METHOD AND APPARATUS FOR MEASURING THE RESISTIVITY OF FLUIDS IN A BOREHOLE

Abstract: 1. Method for measuring the resistivity of fluids in a borehole by means of a sonde body adapted to be moved in the borehole and having a first pair of annular electrodes (34, 37) which are supported on its lateral surface on each side of a second pair of annular electrodes (35, 36), comprising the steps of passing an electrical current (i) around said sonde body through the fluids in the borehole between the electrodes of one of said pairs, and detecting a potential difference (u) through the fluids of the borehole between the electrodes of the other one of said pairs, characterized by maintaining said electrodes (34, 35, 36, 37) at a lateral distance (d) from the borehole wall which is at least equal to the longitudinal spacing (b) between the electrodes (34, 37) of said first pair to derive a signal representative of the resistivity of the borehole fluids whatever is the position of the body in the borehole.

Description: La présente invention eoneerne Aes pronédes en appareils de diagra phie utilisés dans les sondages et notamment un procédé et un dispositif pour mesurer la résistivité ou la conductivité des fluides dans un sondage. Il a déjà été proposé des appareils de diagraphie qui sont descendus dans les sondages pour mesurer la résistivité électrique des fluides du sonda ge constitués le plus souvent par de la boue de forage. Il est très intéressas. de connaître la résistivité de la boue à chaque profondeur du sondage car cette résistivité entre en jeu lorsqu'on corrige l'influence du trou de sondage sur les diverses mesures. De plus, conte la boue s'infiltre dans les formations perméables en chassant l'eau de formation et une partie des hydrocarbures éven- tuels dans la zone envahie", la connaissance de la résistivité des fluides du sondage est essentielle pour la détermination de la résistivité vraie des formations. On connaît plusieurs appareils pour mesurer la résistivité (ou la conductivité) des fluides d'un sondage. Dans certains appareils comme-celui décrit dans le brevet des Etats Unis d'Amérique No. 2 922 103 (O.R. Smith) on fait passer les fluides du forage à l'intérieur d'un corps de façon à effectuer la mesure de résistivité sur un volume de fluides de forme déterminée entouré d'un isolant. De préférence le volume de fluides est un cylindre de section constante. La mesure de résistivité est alors similaire à celle effectuée en surface sur un échantillon de boue. Un inconvénient de ces appareils est que, pour les fluides de viscosité élevée, le passage au travers de l'appareil peut se boucher. On n'est jamais sur que du cake de boue ou des débris n'obstruent pas le passage tout en donnant quand même une lecture plausible. Un autre type d'appareil est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique tXo. 2 838 730 (!?.p P. Lebourg). Sur un mandrin sont disposées de petites électrodes ponctuelles qui forment un appareil du type "microrésistivité" à faible profondeur d'investigation. Malheureusement dès que les électroues se rapprochent de la paroi du sondage le système devient sensible à la résistivité des formations et l'on ne lit plus la résistivité vraie des fluides du sondage. Ce dispositif est sensible à l'excentration de 12 sonde par rapport à l'axe du sondage. L'objet de l'invention se rapporte à une technique de mesure de la résistivité des fluides dans un sondage qui est insensible à l'excentration et à l'orientation de la sonde dans le puits. L'objet de l'invention se rapporte en outre à une technique utilisa ble dans des fluides de viscosité importante tels que des boues épaisses. Selon l'invention, un disposiiI pu'rmsurer 1a résistivite des fluides dans un sondage comprend : un corps susceptible d'être déplace dans le sç ge, ces moyens d'émission pour émettre du courant électrique dans les fluides du sondage entre deux premières électrodes fixées au corps, et des moyens de détection pour détecter une différence de potentiel dans les fluides du sondage entre deux deuxièmes électrodes fixées au corps entre les premières électrodes afin de déduire un signal représentatif de la résistivité des fluides du sondage. Les électrodes sont annulaires et fixées sur une surface péri pnéri que du corps pour que les premières électrodes émettent du courant électrique tout autour du corps dans les fluides du forage. En outre aes moyens sur le corps maintiennent les électrodes à une distance latérale de la paroi du sondage au moins égale à l'espacement longitudinal entre les premières électrodes. Pour maintenir les électrodes éloignées de la paroi du sondage on réalise une partie du corps de diamètre réduit comprise entre deux parties du corps de diamètre plus élevé, les électrodes annulaires étant disposées ur cette partie du corps de diamètre réduit. Des surfaces inclinées coniques relient la partie du corps de diamètre réduit aux parties de diamètre plus élevé, de préférence avec des surfaces de raccordement arrondies pour faciliter ltécoulement des fluides du sondage le long du corps. Des troisièmes électrodes disposées de part et d'autre des deuxièmes électrodes et reliées entre elles diminuent la profondeur d'investigation latérale. Selon un autre aspect de l'invention un procédé pour mesurer la résistivité des fluides dans un sondage comprend les étapes consistant à émettre un courant électrique dans les fluides du sondage entre deux premiers emplacements d'un corps de sonde et à détecter une différence de potentiel dans les fluides du sondage entre deux deuxièmes emplacements du corps disposés entre les premiers emplacements afin de déduire un signal représentatif de la résistivité des fluides du sondage. L'émission de courant est effectuée tout autour du corps entre les premiers emplacements disposés de façon annulaire sur la périphérie du corps et l'on maintient les emplacements d'émission et de détection à une distance latérale de la paroi du sondage au moins égale a I' espace:nent longitudinal entre les premiers emplacements. Au voisinage des emplacements d'émission et de détection le corps est adapté à faciliter 1 écoulement des fluides du sondage le long de sa surface périphérique. D'autres caractéristiques et avantages de ljinvention ressortiront mieux de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, en réfçrencje aux figures i à 6 des dessins annexés dsns lesquels - la figure 1 est un schéma général d'un appareil de diagraphie dans un sondage; - la figure 2 représente schématiquement une vue extérieure du disco sitif de mesure de résistivité électrique des fluides du sondage; - la figure 3 représente schématiquement un détail de ce dispositif, .vu en coupe longitudinale partielle, au niveau des électrodes; - la figure 4 illustre le principe de fonctionnement du dispositif à quatre électrodes de la figure 3; ; - la figure 5 représente une variante utilisant six électrodes; et - la figure 6 représente un schéma synoptique des circuits d'zlimentation et de mesure associés aux électrodes des figures 3 et 4. On a représenté sur la figure 1 un appareil de diagraphie 10 mobile dans wn sondage 11 foré à travers des formations terrestres 9. Cet appareil est suspendu à ltextrémité d'un câble électrique 12 qui passe sur des poulies 13 et 14 et s'enroule sur un treuil de surface non représenté, qui permet de déplacer l'appareil le long du sondage. Le câble 12 terminé par une tête 16 comporte différents conducteurs qui permettent de transmettre les informations de commande et les informations de mesure entre un équipement de surface 18 et une section de transmission 15 à laquelle sont connectés différents instruments de mesure que renferme l'appareil de diagraphie 10. Entre la tête ce câble 16 et la section de transmission 15 est connecté un dispositif 17 de mesure de résistivité selon l'invention, lequel sert à déterminer la résistivité des fluides du sondage en fonction de la profondeur de l'appareil. Le dispositif 17 est traversé par des conducteurs qui prolongent les conducteurs du câble 12 et est relié électriquement par le bas à la section de transmission 15 comme on l'expliquera par la suite. L'appareil de diagraphie 10 est constitué par n'importe quel dispositif de fond classique pour obtenir des mesures de diagraphie des formations, comme des mesures de résistivité des formations, des mesures nucléaires, acoustiques ou autres. Comme le montrent les figures 2 et 3, le dispositif de mesure de résistivité 17 comprend un corps 20 de forme générale cylindrique dont la surface externe est en contact avec les fluides du sondage. Ce corps 20 cylindrique, a une partie centrale 22 de diamètre réduit comprise entre deux parties extrêmes de diamètre plus élevé auxquelles elle est reliée par des surfaces coniques 23 et 24. Comme on peut le voir sur la figure 3 les surfaces c-;1cues telles que 23 sont reliées au > : surfaces cylindriques telles que 22 p --es surfaces de raccordement arrondies telles que 25 qui facilitent l'écou- lement des fluides du forage le long au corps. On cherche en effet à minimiser l variations rapides de diamètre au corps ainsi que les zones à faibles @s de cor-ure qui sont néfastes pour l'écoulement. La partie centrale en retrait par rapport aux parties extrêmes d'une distancedquienpra- @de est gale à environ 1,2 cm. Sur la figure 2, on a schématiquement C-sente e 26 les électrodes du dispositif de mesure de résistivité, qui S@@t de les é électrodes circulaires disposées annulairement à une faible distarce -g unes ces autres sur le corps, dans sa partie centrale 22, c'est-à-dire e retrait par rapport au reste du corps. On a également représenté sur la figure 2, a proximitédes électrodes uri capteur de température 27. Celui-ci. est monté pour être exposé vers xtérieur du corps, comme le sont les électrodes 26. Ce capteur de tempéra- e re est constitue par une plaque métallique en contact avec les fluides du sondage et isolée thermiquement du corps 20. Une résistance variableenfonc- ion de la température sert à mesurer la température de cette plaque, c'est-à -:e des fluides du forage. Les.informations de température et de résistivité a la boue peuvent être combinées pour corriger la mesure de résistivité et @urnir une indication sur les pertes de fluides ou au contraire les entrées te fluides danslesondage. La partie inférieure du corps comprend une enve @@ppe étanche 21 dans laquelle est logée une cartouche qui comporte les différents circuits et dispositifs électroniques associés aux électrodes 26. A ticunede ses extrémités, le corps comporte des filetagesnon représentés qui permettent de le raccorder d'une part a latète de câble 16 et d'autre part à la section de transmission 15. Des raccordements sont assurésau niveau des équi- pements internes, au moyen notamment de connecteurs embrochables qui assurent La continuitédes circuits électriques jusqu'aux conducteurs du câble. La figure 3 illustre d'une manière plus détailléele mode de montage mécanique des électrodes sur le corps, et plus précisément sur une partie démontable 31 de celui-ci. Quatre électrodes34,35,36 et 37 constituées d'anneaux de métal conducteur sont noyées sur trois faces dansune masse de matériau isolant 33, la @atrième face se trouvant exposée à l'extérieur, au ras du corps. Les quatre électrodes sont disposées à une faible distance les unes des autres. Pour que la profondeur d'investigation latérale soit faible, il faut que l'espacement b entreles deux électrodes extremes 34 et 37 soit faible, de préférence inférieur s 2 cm. Ici l'espacement b est approximativement égal à 1,2 cm, c'est-à-dire à la distance d. Les quatre électrodes sont montées a potentiel flottant. Les électrodes extrêmes 34 et 37 servent, comme l'illustre la figure 4, à émettre un courant alternatif d'intensité I sensiblement constante, située tout autour du corps. Les lignes de courant ont été schématiquement représentées sur la figure 4. Au moyen des électrodes intermédiaires 35 et 36 on mesure la différence de potentiel alternative qui résulte du champ électrique ainsi créé dans la boue de forage, entre les deux électrodes 34 et 37. Pour calculer la résistivité de la boue on redresse la différence de potentiel alternative u pour obtenir un signal U, on redresse un signal représentatif du courant alternatif i pour obtenir un signal représentatif de l'intensité I, et on fait le rapport U/I pour obtenir un signal représentatif de la résistivité rtrn des fluides du sondage. Il est nécessaire de calculer ce rapport car le circuit n est pas adapté à fournir dans les fluides du sondage un courant i d'intensité I parfaitement constante. En variante de la figure 4, le dispositif peut comporter deux électrodes complémentaires qui ont été représentées en 38 et 39 sur la figure 5. Il s'agit également d'électrodes circulaires, disposées annulairement autour de l'enveloppe du d spositif, de part et d'autre des quatre électrodes 34 à 37 à l'extérieur de l'ensemble. Les deux électrodes 38 et 39 sont reliées entre elles par un conducteur 32. Elles constituent des électrodes de garde qui limitent l'étendue du champ électrique en direction verticale et la profondeur d'investigation latérale. En fonctionnement, la forme annulaire des électrodes permet de faire porter les mesures sur une zone annulaire Z (figure 3) qui entoure le dispositif. La profondeur d'investigation latérale du dispositif de mesure à quatre électrodes qui vient d'être décrit est approximativement égale à l'es- pacement b entre les électrodes extrêmes 34 et 37 d'envoi de courant. En d'autres termes, la zone du sondage qui fournit 95 de la mesure est comprise dans un cylindre dont le rayon est égal au rayon de la partie centrale du corps plus l'espacement b entre les électrodes extrêmes 34 et 37. En cnoisissant de placer ces électrodes sur une partie en retrait du corps de façon à maintenir ces électrodes à une distance de la paroi au moins sensiblement égale à l'espacement entre les électrodes extrêmes on rend le dispositif de mesure pratiquement insensible à la résistivité de la paroi du sondage. Même lorsque l'appareil se rapproche de la paroi du sondage, il reste tcujours une majeure partie de cette zone annulaire 2 dans les fluides du sondage de sorte que la mesure n'est pas sensiblement influencée par les formations bor Gcnt le puits. De plus, une rotation de l'appareil sur lui-mme n'a aucune conséquence sur les mesures. Par ailleurs, la forme conique du corps de part et d'autre des @lsetrodes est conçue pour ne pas entraver la circulation at la boue sur les électrodes. On évite ainsi le risque de voir se former des dp8ts qui pourraient influer sur la résistivité mesurée. En référence à la figure 6, les circuits du dispositif comprennent ¯., ènérateur de signaux rectangulaires 44 ayant deux sorties à des fréquences différentes. Une première sortie Åa naute fréquence (par exemple 1 000 Hz) est conneutée a un amplificateur de pussance 43 tandis qu'une sortie basse fré Guence (par exemple 100 Hz) commande des commutateurs 47 et 48. Le courant de sortie de l'amplificateur 43 est appliqué par l'intermédiaire d'un transformabeur 42 aux électrodes extrêmes 34 et 37. La bobine secondaire du transforma teur 42 est branchée en série avec une résistance Ri de faible valeur utilisée pour la mesure du courant émis dans les fluides du sondage. Le courant émis ts s les fluides du sondage est donc un courant alternatif à 1 000 Hz ayant une forme d'onde sensiblement carrée et dont l'intensité I est approximative dont constante. Les bornes de la résistance Rl sont reliées l'une à une entrée 5 d'un amplificateur différentiel 49, l'autre à une entrée du commutateur 47. La mesure de différence de potentiel entre les électrodes 35 et 36 s effectuée au moyen d'un transformateur 46 dont le primaire est connecté à ces électrodes et le secondaire à une borne reliée à un comnutateur 47 et " autre borne à l'entrée 45 de l';mplificateur 49. L'amplificateur 49 est relié à un inverseur 51 puis à un détecteur synchrone 52 dont la référence provient du générateur 44. La sortie du détecteur 52 est reliée à un filtre p2sse-bas 53 connecté au commutateur 48 qui, sous la commande du générateur 44, dirige les signaux redressés U vers une première voie 56 ou les signaux redressés 1 vers une deuxième voie 57. Chacune de ces deux voies est identique et comprend un condensateur mémoire 58 et un amplificateur de puissance 59 permettant la transmission vers la surface des deux signaux U et I. La transmission en surface s'effectue par l'intermédiaire de la section de transmission 15 qui code ces signaux et les transmet par modulation. Dans l'équipement de surface les signaux U et I sont démodulés, décodés et on effectue le rapport U/I pour obtenir un signal Rrr. représentatif de la résistivité des fluides du sondage. L'appareil comprend aussi un circuit similaire 41 pour mesurer la résistance sensible à la température des fluides du sondage et envoyer en surface un signal représentatif de cette température. Naturellement, ces circuits de mesure, de meme que les disposition qui ont été précisées dans le cours de la description qui précède, sont sus ceptibles de faire l'objet de nombreuses variantes qui rentrent toutes dans le cadre de la présente invention.

Claims: REVENDICATIONS @. Dispositif pour mesurer la résistivité des fluides dans un sondage renant - un corps susceptible d'être déplacé dans le sondage, ledit corps totant sur sa périphérie autre électrodes annulaires reparties en une première paire d'lectrodes situées de part et d'autre d'une cieuxieme paire - aes moyens d'émission pour émettre du courant électrique tout autour du corps dans les fluides du sondage entre les électrodes d'une desdites paires ; et - aes moyens de détection pour détecter une différence de potentiel dans les fluides Wu sondage entre les électrodes de l'autre paire ; caractérisé en e qu'il comprend des moyens sur le corps pour maintenir lesdites électrodes à une distance latérale de la paroi du sondage au moins égale à l'espacement lengitudinal entre la première paire d'électro es afin d'obtenir, grace aux opens d'émissien et de détection, un signal représentatif de la résistivité desfluides du sondage quelle que soit la position du corps dans ce sondage. 9. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens tut maintenir les électroaes à une distance latérale de la paroi du sondage comprennent une partie du corps de diamètre réduit comprise entre deux partes du corps de diamètre plus élevé, les électroaes annulaires étant dispo sexes sur ladite partie du corps de diamètre réduit. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend des surfaces inclinées coniques pour raccorder la partie du corps de diamètre réduit aux parties de diamètre plus élevé pour faciliter l'écoulement des fluides du sondage le long du corps. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les surfaces inclinées coniques sont raccordées à la partie du corps de diamètre réduit et a parties du corps de diamètre plus élevé par des surfaces arrondies. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une troisième paire d'électrodes disposées de part et d'autre des premières électrodes et reliées entre elles pour diminuer la profondeur d'investigation latérale de la mesure. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qwe l'espacement longitudinal entre les premières électrodes est inférieur à < cm. 7 Dispositif selon l'une ces revendications précédentes, caractérise e que les moyens d'émission coprennent des moyens d'alimentation pour émettre dans les fluides du sondage un courant alternatif d'intensité sensiblement constante. e Dispositif selon l'une ces revendications précédentes, caractérise- en ce qu'il comprend en outre des moyens pour détecter l'intensité du courant envis aans les fluides du forage et des moyens sensibles au rapport de la différence de potentiel et de l'intensité du courant pour élaborer un signal représentatif de la résistivité des fluides du sondage. 9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend de plus, monté sur ledit corps, un capteur sensible à la température des fluides du sondage et des moyens reliés au capteur pour élaborer un signal représentatif de cette température. 10. Procédé pour mesurer la résistivité des fluides dans un sondage dans lequel on émet autour d'un corps de sonde un courant électrique dans les fluides du sondage entre deux premiers emplacements disposés ne façon annulaire sur la périphérie du corps et l'on détecte une différence de potentiel dans les fluides du sondage entre deux deuxièmes emplacements au corps disposés entre les premiers emplacements, caractérisé en ce que l'on maintient les emplacements d'émission et de détection à une distance latérale de la paroi du sondage au moins égale à l'espacement longitudinal entre les premiers emplacements afin de déduire un signal représentatif de la résistivité des fluides du sondage quelle que soit la position du corps dans le sondage. 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'on réunit sensiblement au même potentiel électrique deux troisièmes emplacements de part et d'autre des premiers emplacements pour diminuer la profondeur d'investigation latérale de la mesure. 12. oced selon la revendicatior. 10, caractérisé en ce qu il comprend l'étape ce minimiser les variations rapides de diamètre du corps pour faciliter l'écoulement des fluides au puits le long du corps. 13. Procédé selon l'une des revendications 10 à 12, caractérisé en ce qu'il comprend de plus les étapes suivantes : détecter la température les fluides au sondage pour élaborer un signal représentatif de cette uempérature, et combiner les signaux représentatifs de la température et de la reststivîte pour élaborer un signal corrigé de la résistivité des fluides cu sondage.

Inventors: MOULIN, PIERRE A.
Applicants: SCHLUMBERGER LIMITED, SOCIETE DE PROSPECTION ELECTRIQUE  SCHLUMBERGER
Application year: 1979
Main classification: G01V3
IPC codes: G01R27, E21B49, G01V3, G01N27