" comprenant un isotope radio-actif qui émet au moins deux raies d'éner- gie monochromatiques dont l'une au moins est située dans une plage d'énergie relativement basse, inférieure à 100 kev Plusieurs sources existent qui répondent à ces condi- tions, par exemple le Baryum 133 qui fournit des photons à deux niveaux d'énergie respectivement de 36 kev et 81 kev, ou l'Américium Arn 41. On peut également choisir d'irradier le mélange à étudier à l'aide de photons dont le spectre énergétique est connu et couvre une plage d'énergie relativement large On mesure l'atténuation des-photons après interaction avec le milieu sur une distance déterminée, dans deux tranches d'énergie distinctes à leintérieur du spectre d'énergie incident. On peut avantageusement utiliser un tube a rayons X pour irradier le mélange à analyser On peut-alors effectuer une mesure dans deux tranches d'énergie distinctes à l'in- térieur du spectre d'émission de ce tube pour une valeur donnée de sa tension d'accélération. Une source de photons modulable en énergie telle qu'un générateur de rayons X peut aussi être utilisée pour faire varier dans le temps le spectre des photons émis et effec- tuer des mesures successives de l'atténuation des photons pour les différentes énergies émises en vue de l'obtention des grandeurs U et P. En particulier, on peut faire varier, par exemple, l'énergie moyenne des photons émis de façon continue entre un premier et un deuxième niveau extrêmes par modulation sinusoïdale de la tension d'accélération d'un tube à rayons X Le flux de photons résultant est alors modulé sinusoldalement entre deux valeurs extrêmes correspondantes dont -l'écart est essen- tiellement fonction de l'absorption photo-électrique des -photons par le milieu analysé La valeur moyenne de ce flux résultant dépend quant à elle essentiellement de la densité du milieu On peut tirer de l'analyse de ce signal des infor- mations sur U et P Si on filtre par exemple le signal de mesure du flux de photons résultants,l'amplitude de sa composante sinusoïdale peut fournir une mesure du coefficient d'absorption photo- électrique U et le niveau de la composante continue peut fournir une mesure de la densité. Les valeurs U et P permettent de déterminer la composition d'un mélange ternaire, par exemple un mélange d'eau et d'un hydrocarbure liquide en présence d'un troisième cons- tituant. Ainsi, dans un mélange triphasique huile, eau, gaz, compre- nant des pourcentages v 1, v 2 et v 3 respectivement d'eau, de pétrole et de gaz tels que v 1 + v 2 + v 3 = 1, il est possi- ble de déterminer les valeurs v 1, v 2, v 3 en utilisant le système d'équations: ( 7) P = Pw vl + Ph v 2 + Pg v 3 U = Uw v 1 + Uh v 2 + Ug v 3 1 = v + v 2 + v 3 1 2 3 Dans ces équations, P et U sont les valeurs issues de la mesure, P' W P h' P sont les densités respectives de l'eau w g et des hydrocarbures liquides et gazeux en présence qui peu- vent être obtenues, par exemple, à l'aide du tableau I, de même que Uw, Uh et Ug sont les valeurs de U, dans ces mêmes corps Si la pression des hydrocarbures gazeux est faible, les valeurs de pg et U peuvent être négligées. La présence de sel dans l'eau tend à accroître le contraste entre l'absorption photo-électrique de l'eau et celle du pétrole Cette observation peut être mise à profit si l'on connait par une autre méthode la salinité de l'eau du mélange. Celle-ci peut être obtenue par exemple par une mesure complé- mentaire effectuée à l'aide d'un autre type d'appareil, ou dans le cas d'un puits de pétrole en production, par la fer- meture de celui-ci (shut-in) jusqu'à séparation et stabili- sation des phases On effectue alors une mesure de l'absorp- tion dans le fluide au fond du puits pour obtenir une mesure permettant de déterminer la salinité de l'eau On peut égale- ment effectuer une mesure dans la portion supérieure du puits o s'est rassemblé le pétrole pour déterminer avec précision les grandeurs caractéristiques de densité et d'absorption photo-électrique de celui-ci lorsqu'elles ne sont pas connues. En l'absence de gaz, la méthode permet de mesurer directe- ment les pourcentages respectifs de pétrole et d'eau salée et la salinité de l'eau. On a-porté sur le diagramme de la figure 2, dans un système de coordonnées comprenant la densité en abscisse et la gran- deur U en ordonnée, un point 20 dont les composants corres- pondent aux valeurs de P et de U pour l'eau pure -On a éga- lement porté sur ce diagramme en haut à droite de la figure, un point 22dont les coordonnées-sont caractéristiques d'une eau saturée de sel. En bas à gauche du diagramme de la figure 2, sont portés plusieurs points 24 à 28 correspondant chacun aux valeurs de P et de U'd'un pétrole brut en provenance d'une des ré gions du globe indiquées dans le tableau I. Les divers constituants d'un mélange -influencent les mesures de densités et de grandeurs d'absorption photo-électrique U linéairement en proportion de leur teneur dans le mélange. Ainsi, toute mesure effectuée dans un mélange de brut de la Mer du Nord (point 25) et d'eau salée conduit à un point repré- sentatif des valeurs P et U mesurées tel que le point 30 situé à l'intérieur d'un triangle représenté en trait plein et dont les sommets sont constitués par les points 20, 22 et 25. Si l'on appelle V la teneur en eau-salée,(l-V) la teneur en huile, et S le poids de sel dans l'eau en kilogramme par litre de solution, les valeurs de V et S peuvent être obtenues à partir des relations ( 8) dans lesquelles les densités sont exprimées en gramme par centimètre cube (densité de l'eau pure P W = 1): S S ()P = P ( 1 V) + (l,v + V ( 8) V U Uh (l-V) + uw (l_ _ 1) 03 v 0,3 0,3 * Dans ces relations, P et U sont les mesures effectuées, - et Uh sont les coordonnées du point de pétrole brut (point 25 dans l'exemple de la figure 2), Uw pw les ordonnées du point 20, soit: Uw = 0, 358 et Pw = 1 et P Sw et Usw sont les coordonnées du point 22. On décrit maintenant une application du procédé selon l'in- vention à la détermination de la composition d'un mélange de fluides dans un puits de pétrole en production et une son- de de diagraphie propre à être descendue dans un puits à cet effet. Un puits de pétrole 40 (figure 3) traverse, verticalement dans cet exemple, les formations géologiques 42 Le puits est délimité par un tubage (casing) 44 en acier L'intervalle entre le tubage 44 et la formation 42 est rempli d'un ciment 46 destiné à éviter toute circulation verticale de fluide à la partie extérieure du tubage Ce tubage débouche à la sur- face 48 du sol Une tête de puits schématiquement repré- sentée en 50, obture la partie supérieure du tubage-et per- met le contrôle de l"écoulement des fluides à l'intérieur d'une colonne de production 52 montée coaxialement à l'in- térieur du tubage 44 jusqu'à une profondeur voisine de celle d'une couche productrice de fluide 54 Un bouchon (packer) est installé entre l'extrémité 53 de la colonne de production et le tubage pour isoler la couc-he productrice 54 Au niveau de cette dernière, le tubage est perforé d'ouvertures 56 per- : mettant l'écoulement des fluides produits à l'intérieur 58 du tubage pour leur ascension verticale à travers la colonne de production 52 jusqu'à la surface. Afin de connaître les régimes d'écoulement des fluides, leur composition et, d'une façon générale, de surveiller la pro- duction de la couche 54, il est usuel de descendre à travers la colonne de production 52 des sondes de diagraphie permet- tant d'effectuer les mesures appropriées Une telle sonde 60 est représentée dans l'espace séparant l'extrémité inférieure de la colonne de production 52 et les perforations 56 Elle est suspendue à l'extrémité d'un câble 62 qui passe en surface * 2-514139 sur une poulie 64 à la tête du puits pour rejoindre une unité opérationnelle 66 à partir de laquelle le câble peut être enroulé ou déroulé Le câble 62, outre la suspension mécanique de la sonde 60, assure les connexions électriques nécessaires entre la sonde et l'unité opérationnelle 66. Le diamètre de la sonde 60 est suffisamment petit pour per- mettre son passage à l'intérieur de la colonne de production 52 de plus petit diamètre et est par exemple 43 millimètres (l pouce et ll/16 èmes) Elle'est équipée de dispositifs de centrage. à ressorts supérieur 68 et inférieur 69 qui permettent de la maintenir dans une position sensiblement axiale à l'inté- rieur du tubage 44 au sortir de la colonne de production 52 au-dessus des perforations 56. La sonde 60 se présente sous la forme d'un mandrin allongé entouré par une gaine tubulaire schématiquement représentée en 70 (figures 4 et 5) propre à résister aux efforts méca- niques et chocs auxquels peut être soumise la sonde ainsi qu'à la pression des fluides et à'la température régnant au fond du puits Entre les ressorts de centrage supérieur et inférieur 68 et 69, la gaine de la sonde présente une portion moyenne 72 dépourvue d'aspérités ou autres irrégularités qui définit avec le tubage 44 l'intervalle annulaire 74 dans le- quel peut s'établir un écoulement ascendant, stable des flui- des de production dans le sens de la flèche 76, dont la com- position est perturbée au minimum par la présence de la sonde. Vers l'extrémité inférieure de cette partie moyenne 72 de la gaine 70, la sonde 60 comprend un dispositif émetteur de rayons X 80 Au-dessus et à une première distance prédéter- minée L 1 de l'émetteur 80 est monté un premier récepteur 82. Un deuxième récepteur 84 est prévu à une deuxième distance prédéterminée L 2 de l'émetteur 80 supérieure à la première distance Un écran 79 opaque aux rayons X est disposé entre le générateur 80 et le détecteur 82. Le générateur de rayons X 80 (figure 5) comprend une enceinte 19 allongée 81 hermétiquement fermée et logée à l'intérieur de la gaine 70 A l'intérieur de l'enceinte 81, règne un vide convenable pour permettre la génération de rayons X par bombardement électronique d'une cible A l'une des extrémités 83 de l'enceinte 81 est monté un dispositif de cathode 85 comprenant notamment un filament 86 dont une extrémité 87 est connectée à la masse de l'outil Ce fila- ment est entouré d'une électrode (Wehnelt) qui peut permet- tre le réglage en intensité du flux de rayons X. A l'extrémité opposée, la paroi 92 de cette enceinte 81 est traversée coaxialement par une anode massive 94 dont une extrémité élargie 96 se termine par un plateau 95 per- pendiculaire à son axe Ce plateau forme la cible génératrice du rayonnement X pour le faisceau électronique-produit par la cathode 86 et focalisé par l'électrode 88 lorsque l'extré- mité 98 de l'anode 94 extérieure à l'enceinte 81 est alimentée par une haute tension continue positive produite par un géné- rateur 100 (figure 4) d'environ 10 watts logé à l'intérieur de la gaine 70 en dessous de l'émetteur 80 Ce générateur est alimenté à partir de la surface en courant alternatif par deux conducteurs à l'intérieur du dable 62 et peut pro- duire une haute tension continue-pouvant-être modulée et s'élever jusqu'à une valeur d'environ 100 kilovolts avec un courant d'environ 100 microampères, voire 150 kilovolts en fonction des besoins. L'enceinte tubulaire 81 comprend dans sa partie intermédiai- re une fenêtre cylindrique 104 -en béryllium raccordée de façon hermétique par des joints circulaires 105 et 106 aux extrémités respectivement supérieure et inférieure de l'en- ceinte 81 (qui sont constituées, dans cet exemple, en verre ou en céramique). Dans la position opérationnelle représentée aux dessins, le joint inférieur 106 de la fenêtre en béryllium 104 est situé dans un plan inférieur au plan du plateau 95. Elle laisse-ainsi passer le rayonnement X produit dans des directions pratiquement tangentielles au plan de ce plateau, telles que la direction 110 Sa hauteur est suffisante pour permettre la sortie des radiations produites par la cible dans un angle solide d'environ 75 , pour former un faisceau de révolution autour de l'axe du tube schématiquement déli- mité dans le plan de la figure 5 par les lignes 110 et 112. Face à la fenêtre 104, la gaine 70 comporte une fenêtre cy- lindrique en béryllium épais 116 dont la dimension axiale est suffisante pour permettre le passage du faisceau déli- mité par les cônes de traces 110 et 112 L'épaisseur de cette fenêtre-est déterminée pour lui permettre de résister à des pressions de 1400 bars et des températures de 175 Elle est recouverte sur sa face externe d'une couche d'époxy dans un but de protection. Le générateur de rayons X 80 permet de produire un flux de sortie de photons d'énergies égales ou supérieures à 20 kev supérieur à 101 photons par seconde dans un encombrement compatible avec les conditions d'utilisation dans un outil de diagraphie Dans un exemple de réalisation, le diamètre de l'enceinte 81 est légèrement inférieur à 3 centimètres, et la distance anode cathode sur laquelle sont accélérés les électrons étant inférieure à 10 centimètres. On a représenté par les courbes 120 et 121 de la figure 6 les spectres d'énergie des photons reçus par l'un des détec- teurs, après interaction -respectivement avec un pétrole pur d'une part et de l'eau salée d'autre part, pour une tension d'alimentation constante du générateur s'élevant à 100 kev. Ces courbes définissent le taux de réception respectif des photons représenté en nombre de comptes par seconde en ordon- * née en fonction de leur énergie en kilos électron-volt en abscisse Ces spectres continus s'étendent entre une valeur inférieure légèrement en dessous de 20 kev, limite-de trans- mission des fenêtres de béryllium 104 et 116,jusqu'à une valeur d'énergie maximale de 100 kev. Chacun des récepteurs 82 et 84 comprend (figure 4) un détec- teur à scintillation respectivement 130 et 132 constitué par un cristal d'iodure de sodium logé à l'intérieur d'un compartiment respectif délimité le long de la gaine 70 par une fenêtre de béryllium respective 131 et 133 (figure 4) dont les spécifications sont analogues à celles de la fenêtre 116 du générateur 80. Les récepteurs 82 et 84 comprennent chacun un photomultipli- cateur, respectivement 134 et 136 connecté aux sorties des détecteurs 130 et 132 Les sorties 135 et 137 des-photomul- tiplicateurs 134 et 136 sont reliées par des conducteurs non représentés à une cartouche de traitement des signaux disposée à la partie supérieure de la sonde au-dessus du deuxième récepteur 84. Sur la figure 7, on a représenté schématiquement un circuit de traitement à la sortie des récepteurs 82 et 84 Chaque impulsion à la sortie 145 du photomultiplicateur 134 a une amplitude proportionnelle à l'énergie du photon détecté par le détecteur 130 Cette impulsion est mise en forme par un pré-amplificateur 146. Après mise en forme par le pré-amplificateur 146, les impul- sions sont appliquées à l'entrée 151 d'un discriminateur de tension 150 Ce discriminateur possède deux sorties 152 et 154 Sur la sortie 152 apparaît un signal I (L) proportionnel au nombre de photons captés par seconde par le détecteur 130 dans une tranche d'énergie "basse" autour de 30 k-électron- volts représentée par L sur la figure 6 La sortie 154 du discriminateur 150 produit un signal Il (H) d'amplitude pro- portionnelle au taux de comptage des photons captés par le * récepteur 82 dans une bande d'énergie étroite "haute" cen- trée sur 60 kilo électron-volts, représentée par la lettre H sur la figure 6 A cet effet, le discriminateur 150 com- prend une batterie de comparateurs de tension dont les ni- veaux V 1 (H), V 2 (H) d'une part et V 1 (L) et V 2 (L) d'autre part (voir figure 6) définissent deux plages de tension -22 correspondant respectivement aux tranches d'énergie haute et basse des photons reçus A la sortie de chaque couple de comparateurs est prévu un compteur d'impulsions reçues dans la plage de tension considérée qui délivre les signaux I 1 (H) et It (L) pour être transmis par le câble à l'instrumentation de surface. De la même façon, la sortie 155 du photomultiplicateur 136 est connectée par un pré-amplificateur 156 à l'entrée 161 d'un discriminateur 160 qui délivre sur ses sorties 162 et 164 respectivement deux signaux 12 (L) et 12 (H) correspon- dant respectivement au comptage des photons reçus dans la tranche d'énergie LO et dans la tranche d'énergie Ho. Les signaux de sortie des discriminateurs 150 et 160 sont transmis à un codeur 172 avant d'être envoyés par le système de télémesure le long du câble 62 à un décodeur 174 apparte- nant à l'instrumentation de surface Cette instrumentation est adaptée à produire une mesure de l'atténuation des pho- tons dans les tranches L et H sur la distance D séparant les o o récepteurs 82 et 84. Très schématiquement, on a représenté sur la figure 7 les fonctions de cette instrumentation par quatre amplificateurs logarithmiques 175 à 178 qui produisent des signaux de sor- tie représentatifs des grandeurs Log Il (L), Log I 1 (H), Log 12 (L) et Log 12 (H) respectivement Ces signaux sont soustraits deux à deux dans des circuits 180 et 182 qui déli- vrent sur leurs sorties respectives 181 et 183 des signaux L' et H' transmis à l'entrée d'une unité de traitement 184. En fonctionnement, des radiations émises par le générateur. X 80 selon un spectre continu interagissent avec le fluide remplissant l'espace annulaire entre la sonde 60 et le tubage sur une distance L 1 entre le générateur 80 et le premier détecteur 130 d'une part, et sur une distance L 2 séparant ce générateur 80 du deuxième détecteur 132 d'autre part. L'intensité du rayonnement capté par chacun des récepteurs 82 et 84 dans une tranche d'énergie déterminée dépend du flux de photons incidents absorbés par le milieu étudié dans cette tranche Pour chacun des premier et deuxième récepteurs 82 et 84, l'intensité respective Il et I 2 dans cette tranche d'énergie peut être exprimée par la relation Il = IN p e t l I 2 = o â 2 peut 2 D = L 2 L Dans cette relation, I est l'intensité qui correspondrait à une atténuation d'interaction nulle, QI et Q 2 sont des constantes caractéristiques du premier et du deuxième récepteurs, D est la distance entre les deux récepteurs. Dans l'exemple considéré, les distances Ll èt L 2 sont res- pectivement de 0,12 m et 0,32 m. Après discrimination des photons reçus dans les deux tranches d'énergie distinctes, haute et basse, L et Hf le calcul effec- tué par l'instrumentation de surface fournit I 1 (H) ( 10) Hl = Log 1 H = k + lt(H) x D (L) L' = Log 12 (L) =k+ ut(L) x D dans lesquelles k est une constante. La présence de deux détecteurs fournissant chacun une inten- sité Il et 12 dans chaque tranche d'énergie permet d'obtenir des rapports Hl et L' qui sont indépendants des fluctuations du flux de photons incidents sur le milieu étudié dues à des instabilités éventuelles du générateur de rayons X On a vu en effet que les flux reçus par chacun des deux détecteurs dans chaque tranche d'énergie sont directement proportionnels aux flux incidents Les signaux H' et L' Mont représentatifs de l'atténuation du flux de photons dans la tranche d'énergie correspondante sur la distance D dans le milieu analysé. Si l'on se réfère à l'expression ( 5), on remarque que les signaux H' et L' sont directement reiiés à la grandeur carac- téristique d'absorption photo-électrique U et à la densité massique P En établissant une correspondance entre des grandeurs Hlet L et H' et L', selon la relation suivante: ( 11) Hi= (k' H') Ll= -" ( L') o k' 'et k" sont des constantes, la relation entre les si- gnaux obtenus en sortie du circuit de la figure 7 et les grandeurs U et p peut s'exprimer sous la forme: ( 12) H 1 = ( a U + ep) D L 1 = ( a'U + e'p) D Les coefficients ae,, -' et e' dépendent de la tranche d'énergie, considérée et de l'énergie moyenne du spectre émis par le générateur X 80 Ils peuvent être déterminés par éta- lonnage. En partant de l'observation fournie par le tableau I que la grandeur Z/A varie peu en première approximation selon que le fluide est de l'eau pure, de l'eau salée ou du pétrole, l'unité de traitement 180 détermine en utilisant la valeur de ce rapport dans l'eau pure une première valeur des gran- deurs Het L,1 à partir de laquelle des valeurs de U et P peuvent être calculées ou dérivées, comme le montrent les relations ( 11). Au début de Ia mesure, on fournit à l'unité de traitement- des données d'entrée concernant les paramètres Uh et Ph' Ces paramètres peuvent être obtenus, par une connaissance à l'avance de la composition du pétrole produit dans la ré- gion et, plus particulièrement, dans le puits et la zone pétrolifère considérée. Elles peuvent également être obtenues, comme indiqué pré-, cédemment, par une mesure préliminaire dans le puits après arrêt de l'écoulement des fluides et stabilisation. L'unité de traitement est ainsi à même de tirer des valeurs U et P précédemment obtenues, une première mesure du rap- port V(eau/fluide total)et du poids S de sel par unité de volume d'eau S. Une mesure plus fine de Z/A peut alors être obtenue à partir de ces valeurs par la relation ( Z) Sv Z + V ( Z) +h(IV) h () ( 13) A mel p A Cl Na p A H 20 p h A h o (Z Cl Na, (A) H 20 et (AZ)h sont respectivement les va- leurs du rapport AZ du sel pur, de l'eau pure et du pétrole pur, telles qu'elles ressortent par exemple du tableau I. z A partir de cette nouvelle valeur du rapport îî l'unité de traitement effectue par itérations successives une détermina- tion précise de S et V. Les grandeurs U et P dépendent de la température et de la pression du fluide, selon des lois connues à partir desquelles l'unité de traitement est programmée pour effectuer les cor- rections nécessaires. Dans le mode de réalisation qui vient d'être décrit, la ten- sion d'alimentation du générateur de rayons X 80 reste la même pendant la mesure Dans ces conditions, le spectre éner- gétique des photons émis par le tube à rayons X s'étend de façon continue entre 20 kev et 100 kev environ, et la sélec- tion spectrale des photons de basse et haute énergie se fait au niveau des récepteurs 82 et 84 par le sélecteur d'ampli- tude délimitant les bandes Loet Hodans les discriminateurs et 160 Selon un autre mode de réalisation, on effectue la mesure en modulant l'énergie des photons émis. Selon une première forme de réalisation, on peut à cet effet opérer le générateur en mode pulsé en l'alimentant par des impulsions de tension de niveaux différents Ainsi,dans un premier temps, le générateur émet une première impulsion d'énergie relativement élevée d'une durée d'environ 20 ms sous une tension d'alimentation d'environ 100 k V Le spectre des radiations émises est alors conforme à la courbe 190 de la figure 10 L'énergie moyenne E 1 de ce spectre est d'envi- ron 60 kev correspondant au point 192 de la courbe 190. Dans un deuxième temps, on alimente le générateur X 80 sous une tension de 50 kilos volts pour produire une deuxième impulsion d'énergie relativement basse dont le spectre est représenté par la courbe 191 de la figure 10 Le maximum d'in- tensité de ce spectre correspond sensiblement à une énergie moyenne des photons d'environ E 2 = 30 kev, comme représenté par le point 193 de la courbe 191. Au lieu de compter les impulsions produites au c Qurs de cha- que fenêtre à la sortie des photomultiplicateurs 134 et 136, on mesure (figure 8) l'intensité totale du rayonnement capté par les détecteurs 130 et 132 En effet, les taux de comptage des détecteurs 130 et 132 étant très élevés, il n'est plus possible de faire une analyse spectrale des photons La valeur respective des courants I'1 et I' respectivement dis- ponibles aux sorties 145 et 155 des photomultiplicateurs est néanmoins représentative des flux de photons correspondant aux énergies E 1 et E 2 Les signaux I'1 et I' 2 sont directe- ment convertis par des amplificateurs logarithmiques respec- tifs 202 et 204 dont les sorties sont connectées aux entrées respectives 203 et 205 d'un amplificateur différentiel 206 qui délivre à sa sortie 208 un signal proportionnel à 1 4 1 3 9 Log I' pendant la durée de chaque impulsion haute et basse 2 energie Les signaux H' et L' apparaissant successi- vement à la sortie 208 en correspondance des impulsions à haute et basse énergie sont transmis en surface pour trai- tement. Afin de compenser d'éventuelles dérives de gain des photo- multiplicateurs et des amplificateurs logarithmiques, on prévoit d'utiliser une diode électroluminescente non repré- sentée qui est reliée à l'entrée de chacun des deux photomultiplicateurs 134 et 136 par des fibres optiques à l'intérieur de la gaine 70. La tension d'alimentation du photomultiplicateur 136 est ajustée par un circuit 210 branché entre la sortie 208 de l'amplificateur différentiel 206 et une entrée 212 de com- mande de la haute tension du pbotomultiplicateur 136 de façon à maintenir la fonction Log I'21 ref des courants I' lref I'2 ref le et I'2 ref obtenus, respectivement aux sorties 145 et 155 des photomultiplicateurs en réponse à une impulsion lumineuse de référence produite par la diode électroluminescente constante pendant les périodes d'obscurité du générateur 80. On a représenté schématiquement sur la figure 9 les niveaux de signaux impulsionnels 220, 222 et 224 à la sortie 208 en fonction du temps, en réponse respectivement à une pre- mière impulsion d'énergie émise à "basse" tension puis à une deuxième impulsion d'énergie émise à "haute" tension, puis à l'impulsion d'excitation de la diode de référence Chacune de ces impulsions a une durée d'environ 20 ms Elles sont sépa- rées par des intervalles d'obscurité d'environ 20 ms, pour une durée totale de la séquence d'environ 100 ms. L'alimentation du générateur X en mode pulsé présente l'inté- rêt de limiter la dissipation de puissance du tube Ellepermet également de réduire l'influence des courants d'obscurité des photomultiplicateurs 134 et 136 à haute température, c'est-à- dire des courants en l'absence de radiation sur les détec- teurs 130 et 132 Le rapport signal/bruit de la mesure s'en trouve ainsi sensiblement amélioré. En outre, le mode d'excitation par impulsion du générateur X se prête bien à l'utilisation de détecteurs à semi-con- ducteurs, par exemple au tellurure de cadmium ou à 1 ' iodure de mercure, de petite taille, en raison du niveau élevé des intensités I' et I' recueillies Ces détecteurs peuvent 1 2 notamment présenter un intérêt pour la mesure de l'homogé- néité du fluide analysé, en particulier dans les puits déviés. L'emploi d'un générateur de rayons X tel que l'émetteur 80 dans le cadre d'une mesure dans un puits de pétrole en pro- duction est intéressant car, contrairement aux sources chi- miques, c'est-à-dire comprenant un isotope radio-actif, il ne présente pas de risques de contamination du puits en cas de perte (rare mais qui ne peut être totalement exclue) de la sonde. Un générateur de rayons X tel que le générateur 80 présente également l'avantage de fournir un flux élevé de photons-, qui se prête donc à l'obtention de mesures rapides pour l'étude dynamique des écoulements. La précision des mesures obtenues dépend du taux de comptage des détecteurs utilisés L'utilisation d'une source à flux de photons élevé est donc un facteur favorable à cet égard. On peut aussi utiliser le générateur de rayons X 80 en modu- lant la tension d'accélération des-électrons sur l'anode 94 du tube 80 d'une manière qui peut être continue et non pulsée. Pour une tension d'accélération VO, l'énergie moyenne des photons émis est E= e VO (o e est la charge de l'électron). Si l'on fait varier la tension d'accélération autour de la tension VO, on a la possibilité d'agir sur cette énergie moyenne E et de faire ainsi varier l'importance de l'absorp- tion photo-électrique du milieu considéré. Le signal mesuré sur un détecteur 82 ou 84 est alors de la forme D = o a P e (a UJ + e p-) D avec 3 ú * 3 e peu variable avec l'énergie des photons X. En.modulant par un signal de tension sinusoïdal l'énergie des photons avec un taux de modulation de A E/E O (o E O correspond à la tension VO), on obtient ID =IO P p E( O( 1 + tsin wt)3 U +p D Le signal à la sortie du détecteur est donc un courant cons- titué par une composante moyenne qui dépend de plusieurs variables, dont la densité du milieu, et d'une composante sinusoïdale qui dépend essentiellement du coefficient d'ab- sorption photo-électrique U de ce même milieu. On a représenté sur la figure 11 la courbe 195 des variations en fonction de temps du courant ID' obtenu à la sortie 208 de l'amplificateur 206 de la figure 8 Ce signal est affecté de variations rapides à la fréquence de modulation de la tension d'alimentation du générateur X superposées à une valeur moyenne IDO représentée par une courbe en tiret sur la figure 11 et dont la valeur varie notamment comme une fonction de la densité. L'amplitude ID de la modulation sinusoïdale superposée à l'amplitude moyenne I DO est au contraire essentiellement une fonction du coefficient d'absorption photo-électrique U. Ainsi, le filtrage du signal à l'aide de filtres passe-bas et passe-haut non représentés, permet de séparer la compo- sante continue 'DO et la composante alternative d'ampli- * tude 4 ID pour obtenir une mesure directe des valeurs P et U - Grâce à l'utilisation de l'absorption photo-électrique, la précision de la mesure du rapport eau/pétrole est sensible- ment augmentée par rapport à celle qui peut être obtenue par une mesure de densité seule La mesure de la grandeur L' effectuée à "basse" énergie est, en effet, environ quatre fois plus sensible aux variations de ce rapport que la mesure obtenue à "haute" énergie. Ainsi par exemple, pour une variation de 1 % du rapport eau/fluide total V, correspondant à une variation de den- sité de 0,002 g/cm 3, les variations respectives d H'/H' et d L'/L' des grandeurs H' et L' sont 0,7 % et 2,6 %, respecti- vement. La mesure permet également une détermination précise de la salinité de l'eau de formation La mesure à "basse" énergie L' est en effet environ dix fois plus sensible aux variations de salinité que la mesure à "haute" énergie Elle permet no- tamment de détecter des variations correspondant à 1,5 kg de sel par m 3 de pétrole brut ( 103 litre) alors que la variation de densité correspondante 'est en général indétectable - Une telle mesure précise de la salinité est avantageuse no- tamment pour détecter des productions excessives de sel dans le flux de pétr ole obtenu à partir d'une couche productrice déterminée Elle permet également d'effectuer un contrôle précis du déroulement des techniques d'injection d'eau dans les couches pétrolifères pour un meilleur rendement de la production. Enfin, un outil tel que décrit, comportant un générateur de rayons X et deux détecteurs (figure 3) peut être appliqué a l'étude du régime d'écoulement d'un puits de pétrole en pro- duction, grace à la rapidité des mesures qu'il est capable d'effectuer Cette rapidité permet en effet de détecter le déplacement de zones d'hétérogénéité telles que des bulles d'huile dans l'eau ou de gaz dans le liquide entre le premier et le deuxième détecteur. 3 l. Revendications. 1 Procédé d'analyse d'un mélange fluide contenant au moins de l'eau et un hydrocarbure, notamment en vue de déterminer la composition des fluides produits par un puits de pétrole, caractérisé en ce qu'on irradie ce'mélange à l'aide de pho- tons incidents à au moins un premier et un deuxième niveau d'énergie (L et H) qui sont distincts et déterminés pour que le taux d'absorption photo-électrique des photons par ledit mélange soit significatif au moins pour les photons au premier niveau d'énergie, on effectue une première et une deuxième mesure des flux de photons résultant de l'inter- action des photons incidents avec le mélange, respectivement, auxdits premier-et deuxième niveaux d'énergie,et on traite ces première et deuxième mesures pour obtenir une information caractéristique de la composition du fluide analysé. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites première et deuxième mesure sont traitées en vue d'obtenir une indication d'une grandeur (U) caractéristique de l'absorption photo-électrique des photons incidents par ledit mélange et une indication de la densité (p) de e mélange. 3 Procédé selon la revendication l pour un mélange compre- nant au moins trois constituants, caractérisé en ce que les- dites première et deuxième mesures sont traitées pour déter- miner les proportions respectives d'eau pure, de pétrole et d'un troisième composant, tel qu'un gaz ou du sel en solu- tion dans l'eau. 4 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdites proportions sont déterminées par combinaison linéaire des valeurs mesurées d'une grandeur caractéristi- que de l'absorption photo-électrique et de la densité du mi- lieu analysé, en fonction des valeurs respectives de ces paramètres dans l'eau pure, le pétrole pur et le troisième composant. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le deuxième niveau d'énergie est plus élevé que le premier. 6 Procédé selon la revendication 5 pour l'analyse d'un mélange dans une enceinte telle qu'un puitsde pétrole ( 58), à l'aide d'une sonde ( 60) propre à émettre et à recueillir les photons nécessaires à la mesure, caractérisé en ce que le deuxième niveau d'énergie est suffisamment faible pour que la deuxième mesure ne soit pas influencée par les variations d'interaction du flux de photons émis par la sonde à ce deuxième niveau avec le milieu ( 44) constituant les parois de ladite enceinte. 7 Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'on irradie le mélange par des flux de photons inci- dents simultanément auxdits premier et deuxième niveaux d'énergie et qu'on effectue lesdites première et deuxième mesures en discriminant les photons résultant en fonction de leur niveau d'énergie respectif. 8 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on irradie le mélange fluide par des flux de photons émis suc- cessivement auxdits premier et deuxième niveaux d'énergie et qu'on effectue lesdites première et deuxième mesures successivement en réponse auxdits flux de photons émis. 9 Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdites première et deuxième mesures sont représentatives de l'intensité totale des flux de photons résultant. Procédé selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que le spectre d'émission de photons émis est continu et lesdits premier et deuxième niveaux sont des niveaux mo- yens (El et 2) des spectres d'emission des flux de photons successifs respectifs. 11 Procédé selon l'une des revendications 8 à 10, caracté- risé en ce que lesdits photons sont émis sous forme d'im- pulsions discrètes successives dont les énergies moyennes correspondent respectivement auxdits premier et deuxième niveaux d'énergie. 12 Procédé selon l'une des revendications 8 à 10, carac- térisé en ce que lesdits premier et deuxième niveaux sont les niveaux énergétiques moyens de flux successifs de pho- tons dont le spectre énergétique d'émission est modulé en con- tinu selon une loi prédéterminée dans le temps. 13 Procédé selon l'une des revendications 7 ou 11, caracté- risé en ce que, si lesdites première et deuxième mesures sont des grandeurs Llet Elreprésentatives de l'atténuation des photons incidents aux premier et deuxième niveaux d'énergie sur une distance D dans le milieu analysé, le traitement permet d'obtenir des valeurs d'-une grandeur caractéristique de l'absorption photo-électrique U et de la densité massique p liées à ces mesures par les relations Hl= (a U +p) D Li= (o L'U +e'p) D o , a ' ' sont des coefficients. 14 Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'énergie desdits photons émis est modulée selon une loi sinusoïdale entre ledit premier et ledit deuxième niveau, pour obtenir un signal représentatif de l'intensité des pho- tons ayant une composante sinusoïdale et une composante con- tinue et en ce qu'on traite ledit signal pour tirer une indi- cation d'une grandeur caractéristique de l'absorption-photo- électrique des photons par ledit milieu de l'amplitude de variation de la composante sinusoïdale dudit signal et une indication de la densité du mélange de l'amplitude de la composante continue de ce signal. Dispositif pour l'analyse d'un mélange fluide contenant au moins de l'eau et un hydrocarbure, caractérisé en ce qu'il comprend une source ( 80) propre à irradier ledit mélange à l'aide de photons à un premier et à un deuxième niveau d'énergie distincts (L et H) et déterminés pour que le taux d'absorption photo électrique par le mélange des photons incidents soit si- gnificatif au moins à ce premier niveau d'énergie, au moins un détecteur de photons ( 130 ou 132) résultant de l'interac-_ tion des photons incidents avec ce mélange, des moyens ( 150 ou 160) pour mesurer le flux de photons détectés auxdits pre- mier et deuxième niveaux d'énergie et des moyens ( 184) de traitement desdites mesures pour produire une indication ca- ractéristique du milieu fluide étudié. 16 Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en ce que lesdits moyens de traitement ( 184) sont propres à pro- duire une mesure d'une grandeur (U) caractéristique de l'ab- sorption photo-électrique des photons incidents par le mélan- ge à analyser et de la densité (p) du mélange à analyser. 17 Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en ce que lesdits moyens de traitement ( 184) sont propres à produi- re une indication représentative des proportions relatives d'eau (V 1) et d'un hydrocarbure (V 2) dans ledit mélange et une mesure représentative de la teneur (V 3) dudit mélange en un troisième constituant. 18 Dispositif selon l'une des revendications 15 à 17, carac- térisé en ce que ladite source ( 80) est propre à émettre si- multanément lesdits photons aux premier et deuxième niveaux d'énergie et en ce que lesdits moyens de mesure sont propres à effectuer une mesure des flux de photons détectés dans une première et une deuxième tranche d'énergie (LO et Holdéter- minées contenant respectivement lesdits premier et deuxième niveaux. 19 Dispositif selon l'une des revendications 15 à 17, carac- térisé en ce qu'il comprend des moyens pour moduler l'énergie des photons émis par la source ( 80) afin d'irradier ledit mélange ? 514139 successivement à l'aide desdits photons au premier et au deuxième niveau d'énergie. Dispositif selon la revendication 19, caractérisé en ce que lesdits moyens de mesure sont propres à produire, à chaque ins tant, un S ignal de mesure ( 1 ' ou I') représentatif de l'intensité totale du flux de photons détecté. 21 Dispositif selon la revendication 19 ou 20, caractérisé en ce que lesdits moyens de modulation sont propres à com- mander l'émission par ladite source de fluxde photons sous forre d'impulsions discrètes dont les niveaux d'énergie moyens (El et E 2) respectifs correspondent auxdits premier et deuxière niveaux. 22 Dispositif selon l'une des revendications 20 ou 21, caractérisé en ce que lesdits moyens de modulation sont pro- pres à commander la variation d'énergie des photons émis suc- cessivement selon une loi prédéterminée, et les moyens de traitement dudit signal représentatif sont propres à déter- miner, à partir de la variation respective dudit signal de mesure, au moins une grandeur caractéristique de l'absorption photo-électrique des photons incidents pour le mélange à analyser. 23 Dispositif selon la revendication 22, caractérisé en ce que lesdits moyens de traitement comprennent des moyens de filtrage passe-haut et passe-bas dudit signal de mesure. 24 Dispositif selon l'une des revendications 18-ou 21, caractérisé en ce que lesdits moyens de traitement des mesu- res du flux sont propres à opérer une combinaison linéaire desdites première et deuxième mesures pour produire ladite indication caractéristique du milieu fluide étudié. 25 Dispositif selon l'une des revendications 15 à 24, carac- térisé en ce que ledit support est un mandrin allongé ( 70) propre à être déplacé dans un puits de pétrole ( 40) dans lequel s'écoule le mélange à analyser, le long duquel la source de photons ( 80) et le détecteur ( 82 ou 84) sont montés à une distance prédétenrin 4 e (L ou L 2) l'un de l'autre, des mopens étant prévus pour empêcher la transmission directe de photons émis par-la source vers le détecteur. 26 Dispositif selon l'une des revendications 15 à 25, carac- térisé en ce que ladite source de photons est un générateur de rayons X ( 80). 27 Dispositif selon l'une des revendications 15 à 26, caractérisé en ce qu'il comprend deux détecteurs ( 130, 132) montés à des distances différentes de la source ( 80) lesdits moyens de traitement comprenant des moyens pour combiner les mesures obtenues à partir de chacun desdits détecteurs pour fournir un signal représentatif de l'atténuation des photons dans le mélange sur la distance entre le premier et le deuxième détecteur respectivement auxdits premier et deuxième niveaux d'énergie. 28 Sonde de diagraphie comprenant un support propre à être déplacé dans un puits et des moyens sur ce support ( 70) pour l'investiga- tion d'au moins'une grandeur physique dans ce puits, caractérisé en ce que lesdits moyens d'investigation comprennent une source ( 80) propre à émettre des photons à un premier et à un deuxième niveau d'énergie, distincts dans un milieu environnant ledit support dans le puits ( 40),le premier niveau d'énergie au moins étant déterminé pour que l'absorption photo-électrique des photons respectifs par ledit milieu soit significative, des moyens de détection ( 130 ou 132) de photons résultant de l'interaction des photons émis avec le milieu environnant et des moyens ( 150 ou 160) pour effectuer au moins une première et une deuxième mesure à partir de flux de photons détectés dans des tranches d'éner- gie distinctes comprenant lesdits premier et deuxième niveaux respectivement. 29 Sonde selon la revendication 28, caractérisé en ce que ladite source de photons ( 80) est une source stable à spectre d'émission discontinu comprenant au moins deux raies d'éner- gie distinctes correspondant respectivement aux premier et deuxième niveaux. Sonde selon la revendication 28, caractérisée en ce que ladite source de photons ( 80) est propre à éoettre un spectre d'ener- gie continu ( 120) englobant lesdits premier et deuxième niveaux d'énergie. 31 Sonde selon la revendication 30, caractérisée en ce que ladite source de photons est un tube générateur de rayons X. 32 Sonde de diagraphie comprenant un support( 70) propre à être déplacé dans un puits ( 40) et des moyens sur ce support pour l'in vestigation d'au mrins une grandeur physique dans ce puits, caracté- risée en ce que lesdits m>yens d'investigation caprennent une source de photons ( 80) propre à émettre dans un milieu environnant ledit support dans le puits des photons dont l'énergie peut être modulée dans un domaine comprenant au moins un premier niveau d'énergie déterminé pour que l'absorption photo- électrique des photons respectifs par ledit milieu soit signi- f icative, des moyens ( 130 ou 132) de détection de photons résultant de l'interaction des photons émis avec le milieu, et des moyens ( 134 ou 136) pour produire un signal de mesure en réponse aux photons détectés qui soit influencé par l'absorption photo-électrique du milieu. 33 Sonde selon la revendication 32, caractérisée en ce que ledit signal de mesure est représentatif du flux de photons détectés à chaque instant - 34 Sonde selon la revendication 33, caractérisée en ce qu'el- le comprend des moyens de commande de ladite source de photons pour émettre des impulsions successives discrètes ( 220,222) à des niveaux d'énergie moyens différents. Sonde selon la revendication 33, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens de commande de ladite source pour 4139 émettre des photons d'énergie variable selon une loi conti- nue prédéterminée dans le temps. 36 Sonde selon l'une des revendications 33 à 35, caracté- risée en ce que ladite source de photons est un tube généra- teur de rayons X ( 80). 37 Sonde selon l'une des revendications 28 à 36, caracté- risée en ce que ledit support est un mandrin ( 70) prcopreà être déplacé dans le puits, qui comprend des royens de oentrage ( 68) propres à prendre appui sur la paroi du puits. 38 Sonde selon la revendication 37, caractérisée en ce que la source et le détecteur comprennent des fenêtres ( 116, 131, 133) propres à transmettre des radiations respectivement en émission et en réception dans des directions obliques par rapport à la direction longitudinale du mandrin. 39 Sonde selon la revendication 38, caractérisée en ce que ces fenêtres sont propres-à permettre la transmission de radiations dans des directions réparties tout autour du mandrin. Sonde selon la revendication 31 ou 36, caractérisée en ce qu'elle comprend un premier et un deuxième détecteur ( 130, 132) montés sur le support à des distances (L 1 et L 2) respec- tives différentes du générateur de rayons X. 41 Sonde selon la revendication 40, caractérisée en ce qu'elle comprend un premier et un deuxièoe photomultiplicateur ( 134, 136) en sortie desdits premier et deuxième détecteurs,une source de radiation de référence opératoire en dehors des périodes de fonctionnement du générateur X et des moyens ( 210) propres à modifier le gain d'au moins l'un desdits photomultiplicateurs en fonction du niveau des signaux produits par lesdits moyens de mesure en réponse à ladite source de radiation de référence. 42 Sonde selon la revendication 41, caractérisée en ce que la tension d'alimentation du générateur est inférieure à kilovolts.