FR2740170A1 - Procedes et dispositifs de mesure de la resistivite de la boue dans un puits d'hydrocarbure - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé pour mesurer la résistivité d'une boue de forage à l'aide d'une sonde munie d'électrodes annulaires de courant (A0 ) et de garde (A, A'), un courant I0 étant émis dans la formation traversée, ainsi que des courants de focalisation I et I'. Un signal représentatif de Rm est produit en réponse à I0 . Plusieurs dispositifs de mise en oeuvre de ce procédé sont décrits. Un autre procédé met en oeuvre une technique de focalisation calculée. Des dispositifs correspondants sont également décrits.

Description

PROCEDES ET DISPOSITIFS DE MESURE DE LA RESISTIVITE DE

LA BOUE DANS UN PUITS D'HYDROCARBURE

DESCRIPTION

Domaine technique et art antérieur La présente invention se rapporte au domaine des outils de mesure, par exemple pouvant être utilisés dans les équipements de recherche et de production pétrolière. Plus spécifiquement, ce type d'activité nécessite, après forage d'un puits, d'y introduire des sondes ou capteurs, notamment électriques ou électromagnétiques, à l'aide desquels on réalise des mesures permettant de caractériser, entre autres, les fluides présents dans les terrains et les couches traversés par le forage, ainsi que le pendage de ces couches. On désigne par diagraphie tout enregistrement continu, en fonction de la profondeur, des variations d'une caractéristique donnée des formations traversées

par un forage ou un sondage.

Une caractéristique importante à connaître dans un forage est la résistivité des boues de forage utilisées. En effet, la résistivité de la boue est un paramètre permettant notamment de corriger des mesures portant sur d'autres caractéristiques des formations traversées. Afin de connaître cette résistivité de la

boue, plusieurs approches sont déjà connues.

Selon une première approche, la résistivité de la boue est mesurée par un dispositif nécessitant un équipement supplémentaire sur l'outil déjà utilisé pour mesurer les caractéristiques de la formation, cet équipement supplémentaire pouvant être par exemple du type AMS (décrit dans le document EP-013 224). Cette technique nécessite des coûts additionnels et un

dispositif plus volumineux.

Selon une autre technique, la résistivité de la boue est mesurée à la surface, à partir d'un échantillon de fluides. Une extrapolation permet ensuite de tenir compte de la dépendance en température, par rapport aux conditions au fond, en utilisant une mesure de la température au fond. La précision obtenue est souvent insatisfaisante, pour deux raisons essentielles: - la difficulté de faire une mesure précise de la température au fond, - le fait que les caractéristiques du fluide dans le trou de forage peuvent changer avec la profondeur, auquel cas l'échantillon dont on dispose en surface

n'est plus représentatif.

Exposé de l'invention L'invention a pour objet de proposer un nouveau procédé et un nouveau dispositif permettant d'obtenir une mesure de la résistivité de la boue dans un trou de forage, ne nécessitant pas de mettre en oeuvre un dispositif additionnel spécifique, mais pouvant faire usage de structures d'électrodes déjà existantes. En outre, ce nouveau procédé et ce nouveau dispositif doivent permettre de mesurer la résistivité de la boue in situ, sans avoir à prélever d'échantillons à analyser ensuite en surface. Enfin, il est souhaitable de trouver un procédé et un dispositif permettant une mesure de la boue qui ne nécessite, préalablement, aucune mesure de résistivité azimutale des formations environnantes, et qui soit peu sensible à l'influence

du diamètre du trou de forage traversé.

Selon un premier aspect de l'invention, celle-

ci a pour objet un procédé de mesure de la résistivité Rm d'une boue de forage, à l'intérieur d'un trou de forage traversant une formation terrestre, comportant: - l'introduction, dans le trou de forage, d'une sonde présentant un corps allongé muni d'au moins une électrode annulaire de courant et d'au moins deux électrodes annulaires de garde, situées de part et d'autre de l'électrode annulaire de courant, - l'émission d'au moins un courant Io dans la formation traversée, à partir de l'électrode annulaire de courant, - la focalisation du courant I0 dans la formation, par l'émission de deux courants Il et I'1 à partir des deux électrodes annulaires de garde, situées de part et d'autre de l'électrode annulaire de courant, - la production d'un signal, en réponse à l'émission du courant Io, ce signal étant représentatif

de la résistivité Rm de la boue de forage.

Ce procédé est un procédé in situ de mesure de la résistivité de la boue. Il ne nécessite pas de connaissance préalable de la résistivité azimutale des formations traversées. En outre, il est peu sensible aux effets dus aux variations des dimensions du trou de forage, en particulier lorsque le diamètre du trou est relativement grand. Enfin, on notera que la mesure de résistivité de la boue est obtenue par émission d'un courant dans la formation environnante, et non pas par

émission d'un courant superficiel, dans la boue.

Il peut être produit un signal représentatif d'une tension induite à travers la boue de forage, par la circulation du courant Io à travers ladite boue et

la formation.

La sonde peut comporter une seule électrode annulaire de courant, une première et une deuxième paires d'électrodes annulaires, dites de mesure de tension dans la boue de forage, chaque paire étant disposée de part et d'autre de l'électrode annulaire de courant, la résistivité Rm étant déduite du rapport (V1-V3)/IO, o V1 et V3 sont les potentiels moyens des deux paires d'électrodes de mesure de tension dans la

boue de forage.

Selon un autre mode de réalisation, la sonde peut comporter: - deux électrodes annulaires de courant émettant, respectivement, un courant IO0 et un courant I'o dans la formation traversée, - une électrode annulaire de mesure de potentiel située entre les deux électrodes de courant ou bien un réseau d'électrodes azimutales situées entre les deux

électrodes annulaires du courant.

Ce mode de réalisation est particulièrement bien adapté pour que le procédé puisse être mis en

oeuvre avec des structures d'électrodes déjà connues.

L'invention a également pour objet un dispositif de mesure de la résistivité d'une boue de forage, à l'intérieur d'un trou de forage traversant une formation terrestre, comportant: - une sonde présentant un corps allongé muni d'au moins une électrode annulaire de courant et d'au moins deux électrodes annulaires de garde, situées de part et d'autre de l'électrode annulaire de courant, - des moyens pour émettre au moins un courant Io dans la formation traversée, à partir de l'électrode annulaire de courant, - des moyens pour focaliser le courant IO0 dans la formation, par émission de deux courants Il et I'1 à partir des deux électrodes annulaires de garde, situées de part et d'autre de l'électrode annulaire de courant, - des moyens pour produire un signal, en réponse à l'émission du courant IO, ce signal étant représentatif de la résistivité Rm de la boue de

forage.

A ce dispositif sont associés les mêmes avantages que ceux qui ont été énoncés ci-dessus en liaison avec le premier procédé de mesure selon l'invention: il permet de réaliser des mesures in situ, ne nécessitant pas de connaissance préalable des

résistivités azimutales.

Ce dispositif peut comporter des moyens pour produire un signal représentatif d'une tension induite à travers une boue de forage, par le courant Io, du fait de la circulation de ce courant à travers la boue

et à travers la formation.

Ainsi, la sonde peut comporter une seule électrode annulaire de courant, une première et une deuxième paires d'électrodes annulaires, dites de mesure de tension dans la boue de forage, chaque paire étant disposée de part et d'autre de l'électrode annulaire de courant, les moyens pour produire un signal, représentatif de la résistivité Rm, permettant de déduire Rm du rapport (V1-V3)/IO0, o V1 et V3 sont les potentiels moyens des deux paires d'électrodes de

mesure de tension dans la boue de forage.

Selon un autre aspect, ce même dispositif peut être tel que la sonde comporte: - deux électrodes annulaires de courant, - des moyens pour émettre, dans une formation traversée, un courant Io par l'une de ces électrodes annulaires, et un courant I'o par l'autre électrode annulaire, - une électrode annulaire, dite de mesure de potentiel, située entre les deux électrodes de courant, ou bien un réseau d'électrodes azimutales situées entre

les deux électrodes annulaires de courant.

Les outils de l'art antérieur ainsi que ceux décrits ci-dessus nécessitent de mettre en oeuvre une focalisation du courant Io, ou des courants Io et I'O, émis depuis la ou les électrodes annulaires de courant dans la formation terrestre. Des moyens doivent donc être mis en oeuvre pour assurer cette focalisation. En général, ceci signifie qu'une boucle de rétroaction permet d'ajuster le ou les courants de focalisation en fonction, par exemple, d'un signal représentatif d'un potentiel de focalisation. En théorie, ceci implique une amplification avec un gain infini, mais en pratique

ce gain doit être limité pour assurer la stabilité.

Notamment, lorsque l'on utilise des électrodes de mesure de potentiel de focalisation, ce qui est le plus souvent le cas, celles-ci ne sont pas, de ce fait, exactement au même potentiel, ce qui introduit une erreur dans la mesure. Bien que cette erreur soit très petite, notamment dans les outils standards de type "Dual Laterolog", elle peut devenir importante lorsque l'espacement entre les électrodes de mesure de tension de focalisation est réduit afin d'améliorer la

résolution des dispositifs.

Par conséquent, il est souhaitable de pouvoir proposer un procédé et un dispositif de mesure de la résistivité d'une boue de forage, permettant d'atteindre les objectifs déjà énoncés ci-dessus, et permettant en outre de supprimer les erreurs dues à la

présence d'une boucle de rétroaction.

L'invention a donc également pour objet un procédé de mesure de la résistivité d'une boue de forage, à l'intérieur d'un trou de forage traversant une formation terrestre, comportant: - l'introduction, dans le trou de forage, d'une sonde présentant un corps allongé muni d'au moins une électrode annulaire de courant et d'au moins deux électrodes annulaires de garde, situées de part et d'autre de l'électrode annulaire de courant, - la réalisation d'une focalisation calculée, pour simuler un mode de fonctionnement selon lequel il y a: * émission d'au moins un courant Io dans la formation traversée, à partir de l'électrode annulaire de courant, * focalisation du courant IO0 dans la formation, par l'émission de deux courants Il et I'1 à partir des deux électrodes annulaires de garde, situées de part et d'autre de l'électrode annulaire de courant, - la production d'un signal représentatif de la résistivité Rm de la boue de forage, à partir du mode

de fonctionnement simulé.

Ce procédé ne nécessite aucune mise en oeuvre d'une focalisation directe, et ne met en oeuvre que la réalisation d'une focalisation par calcul. La simulation étant en général réalisée par des appareils de calcul, en surface, l'outil de mesure mis en oeuvre se trouve considérablement simplifié. Par ailleurs, dans la mesure o il n'y a aucune focalisation directe lors des mesures, les moyens de commande et/ou de régulation de courant de focalisation ne sont pas à mettre en oeuvre. Sont ainsi évitées toutes les boucles

de rétroaction des courants de focalisation.

De plus, ce procédé ne nécessite pas la connaissance préalable de la résistivité azimutale des formations traversées. Il est moins sensible que les procédés de l'art antérieur aux effets dus aux

variations des dimensions du trou de forage.

Selon un mode particulier de réalisation, la focalisation calculée peut être réalisée à partir de deux modes de fonctionnement effectif de la sonde: - un premier mode, mettant en oeuvre une émission de courant à forte profondeur de pénétration dans les formations traversées, et - un second mode mettant en oeuvre une émission de courant à faible profondeur de pénétration dans les

formations traversées.

Dans le premier mode, les courants à forte profondeur de pénétration retournent ensuite à la surface. Au contraire, dans le second mode, les courants pénètrent très peu dans les formations traversées. La focalisation calculée peut être réalisée à partir des deux modes suivants: - un premier mode de fonctionnement selon lequel il y a émission, dans la formation traversée, d'un courant i1 à partir d'une des électrodes annulaires de garde, et d'un courant i'1 à partir de l'autre électrode annulaire de garde, le courant émis par l'électrode (ou les électrodes) annulaire(s) de courant étant égal à O, - un second mode de fonctionnement selon lequel il y émission d'au moins un courant i0 à partir de l'électrode (ou des électrodes) annulaire(s) de courant vers les électrodes annulaires de garde, le courant total émis depuis la sonde dans la formation étant égal à O. Pour chaque mode, peuvent être produits des signaux représentatifs d'une tension, dite tension de focalisation, ainsi que d'une tension, dite tension de la sonde; par ailleurs, pour le second mode, un signal représentatif de courant émis depuis la (ou les)

électrode(s) de courant peut être produit.

Selon une technique de calcul, on peut déduire un coefficient de pondération d'une combinaison linéaire des deux modes de fonctionnement effectif de la sonde, afin d'obtenir un mode calculé pour lequel la

tension de focalisation résultante est nulle.

Selon une autre technique de calcul, il est en outre produit, pour le premier mode, un signal représentatif du courant total émis dans la formation, et des coefficients, ou impédances de transfert sont calculés entre: - d'une part, la tension de focalisation et la tension de la sonde; et - d'autre part, le courant émis depuis la (ou les) électrode(s) de courant et le courant total émis dans

la formation.

La mesure de Rm peut être déduite alors du rapport de la valeur de la tension de la sonde à la valeur du courant émis depuis la (ou les) électrode(s) de courant, valeurs pour lesquelles la tension de

focalisation est nulle.

La sonde peut comporter: - une seule électrode de courant, - une première, une deuxième et une troisième paires d'électrodes de mesure de potentiel, disposées de part et d'autre de l'électrode de courant, - la tension de focalisation étant alors égale à la différence des tensions moyennes de la première et de la deuxième paires d'électrodes de mesure de potentiel, la tension de la sonde étant égale à la différence des tensions moyennes de la deuxième et de la

troisième paires d'électrodes de mesure de potentiel.

Selon une variante, la sonde peut comporter: - deux électrodes annulaires de courant, - et,: * ou bien une électrode annulaire de potentiel disposée entre les deux électrodes de courant, * ou bien un réseau d'électrodes azimutales disposées entre les deux électrodes de courant, - ainsi qu'une première et une deuxième paires d'électrodes annulaires de mesure de potentiel, - la tension de focalisation étant égale à la différence entre la tension moyenne de la première paire d'électrodes annulaires de mesure de potentiel et, soit la tension de l'électrode annulaire de potentiel disposée entre les deux électrodes de courant, soit la tension moyenne du réseau d'électrodes azimutales, - la tension de la sonde étant égale à la différence des tensions moyennes de la première et de la deuxième paires d'électrodes annulaires de mesure de potentiel. L'invention a également pour objet un dispositif de mesure de la résistivité d'une boue de forage, à l'intérieur d'un trou de forage traversant une formation terrestre, comportant: - une sonde présentant un corps allongé muni d'au moins une électrode annulaire de courant et d'au moins deux électrodes annulaires de garde, situées de part et d'autre de l'électrode annulaire de courant, des moyens pour réaliser une focalisation calculée, de manière à simuler un mode opératoire selon lequel il y a: * émission d'au moins un courant o10 dans la formation traversée, à partir de l'électrode annulaire de courant, * focalisation du courant Io dans la formation, par l'émission de deux courants Il et I'1 à partir des deux électrodes annulaires de garde, situées de part et d'autre de l'électrode annulaire de courant, - des moyens pour calculer un signal représentatif de la résistivité Rm de la boue de forage, à partir du

mode opératoire simulé.

Ce dispositif ne nécessite pas de mettre en oeuvre des moyens de contrôle effectif de courant de focalisation. Il évite donc toute boucle de rétroaction. De plus, il permet de mettre en oeuvre le procédé précédemment décrit, avec tous les avantages correspondants. La sonde peut comporter en outre des moyens pour émettre, selon un premier mode de fonctionnement effectif, des courants à forte profondeur de pénétration dans les formations traversées et, selon un second mode de fonctionnement effectif, des courants à faible profondeur de pénétration dans les formations traversées, les moyens pour réaliser la focalisation calculée réalisant celle-ci à partir de ces deux modes

de fonctionnement effectif.

Ainsi, la sonde peut comporter: - des moyens pour émettre dans la formation traversée, selon un premier mode de fonctionnement effectif, un courant il à partir d'une des électrodes annulaires de garde, et un courant i'1 à partir de l'autre électrode annulaire de garde, le courant émis par l'électrode ou les électrodes annulaire(s) de courant étant égal à 0, - des moyens pour émettre, selon un second mode de fonctionnement effectif, au moins un courant i0 à partir de l'électrode (ou des électrodes) annulaire(s) de courant vers les électrodes annulaires de garde, le courant total émis depuis la sonde dans la formation étant égal à 0, - les moyens pour réaliser la focalisation calculée réalisant celle-ci à partir de ces deux modes

de fonctionnement effectif.

Des moyens peuvent être prévus pour produire: - des signaux représentatifs d'une tension, dite tension de focalisation, ainsi que d'une tension, dite tension de la sonde, - un signal représentatif du ou des courant(s) émis depuis le (ou les) électrode(s) de courant. Afin de mettre en oeuvre une première technique de calcul, selon un mode de réalisation, les moyens pour réaliser la focalisation calculée permettent de déduire un coefficient de pondération d'une combinaison linéaire des deux modes de fonctionnement effectif de la sonde, et d'obtenir un mode calculé pour lequel la

tension de focalisation résultante est nulle.

Afin de mettre en oeuvre une autre technique de calcul, selon un autre mode de réalisation, des moyens peuvent être prévus pour produire, pour le premier mode de fonctionnement effectif, un signal représentatif du courant total émis dans la formation, les moyens pour réaliser la focalisation calculée permettant de déduire les coefficients, ou impédances, de transfert entre: * d'une part, la tension de focalisation et la tension de sonde; et, * d'autre part, le courant émis depuis la (ou les) électrode(s) de courant et le courant total émis

dans la formation.

Les moyens pour calculer un signal représentatif de la résistivité Rm, peuvent être aptes à déduire Rm du rapport de la valeur de la tension de la sonde à la valeur du courant émis depuis la (ou les) électrode(s) de courant, valeurs pour lesquelles la

tension de focalisation est nulle.

Les procédés décrits ci-dessus peuvent également comporter une étape de correction des valeurs Rm mesurées, pour tenir compte des sources d'erreur suivantes: - très grande résistivité de la formation, - présence de lit(s) très conducteur(s) dans la formation,

- influence du trou.

Ces corrections peuvent par exemple mettre en oeuvre un filtre de Kalman étendu. Les dispositifs correspondants peuvent comporter les moyens correspondants pour mettre en

oeuvre ces corrections.

Brève description des figures

De toute façon, les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la

lumière de la description qui va suivre. Cette

description porte sur les exemples de réalisation,

donnés à titre explicatif et non limitatif, en se référant à des dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 représente un appareil de diagraphie comportant une sonde, sur laquelle sont disposées des électrodes, permettant de mesurer la résistivité d'une boue de forage, conformément à l'invention, - les figures 2A et 2B représentent respectivement un premier mode de réalisation d'un dispositif selon la présente invention, et une variante de ce premier mode, dans un trou de forage, - la figure 3 représente un deuxième mode de réalisation d'un dispositif selon la présente invention, - la figure 4 représente un troisième mode de réalisation d'un dispositif selon la présente invention, - les figures 5A et 5B représentent respectivement un quatrième mode de réalisation d'un dispositif selon la présente invention, et une variante de ce quatrième mode, dans un trou de forage, - les figures 6A et 6B représentent des schémas électriques pour la mise en oeuvre d'un procédé et d'un dispositif selon la présente invention, en focalisation directe, - les figures 7A à 7C illustrent schématiquement des modes de fonctionnement effectif pouvant être utilisés dans la mise en oeuvre d'un procédé par focalisation calculée, selon la présente invention, ainsi que le mode résultant de la combinaison de ces deux modes, - la figure 8 représente un schéma électronique pour la mise en oeuvre d'un procédé selon la présente invention, par focalisation calculée, - la figure 9 représente l'influence de caractéristiques du trou de forage, sur des mesures de résistivité de la boue effectuées conformément à l'invention.

Description détaillée de modes de réalisation de

l'invention La mise en oeuvre globale de l'invention est d'abord illustrée schématiquement sur la figure 1, qui représente un appareil de diagraphie permettant de déterminer les caractéristiques de formations terrestres 11 traversées par un puits ou un trou de forage 10. L'appareil comporte une sonde 12 qui est suspendue dans le trou de forage à l'extrémité d'un câble multiconducteur 13. Ce câble 13 passe sur une poulie 14 et est enroulé sur un tambour 15 qui permet de déplacer la sonde 12 le long du trou de forage. Le tambour 15 fait partie d'une unité de surface 16, qui peut également comporter des moyens de traitement informatiques des données mesurées par la sonde lors de

son déplacement dans le trou de forage.

La sonde 12 est de forme allongée. Elle comporte un corps 17 ayant une partie supérieure 20 comportant une enveloppe métallique fermée dans laquelle se trouvent des circuits électriques, et une section inférieure 21 dans laquelle peuvent être

intégrés des dispositifs de mesure des formations 11.

En outre, la section 21 comporte un réseau 22 d'électrodes qui permet de déterminer, en particulier,

la résistivité de la boue de forage.

Un tel réseau 22 d'électrodes va maintenant être décrit, selon un premier mode de réalisation, en

liaison avec la figure 2A.

Sur cette figure, seul le réseau d'électrodes est représenté schématiquement, sans le corps de la sonde. Une première (Ml, M'1), une deuxième (M2, M'2) et une troisième (M3, M'3) paires d'électrodes annulaires de mesure de potentiel sont disposées de part et d'autre d'une électrode annulaire centrale A0, encore appelée électrode de courant. L'électrode M3 (respectivement M'3) est disposée entre M1 et M2 (respectivement M'1 et M'2). De part et d'autre de cet ensemble, sont disposées deux électrodes annulaires A, A', appelées encore électrodes de garde. Un courant Io est émis par l'électrode A0, ce courant traversant la boue de forage, puis la formation terrestre, et retournant ensuite en surface. Des courants I, I' sont émis dans cette même formation, à partir des électrodes de garde A, A'. Ces courants sont encore appelés courants de focalisation: ils permettent de maintenir le courant o10 dans une tranche de terrain de faible épaisseur, perpendiculaire à l'axe du dispositif. Afin de pouvoir maintenir les intensités des courants I et I' à des valeurs permettant d'assurer une bonne focalisation, des électrodes annulaires de mesure de potentiel permettent d'obtenir un signal représentatif d'un potentiel de focalisation; c'est le cas, en particulier, des paires d'électrodes Ml, M'1 et M2 et M'2: la tension moyenne V1 de la paire d'électrodes M1 et M'1 ainsi que la tension moyenne V2 de la paire d'électrodes M2 et M'2 sont mesurées, ou bien un signal ou des signaux représentatifs de ces tensions sont produits. La condition de focalisation s'écrit alors: V1=V2. Les courants I, I' sont réglés de manière à ce que cette condition soit satisfaite. Un schéma électrique pour assurer le réglage des courants I et I'

en fonction de cette condition sera décrit plus loin.

Par ailleurs, le courant I0, même s'il est émis perpendiculairement à la sonde, dans la boue de forage et vers la formation, induit des tensions à travers cette boue de forage. De telles tensions peuvent être mesurées; en particulier, un signal représentatif d'une tension induite peut être produit, par exemple en mesurant la tension moyenne d'une paire d'électrodes annulaires, telle que la paire M3, M'3, et en comparant cette tension moyenne à la tension moyenne V1. Plus précisément, la résistivité de la boue Rm s'écrit: Rm = K V1 - V3 !0 o K est un facteur dépendant de la géométrie de la sonde. Du fait de la focalisation, le chemin du courant o10 dans la colonne de boue est stable et indépendant de la résistivité de la formation, située au-delà de la colonne de boue, à condition que le trou

ne soit pas trop petit.

Avec le procédé selon l'invention, le courant Io est envoyé dans la formation terrestre, et c'est avec ce courant qu'on mesure Rm et non pas avec un courant superficiel, c'est-à-dire avec un courant

circulant essentiellement dans la boue de forage.

Selon une variante, qui permet de rendre compatible une sonde utilisée dans un dispositif selon l'invention avec des sondes utilisées pour d'autres mesures, les électrodes de garde A et A' peuvent être, comme celles illustrées sur la figure 2B, scindées en deux parties A1, A2 (pour l'électrode A) et A'1 et A'2 (pour l'électrode A'). I1 est commode d'ajouter une électrode annulaire de mesure de potentiel A1* (respectivement Ai*') près de l'électrode A1 (respectivement A'1). Le courant de focalisation I (respectivement I') est alors émis par les électrodes A1 et A2 (respectivement A'1 et A'2) qui sont maintenues au même potentiel. Pour le reste (électrodes annulaires de mesure de potentiel et électrode centrale de courant A0) la structure d'électrodes de la figure 2B est identique à celle de la figure 2A. Cette figure 2B représente également, de manière schématique, la disposition relative de l'agencement d'électrodes, du trou de forage 10 et de la formation 11. Sont également représentées les lignes du courant o10 et des courants de focalisation I et I'. Sur cette figure, on voit clairement que le courant Io reste, sur une certaine distance, dans une tranche perpendiculaire à l'axe du trou 10. A l'infini, le courant Io revient à la surface. Les lignes de courant obtenues seraient sensiblement les mêmes avec un agencement d'électrodes conforme à celui de la figure 2A, dans lequel les

électrodes de garde ne sont pas scindées en deux.

Un autre agencement d'électrodes, pour une sonde à utiliser dans un dispositif conforme à l'invention, va être maintenant décrit en liaison avec la figure 3. Cette structure fait usage de deux électrodes annulaires de courant A0 et A'0. De part et d'autre de cet ensemble, on trouve deux paires d'électrodes annulaires de mesure de potentiel M1, M'1 et M3, M'3.Entre les deux électrodes annulaires de courant A0 et A'0 est disposée une électrode annulaire M0 de mesure de potentiel. Aux extrémités, de part et d'autre de l'ensemble, on retrouve deux électrodes de garde A et A'. Un courant d'investigation IO0 (respectivement I'o) est émis par l'électrode annulaire de courant A0 (respectivement A'0). Les électrodes de garde émettent des courants de focalisation I et I'. Là encore, les courants Io et I'O sont émis en direction de la formation, traversent celle-ci, et retournent, à l'infini, à la surface terrestre. Du fait de leur traversée dans la boue de forage, ils établissent dans celle-ci des tensions, et on peut par exemple mesurer une tension dans la boue de forage entre les couples d'électrodes M1, M'1 et M3, M'3. La résistivité de la boue s'obtient alors par la formule: Rm = K' V1 - V3

IO + I'O

o V1 (respectivement V3) désigne le potentiel moyen de

la paire d'électrodes Ml, M'1 (respectivement M3, M'3).

La condition pour une bonne focalisation des courants i0 et I'o par les courants I et I' s'écrit:

V1 = V0

o V1 a la signification donnée ci-dessus et V0 est le

potentiel de l'électrode Mo.

Pour les mêmes raisons que celles déjà exposées ci-dessus (compatibilité avec des structures d'électrodes utilisées pour d'autres mesures) les électrodes de garde peuvent, là encore, être scindées en deux, comme expliqué ci-dessus en liaison avec la

figure 2B.

Un autre mode de réalisation d'une structure d'électrode pouvant être utilisée avec un dispositif pour la mise en oeuvre de l'invention va être décrit en liaison avec la figure 4. Sur cette figure, des éléments identiques ou correspondants à ceux décrits ci-dessus en liaison avec la figure 3 portent les mêmes références littérales. Par rapport à la structure de la

figure 3, les électrodes M3, M'3 ont été supprimées.

Par contre, une électrode annulaire A0* de mesure de potentiel est disposée au milieu de l'électrode de courant A0, c'est-à-dire qu'une partie de cette dernière s'étend au-dessus d'une électrode annulaire A0* de mesure de potentiel, tandis qu'une autre partie

de cette même électrode A0 s'étend au-dessous de A0*.

La même disposition est adoptée pour A'0 et une électrode A0*', cette dernière faisant également office d'électrode annulaire de mesure de potentiel. Des courants d'investigation Io et I'o sont émis à travers la boue de forage et vers la formation. Ils sont focalisés par les courants I et I', de la même manière que dans le cas de la structure d'électrodes décrite ci-dessus en liaison avec la figure 3. La mesure de la résistivité de la boue de forage s'obtient par la formule: * Rm = K1 1 + lO

IO + I'O

o V0* désigne le potentiel moyen des électrodes A0* et A0*'. La condition de focalisation s'écrit: V1=V0, o V1 et V0 ont la même signification que celle déjà

donnée ci-dessus.

Du point de vue des principes, ce dispositif

fonctionne de la même manière que celui de la figure 3.

L'insertion d'une électrode de mesure de potentiel entre deux parties d'une électrode de courant permet d'améliorer certaines mesures lorsque les variations d'impédance de contact se produisent à la surface de

l'électrode A0 ou A'0.

Selon une variante de ce mode de réalisation, il est possible de déplacer le couple d'électrodes annulaires de mesure de potentiel A0* et A0*' entre l'électrode de courant correspondante A0, A'0 et l'électrode annulaire de mesure de potentiel Mo. Les formules qui viennent d'être données en liaison avec la

description de la figure 4 s'appliquent également à ce

cas. Un autre mode de réalisation d'une structure d'électrodes pouvant être mise en oeuvre dans le cadre

de la présente invention est illustré sur la figure 5A.

Cette structure est obtenue à partir de la structure de la figure 4, en remplaçant l'électrode annulaire centrale M0 de mesure de tension par un réseau de N électrodes azimutales Aazi. Là encore, la structure obtenue est compatible avec des structures d'électrodes utilisées par ailleurs pour d'autres mesures. Un réseau d'électrodes azimutales est notamment utilisé pour effectuer des mesures suivant différentes directions autour de la sonde, notamment des mesures de résistivité azimutale. Des courants d'investigation Io et I'O0 sont émis par les électrodes annulaires A0 et A'0 et sont focalisés par les courants I et I' émis respectivement par les électrodes A et A'. L'enveloppe des lignes de courant est représentée schématiquement sur la figure 5B, pour une structure d'électrodes correspondant, pour l'essentiel, à celle de la figure A. Une différence provient de ce que les électrodes de garde sont scindées en deux parties, comme il a été expliqué ci-dessus en liaison avec la figure 2B, et avec les mêmes avantages. Des références numériques identiques à celles de cette figure y désignent des

mêmes éléments.

La résistivité de la boue est alors obtenue par: V0 - Vz i Rm = K'1 I + l'0 o V0o* représente le potentiel moyen des électrodes A0* et Ao*', tandis que Vzi représente le potentiel moyen du réseau d'électrodes azimutales. Par ailleurs, la condition de focalisation s'écrit: Vl=Vzi, o V1 représente le potentiel moyen des électrodes M1 et M'1. La figure 6A représente un schéma d'un dispositif électrique pour mettre en oeuvre une structure d'électrode conforme à l'invention, dans le cas particulier de la structure de la figure 2A. Un générateur 30, par exemple situé en surface, délivre un courant qui, par l'intermédiaire d'un câble 32, est transmis aux électrodes A et A' qui émettent chacune un courant de focalisation, ainsi qu'à l'électrode A0 qui émet un courant d'investigation Io0. Des moyens de mesure du courant total engendré peuvent être prévus, par exemple en disposant une résistance 34 aux bornes de laquelle des tensions sont prélevées et transmises à un amplificateur différentiel 36 et, par exemple, à des moyens 38 de calcul du courant. Des moyens sont également prévus pour mesurer le courant Io: par exemple, des tensions sont prélevées aux bornes d'une résistance 40 et sont transmises à un amplificateur différentiel 42. La boucle de contrôle du potentiel de focalisation (entre les paires d'électrodes M1, M'1 et M2, M'2) permet de prélever des tensions aux bornes des électrodes pour la mesure du potentiel de focalisation, tensions qui sont transmises à des amplificateurs différentiels 44, 46 dont les sorties sont connectées à l'entrée d'un sommateur 48. La sortie de ce sommateur est amplifiée (amplificateur 50), et, s'il y a un déséquilibre par rapport à la condition de focalisation (condition qui s'écrit V1 = V2), un signal non nul est délivré à un transformateur 52 qui commande alors une répartition différente des courants dans les électrodes annulaires de garde et de courant. La mesure du courant Io est transmise, en sortie de l'amplificateur 42, à un

multiplexeur 54, suivi d'un convertisseur analogique-

digital 56, d'un processeur digital 58 et d'un télémètre émetteur 60. Le signal est ensuite transmis à la surface, par l'intermédiaire du câble 32. Le signal de mesure est obtenu à partir des signaux prélevés aux bornes des paires d'électrodes M1, M'1 et M3, M'3, signaux qui sont transmis à des amplificateurs différentiels 62, 64, dont les sorties alimentent un sommateur 66. Le signal résultant est filtré (filtre passe-bande 68) et est transmis au multiplexeur 54 suivi des éléments 56, 58, 60 déjà décrits ci-dessus. Le signal résultant est transmis en surface. Un schéma électrique pour le contrôle de l'égalité des potentiels entre, par exemple, les électrodes A1 et A2 de la figure 2B est donné sur la figure 6B. Sur cette figure, seule la partie supérieure de la sonde, au-dessus de l'électrode A0, est représentée. Une électrode Ai* est associée à l'électrode A1 afin de pouvoir effectuer une mesure du potentiel de A1. Un amplificateur 70 délivre un signal proportionnel à la tension mesurée entre l'électrode A2 et l'électrode Ai*. Un amplificateur différentiel 72 permet de comparer le signal obtenu à un potentiel de terre. S'il y a un déséquilibre entre les tensions des électrodes A2 et Ai*, cet amplificateur 72 délivre un signal non nul à un transformateur 74 qui commande alors une répartition différente des courants dans les électrodes A1 et A2. Le même schéma peut être appliqué aux électrodes A'1 et A'2, l'électrode A'1 étant

associée à une électrode Ai*' de mesure de potentiel.

Tous les éléments 70-76 peuvent être intégrés dans le

corps de la sonde descendue dans le trou de forage.

Les outils ou arrangements d'électrodes d'une sonde ont été décrits cidessus pour mettre en oeuvre un procédé faisant intervenir une focalisation directe ou effective, du courant d'investigation dans les formations traversées. Il est également possible de réaliser une focalisation calculée, c'est-à-dire simulée à partir de modes effectifs ne mettant pas en oeuvre une focalisation directe. Tous les arrangements d'électrodes qui ont été décrits ci-dessus peuvent être utilisés pour mettre en oeuvre une focalisation calculée, le dispositif général incorporant des moyens spécifiques à la mise en oeuvre de cette focalisation calculée. Le principe de la focalisation calculée, dans le cas particulier de la mesure de la résistivité de la boue va être brièvement décrit en liaison avec les figures 7A à 7C. Sur ces figures, un arrangement d'électrodes identique à celui décrit ci- dessus en liaison avec la figure 5B est considéré, mais ceci

n'est pas limitatif.

La sonde permet de mettre en oeuvre deux modes de fonctionnement effectif: - un premier mode (figure 7A) dans lequel des courants sont émis, qui ont une forte profondeur de pénétration dans les formations traversées; par exemple, il y a émission, dans ces formations, d'un courant i1 à partir d'un premier ensemble d'électrodes annulaires de garde, et d'un courant i'1 à partir de l'autre ensemble d'électrodes annulaires de garde, le courant émis par les électrodes annulaires de courant étant égal à O; - un second mode (figure 7B) dans lequel des courants sont émis, qui ont une faible profondeur de pénétration dans les formations traversées; par exemple, il y a émission de courant i0, i'0 à partir des électrodes annulaires de courant vers les électrodes annulaires de garde, le courant total émis depuis la sonde dans la formation étant égal à O. Ces deux modes peuvent être mis en oeuvre simultanément, à des fréquences différentes, le premier étant mis en oeuvre par exemple à 35 Hertz, tandis que le second est mis en oeuvre à environ 162 Hertz. Si les fréquences choisies sont égales ou voisines, les deux modes de fonctionnement effectif seront mis en oeuvre

successivement.

Au cours du fonctionnement de ces modes, des signaux représentatifs d'une tension de focalisation ainsi que des signaux représentatifs d'une tension de la sonde peuvent être prélevés et mesurés. Un signal représentatif de la résistivité Rm de la boue de forage est déduit, après reconstruction d'un mode de

fonctionnement focalisé, par simulation.

Ainsi, il est possible de calculer avec quels poids respectifs les deux modes de fonctionnement effectif doivent intervenir dans une combinaison linéaire pour obtenir un mode de fonctionnement selon lequel une condition de focalisation est satisfaite. Un tel mode est représenté sur la figure 7C: on voit que lui sont associées les mêmes lignes de courant que dans le cas d'un fonctionnement effectif avec focalisation

directe, comme illustré sur la figure 2B.

Selon une variante, il est possible de calculer, à partir des données mesurées au cours des modes de fonctionnement effectif, des impédances de transfert qui permettent de relier les courants d'investigation et les courants totaux émis dans la formation à un potentiel de focalisation et à un potentiel de la sonde. Après avoir calculé ces impédances de transfert, il est possible d'en déduire des valeurs de la tension de la sonde et des valeurs du courant d'investigation pour lesquelles une condition

de focalisation est satisfaite.

D'une façon générale, on considère qu'un mode de fonctionnement, qu'il soit effectif ou simulé, est complètement décrit par la donnée du ou des courants d'investigation, du courant total émis dans la formation, d'une tension de focalisation et d'une tension de la sonde. Dans le cas o les électrodes annulaires de garde sont scindées en deux parties (comme représenté sur les figures 7A à 7C) la valeur de la différence de tension entre les électrodes Al et A2, ainsi qu'entre les électrodes A'1 et A'2 n'intervient pas, puisque cette différence de tension est maintenue

à zéro.

Dans le cas de la structure de la figure 2A, la tension de focalisation peut être donnée par la différence V2-V1, tandis que la tension de la sonde est

donnée par la différence V3-V1.

Dans le cas de la structure de la figure 3, la tension de focalisation est la tension V1-V0, et la

tension de l'outil la différence V3-V1.

Dans le cas de la structure de la figure 4, la tension de focalisation est égale à V1-V0 tandis que la

tension de la sonde est égale à Vl-V0o*.

Dans le cas de la structure d'électrodes des figures 5A et 5B, la tension de focalisation est la tension Vl-Vzi, la tension de la sonde étant égale à

V1-V0*.

La première technique de calcul va maintenant être décrite plus en détail. Pour chaque mode, on note Io le courant d'investigation, AV0 la tension de la

sonde et AVm la tension de focalisation.

On note I0,i, AVO,i, AVm,i, les quantités correspondantes pour le mode n i (i=l, 2 ou d, d étant l'indice pour le mode calculé), ce mode i est alors décrit par le vecteur colonne: AVm, i AVm,i I0,i La condition de focalisation calculée s'écrit: AVm,d=O, et la pondération des deux modes est désignée par le coefficient S. Il faut donc chercher X, tel que: x AVm,1 + AVm,2 =0 Av0,1 v0 1 rs0Ao, I0,1 I0,2 IO0,d AVm, 2 d Cette égalité est satisfaite pour: x -, d'o AVm,1 l'on peut déduire: AVOd _AVm,2 AV0,1 + AV0,2, et I0, d =_ Vm,1 Vd j2 Io, 1i, + I0,2 = I0,2 On en déduit la résistivité de la boue: m (AVO K) AV0,2 - AV0,1 AV-m, Rm= AV0, d 1v' Rm K= K" IO,d I0,2 o K" est un coefficient qui dépend des

caractéristiques géométriques de la sonde.

Les données obtenues sur les tensions et les courants des modes effectifs peuvent être par exemple mesurées puis mémorisées. Le calcul du coefficient X et de la résistivité de la boue s'obtient ensuite, par exemple à l'aide d'un calculateur de type connu

spécialement programmé pour réaliser ce type de calcul.

Ce calculateur peut être par exemple contenu dans

l'unité de surface 16 (voir figure 1).

Selon une autre technique de calcul, une matrice A est d'abord calculée, qui permet de relier les vecteurs V =) et I = par la relation: AV0 It

V=A.I.

A est une matrice 2 x 2 dont les coefficients sont notés: a b A = ( j d e Pour les deux modes effectifs, on obtient donc les quatre équations: AVm,j=bIt,l AV0, l=eIt, 1, AVm, 2=aI0,2, AV0, 2=dI0, 2, d'o l'on peut déduire les quatre coefficients ou

impédances de transfert a, b, d, e.

La condition de focalisation s'écrit: AVm d=O. Il suffit donc ensuite de rechercher les tensions AV0 et les courants Io qui satisfont à:

= =

Od) (d eJ(It It On en déduit la résistivité de la boue:

Rm=K" (V0, Od/IO, d)=K" (d-e(a/b)).

En remplaçant les impédances de transfert par les valeurs obtenues à partir des tensions et des courants mesurés pour les modes effectifs, on retrouve

la même expression que la première égalité donnée ci-

dessus pour Rm.

Cette technique nécessite de mémoriser les valeurs mesurées des courants et des tensions pour les modes effectifs, et met ensuite en oeuvre une étape de calcul des impédances de transfert. Ce calcul peut être réalisé par un calculateur de type connu, programmé de

manière adaptée à la réalisation de ce type de calcul.

Un schéma électrique pour la mise en oeuvre d'une sonde, dans le cadre d'un procédé de mesure de la boue, selon l'invention, par focalisation calculée, est donné sur la figure 8. La structure d'électrodes concernée est celle déjà décrite ci-dessus en liaison avec la figure 2A. Une source de courant 80, par exemple située en surface, envoie un courant total It pour le fonctionnement de la sonde selon le premier mode effectif. Ce courant est envoyé par l'intermédiaire d'un câble 82. Des moyens sont prévus (résistance 84, amplificateur 86, mesureur de phase 88) pour mesurer la phase du courant It. Le courant Io (pour le fonctionnement selon le second mode effectif) est produit par un générateur 90 piloté par un processeur digital 92, un convertisseur D-A 94, un filtre passe-bas 96. La tension de focalisation est obtenue par différence et amplification, à l'aide d'amplificateurs différentiels 98, 100, des tensions

des paires d'électrodes annulaires M2, M3 et M'2, M'3.

Les signaux résultant des amplificateurs différentiels alimentent un sommateur 104, dont le signal de sortie est filtré (filtre passe-bande 106), et est ensuite transmis à un multiplexeur 108. Les signaux pour la mesure de la tension de la sonde sont formés par amplification et différentiation, par les amplificateurs différentiels 110, 112, des tensions des paires d'électrodes M1, M3 et M'1, M'3. Les signaux résultants alimentent un sommateur 114, dont le signal est ensuite filtré (filtre passe-bande 116), ce signal étant ensuite transmis au multiplexeur 108. Ce multiplexeur est relié à un convertisseur analogique-

digital 118, lui-même relié au processeur digital 92.

Le signal est ensuite transmis à un émetteur 120. Le dispositif comporte également un récepteur 122 et un

calculateur 124.

Dans tous les cas, quelle que soit la technique de mesure utilisée (focalisation directe ou calculée), la résistivité de la boue peut être affectée par trois sources d'erreur: - si la formation traversée par le trou de forage est très résistive, le courant IO0 (courant d'investigation) est très faible, les signaux mesurés sont faibles et le rapport signal/bruit diminue, - si une zone, ou lit, d'une formation est particulièrement conductrice, le courant d'investigation se dirige en partie vers cette zone conductrice, même si elle n'est pas située en face de la ou des électrodes de courant, - dans les trous de petit diamètre, et à faible contraste, ou lorsque la sonde est très excentrée dans le trou, l'influence du trou se fait également sentir. Ces effets peuvent être corrigés en temps réel, par exemple par une méthode de traitement reposant sur l'utilisation du filtre de KALMAN étendu. Cette méthode consiste à mettre en oeuvre une résolution itérative de deux équations, et ceci pour chaque profondeur n à laquelle une des mesures est effectuée: (1) hrmd(n)=f[rm(n),hlld(n),dh(n),ec(n)] + sE(n)

(2) rm(n)=rm(n-l)+5(n).

La première équation (1) est l'équation de mesure à la profondeur n, dans laquelle: hrmd est la mesure brute, à l'aide de la sonde, de la résistivité de la boue, * f est le modèle direct de la mesure, exprimé comme une fonction: - de la résistivité mesurée de la formation, hlld(n), - de la résistivité de la boue, rm(n), - du diamètre du trou, dh(n), - et de l'excentration de la sonde dans le trou, ec(n), La fonction E est un paramètre stochastique ou variable aléatoire représentant le bruit sur la mesure

et l'incertitude sur f.

La deuxième équation (2) représente l'évolution de la résistivité de la boue avec la profondeur. 6(n) est une variable aléatoire tenant compte de la dynamique. La variance de E est évaluée et ajustée à chaque niveau de profondeur en fonction de la variance de la mesure. Ainsi, s'il y a des lits très résistifs, E prend des valeurs très grandes. Ceci se traduit mathématiquement par un plus grand poids donné à la deuxième équation. Dans ce cas, la dernière bonne

estimation rm de Rm (ou son extrapolation) est retenue.

L'effet du trou est modélisé et corrigé grâce à la

première équation.

A chaque profondeur n, f est calculée et

comparée avec la mesure brute hrmd.

La résolution des équations (1) et (2) consiste A à trouver la valeur rm(n) la plus probable. En supposant E(n) et 6(n) gaussiennes, cela revient à maximiser une fonction de coût non linéaire représentant la somme pondérée de l'erreur de reconstruction [hrmd(n)-f(rm(n)...)]2 et de l'erreur a AA reconstruction [hrmd(n)-f(rm(n)...)]2 et de l'erreur a priori [rm(n-1)-rm(n)]2. La méthode de Gauss-Newton

permet d'obtenir la solution.

La méthode de correction qui vient d'être décrite peut être mise en oeuvre à l'aide d'un calculateur conventionnel programmé de manière appropriée. Les corrections peuvent être réalisées en surface, près du forage, ou à distance, après transfert

des données mesurées.

Des résultats obtenus par modélisation en éléments finis de la réponse sont illustrés sur la figure 9. Cette figure représente l'évolution du rapport: rm/f (facteur de correction) en fonction de Rt/Rm, c'est-à-dire en fonction du rapport de la résistivité de la formation à la résistivité de la boue, c'est-à-dire encore en fonction du contraste entre la résistivité et la boue. La courbe I est tracée pour un diamètre de trou de 12,5 cm, la courbe II pour un diamètre de trou de 15 cm, les courbes III, IV, V, pratiquement confondues, correspondent à des diamètres de trou respectifs de 20 cm, 30 cm, 40 cm. Une influence de la résistivité de la formation subsiste dans les trous de faible diamètre, par exemple une influence de l'ordre de 15% quand le trou est de diamètre d'environ 15 cm. Dans les trous de plus large diamètre, l'influence de la résistivité de la formation devient rapidement très faible et est négligeable lorsque le diamètre est supérieur à 20 cm. Les courbes de la figure 9 sont obtenues pour un outil centré,

c'est-à-dire que l'excentration n'intervient pas.

Claims (43)

REVENDICATIONS

1. Procédé de mesure de la résistivité Rm d'une boue de forage, à l'intérieur d'un trou de forage (10) traversant une formation terrestre (11), comportant: - l'introduction, dans le trou de forage, d'une sonde (12) présentant un corps (17) allongé muni d'au moins une électrode annulaire de courant (A0, A'0) et d'au moins deux électrodes annulaires (A, A', A1, A'1, A2, A'2) de garde, situées de part et d'autre de l'électrode annulaire de courant, - l'émission d'au moins un courant Io dans la formation traversée, à partir de l'électrode annulaire de courant, - la focalisation du courant Io dans la formation, par l'émission de deux courants Il et I'1 à partir des électrodes annulaires de garde, situées de part et d'autre de l'électrode annulaire de courant, - la production d'un signal, en réponse à l'émission du courant Io, ce signal étant représentatif

de la résistivité Rm de la boue de forage.

2. Procédé selon la revendication 1, des électrodes annulaires de mesure de potentiel (M1, M'1, M2, M'2, M3, M'3, A0*, A0*') permettant d'obtenir un signal représentatif d'un potentiel de focalisation, les courants Il et I'1 étant réglés en fonction de ce signal.

3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou

2, dans lequel est produit un signal représentatif d'une tension induite à travers la boue de forage par

le courant Io0.

4. Procédé selon la revendication 2, la sonde comportant une seule électrode annulaire de courant (A0), ainsi qu'une première (M1, M'1)et une deuxième (M2, M'2) paires d'électrodes annulaires, dites de mesure de potentiel de focalisation, chaque paire étant disposée de part et d'autre de l'électrode annulaire de courant, les courants Il et I'1 étant réglés de manière à ce que le potentiel moyen V1 de la première paire d'électrodes annulaires soit égal au potentiel moyen V2 de la deuxième paire d'électrodes.

5. Procédé selon la revendication 3: - la sonde comportant une seule électrode annulaire de courant (A0) ainsi qu'une première (M1, M'1) et deuxième (M3, M'3) paires d'électrodes annulaires, dites de mesure de tension dans la boue de forage, chaque paire étant disposée de part et d'autre de l'électrode annulaire de courant, - la résistivité Rm étant déduite du rapport (V1- V3)/IO0, o V1 et V3 sont les potentiels moyens des deux paires d'électrodes de mesure de tension dans la

boue de forage.

6. Procédé selon les revendications 4 et 5, une

paire d'électrodes de mesure de potentiel de focalisation étant identique à une paire d'électrodes

de mesure de tension dans la boue de forage.

7. Procédé selon la revendication 1, la sonde comportant: - deux électrodes annulaires de courant (A0, A'0) émettant, respectivement, un courant Io et un courant I'o dans la formation traversée, - une électrode annulaires (M0) située entre les deux électrodes de courant ou bien un réseau d'électrodes azimutales (Aazi) situées entre les deux

électrodes annulaires du courant.

8. Procédé selon les revendications 2 et 7:

- la sonde comportant une paire d'électrodes annulaires (M1, M'1), dites de mesure de potentiel de focalisation, disposées de part et d'autre des deux électrodes annulaires de courant, - les courants Il et I'1 étant réglés de manière à ce que le potentiel moyen V1, de la paire d'électrodes de mesure de potentiel de focalisation soit égal, ou bien au potentiel de l'électrode annulaire (Mo) de mesure de potentiel située entre les électrodes de courant, ou bien au potentiel moyen des

électrodes azimutales (Aazi).

9. Procédé selon les revendications 3 et 7:

- la sonde comportant une première et une deuxième paires d'électrodes (M1, M'i, M3, M'3), dites électrodes de mesure de tension dans la boue de forage, chaque paire étant disposée de part et d'autre de la paire d'électrodes annulaires de courant, - la résistivité Rm étant déduite du rapport (V1_V3)/(IO0+I'0) o V1 et V3 représentent respectivement les potentiels moyens des deux paires d'électrodes de mesure de tension dans la boue de forage.

10. Procédé selon les revendications 8 et 9, la

paire d'électrodes de mesure de potentiel de focalisation étant confondue avec une des deux paires

d'électrodes de mesure de tension.

11. Procédé selon les revendications 3 et 7:

- la sonde comportant une paire d'électrodes annulaires (A0*, A0*'), dites électrodes de mesure de tension dans la boue de forage, chacune des électrodes de cette paire étant disposée: * soit entre une première et une deuxième parties d'une des électrodes annulaires de courant (A0,

A'0),

* soit entre une des électrodes annulaires (A0, A'0) de courant et, ou bien l'électrode de mesure de potentiel (M0) située entre les électrodes de courant, ou bien le réseau d'électrodes azimutales (Aazi), - la résistivité Rm étant déduite du rapport (V*0-V'O0)/(I0+I'0) o V*o0 est le potentiel moyen de la paire d'électrodes annulaires de mesure de tension de la boue de forage et o V'0 est * ou bien le potentiel de l'électrode de mesure de potentiel (Mo) située entre les deux électrodes de courant, e ou bien le potentiel moyen des électrodes

azimutales (Aazi).

12. Dispositif de mesure de la résistivité d'une boue de forage, à l'intérieur d'un trou de forage (10) traversant une formation terrestre (11), comportant: - une sonde (12) présentant un corps allongé (17) muni d'au moins une électrode annulaire (A0, A'0) de courant et d'au moins deux électrodes annulaires (A, A', A1, A'1, A2, A'2) de garde, situées de part et d'autre de l'électrode annulaire de courant, - des moyens pour émettre au moins un courant Io dans la formation traversée, à partir de l'électrode annulaire de courant, - des moyens pour focaliser le courant Io dans la formation, par émission de deux courants Il et I'1 à partir des deux électrodes annulaires de garde, situées de part et d'autre de l'électrode annulaire de courant, - des moyens pour produire un signal, en réponse à l'émission du courant Io, ce signal étant représentatif de la résistivité Rm de la boue de forage.

13. Dispositif selon la revendication 12, comportant de plus: - des moyens pour produire un signal représentatif d'un potentiel de focalisation, et - des moyens pour régler Il et I'1 en fonction

de ce signal.

SP 11070 PM

14. Dispositif selon l'une des revendications

12 ou 13, comportant des moyens pour produire un signal représentatif d'une tension induite à travers une boue

de forage, par le courant Io0.

15. Dispositif selon la revendication 13, la sonde comportant: - une seule électrode annulaire de courant (Ao) ainsi qu'une première (M1, M'1) et une deuxième (M2, M'2) paires d'électrodes annulaires, dites de mesure de potentiel de focalisation, chaque paire étant disposée de part et d'autre de l'électrode annulaire de courant, - les moyens pour régler Il et I'1 en fonction du signal représentatif d'un potentiel de focalisation permettant de régler Il et I'1 de manière à ce que le potentiel moyen V1 de la première paire d'électrodes soit égal au potentiel moyen V2 de la deuxième paire d'électrodes.

16. Dispositif selon la revendication 14, comportant: - une seule électrode annulaire de courant (A0) ainsi qu'une première (M1, M'1) et une deuxième (M3, M'3) paires d'électrodes annulaires, dites de mesure de tension dans la boue de forage, chaque paire étant disposée de part et d'autre de l'électrode annulaire de courant, - les moyens pour produire un signal, représentatif de la résistivité Rm, permettant de déduire Rm du rapport (Vl-V3)/IO0, o V1 et V3 sont les potentiels moyens des deux paires d'électrodes de

mesure de tension dans la boue de forage.

17. Procédé selon l'une des revendications 15

et 16, une paire d'électrodes de mesure de potentiel de focalisation étant identique à une paire d'électrodes

de mesure de tension dans la boue de forage.

18. Dispositif selon la revendication 12, la sonde comportant: - deux électrodes annulaires (A0, A'o) de courant, - des moyens pour émettre, dans une formation traversée, un courant o10 par l'une de ces électrodes annulaires, et un courant I'o par l'autre électrode annulaire, - une électrode annulaire (M0), dite de mesure de potentiel, située entre les deux électrodes de courant, ou bien un réseau d'électrodes azimutales (Aazi) situées entre les deux électrodes annulaires de courant.

19. Dispositif selon les revendications 13 et

18:

- la sonde comportant une paire d'électrodes annulaires (Ml, M'1), dites de mesure de potentiel de focalisation, disposées de part et d'autre des deux électrodes annulaires de courant, - les moyens pour régler Il et I'1 en fonction du signal représentatif d'un potentiel de focalisation, permettant de régler Il et I'1, de manière à ce que le potentiel moyen V1 de la paire d'électrodes de mesure de potentiel de focalisation soit égal, ou bien au potentiel de l'électrode annulaire de mesure de potentiel (M0) située entre les électrodes de courant, ou bien au potentiel moyen des électrodes azimutales (Aazi)

20. Dispositif selon les revendications 14 et

18:

- la sonde comportant une première (M1, M'1) et une deuxième paire (M3, M'3) d'électrodes, dites électrodes de mesure de tension dans la boue de forage, chaque paire étant disposée de part et d'autre de la paire d'électrodes annulaires de courant, - les moyens pour produire un signal représentatif de la résistivité Rm permettant de déduire Rm du rapport (V1-V3)/(IO0+I'0), o V1 et V3 représentent respectivement les potentiels moyens des deux paires d'électrodes de mesure de tension dans la

boue de forage.

21. Dispositif selon les revendications 19 et

, la paire d'électrodes de mesure de potentiel de focalisation étant confondue avec une des deux paires

d'électrodes de mesure de tension.

22. Dispositif selon les revendications 14 et

18, la sonde comportant une paire d'électrodes annulaires (A0*, A0*'), dites électrodes de mesure de tension dans la boue de forage, chacune des électrodes de cette paire étant disposée: * soit entre une première et une deuxième partie d'une des électrodes annulaires de courant (A0, A'O), * soit entre une des électrodes annulaires de courant (A0, A'0) et, ou bien l'électrode de mesure de potentiel (M0) située entre les électrodes de courant, ou bien le réseau d'électrodes azimutales (Aazi), - les moyens pour produire un signal représentatif de la résistivité Rm permettant de déduire Rm du rapport (V*0-V'o)/(Io+I'o) o V*0 est le potentiel moyen de la paire d'électrodes annulaires de mesure de tension de la boue de forage et o V'0 est: * ou bien le potentiel de l'électrode de mesure de potentiel située entre les deux électrodes de courant, * ou bien le potentiel moyen des électrodes azimutales.

23. Procédé de mesure de la résistivité d'une boue de forage, à l'intérieur d'un trou de forage (10) traversant une formation terrestre, comportant:

SP 11070 PM

- l'introduction, dans le trou de forage, d'une sonde (12) présentant un corps allongé (17) muni d'au moins une électrode annulaire de courant (A0, A'0) et d'au moins deux électrodes annulaires de garde (A, A', A1, A'1, A2, A'2), situées de part et d'autre de l'électrode annulaire de courant, - la réalisation d'une focalisation calculée, pour simuler un mode de fonctionnement selon lequel il y a: * émission d'au moins un courant Io dans la formation traversée, à partir de l'électrode annulaire de courant, * focalisation du courant IO0 dans la formation, par l'émission de deux courants Il et I'1 à partir des deux électrodes annulaires de garde, situées de part et d'autre de l'électrode annulaire de courant, - la production d'un signal représentatif de la résistivité Rm de la boue de forage, à partir du mode

de fonctionnement simulé.

24. Procédé selon la revendication 23, la focalisation calculée étant réalisée à partir de deux modes de fonctionnement effectif de la sonde: un premier mode, mettant en oeuvre une émission de courant à forte profondeur de pénétration dans les formations traversées, et - un second mode mettant en oeuvre une émission de courant à faible profondeur de pénétration dans les

formations traversées.

25. Procédé selon l'une des revendications 23

ou 24, la focalisation calculée étant réalisée à partir de deux modes de fonctionnement effectif de la sonde: - un premier mode de fonctionnement selon lequel il y a émission, dans la formation traversée, d'un courant i1 à partir d'une des électrodes annulaires de garde, et d'un courant i'1 à partir de l'autre électrode annulaire de garde, le courant émis par l'électrode (ou les électrodes) annulaire(s) de courant étant égal à O, un second mode de fonctionnement selon lequel il y émission d'au moins un courant i0 à partir de l'électrode (ou des électrodes) annulaire(s) de courant vers les électrodes annulaires de garde, le courant total émis depuis la sonde dans la formation étant égal à O.

26. Procédé selon l'une quelconque des

revendications 24 ou 25

- dans lequel, pour chaque mode, sont produits des signaux représentatifs d'une tension, dite tension de focalisation, ainsi que d'une tension, dite tension de la sonde, et - dans lequel est produit, pour le second mode, un signal représentatif de courant(s) émis depuis la

(ou les) électrode(s) de courant.

27. Procédé selon la revendication 26, dans lequel on déduit un coefficient de pondération d'une combinaison linéaire des deux modes de fonctionnement effectif de la sonde, afin d'obtenir un mode calculé pour lequel la tension de focalisation résultante est nulle.

28. Procédé selon la revendication 26, dans lequel est produit en outre, pour le premier mode, un signal représentatif du courant total émis dans la formation, et dans lequel on déduit des coefficients, ou impédances, de transfert, entre: - d'une part, la tension de focalisation et la tension de sonde; et, - d'autre part, le courant émis depuis la (ou les) électrode(s) de courant et le courant total émis

dans la formation.

29. Procédé selon l'une des revendications 26 à

28, la mesure de Rm étant déduite du rapport de la valeur de la tension de la sonde à la valeur du courant émis depuis la (ou les) électrode(s) de courant, valeurs pour lesquelles la tension de focalisation est nulle.

30. Procédé selon l'une des revendications 26 à

29, la sonde comportant: - une seule électrode de courant (A0), - une première (Ml, M'1), une deuxième (M2, M'2) et une troisième (M3, M'3) paires d'électrodes de mesure de potentiel, disposées de part et d'autre de l'électrode de courant, - la tension de focalisation étant égale à la différence V1-V2 des tensions moyennes de la première (M1, M'1) et de la deuxième (M2, M'2) paires d'électrodes de mesure de potentiel, - la tension de la sonde étant égale à la différence V2-V3 des tensions moyennes de la deuxième (M2, M'2) et de la troisième (M3, M'3) paires

d'électrodes de mesure de potentiel.

31. Procédé selon l'une des revendications 26 à

29, la sonde comportant: - deux électrodes annulaires de courant (A0,

A'0),

- et,: À ou bien une électrode annulaire de potentiel (M0) disposée entre les deux électrodes de courant, a ou bien un réseau d'électrodes azimutales (Aazi) disposé entre les deux électrodes de courant, - ainsi qu'une première et deuxième paires d'électrodes annulaires de mesure de potentiel (M1,

M'1, M3, M'3, A0*, A0*'),

- la tension de focalisation étant égale à la différence entre la tension moyenne de la première paire d'électrodes annulaires (M1, M'1) de mesure de potentiel et, soit la tension de l'électrode annulaire de potentiel (Mo) disposée entre les deux électrodes de courant, soit la tension moyenne du réseau d'électrodes azimutales (Aazi), - la tension de la sonde étant égale à la différence des tensions moyennes de la première et de la deuxième paires d'électrodes annulaires de mesure de potentiel.

32. Procédé selon l'une des revendications 1 à

11 ou 23 à 31, comportant en outre une étape de correction des valeurs mesurées pour tenir compte, au moins, des sources d'erreurs suivantes: caractère très résistif de la formation traversée, - présence de lit(s) très conducteur(s) dans la formation,

- influence du trou de forage.

33. Procédé selon la revendication 32, l'étape de correction mettant en oeuvre un filtre de Kalman étendu.

34. Dispositif de mesure de la résistivité d'une boue de forage, à l'intérieur d'un trou de forage (10) traversant une formation terrestre (11), comportant: - une sonde (12) présentant un corps allongé (17) muni d'au moins une électrode annulaire de courant (A0, A'0) et d'au moins deux électrodes annulaires de garde (A, A', A1, A'1, A2, A'2), situées de part et d'autre de l'électrode annulaire de courant, - des moyens pour réaliser une focalisation calculée, de manière à simuler un mode opératoire selon lequel il y a: * émission d'au moins un courant Io dans la formation traversée, à partir de l'électrode annulaire de courant (AO, A'0), * focalisation du courant Io dans la formation, par l'émission de deux courants Il et I'1 à partir des électrodes annulaires de garde, situées de part et d'autre de l'électrode annulaire de courant, - des moyens pour calculer un signal représentatif de la résistivité Rm de la boue de

forage, à partir du mode opératoire simulé.

35. Dispositif selon la revendication 34, - la sonde comportant en outre des moyens pour émettre, selon un premier mode de fonctionnement effectif, des courants à forte profondeur de pénétration dans les formations traversées et, selon un second mode de fonctionnement effectif, des courants à faible profondeur de pénétration dans les formations traversées, - les moyens pour réaliser la focalisation calculée réalisant celle-ci à partir de ces deux modes

de fonctionnement effectif.

36. Dispositif selon l'une des revendications

34 ou 35, la sonde comportant: - des moyens pour émettre dans la formation traversée, selon un premier mode de fonctionnement effectif, un courant i1 à partir d'une des électrodes annulaires de garde, et un courant i'1 à partir de l'autre électrode annulaire de garde, le courant émis par l'électrode ou les électrodes annulaire(s) de courant étant égal à 0, des moyens pour émettre, selon un second mode de fonctionnement effectif, au moins un courant i0 à partir de l'électrode (ou des électrodes) annulaire(s) de courant vers les électrodes annulaires de garde, le courant total émis depuis la sonde dans la formation étant égal à O, - les moyens pour réaliser la focalisation calculée réalisant celle-ci à partir de ces deux modes de fonctionnement effectif.

37. Dispositif selon l'une des revendications

ou 36, des moyens étant prévus pour produire, pour chaque mode: - des signaux représentatifs d'une tension, dite tension de focalisation, ainsi que d'une tension, dite tension de la sonde, - un signal représentatif du ou des courant(s)

émis depuis le (ou les) électrode(s) de courant.

38. Dispositif selon la revendication 37, les moyens pour réaliser la focalisation calculée permettant de déduire un coefficient de pondération d'une combinaison linéaire des deux modes de fonctionnement effectif de la sonde, et d'obtenir un mode calculé pour lequel la tension de focalisation

résultante est nulle.

39. Dispositif selon la revendication 37, - des moyens étant prévus pour produire, pour le premier mode de fonctionnement effectif, un signal représentatif du courant total émis dans la formation, - les moyens pour réaliser la focalisation calculée permettant de déduire les coefficients, ou impédances, de transfert entre: * d'une part, la tension de focalisation et la tension de sonde; et, * d'autre part, le courant émis depuis la (ou les) électrode(s) de courant et le courant total émis

dans la formation.

40. Dispositif selon la revendication 39, les moyens pour calculer un signal représentatif de la résistivité Rm, étant aptes à déduire Rm du rapport de la valeur de la tension de la sonde à la valeur du courant émis depuis la (ou les) électrode(s) de courant, valeurs pour lesquelles la tension de

focalisation est nulle.

41. Dispositif selon l'une des revendications

37 à 40, la sonde comportant: - une seule électrode de courant (A0), - une première (M1, M'1), une deuxième (M2, M'2) et une troisième (M3, M'3) paires d'électrodes de mesure de potentiel, disposées de part et d'autre de

l'électrode de courant.

42. Dispositif selon l'une des revendications

37 à 40, la sonde comportant: - deux électrodes annulaires de courant (A0, A'0) et,: * ou bien une électrode annulaire (M0) de potentiel disposée entre les deux électrodes de courant, * ou bien un réseau d'électrodes azimutales (Aazi) disposé entre les deux électrodes de courant, ainsi qu'une première (M1, M'1) et une deuxième (A0*, AO*') paires d'électrodes annulaires de mesure de potentiel, l'une des deux paires (M1, M'1) étant située de part et d'autre des électrodes annulaires de

courant.

43. Dispositif selon l'une des revendications

12 à 22 ou 34 à 42, comportant en outre des moyens, aptes à réaliser une correction de valeurs mesurées, permettant de tenir compte au moins, des sources d'erreurs suivantes: - caractère très résistif de la formation traversée, - présence de lit(s) très conducteur(s) dans la formation,

- influence du trou de forage.