FR 2762912 A1 19981106 FR 9805696 A 19980430 La présente invention a trait aux instruments et aux techniques de mesure par Ré- sonance Magnétique Nucléaire (RMN). Plus spécialement, la présente invention a trait aux instruments de diagraphie RMN et aux techniques de mesure dans les formations géologi- ques traversées par un puits de forage. Les instruments RMN pour diagraphie de forage comprennent typiquement un ai- mant permanent pour induire un champ magnétique statique dans les formations géologi- ques et une antenne émettrice-réceptrice, dite transmettrice, positionnée près de l'aimant et conformée de telle sorte qu'une impulsion de puissance en radiofréquence (RF) acheminée lo à travers l'antenne, induise un champ magnétique RF dans la formation géologique. Le champ magnétique RF est généralement orthogonal au champ magnétique statique. Après au moins une impulsion RF des tensions sont induites dans une antenne réceptrice posi- tionnée près de l'aimant, par rotation processionnelle des axes de spin des noyaux d'hydro- gène, ou d'autres noyaux, par rapport au champ magnétique statique. L'antenne réceptrice est typiquement reliée à un circuit récepteur qui détecte et mesure les tensions induites. Dans une expérience RMN typique une séquence d'impulsions RF est appliquée et une séquence de tensions est mesurée. Les amplitudes des tensions et des vitesses aux- quelles les tensions varient sont en relation avec certaines propriétés pétrophysiques de la formation géologique. Ces propriétés peuvent inclure le volume fractionnaire des pores, le volume fractionnaire du fluide mobile remplissant les pores des formations géologiques et d'autres paramètres pétrophysiques. Les méthodes et techniques de mesure pour utilisation des instruments RMN pour déterminer le volume fractionnaire des pores, le volume frac- tionnaire du fluide mobile et d'autres paramètres pétrophysiques sont décrits, par exemple, dans Spin Echo Magnetic Resonance Loggina: Porositv and Free Fluid Index Determina- tion, M. N. Miller et al., Society of Petroleum Engineers paper n 20561, Richardson, TX, (1990) et dans Field Test of an Experimental Pulsed Nuclear Magnetism TooL C.E. Mor- riss et al, SPWLA Logging Symposium Transactions, paper GGG Un type d'instrument de diagraphie RMN est décrit, par exemple dans le brevet U. S-3.597.681 (Huckbay et al.). Un inconvénient de l'instrument décrit dans le brevet '681 (Huckbay et al) est qu'une zone de champ magnétique statique unidirectionnelle (la "zone sensible") induite dans la formation par l'aimant n'est pas homogène le long de l'axe du puits de forage. Les instruments de diagraphie de puits doivent typiquement pouvoir se déplacer axialement le long du puits de forage tout en effectuant des mesures. Au cours du temps nécessaire pour faire une mesure RMN typique, la zone sensible variera avant que la mesure ne soit parachevée, ce qui conduit à erreur dans les mesures. Un autre inconvénient de l'instrument décrit dans le brevet Huckbay et al '681 est qu'une partie significative des signaux RMN peut provenir du fluide ("boue de forage") remplissant le puits de forage. Encore un autre inconvénient de l'instrument décrit dans le brevet '681 (Huckbay et al.) est que le champ magnétique RF chute en amplitude avec la puissance trois de la distance séparant l'antenne de la zone sensible, puisque l'antenne peut être modélisée comme équi- valente à un dipôle magnétique tri-dimensionnel. Une telle antenne n'est couplée proxi- malement qu'à une petite partie du champ magnétique statique unidirectionnel. Cela a pour résultat un rapport signal/bruit extrêmement faible. Encore un autre inconvénient de l'ins- trument décrit dans le brevet '681 est que l'antenne est soumise à une très importante inten- sité de champ magnétique statique et, par conséquent, peut être le siège d'une quantité in- acceptable de résonance magnétoacoustique. Un autre type d'instrument RMN de diagraphie de puits est décrit dans le brevet i0 US-4.350.955 (Jackson et ai). L'instrument décrit dans le brevet '955 (Jackson et al.) com- prend des aimants permanents configurés pour induire dans les formations géologiques un champ magnétique statique qui présente dans un volume torique une intensité sensible- ment uniforme du champ magnétique. Un inconvénient particulier de l'instrument décrit dans le brevet '955 (Jackson et al.) est que l'épaisseur du volume torique est très petite par rapport aux vitesses typiques de déplacement axial des instrument de diagraphie. Les ins- trumnents de diagraphie de puits afin de pouvoir être commercialisables, doivent typique- ment pouvoir se déplacer axialement le long du puits de forage à des vitesses au moins égales à environ dix pieds (3,04 m) par minute. Le temps nécessaire pour effectuer un en- semble de mesures par écho de spin RMN typique peut aller jusqu'à plusieurs secondes. L'instrument de diagraphie RMN est donc susceptible de se déplacer sur une distance substantielle durant un cycle de mesures. Les mesures effectuées par l'instrument décrit dans le brevet '955 ((Jackson et al.) sont donc sujettes à erreur. Un autre inconvénient de l'instrument décrit dans le brevet '955 est qu'il n'élimine aucun signal RMN provenant du fluide remplissant le puits de forage. Encore un autre in- convénient de l'instrument décrit dans le brevet Jackson et al '955 est que le champ ma- gnétique statique de forme torique est soumis à des changements d'intensité en même temps que l'instrument est soumis à des variations de la température ambiante et à varia- tions du champ magnétique terrestre. L'antenne de l'instrument du brevet 'Jackson et al. 955 est accordée sur une seule fréquence. Si l'intensité du champ magnétique statique du volume torique varie, l'antenne peut ne plus être sensible aux signaux RMN provenant du volume torique. En utilisant l'instrument du brevet Jackson et al. '955, il est difficile de compenser la fréquence du champ magnétique RF en fonction des changements d'intensité du champ magnétique statique à l'intérieur du volume torique. Des inconvénients supplémentaires à l'instrument décrit dans le brevet Jackson et al '955 sont les suivants. Etant donné que les pièces polaires magnétiques sont de polarité opposée l'une par rapport à l'autre, il y a un effet de désaimantation important qui nécessite que le matériau magnétique ait une force très coercitive. Cette exigence est en opposition directe avec l'exigence de la forte aimantation résiduelle et de la forte stabilité en tempé- rature de l'aimant permanent. Les pièces polaires d'aimant sont espacées de façon signifi- cative et sont éloignées de la région homogène du champ magnétique ce qui rend l'utilisa- tion du matériau magnétique permanent moins efficace. L'efficacité moindre de l'antenne est un résultat du faible couplage électromagnétique, à la résonance, entre l'antenne et la formation géologique. L'antenne est localisée dans un champ magnétique relativement important, lequel stimule fortement la résonance magnétoacoustique dans l'antenne. Parce qu'elle utilise un champ magnétique homogène, tous changements d'orientation de l'ins- trument quant au champ magnétique terrestre peut causer une perturbation significative de l'homogénéité du champ magnétique statique. En outre certaines techniques de mesure de lo diffusion qui nécessitent un gradient substantiel du champ magnétique statique, sont ren- dues impossibles par homogénéité du champ magnétique statique de l'instrument de Jack- son et al'955. Un autre type d'instrument de diagraphie de puits RMN est décrit dans le brevet U.S.-4.717.876 (Masi et al.). L'instrument décrit dans le brevet Masi et al. '876 a un champ magnétique statique "torique" qui procure une homogénéité améliorée comparativement à l'instrument décrit dans le brevet Jackson et al'955, mais l'instrument de Masi et al a fon- damentalement les mêmes inconvénients que l'instrument de Jackson et al. Un autre type d'instrument de diagraphie de puits RMN est décrit dans le brevet U.S-4.629.986 (Clow et al.). Cet instrument fournit un rapport signal/bruit amélioré, com- paré à, celui de l'instrument de Jackson et al '955, grâce à l'incorporation d'une ferrite de forte perméabilité magnétique dans l'antenne. Un accroissement de la stabilité est obtenu en ayant un gradient de champ magnétique statique comme partie du champ magnétique statique de la zone sensible. Toutefois, l'instrument décrit dans le brevet Clow et al '986 a les inconvénients suivants. puisque les propriétés magnétiques du matériau magnétique permanent sont dépendantes de la température, la zone sensible n'est stable ni dans sa forme ni dans l'intensité du champ magnétique. La zone sensible n'a qu'une longueur de quelques pouces (2,5 cm) dans la direction longitudinale, ce qui nécessite que l'instrument soit pratiquement stationnaire au cours du cycle de mesure RMN. Les pièces polaires d'ai- mant sont significativement espacées les unes des autres et éloignées de la zone homogène du champ, qui rend l'usage du matériau magnétique permanent inefficace. L'antenne est située dans un champ magnétique statique relativement fort qui stimule la résonance ma- gnétoacoustique dans l'antenne. La ferrite de haute perméabilité magnétique de l'antenne est localisée dans un champ magnétique relativement fort, qui peut saturer la ferrite et ré- duire son efficacité. La ferrite douce dans un champ magnétique statique est aussi une im- portante source de résonance magnétostrictive suivant chaque impulsion RF. Dans la dis- position de l'aimant décrit par Clow et al le champ de désaimantation est relativement im- portant, ce qui nécessite un matériau magnétique ayant une force coercitive élevée. Cette exigence est opposée à la forte aimantation résiduelle et à la forte stabilité en température des propriétés magnétiques requises de l'aimant permanent. Le champ magnétique statique de formation géologique est à la résonance seulement d'environ 10 Gauss et tourne à 360 dans un plan perpendiculaire à l'axe du puits de forage. Pour cette amplitude du champ magnétique statique, le champ magnétique terrestre d'environ 0.5 Gauss présente une per- turbation significative du champ statique induit par l'aimant. Un autre type d'instrument RMN de diagraphie de forage décrit dans le brevet U.S- 4.717.878 (Taicher et al.) prévoit une résolution azimutale par rapport à l'axe du puits de forage et une réduction des signaux parasites à partir du fluide du puits de forage. Toute- fois, l'instrument décrit dans le brevet Taicher et al '878 a les inconvénients suivants. Puis- l0 que les propriétés magnétiques du matériau magnétique permanent utilisé dans cet instru- ment sont dépendantes de la température, la zone sensible n'est stable ni dans sa forme ni dans l'intensité de champ magnétique. L'antenne est située dans un champ magnétique re- lativement fort, ce qui stimule la résonance magnétoacoustique de l'antenne. Dans la dis- position de l'aimant décrit par Taicher et al, le champ de désaimantation est relativement important, ce qui nécessite un matériau magnétique ayant une force coercitive élevée. Cette exigence est directement opposée à la forte aimantation résiduelle et à la forte stabi- lité en température des propriétés magnétiques requises de l'aimant permanent. En raison des inconvénients des précédents instruments de diagraphie de puits RMN, aucun d'eux n'a généralement été accepté commercialement. Un instrument RMN de diagraphie de puits qui a été accepté commercialement est décrit dans le brevet U.S.-4.710.713 (Taicher et al.). L'instrument décrit dans le brevet Tai- cher et al.'713 comporte un assemblage d'aimant permanent sensiblement cylindrique qui induit un champ magnétique statique ayant une intensité de champ sensiblement uniforme à l'intérieur d'un volume annulaire cylindrique. L'instrument décrit dans le brevet Taicher et ai '713, comporte toutefois plusieurs inconvénients. Premièrement l'antenne induit un champ magnétique RF dans les formations géologiques entourant l'instrument qui décroît en intensité avec le carré de la distance radiale depuis l'axe de l'aimant. Toutefois, une partie significative de l'énergie RF peut être perdue à l'intérieur d'un fluide électro- conducteur du puits de forage. En raison du rapport signal/bruit des mesures RMN faites à l'intérieur d'un champ magnétique gradient est typiquement en rapport avec la force du champ magnétique RF, l'instrument divulgué dans le brevet Taicher et al '713 a des exi- gences en matière de puissance électrique très importantes, et peut présenter des difficultés pour obtenir des mesures ayant un rapport suffisant signal/bruit à des distances substan- tielles radiales à partir de l'axe de l'instrument. Un autre inconvénient de l'instmrument décrit dans le brevet Taicher et al. '713 est que la conception optimale de l'aimant et de l'antenne RF, nécessite que des conditions de résonance soient satisfaites à une fréquence relativement importante en vue d'obtenir un rapport signal/bruit convenable. Puisque les pertes en énergie RF du fluide dans le puits de forage (s'il est conducteur) sont proportionnrmelles au carré de la fréquence, l'opération du brevet Taicher et al '713 est généralement limitée à l'utilisation dans des fluides de puits de forage d'électroconductivité relativement faible. Un autre inconvénient à l'instrument décrit dans le brevet Taicher et al '713 est que s la conception optimale de l'aimant et de l'antenne RF exige que le volume sensible ait un diamètre d'environ 12 à 15 pouces (soit 30,5 mm à 38,1 cm) pour fournir un rapport si- gnal/bruit acceptable. De nombreux puits de forage sont inclinés depuis la verticale et les instruments de diagraphie ne peuvent pas être idéalement centralisés dans de tels puits de forage. En outre, le puits de forage peut parfois avoir un très grand diamètre interne comme résultat de "lessivages du trou" ou des effets similaires connus de l'art. Pour des puits de forage ayant un diamètre nominal de plus de 10 pouces (25,4 cm) et tout particu- lièrement ceux inclinés de forme verticale, le volume sensible de cet instrument peut être positionné au moins partiellement à l'intérieur du puits de forage luimême plutôt que en- tièrement à l'intérieur de la formation géologique conduisant à des erreurs de mesure. Encore un autre inconvénient de l'instrument décrit dans le brevet Taicher et al '713 est que l'antenne est située dans un champ magnétique relativement fort qui est perpendi- culaire à une direction de passage du courant RF dans l'antenne transmettrice et par consé- quent, stimule la résonance magnétoacoustique de l'antenne transmettrice. Un autre instrument de diagraphie RMN, accepté commercialement, est décrit dans le brevet U.S-5.055.787 (Kleinberg et al.) Cet instrument de diagraphie comporte des ai- mants permanents disposés pour induire un champ magnétique dans la formation géologi- que ayant un gradient de champ magnétique statique sensiblement nul à l'intérieur d'un volume sensible prédéterminé. Les aimants sont disposés dans une partie du boîtier d'ins- trument qui est mis typiquement en contact avec la paroi du puits de forage. L'antenne de cet instrument est positionnée dans un évidement situé extérieurement au boîtier d'instru- ment, ce qui permet de construire le boîtier d'instrument dans un matériau très résistant tel que l'acier. Un inconvénient de l'instrument décrit dans le brevet Kleinberg et al.'787 est que son volume sensible n'est écarté que de 0,8 cm de la surface de l'instrument et ne s'étend que sur 2,5 cm radialement vers l'extérieur de la surface de l'outil. Les mesures ef- fectuées par l'instrument sont donc sujettes à une erreur importante causée par, entre au- tres, une rugosité de la paroi du puits de forage, par des dépôts de la phase solide de la boue de forage (appelés "gâteau de boue") sur la paroi du puits de forage en épaisseur quelconque substantielle, et par le contenu du fluide de la formation dans la zone envahie (typiquement définie comme la zone dans laquelle la phase liquide de la boue de forage s'infiltre dans les espaces poreux de la formation à proximité du puits de forage). Un autre inconvénient de l'instrument décrit dans le brevet Kleinberg et al '787 a trait au matériau magnétique. Etant donné que les pièces polaires de l'aimant sont opposées les unes aux autres, il y a un important effet de désaimantation qui exige un matériau ma- gnétique ayant une importante force coercitive. Cette exigence est opposée à la forte ai- mantation résiduelle et à l'importante stabilité en température des propriétés magnétiques requises de l'aimant permanent. Tous les instruments de diagraphie RMN de puits de l'art antérieur décrits ici ont typiquement des antennes pour générer le champ magnétique RF et pour recevoir des si- gnaux RMN qui sont sensiblement de même longueur que l'étendue axiale du champ ma- gnétique statique. Un inconvénient à l'appareil RMN de l'art antérieur ayant de telles di- mensions d'antenne est que les mesures faites pendant le déplacement de l'instrument sont sujettes à d'importantes erreurs. La première source d'erreur est que le champ magnétique o0 RF peut être généré dans une zone différente de celle qui est complètement "prépolarisée" par le champ magnétique statique. Une seconde source d'erreur est que l'antenne réceptrice peut être sensible à une zone axiale qui est différente de la zone axiale dans laquelle le signal RMN est susceptible de provenir, puisque l'instrument se déplace axialement au cours de la mesure. Les instruments RMN de diagraphie de puits de l'art antérieur, ont un inconvénient commun comme expliqué, par exemple, dans le brevet US-5.332.967 (Shporer). Cet in- convénient a trait à un déphasage significatif du signal RMN, ce qui conduit à une distor- sion significative de la hauteur du signal, et peut même conduire à une disparition com- plète du signal lorsque l'instrument de diagraphie se déplace dans une direction le long d'un gradient d'amplitude du champ magnétique statique. Cette réduction de signal peut devenir même plus prononcée lorsque la vitesse de déplacement de l'instrument est varia- ble et incontrôlée. Des causes de variation de la vitesse de déplacement d'un instrument de diagraphie sont bien connues de l'art. L'invention vise un instrument de diagraphie par résonance magnétique nucléaire, comprenant un aimant pour induire un champ magnétique statique dans une zone de forme sensiblement cylindrique. La zone est localisée sensiblement entièrement à l'intérieur des formations géologiques pénétrées par un puits de forage. La zone soustend un angle d'en- viron 60 autour de l'axe du cylindre et la zone n'est localisée que sur un côté du puits de forage. L'axe longitudinal du secteur est sensiblement parallèle au puits de forage. L'ins- trument comprend aussi un transmetteur pour générer un champ magnétique en radiofré- quence dans la zone pour exciter les noyaux dans les formations géologiques. Le champ magnétique en radiofréquence et le champ magnétique statique satisfont aux conditions d'excitation de résonance magnétique nucléaire sensiblement exclusivement à l'intérieur de la zone. L'instrument comporte en outre un récepteur pour détecter des signaux de réso- nance magnétique nucléaire à partir des noyaux excités. Dans une forme de réalisation de l'invention, le transmetteur comprend deux bobines d'antenne sensiblement identiques ayant des axes sensibles tournés à 90 l'un par rapport à l'autre, et les bobines sont alimen- tées par des sources de puissance RF ayant un déphasage de 90 entre elles pour induire un champ magnétique RF polarisé de façon circulaire dans la zone. Dans la forme de réalisa- tion particulière de l'invention, le récepteur comprend deux bobines sensiblement identi- ques ayant des axes sensibles tournés à 90 l'un par rapport à l'autre, et le récepteur com- prend des circuits pour la détection de la phase sensible en quadrature des signaux RMN. La forme de réalisation préférée de l'invention comprend un ensemble d'aimant permanent ayant deux aimants permanents de polarité opposée, polarisés le long de l'axe longitudinal de l'instrument. Les aimants ont des dimensions choisies pour induire un champ magnétique statique à l'intérieur de la zone, avec des gradients d'amplitude longitu- dinaux et radiaux liés de façon spécifique à la vitesse de déplacement de l'instrument de o diagraphie le long du puits de forage et à la vitesse attendue du déplacement radial de l'instrument de diagraphie à l'intérieur du puits de forage. La figure 1 illustre un instrument de diagraphie par Résonance Magnétique Acous- tique (RMN) disposé dans un puits de forage traversant des formations géologiques. la figure 2 illustre en détail une partie de la sonde RMN de l'instrument de la figure 1; la figure 3A illustre en détail une antenne transmettrice pour générer un champ magnétique RF polarisé de façon circulaire; la figure 3B illustre en détail une antenne réceptrice pour la détection de la phase sensible à deux canaux de signaux RMN en quadrature; la figure 4 illustre un bloc-diagramme de l'instrument RMN de la présente inven- tion; la figure 5 est une représentation graphique d'un champ magnétique statique et d'un champ magnétique en radiofréquence (RF); la figure 6 est un dessin détaillé d'un aimant de l'invention; la figure 7A est un graphique du champ magnétique statique dans le plan X-Y tel qu'induit par l'aimant de la figure 6 dans un volume sensible des formations géologiques entourant l'instrument de diagraphie; la figure 7B est un graphique du champ magnétique statique dans le plan X-Z, in- duit par l'aimant de la figure 6 dans le volume sensible; la figure 8 est un graphique de volume sensible en tant que graphique de comparai- son du champ magnétique statique induit par l'aimant de la figure 6 et le champ magnéti- que RF, et la figure 9 est un graphique détaillé du champ magnétique statique induit par l'ai- mant de la figure 6 dans le volume sensible. 1. Configuration globale de l'instrument de diagraphie La figure 1 montre un train d'instruments de diagraphie disposé dans un puits 22 foré à travers des formations géologiques 23, 24, 26, 28 pour effectuer des mesures des propriétés des formations géologiques 23, 24, 26, 28. Le puits de forage 22 de la figure 1 est typiquement rempli par un fluide 34 connu de l'art sous le nom de "boue de forage". Un "volume sensible" désigné dans sa généralité, par 58 et ayant généralement la forme d'une zone cylindrique, est situé dans une des formations géologiques, telle que celle re- présentée par 26. Le volume sensible 58 est localisé sur un côté du puits de forage 22 et forme une partie prédéterminée des formations géologiques 26 dans lesquelles sont effec- tuées les mesures de résonance magnétique nucléaire ("RMN") par l'instrument de diagra- phie, comme il sera expliqué ultérieurement plus en détail. Un train d'instruments de diagraphie 32, qui peut inclure un instrument de diagra- o phie RMN conforme à l'invention, est typiquement descendu dans le puits de forage 22 au moyen d'un câble électrique armé 30. Le câble 30 peut être enroulé et déroulé à partir du puits 22 au moyen d'un treuil ou tambour 48 ou instrument similaire connu de l'art. Le train d'instruments 32 peut être connecté électriquement à un équipement de surface 54 par un conducteur électrique isolé (non représenté séparément en figure 1) faisant partie du câble 30. L'équipement de surface 54 peut comporter une partie d'un système de télémétrie 38 pour communiquer des signaux de commande et des données entre le train d'instru- ments 32 et un ordinateur 40. L'ordinateur peut aussi comporter un enregistreur de données 52 pour enregistrer les mesures réalisées par l'instrument de diagraphie et transmises à l'équipement de surface 54 par le câble 30. Une sonde RMN 42 conforme à l'invention peut être incluse dans le train d'instru- ments 32. La sonde RMN 42 a de préférence une face 21 placée en contact avec la paroi du puits de forage, et ayant une courbure appropriée de telle sorte que, d'une manière géné- rale, il n'existe seulement qu'un petit écart entre la face 21 et la paroi du puits de forage 22. La sonde 42 peut aussi avoir un bras 48 à extension sélectionnable, ou des moyens similai- res pour faire avancer la sonde 42, qui peut être activé pour presser la sonde 42 dans la direction de la paroi de puits de forage 22, de telle sorte que la face 21 soit fermement pressée contre la paroi du puits de forage 22 au cours des opérations de mesure. Des circuits de mise en oeuvre de la sonde RMN 42 peuvent être situés à l'intérieur d'une cartouche électronique RMN 44. Les circuits peuvent être connectés à la sonde RMN 42 au moyen d'un connecteur 50. La sonde RMN 42 est typiquement située à l'intérieur d'un logement protecteur 43 qui est conçu pour mettre l'intérieur de la sonde 42 à l'abri de la boue de forage 34. Les fonctions de la sonde 42 et du circuit de la cartouche 44 seront expliquées ultérieurement. D'autres types de capteurs de diagraphie peuvent faire partie du train d'instruments 32. Comme cela est représenté en figure 1, un des dits capteurs de diagraphie supplémen- taire, représenté par 47, peut être placé au-dessus de la cartouche électronique RMN 44. D'autres capteurs de diagraphie, tels que ceux représentés par 41 et 46 peuvent être placés au dessus de la cartouche électronique RMN 44. D'autres capteurs de diagraphie, tels que représentés par 41 et 46, peuvent être situés au-dessous de la sonde RMN 42. Les autres capteurs 41, 46, 47 peuvent être de types connus de l'homme de l'art et peuvent inclure, sans s'y limiter, des détecteurs de rayons gamma, des capteurs de densité globale des for- mations ou des détecteurs de porosité à neutrons. En variante, des parties de l'électronique RMN peuvent être placées à l'intérieur des cartouches électroniques qui font partie d'autres capteurs de diagraphie 41, 46, 47. Les emplacements et les types des autres capteurs 41, 46, 47 montrés en figure I sont une question de commodité pour le concepteur du système et ne doivent pas être considérés comme une limitation à l'invention. La figure 2 montre la sonde RMN 42 de manière plus détaillée. La sonde RMN 42 comprend de préférence un ensemble d'aimants permanents généralement cylindriques 60. L'ensemble d'aimants 60 peut inclure un aimant permanent 62, lequel s'étend de manière générale le long d'un axe d'aimant 80 et a de préférence une section transversale générale- ment circulaire perpendiculaire à l'axe d'aimant 80. L'axe d'aimant 80 est sensiblement parallèle à l'axe 76 du puits de forage (22 en figure 1). En altemrnance, une pluralité d'ai- mants permanents plus petits (non représentés séparément) peuvent être assemblés pour réaliser l'ensemble d'aimant 60. Pour la clarté de la description de l'invention, le ou les aimants permanents seront identifiés conjointement et référencés comme l'aimant perma- nent 62, et leur axe commun 80 sera identifié conjointement comme "axe longitudinal", tel que représenté par 78. La direction d'aimantation de l'aimant permanent 62 est de préférence parallèle à l'axe longitudinal 78. Les dimensions de l'aimant permanent 62 dans la section transversale le long de l'axe d'aimant 80 affectent les caractéristiques du champ magnétique statique qui est induit par l'aimant permanent 62 à l'intérieur du volume sensible 58. Les dimen- sions de l'aimant 62 qui fournira les caractéristiques désirées au volume sensible 58, seront décrites plus en détail ultérieurement. Une caractéristique essentielle de l'aimant 62 est que le champ magnétique statique tel qu'il est induit à l'intérieur du volume sensible 58, a glo- balement la forme d'un secteur cylindrique ayant un "axe longitudinal de volume sensible" sensiblement parallèle à l'axe longitudinal 78. La direction du champ magnétique stati- que à l'intérieur du volume sensible 58 induit par l'aimant 62 est sensiblement parallèle à la fois à l'axe longitudinal 75 de volume sensible et à l'axe longitudinal 78. Les matériaux d'aimant permanent à partir desquels peut être réalisé l'aimant per- manent 62, devraient être sensiblement transparents à l'énergie RF à la fréquence utilisée pour la mesure RMN par la sonde 42, de telle sorte qu'une antenne utilisée pour générer un champ magnétique en radiofréquence puisse être située sur la surface extérieure de l'ai- mant permanent 62, comme il sera expliqué ultérieurement. Un type de matériau adapté à l'aimant 62 est un matériau magnétique ferritique tel que celui vendu sous le nom de mar- que "Spinalor" et fabriqué par Ugomag, 405 Elm st., Valparaiso, IN, Un autre matériau magnétique ferritique adapté est vendu sous le nom de marque "Permadure" et est fabriqué par Phillips, 230 Duffy Ave., Nicksville, N.Y.. Ces matériaux ne sont décrits qu'à titre d'exemples de matériaux d'aimant permanent convenables et fn'ont pas pour signification de limiter les matériaux d'aimant qui peuvent être utilisés dans l'invention. La sonde RMN 42 comprend également une antenne transmettrice 67, qui peut comprendre un ou plusieurs enroulements de bobines comme cela sera expliqué ultérieu- rement plus en détail. L'antenne transmettrice 67 est de préférence disposée le long de la surface extérieure de l'aimant 62 adjacent à la face de la sonde 21. Le courant alternatif en radio fréquence (RF) traversant l'antenne transmettrice génère un champ magnétique RF dans la formation géologique (26 en figure 1). Le champ magnétique RF devrait avoir des l0 directions de champ sensiblement perpendiculaires à l'axe longitudinal 75 du volume sen- sible lorsque le champ RF traverse le volume sensible 58. La longueur globale de l'antenne transmettrice 67 parallèle à l'axe longitudinal 78 devrait être sensiblement plus grande que sa longueur perpendiculaire à l'axe longitudinal 78, de telle sorte que l'antenne transmettrice 67 puisse fonctionner essentiellement comme un dipôle magnétique bi-dimensionnel. Une telle antenne génère sensiblement des ampli- tudes de champ magnétique RF sensiblement égales en n'importe quel emplacement à l'in- térieur du volume sensible 58. En outre, la longueur globale de l'antenne transmettrice 67 parallèle à l'axe longitudinal 78 devrait être sensiblement plus courte dans la direction du mouvement de la sonde RMN 42, telle que représentée par la flèche 81, que la longueur globale de l'aimant permanent 62 le long de l'axe longitudinal 78, comme il sera expliqué ultérieurement. La sonde RMN 42 peut aussi comprendre une antenne réceptrice 70, qui peut com- prendre un ou plusieurs enroulements de bobines, de préférence disposés sur la surface extérieure de l'aimant permanent 62 adjacente à la face de la sonde (21 en figure 1). De préférence, l'antenne réceptrice 70 a une longueur globale parallèle à l'axe longitudinal 78 qui est inférieure à la longueur globale de l'antenne transmettrice 67 dans la direction du mouvement 81. Par conséquent, la longueur globale de l'antenne réceptrice 70 parallèle à l'axe longitudinal 78 devrait être sensiblement plus courte dans la direction du mouvement 81, que la longueur de l'aimant permanent 62 le long de l'axe longitudinal 78. Une pro- priété particulière de la disposition de l'antenne réceptrice 70, telle que décrite ici, est qu'elle est sensiblement orthogonale, et en conséquence substantiellement insensible, au champ magnétique RF généré directement par l'antenne transmettrice 67. Cette insensibi- lité au champ RF direct permet à la bobine réceptrice 70 de fournir à l'instrument de l'in- vention un "temps mort" très court, tandis que le courant circulant à travers l'antenne transmettrice 67 décroît, après application de chaque impulsion de puissance RF. Un dis- positif alternatif d'antenne transmettrice 67, qui sera décrit ultérieurement plus en détail, peut être utilisé pour générer un champ magnétique RF polarisé de façon circulaire dans le volume sensible 58, qui utilise seulement la moitié de la puissance RF comparée à celle utilisée pour un champ magnétique RF polarisé linéairement. En outre comme il sera ex- pliqué ultérieurement deux signaux en quadrature peuvent être induits par les signaux de résonance magnétique nucléaire, et dans une forme de réalisation particulière de l'antenne réceptrice 70, être détectés en quadrature l'un par rapport à l'autre. Des détails du champ magnétique statique dans le volume sensible 58 et des détails pour générer le champ ma- gnétique en radiofréquence du volume sensible 58 pour exciter des noyaux des formations géologiques en utilisant l'antenne transmettrice 67 et en détectant un signal RMN induit, en utilisant l'antenne réceptrice 70, seront expliqués ultérieurement. L'aimant permanent 62, l'antenne transmettrice 67 et l'antenne réceptrice 70 sont de o préférence logés à l'intérieur d'un boîtier protecteur 43 transparent à la radiofréquence. De tels boîtiers et des composants supplémentaires (non représentés) pour abriter de la boue de forage sous forte pression hydrostatique, sont familiers aux hommes de l'art. 2. Dispositif d'antenne transmettrice et réceptrice La figure 3A illustre une forme de réalisation de l'antenne transmettrice (67, figure 2) qui améliore en outre la performance de l'instrument de l'invention. La transmission * d'une investigation RMN nécessite un champ magnétique RF polarisé "rotatoire" ou circu- laire. Une façon de transmettre un tel champ consiste à appliquer un champ polarisé linéai- rement, lequel peut être imaginé comme à deux composantes tournant en sens contraire. Seule une composante est utile dans l'investigation RMN et la seconde est redondante. Cela gaspille la moitié de la puissance RF appliquée (67, figure 2). Dans les applications de diagraphie de puits, la puissance disponible est limitée puisqu'elle doit être transmise le long du câble (30, figure 1), et par conséquent, son économie est importante. En alter- nance, la puissance RF peut être reportée sur l'amélioration du rapport signal/bruit. L'an- tenne transmettrice 67 représentée en figure 3A comprend une première bobine transmet- trice 85 et une seconde bobine transmettrice 86. Les deux bobines transmettrices sont de préférence disposées le long de la surface extérieure de l'aimant permanent 62 adjacent à la face de la sonde. (21, figure 1). Ces bobines 85, 86 sont de conception sensiblement identique, mais chaque bobine est orientée de façon à avoir sa direction sensible tournée à 90 par rapport à l'autre bobine autour de son axe longitudinal. L'axe longitudinal de cha- cune des bobines 85, 86 est parallèle à l'axe longitudinal 78. La figure 3B montre une forme de réalisation de l'antenne réceptrice (70, figure 2) qui comprend une première bobine réceptrice 71 et une seconde bobine réceptrice 72. Les deux bobines réceptrices 71 sont de préférence disposées le long de la surface extérieure de l'aimant permanent 62 adjacente à la face de la sonde (21, figure 1). Ces bobines 71, 72 sont de conception sensiblement identique, mais chaque bobine est tournée à 90 l'une par rapport à l'autre autour de son axe longitudinal. L'axe longitudinal de chacune des bobines réceptrices 71, 72 est sensiblement parallèle à l'axe longitudinal 78. Des avantages à avoir deux bobines RF séparées orthogonale. l'une par rapport à l'autre, ce par quoi les deux bobines peuvent générer un champ magnétique RF orthogonal au champ magnétique statique dans le volume sensible (58, figure 2) résident en ce que les transmissions et les réceptions orthogonales séparées des bobines peuvent être optimisées individuellement. Il existe aussi une amélioration potentielle du rapport signal/bruit par un facteur de /2 pour une certaine quantité de puissance RF utilisée pour générer le champ magnétique RF. Cette amélioration du rapport signal/bruit peut être réalisée par une tech- nique connue de l'art de la mesure RMN comme détection de la phase sensible en quadra- ture à deux canaux. La conception détaillée et les circuits nécessaires à la transmission o orthogonale et à la réception de la phase sensible en quadrature à deux canaux au moyen d'un réseau de déphasage est décrite, par exemple dans C.-N. Chen et al, dans Biomedical Magnetic Resonance Technology. p. 149, Adam Hilger, (1989). Il est fait maintenant référence à la figure 4. En plus de la conservation de la moitié de la puissance RF et/ou l'amélioration du rapport signal/bruit, une réduction significative s du temps mort peut être réalisée par la transmission et la réception orthogonales. Donc, au cours de la transmission du champ magnétique RF par le passage des impulsions RF à tra- vers l'antenne transmettrice 67 telle que représentée en figure 4, il n'y a sensiblement au- cun signal induit directement dans la bobine réceptrice 70. Il en résulte que le temps mort de la totalité du système récepteur peut être réduit de façon significative par rapport aux instruments de diagraphie RMN de l'art antérieur n'ayant qu'une seule antenne transmet- trice; Un autre aspect des formes de réalisation préférée de l'antenne transmettrice 67 et de l'antenne réceptrice 70 est leur taille relative par rapport au mouvement le long de l'axe longitudinal 78. Comme expliqué précédemment, l'antenne réceptrice 70 a de préférence une longueur globale parallèle à l'axe longitudinal 78 inférieure à une longueur globale de l'antenne transmettrice 67 le long de la direction du mouvement 81, comme cela peut être vu à la figure 4. Ces dimensions d'antenne peuvent être comprises pour fournir à l'instru- ment de diagraphie la capacité d'exciter les noyaux RF dans une zone totalement polarisée par le champ magnétique statique, et de recevoir des signaux RMN depuis des noyaux ex- cités totalement en RF même pendant que l'instrument de diagraphie se déplace le long du puits de forage (22, figure 1). 3. Bloc diagramme fonctionnel La figure 4 illustre, également, dans sa forme générale, la sonde RMN 42 et un bloc diagramme fonctionnel du circuit de l'instrument RMN de diagraphie de puits. Un circuit adaptateur transmetteur/récepteur (T/R) 45 peut être disposé à l'intérieur du boîtier 43. Le circuit adaptateur T/R 45 comprend typiquement une série de condensateurs de résonance (non représentés séparément), un commutateur transmetteur/récepteur (non représenté séparément) et à la fois le circuit adaptateur "vers transmetteur" et "vers récepteur". Le circuit adaptateur T/R 45 peut être couplé à la fois à un amplificateur 74 de puissance en radiofréquence (RF) et à un préamplificateur récepteur 73. Bien que montré comme étant situé à l'intérieur du boîtier 43, le circuit 45 adaptateur T/R, l'amplificateur 74 de puissance RF et le préamplificateur récepteur 73 peuvent, de manière alternative, être situés à l'exté- rieur du boîtier 43 à l'intérieur de la cartouche électronique RMN (44, figure 1). Les em- placements du circuit adaptateur T/R 45 de l'amplificateur 74 de puissance RF et du pré- amplificateur récepteur 73 ne doivent pas être interprétés cornmme une limitation à l'inven- tion. Une partie du montage de commande de l'instrument de diagraphie RMN com- prend un ordinateur de "fond" 92, qui, entre autres fonctions fournit des signaux de com- mande à un programmateur d'impulsions 91. L'ordinateur 92 et le programmateur d'impul- sions 91 peuvent aussi être situés à l'intérieur de la cartouche électronique RMN 44. Le programmateur d'impulsions 91 contrôle le réglage et le fonctionnement d'une source 93 de signal à fréquence RF variable. Le pilote RF 94 reçoit une entrée depuis la source RF 93 de fréquence variable et délivre une sortie à l'amplificateur de puissance RF 74. L'am- plificateur de puissance RF 74 délivre un signal de puissance élevée pour piloter l'antenne transmettrice 67 en vue de générer un champ magnétique RF à l'intérieur du volume sensi- ble (58, figure 1). L'amplificateur de puissance RF 74 peut être relié électriquement (typiquement par le commutateur du circuit adaptateur T/R 45) à l'antenne transmettrice 67 au cours de la transmission des impulsions de puissance RF. Pour transmettre un champ magnétique RF polarisé circulairement, le circuit adaptateur T/R 45 peut comprendre un séparateur à deux voies (non représenté séparé- ment) pour séparer la puissance RF de l'amplificateur 74 en deux canaux égaux séparés. Un canal peut être directement relié à la première bobine transmettrice (85 en figure 3A). Le second canal peut être relié à la seconde bobine transmettrice (86, figure 3A) par rin- termédiaire d'un déphaseur de puissance à 90 (non représenté séparément) qui peut être situé dans le circuit adaptateur T/R 45. Au cours de la réception du signal RMN induit l'antenne réceptrice 70 peut être 3o reliée électriquement au préamplificateur récepteur 73 au moyen du commutateur (non représenté) du circuit adaptateur T/R 45. La sortie du préamplificateur récepteur RF 73 est fournie à un récepteur RF 89. Le récepteur RF 89 reçoit aussi une entrée de référence de phase à partir d'un déphaseur 98. Le déphaseur 98 reçoit une entrée de référence de phase primaire à partir de la source de fréquence variable RF 93. Le récepteur RF 89, comme expliqué précédemment, peut comprendre la possibilité de détection de la phase sensible en quadrature. Le récepteur RF 89 fournit une sortie à un convertisseur analogique/digital (A/D). La sortie du convertisseur A/D 96 peut être stockée dans un tampon 97 jusqu'à ce qu'elle soit requise pour être utilisée par l'ordinateur de fond 92. De manière alternative, le contenu du tampon 97 peut être dirigé directement vers une partie de fond de l'unité de télémétrie 99 pour transmission à l'équipement de surface (54, figure 1). Pour la détection de la phase sensible à deux canaux en quadrature, l'antenne ré- ceptrice (70, figure 2) peut être construite conformément à la figure 3B et peut inclure la première bobine réceptrice (71, figure 3B) et la seconde bobine réceptrice (72, figure 3B). Ces bobines, comme expliqué précédemment, sont de conception sensiblement identique mais sont tournées à 90 l'une par rapport à l'autre autour de leur axe longitudinal. Les éventuels "retours" de signaux RMN induisent un premier signal dans la première bobine réceptrice (71, figure 3B) et induisent un second signal, qui a une différence de phase de o0 90 par rapport au premier signal, dans la seconde bobine réceptrice (72, figure 2). Les bobines 71 et 72 peuvent être électriquement reliées au préamplificateur récepteur 73 au moyen de commutateur (non représenté) du circuit adaptateur 45 T/R. Comme il doit être compris des hommes de l'art, des canaux à deux directions substantiellement égaux et in- dépendants devraient être prévus dans le circuit adaptateur T/R 45, dans le préamplifica- teur récepteur 73, dans le récepteur RF 89, dans le convertisseur A/D 96 et dans le tampon 97. L'ordinateur de fond 92 préretraite typiquement les données à partir du tampon 97 et transfère les données prétraitées à la partie de fond du système de télémétrie, représen- tée dans sa généralité par 99. La partie de fond du système de télémétrie 99 peut transmet- tre les données prétraitées à l'unité de télémétrie (38,figure 1) de l'équipement de surface (54, figure 1). L'unité de télémétrie 38 peut transférer les données à l'ordinateur de surface (40, figure 1) pour calculer et présenter les données de sortie désirées de la diagraphie de puits pour un usage et une analyse ultérieurs Tous les éléments décrits ici et représentés en figure 4, à l'exception de l'antenne transmettrice 67, de l'ensemble d'aimant 60 et de l'antenne réceptrice 70, peuvent, à la con- venance du concepteur du système, être disposés à l'intérieur du boîtier 43, ou dans la car- touche électronique RMN (44, figure 1). Ces mêmes éléments peuvent être alternativement situés à la surface du sol, par exemple dans l'équipement de surface 54, en utilisant le câble (30, figure 1) pour la transmission de la puissance électrique et des signaux à l'antenne transmettrice 67 et à l'antenne réceptrice 70. L'emplacement de ces éléments ne devrait par conséquent ne pas être interprété comme une limitation à l'invention. 4. Géométrie des Champs magnétique RF et statique La figure 5 illustre graphiquement la géométrie du champ magnétique statique et du champ magnétique RF induit par l'instrument de diagraphie RMN de l'invention. Comme il a été expliqué précédemment, l'aimant 62 a de préférence une direction d'ai- mantation sensiblement parallèle, à l'axe longitudinal 78. La direction du champ magnéti- que statique à l'intérieur du volume sensible 58, comme représenté par les flèches 110, est s15 également sensiblement parallèle à l'axe longitudinal 78. Les moments magnétiques nu- cléaires dans la formation géologique comprise à l'intérieur du volume sensible 58 sont sensiblement alignés avec la direction du champ magnétique statique, ce qui a pour résul- tat une aimantation nucléaire globale dans une direction indiquée par des flèches 130. Dans la forme de réalisation préférée de l'invention, la direction d'un champ magnétique équivalent RF polarisé linéairement, tel que généré par l'antenne transmettrice 67 et repré- senté par les flèches 120, serait sensiblement perpendiculaire au champ magnétique stati- que en n'importe quel point à l'intérieur du volume sensible 58. Une telle disposition de champ magnétique est conventionnelle pour les investigations RMN. Le champ magnétique statique a un gradient d'amplitude à l'intérieur du volume sensible 58 qui est dirigé sensiblement radialement vers l'intérieur en direction de l'axe longitudinal 78. Comme résultat de la structure du champ magnétique statique il n'y a gé- néralement qu'un seul volume conformé de façon sensiblement cylindrique, extérieure- ment à l'aimant permanent 62, qui ait une seule amplitude de champ magnétique statique (ignorant les effets d'extrémité de l'aimant 62). Cette structure du champ magnétique stati- que a pour effet que la dispersion des signaux de résonance à partir de divers matériaux tels que la boue de forage (34, figure 1), lesquels prennent naissance à l'extérieur du vo- lume sensible 58, n'affectent pas sensiblement les mesures RMN si des fréquences RF appropriées sont choisies. Les effets du champ magnétique statique indésirés peuvent être sensiblement éli- minés en rendant l'antenne transmettrice 67 sensiblement plus courte le long de l'axe 78 que l'aimant permanent 62, de manière à ne pas exciter les matériaux aux extrémités lon- gitudinales extrêmes du champ magnétique statique. En outre puisque l'antenne transmet- trice 67 est tournée sur un côté de l'axe longitudinal 78 en direction de la face 21, le vo- lume sensible 58 s'étendra seulement environ à un secteur d'angle de 60 autour de l'axe longitudinal 78 dans lequel l'intensité du champ magnétique est sensiblement uniforme. Lorsque les impulsions de puissance RF sont conduites à travers l'antenne trans- mettrice 67, l'antenne 67 génère un dipôle magnétique équivalent RF 87 localisé au centre de l'antenne transmettrice 67 et dirigé perpendiculairement à l'axe longitudinal 78. Ce di- pôle magnétique équivalent 87 génère un champ magnétique RF 120 équivalent polarisé linéairement d'une intensité sensiblement égale à l'intérieur du volume sensible 58. Etant donné que la direction du champ magnétique RF est perpendiculaire à l'axe longitudinal 75 du volume sensible, l'aimantation nucléaire globale, indiquée en figure 5 par la flèche 130, en n'importe quel point du volume sensible 58 tourne dans des plans parallèles à l'axe lon- gitudinal 75 du volume sensible. Toutefois, la précession libre des moments magnétiques nucléaires, a lieu autour de la direction du champ magnétique statique en n'importe quel point du volume sensible 58, et la précession libre est toujours située dans des plans per- pendiculaires à l'axe longitudinal 75 du volume sensible. La précession libre induira par conséquent un premier signal RF dans l'antenne réceptrice 70. Un moment magnétique induit dans la bobine réceptrice 70 est représenté en figure 5 par la flèche 140. Pour générer un champ magnétique RF polarisé de façon circulaire, l'antenne transmettrice 67 peut comprendre comme expliqué précédemment une première bobine transmettrice (85, figure 3A) et une seconde bobine transmettrice (86, figure 3A) (non re- présentée séparément à la figure 5). Lorsque les impulsions de puissance RF décalées de en phase sont envoyées séparément à travers ces deux bobines transmettrices orthogo- nales, alors deux champs magnétiques RF polarisés linéairement d'amplitude sensiblement égale, indiqués en figure 5 par les flèches 120 et 160, sont générés à l'intérieur du volume 1o sensible 58. Etant donné que les bobines transmettrices orthogonales sont alimentées par les courants RF à 90 déphasés l'un par rapport à l'autre, le champ magnétique RF 58 ré- sultant à l'intérieur du volume sensible sera polarisé de façon circulaire ou "rotatoire" dans des plans perpendiculaires à l'axe longitudinal 75 de volume sensible. Les hommes de l'art des mesures de résonance magnétique nucléaire comprendront facilement que la libre précession de l'aimantation nucléaire globale autour du champ ma- gnétique statique induira également un signal RF dans la bobine transmettrice 67. Un mo- ment magnétique induit dans la bobine réceptrice 70 est représenté en figure 5 par une flèche 150. Le signal induit dans la bobine transmettrice 67 aura un déphasage de 90 par rapport au signal qui est induit dans la bobine réceptrice 70. 5. Paramètres de conception de la forme de réalisation préférée Dans la forme de réalisation préférée de l'invention, on cherche à optimiser le rap- port signal/bruit du procédé de mesure RMN. en vue de maintenir la résolution verticale de l'instrument à une valeur acceptable, tout en maintenant la géométrie du volume sensible 58 forcé pour éviter d'exciter les noyaux dans des emplacements parasites tels que le puits de forage (22, figure 1). La discussion suivante vise à expliquer comment certains para- mètres principaux affectent le rapport signal/bruit, de façon à ce que la sélection des para- mètres de conception puisse être comprise. Les paramètres principaux de conception comprennent: la géométrie globale de l'aimant permanent (62, figure 2) et de l'antenne transmettrice (67, figure 2), la puissance des impulsions en radiofréquence utilisées pour exciter l'antenne transmettrice 67 et le facteur de qualité, Q, de l'antenne réceptrice 70. Pour la simplicité, cette discussion sup- pose que l'antenne transmettrice 67 et l'antenne réceptrice 70 aient la même longueur le long de l'axe longitudinal 78 et que l'antenne transmettrice 67 soit retournée à 90 par rap- port à l'antenne réceptrice 70 autour de son propre axe longitudinal, qui est parallèle à l'axe 78. L'amplitude d'un signal RMN, S, induit dans l'antenne réceptrice 70 peut être dé- crite en utilisant le principe de réciprocité, tel qu'exprimé par l'expression suivante: S = co m As, (Bt/'/) 1 dans laquelle respectivement m et Asv, représentent l'amplitude d'aimantation nucléaire et l'aire transversale du volume sensible (58, figure 1), Blr représente le champ magnétique produit par un courant d'unité hypothétique, Il circulant dans l'antenne réceptrice 70, la fréquence d'oscillation du courant est représentée par co, et I représente les longueurs effi- caces à la de fois l'antenne transmettrice 67 et de l'antenne réceptrice 70; m et Blr sont l0 supposés être sensiblement homogènes à l'intérieur du volume sensible 58. En remplaçant m =x Bo/p0 dans laquelle X est la susceptibilité magnétique nucléaire des noyaux d'hydro- gène à l'intérieur du volume sensible 58, co = yBo o Bo représente le champ magnétique statique généré par l'aimant permanent (62, figure 2), il est donc possible de déduire pour S l'expression suivante: S = (r) B2 (B/1)J A, l (2) L'amplitude du signal RMN ainsi acquis est directement proportionnelle au volume physique du volume sensible 58 dans la formation géologique (26, figure 1). La géométrie du volume sensible 58 est déterminée par l'existence d'une condition de résonance magné- tique nucléaire. Dans la RMN pulsée, les conditions de résonance existent quand l'écart de l'amplitude du champ magnétique statique Bo(R) par rapport à sa valeur moyenne Bo(Rsv) du volume sensible (correspondant à la fréquence centrale du courant excitant l'antenne transmettrice 67 (Bo(R)=oI/y) est inférieur à une moitié du champ magnétique RF, Blv induit par passage du courant dans l'antenne transmettrice 67, exprimé comme cela est représenté à l'équation (3): Bu(R) - B(R.) B,/2 (3) L'amplitude du champ magnétique statique Bo(R) au rayon donné Rsv du volume sensible 58, peut aussi être exprimée sous la forme d'un développement de Taylor par: B, (R) = Be (R.) -(jBo/dR)(R - R) (4) o (aBo/aR) représente le gradient d'amplitude de champ magnétique statique au rayon R = Rsv. A partir de l'équation (3): B Rd - B(R B,, (5) o Ro et Ri représentent, respectivement, les rayons intérieur etextérieur du volume sensi- ble 58. D'un point de vue pratique Ro - Ri dans laquelle Af représente la largeur de bande réceptrice. La largeur de bande du récep- teur est typiquement d'environ YB1/27c pour un récepteur adapté; k représente la constante de BOLTZMANN; et T représente la température absolue. Ensuite en substituant les équations (7) et (8) on obtient pour le rapport signal/bruit (S/N) l'expression suivante S/N =4zrR,,y(ri (k T fr)-7B,, Bl, xI,]al B2/I (B/jIR)l (9) La première expression entre crochets de l'équation (9), pour une densité de spin de pro- tons et une température absolue données, ne dépend que des paramètres de l'antenne transmettrice 67 et de l'antenne réceptrice 70 La seconde expression entre crochets dans l'équation (9) exprime des paramètres utilisés dans la conception de l'aimant permanent (62, figure 2). Comme on l'expliquera ultérieurement. On devrait noter que la seconde expression entre crochets comprend des termes liés à l'angle sous-tendu du secteur de volume sensible, ax, l'ouverture des antennes, 1, et le gradient d'amplitude du champ magnétique statique, 8B0/OR. Tel que suggéré par l'équation (9), le rapport signal/bruit ("RSB") pourrait être amélioré par accroissement de l'angle sous-tendu du secteur du volume sensible, mais l'accroissement de cet angle créerait une ressemblance fortement inacceptable avec certains signaux RMN provenant du puits de forage (22, figure 1) ou d'un gâteau de boue qui peut être déposé sur la paroi du puits de forage. Le RSB pourrait aussi être amélioré en augmentant la longueur de l'aimant 62 et en conséquence l'ouverture des antennes transmettrice et réceptrice, mais cela compromettrait la résolution verticale de l'instrument de diagraphie. De façon similaire, le gradient d'am- plitude du champ statique à l'intérieur du volume sensible doit être limité pour éviter des effets indésirables sur la mesure RMN. L'invention cherche à optimiser le RSB global d'un instrument de diagraphie de puits à scrutation latérale avec des contraintes de résolution verticale et de profondeur d'investigation qui soient susceptibles d'être commercialement acceptés. 6. Caractéristiques du champ magnétique statique Il est fait maintenant référence à la figure 6 qui montre de façon plus détaillée l'en- semble d'aimant (également représenté par 60, figure 2) de la forme de réalisation préfé- rée. L'aimant (62, figure 2) peut comprendre un premier cylindre d'aimant permanent 122 ayant un diamètre extérieur DO, et une longueur, L0. Le premier cylindre d'aimant 122 peut avoir deux orifices sensiblement identiques coaxiaux avec le premier axe longitudinal 132, ces évidements étant situés au sommet et au fond du cylindre d'aimant 122. Tel que repré- senté à la figure 6, chacun des deux évidements peut avoir deux sections cylindriques de diamètres différents, une première section d'évidement de sommet 126A et une première section d'évidement de fond 126B ayant chacune un diamètre Dhl, et une seconde section d'évidement de sommet 126C et une seconde section de fond 126D ayant chacune un dia- mètre Dh2. La première section d'évidement de sommet 126A et la première section d'évi- dement de fond 126B sont séparées par la distance Lhl et la seconde section de sommet 126C et la seconde section de fond 126D sont séparées par la distance Lh2, tel que repré- senté en figure 6. s Le premier cylindre d'aimant permanent 122 peut avoir un évidement cylindrique 128. L'évidement 128 devrait avoir son centre géométrique situé sensiblement dans le plan central perpendiculaire à l'axe 132 du premier cylindre 122, et décalé sur un côté de l'axe longitudinal 132 adjacent à la face de la sonde 21. L'évidement 128 peut avoir un diamètre Dh3 et une longueur Lh3. Un second cylindre magnétique permanent 124 peut être sensi- o blement centré à l'intérieur de l'évidement 128. Tel que représenté à la figure 6, le second cylindre magnétique permanent 124 peut être constitué de cinq sections individuelles. Celles-ci comprennent une section centrale 124A ayant un diamètre extérieur D3 et une longueur L3, une section médiane de sommet sensiblement identique 124C et une section médiane de fond 124D ayant des diamètres extérieurs D2 et des longueurs (L2-L3)/2, et une section d'extrémité supérieure sensiblement identique 124E et une section d'extrémité de fond 124D ayant des diamètres extérieurs D1 et des longueurs (L1-L2)/2. La section médiane supérieure 124C et la section médiane de fond 124B sont adjacentes respective- ment à la section centrale 124A au sommet et au fond de celui-ci. La section d'extrémité supérieure 124E est adjacente au sommet de la section médiane de sommet 124C et la section d'extrémité de fond 124D est adjacente au fond de la section médiane de fond 124B. Le premier cylindre d'aimant permanent 122 et le second cylindre d'aimant perma- nent 124 sont aimantés de facçon uniforme, parallèlement à l'axe longitudinal 78, et dans des directions opposées l'un par rapport à l'autre. La géométrie spécifique et les dispositions du premier cylindre d'aimant permanent 122 et du second cylindre d'aimant permanent 124 représentés à la figure 6 sont une ques- tion de convenance pour le concepteur du système et ne doivent pas être interprétées comme des limitations absolues à l'invention. La géométrie choisie pour les cylindres d'aimant permanent est en rapport avec trois caractéristiques fondamentales du champ ma- gnétique statique, qui doivent être optimisées. La première de ces caractéristiques est l'am- plitude de champ magnétique statique, la seconde est l'homogénéité du champ magnétique statique à l'intérieur du volume sensible, et la troisième caractéristique est l'angle,ct, par rapport à l'axe longitudinal 78, sous-tendu par le secteur formant le volume sensible 58. Comme il sera expliqué ultérieurement, le gradient d'amplitude de champ magnéti- que statique dans la direction de déplacement de l'instrument de diagraphie devrait être relié à l'inverse de la vitesse de déplacement de l'instrument. Pour une vitesse de diagra- phie d'environ 10 pieds (3,04 m) par minute, le gradient longitudinal devrait être inférieur à 0.2 Gauss/cm. Pour des vitesses attendues de déplacement radial de l'instrument de dia- graphie, le gradient dans la direction transversale devrait être inférieur à environ 2 Gauss/cm. On devrait spécialement souligner que l'ensemble d'aimant proposé pourrait théoriquement produire une zone homogène plus grande dans le volume sensible 58 en ayant un gradient d'amplitude de champ magnétique statique sensiblement nul à l'intérieur de la zone sensible 58. Toutefois, comme il a déjà été expliqué précédemment, l'utilisation s d'un champ magnétique statique ayant un gradient d'amplitude zéro peut avoir pour résultat des instabilités significatives du volume homogène et de son amplitude de champ magné- tique statique associé, en raison des changements de température et de pression aussi bien que de l'orientation relative du champ magnétique statique terrestre par rapport à l'instru- ment de diagraphie. L'intensité du champ magnétique statique dans le volume 58 a été o10 choisie d'environ 9.4 mT (94 Gauss) comme un compromis entre le rapport signal/bruit, la résolution verticale de l'instrument de diagraphie et le diamètre extérieur global de l'ins- trument de diagraphie. La sélectivité azimutale a été choisie d'environ 60 , ce qui repré- sente un recouvrement de deux cylindres annulaires ayant des rayons différents. Un cylin- dre est localisé entre les surfaces cylindriques ayant une amplitude de champ magnétique statique de B0-B1/2 et de B0+B1/2, le second cylindre a une intensité de champ magnéti- que en radiofréquence d'environ B1. Pour maintenir la longueur de l'aimant 62 aussi faible que possible et aussi pour assurer des mesures de magnétisation nucléaire stables, même pendant que la sonde RMN 42 est déplacée à travers le puits de forage (22, figure 1), il est important de prévoir une longueur d'amplitude de champ statique homogène excédant l'ouverture I d'antenne 67, comme expliqué précédemment. il s'ensuit, à partir de l'équation (9) que, pour tout rayon donné Rsv du volume sen- sible, les exigences en matière de résolution verticale et de profondeur de pénétration, le rapport ulBo2/aB(/aR) devrait être maximisé pour fournir un rapport signal/bruit maxi- mal. Dans la configuration préférée, le premier cylindre d'aimant permanent (122, figure 6) et le second cylindre d'aimant permanent (124, figure 6) sont aimantés dans des directions opposées parallèles à l'axe longitudinal 78. La figure 7A montre une représentation graphi- que du champ magnétique statique 110 qui a une intensité de champ de 9.4 mT au centre du volume sensible 58. Les deux lignes de la figure 7A sont des courbes de contour pour des amplitudes de champ magnétique statique de 9.3 mT et de 9,5 mT qui déterminent la forme du volume sensible 58 dans le plan X-Y (tel que représenté en figure 5). La figure 7B représente une courbe de contour de l'amplitude du champ magnétique statique dans le plan X-Z. L'intensité de champ magnétique statique sélectionné de 9.4 mT correspond à une fréquence de champ magnétique RF de 0.4 MHz. Le volume sensible 58 est déterminé par le recouvrement de deux zones; l'une est définie selon l'équation (5) (représentée à la fi- gure 8); et l'autre représente la zone de champ magnétique RF appropriée. Le recouvre- ment des deux zones est représenté à la figure 8. Selon la figure 8, l'angle sous-tendu a du volume sensible 58 peut être estimé à environ 60 . L'angle sous-tendu devrait être aussi grand que possible pour maximiser la zone du volume sensible 58, et avoir comme résultat de maximiser le RSB, mais cette maximisation doit être compatible avec la limitation de l'étendue latérale du volume sensible 58 pour éviter qu'elle ne soit en contact avec une quelconque partie du puits de forage (22, figure 1) ou une quelconque partie du "gâteau de boue" qui peut avoir été déposé sur la paroi du puits de forage dans des formations géolo- giques perméables. La figure 6 illustre la géométrie de la forme préférée de l'aimant 62. Les dimen- sions représentées pour l'aimant en figure 6 sont de préférence les suivantes: Do =12 cm; o0 Dhl = 5,6 cm; Dh2=4 cm; Dh3= 2.6cm; L0 = 80 cm; Lhl = 32 cm; Lh2=13.5 cm.; Lh3=40 cm; Dl=1.4 cm; D2=2.1m; D3=2.6 cm; LI=40 cm; L2-19 cm; L3=7.5 cm. L'aimant 62 représenté en figure 6 est particulièrement adapté à une antenne transmettrice 67 d'une longueur de 20 cm et d'une distance de 7 cm entre le volume sensible (58, figure 2) et la face (21, figure 2). Ces paramètres sont une affaire de commodité pour le concep- teur du système et ne doivent pas être interprétés comme une limitation de l'invention. D'autres dimensions de l'aimant 62 peuvent être choisies si l'instrument de diagraphie a des caractéristiques différentes pour la résolution verticale et la profondeur radiale de pénétra- tion dans les formations géologiques. L'aimant permanent 62 peut être formé de matériau ferritique magnétique perma- nent comme expliqué précédemment. Ces matériaux ont une aimantation rémanente d'en- viron 0.38 T et 0.42 T. Un autre matériau magnétique peut être l'alliage de terre-rare- Samarium-Cobalt ayant une aimantation rémanente d'environ 0.7 T, avec une taille des particules de poudres des matériaux de l'alliage terrerare-Samariumrn-Cobalt généralement inférieures à environ 0.1 mm. Le choix de la taille de la particule maximale de 0.1 mm est déterminée par l'exigence pour l'aimant permanent 62 d'être transparent en radiofréquence à une fréquence de champ magnétique RF d'environ 0.4 MHz. Les distributions du champ représentées en figures 7A et 7B sont calculées pour un matériau magnétique ayant une aimantation rémanente de 0.7 T. Comme expliqué précédemment, un autre paramètre affectant la conception de l'aimant permanent 62 est le degré d'homogénéité du champ statique dans la direction de l'axe (76, figure 2) du puits de forage. Le champ magnétique statique du volume sensible 58 a une amplitude sensiblement égale dans le sens de l'excitation RMN. Comme il a été expliqué précédemment, (voir l'équation (3)), l'amplitude du champ magnétique statique à l'intérieur du volume sensible 58 ne devrait varier que dans une étroite gamme: de B0- B1/2 à B0+B1/2. La vitesse de la variation spatiale de cette amplitude de champ le long d'une direction de déplacement de l'instrument de diagraphie est très importante. La vitesse de cette variation est directement reliée au gradient d'amplitude du champ magnétique statique dans la direction de déplacement. La distribution du gradient d'amplitude du champ magnétique statique du volume sensible 58 est expliquée de façon schématique à la figure 9. Deux lignes 58L et 58M représentent des lignes d'amplitude égale du champ ma- gnétique statique, avec respectivement une première amplitude et une seconde amplitude, qui sont de l'ordre de B0-B1/2 à B0+B1/2. Les gradients d'amplitude de champ magnétique statique à un emplacement 58A et à un emplacement 58D à la figure 9 sont inversement proportionnels à une distance entre deux points le long de la direction de mouvement 81 parallèle à l'axe de puits de forage 78, un point est sur la ligne 58L et l'autre point est sur la ligne 58M. Par exemple, la composante de gradient d'amplitude dans la direction de dépla- cement 81, à l'emplacement 58A de la partie centrale du volume sensible 58, est inverse- l0 ment proportionnelle à la distance entre les points 58A et 58C. La composante de gradient dans la direction de déplacement 81 à l'emplacement 58D (à l'extrémité supérieure du vo- lume sensible 58) est inversement proportionnelle à la distance entre les points 58 E et 58D. Il est apparent à partir de la figure 9 que le gradient d'amplitude de la partie centrale du volume sensible 58 est beaucoup plus petit que le gradient aux extrémités du volume sensible 58. La composante de gradient d'amplitude dans une direction de déplacement perpendiculaire à l'axe longitudinal 78 à l'emplacement 58A dans la partie centrale du vo- lume sensible 58 est inversement proportionnelle à la distance entre les points 58B et 58A. La composante la plus grande du gradient d'amplitude est dans la direction radiale. La discussion suivante vise à expliquer une limitation du gradient d'amplitude de champ magnétique statique dans la direction de déplacement 81. Le volume sensible 58 est déterminé par l'amplitude de champ magnétique RF. Pour obtenir des signaux RF sans distorsion, aucun point à l'intérieur du volume sensible ne devrait quitter le volume sensi- ble au cours de l'intervalle de temps d'une séquence de mesure (un train d'écho complet CPMG). Si le déplacement de l'instrument est tel qu'aucun point ne puisse quitter le vo- lume sensible au cours d'une séquence de mesure, des impulsions subséquentes de repha- sage à 180 dans un train d'écho de CARR-PURCELL ("CPMG") peuvent être appliquées à des parties de la formation géologique qui n'avaient précédemment pas été polarisées de façon transversale par l'impulsion initiale à 90 . La distance, As, suivant une direction de déplacement à partir d'un point, N, à l'intérieur du volume sensible 58 à la lisière du vo- lume sensible 58 peut être exprimée par l'expression: is(N) = [Bn) - BB)/G (10) dans laquelle Bo(N) représente l'amplitude de champ magnétique statique au point N à l'intérieur du volume sensible 58, Bo(B) représente l'amplitude de champ magnétique sta- tique à la lisière du volume sensible 58, et G représente le gradient de champ magnétique statique dans la direction du déplacement. Le mouvement total, ou déplacement au cours d'un intervalle de temps, t, de l'instrument de diagraphie de puits devrait être inférieur à AS(N). De façon plus spécifique: V Xt dans laquelle v représente la vitesse de déplacement de l'instrument de diagraphie de puits. Le déplacement total de l'instrument ne devrait pas représenter une partie substantielle du to volume total. L'inégalité qui devrait ainsi être satisfaite peut être écrite comme il suit: JBo(N) - B(B)J - comme contrainte dans la procédure d'optimisation de la conformation du champ magnéti- que statique. 1 est habituel que le déplacement d'un instrument de diagraphie perpendiculaire- ment à l'axe longitudinal 78 ait une vitesse d'environ 50 fois inférieure à celle de l'exécu- tion de la diagraphie. Ceci exige que la composante du gradient de l'amplitude du champ magnétique statique, perpendiculaire à l'axe longitudinal 78, soit inférieure à 0.1 T/m. La géométrie préférée de l'aimant telle que représentée à la figure 6, a un gradient d'amplitude du champ magnétique statique radial de 0.02 T/m (2 Gauss/cm). D'autres valeurs du gra- dient radial peuvent être sélectionnées en changeant la fréquence du champ magnétique RF. Les exigences de conception du gradient de champ magnétique statique radial sont également affectées par le champ magnétique terrestre, He, qui peut varier en valeur et en direction en fonction de l'emplacement géographique du puits de forage et de la direction * géographique suivant laquelle est foré le puits. Le champ magnétique terrestre est sensi- blement homogène et a une intensité d'environ 0.5.10-4T.Toute variation du champ ma- gnétique statique résultant de la variation de l'orientation de l'instrument de diagraphie par rapport au champ magnétique terrestre ne devrait pas changer de façon significative le rayon Rsv, du volume sensible 58. Le décalage peut être exprimé par le rapport He/G. Donc, le gradient d'amplitude de champ magnétique statique radial requis, G, devrait satis- faire à l'inégalité He/G qu'environ 5x104 T/m. De manière pratique, le gradient radial existant du champ magné- tique statique de la forme de réalisation préférée de l'aimant (2 x 10-2 T/m, ou 2 Gauss/cm) satisfait au-delà de cette exigence. Ces exigences de gradient sont fonction des caractéristiques effectives de l'instrument de diagraphie RMN telles que la vitesse de dia- graphie, la profondeur de l'investigation, la résolution verticale, et le rapport signal/bruit. Toutefois, la forme de réalisation particulière et les paramètres de l'instrument sont une question de convenance pour le concepteur du système et ne doivent pas être interprétées comme une limitation à l'invention. Il sera facilement compris des hommes de l'art que la portée de la présente inven- tion n'est pas limitée aux formes de réalisation ci-dessus décrites ou représentées à titre d'exemple, mais que son champ n'est limité que par les revendications qui suivent Signification des référence des blocs de certaines figures Sur la figure 1 38 Télémétrie Ordinateur 52 Enregistreur de données Sur la figure 4 : Circuit adaptateur T/R 73: Préamplificateur récepteur 74: Amplificateur de puissance RF 89: Récepteur RF 91: Programmateur d'impulsions 92: Ordinateur 93: Source de fréquence RF variable 94: Conducteur RF 96: Convertisseur A/D 97: Tampon 98: Déphaseur REVENDICATIONS 1. Instrument de détection par résonance magnétique nucléaire, comprenant: un aimant pour induire un champ magnétique statique dans des formations géolo- giques traversées par un puits de forage, le dit aimant étant polarisé le long d'un axe lon- gitudinal du dit instrument, le dit champ magnétique statique ayant un gradient d'amplitude longitudinal maximal relié à une vitesse attendue de déplacement du dit instrument le long du dit puits; un transmetteur pour induire un champ magnétique en radiofréquence dans le dit secteur, le dit champ magnétique en radiofréquence étant polarisé de façon sensi- 0 blement orthogonale au dit champ magnétique statique, le dit champ magnétique en radio- fréquence étant destiné à exciter des noyaux de la dite formation terrestre, le dit champ magnétique statique et le dit champ magnétique en radiofréquence étant conformés d'une façon particulière pour exciter les noyaux à l'intérieur d'un secteur sensiblement cylindri- que sur un côté du dit puits de forage, le dit secteur ayant un axe longitudinal sensiblement parallèle au dit axe longitudinal du dit appareil; et un récepteur pour détecter les signaux de résonance magnétique nucléaire prove- nant du dit secteur. 2. Instrument selon la revendication 1, dans lequel ledit champ magnétique statique a un gradient d'amplitude radial maximal dans le dit secteur relié à une vitesse attendue de dé- placement du dit instrument perpendiculairement au dit axe longitudinal. 3. Instrument selon la revendication 1, dans lequel le dit champ magnétique statique a un gradient d'amplitude radial minimal dans le dit secteur pour éviter sensiblement la distor- sion du dit champ magnétique statique dans le dit secteur par le champ magnétique terres- tre. 4. Instrument selon la revendication 1, dans lequel le dit champ magnétique statique s'étend dans une direction de mouvement du dit instrument le long du dit puits sur une distance plus grande que la longueur active du dit transmetteur, et le dit transmetteur a une longueur active plus grande le long de la dite direction de mouvement que la longueur ac- tive du dit récepteur, ce par quoi les dits noyaux excités par le dit champ magnétique en radiofréquence sont sensiblement totalement polarisés par le dit champ magnétique stati- que et les dits signaux de résonance magnétique nucléaire sont reçus par des noyaux exci- tés de façon sensiblement complète en radiofréquence. 5. Instrument selon la revendication 1, dans lequel le dit transmetteur comprend deux antennes sensiblement identiques ayant chacune un axe sensible tourné à 90 l'une par rapport à l'autre, les dites antennes étant excitées par une source de puissance en radiofréquence ayant chacune une phase décalée de 90 par rapport à l'autre source de puissance, en vue d'induire dans le dit secteur un champ magnétique en radiofréquence polarisé de façon circulaire, et le dit récepteur comprend deux antennes sensiblement identiques ayant chacune un axe sensible tourné à 90 degrés l'une par rapport à l'autre, le dit récepteur comprenant des circuits pour la détection des signaux RMN de la phase sensible en quadrature reliés aux dites antennes réceptrices. 6. Instrument selon la revendication 1 dans lequel le dit aimant comprend un premier cy- lindre d'aimant et un second cylindre d'aimant, le dit second cylindre d'aimant étant dispo- sé dans un évidement dans le dit premier cylindre d'aimant, le dit évidement étant sensi- blement parallèle au dit axe longitudinal et étant disposé sur un côté du dit premier cylin- dre, les dits premier et second cylindres étant polarisés de façon sensiblement parallèle au dit axe longitudinal dans des directions opposées. 7.- Instrument selon la revendication 6, dans lequel le dit premier cylindre et le dit second cylindre comprennent un matériau magnétique sensiblement transparent à la radiofré- quence. 8.- Appareil selon la revendication 1 dans lequel le dit transmetteur comprend une antenne ayant un axe sensible orthogonal à celui d'une antenne formant partie du dit récepteur, ce par quoi sensiblement aucun signal n'est induit directement dans la dite antenne réceptrice par le rayonnement de la dite antenne transmettrice. 9.- Appareil selon la revendication 1 dans lequel le dit secteur soustend un angle aussi grand que possible pour éviter substantiellement tout contact d'une quelconque partie du dit secteur avec le dit puits.