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CES
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Tre
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Est A
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DANS
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Molecule
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DES
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water
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beryllium
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CR
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plutonium
(1)
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americium
(1)
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helium
(1)
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boron trifluoride
(1)
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cadmium
(1)
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-F
(1)
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Et
(1)
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Physical
(6/ 10)
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de 20 cm
(5)
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de 100 %
(1)
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20 cm
(1)
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4 W
(1)
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10 cm
(1)
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de 25 cm
(1)
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Organism
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sable
(2)
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inconnu
(1)
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mene
(1)
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Disease
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Bruit
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Publication
_________________________________________________________________
Number FR2513387A1
Family ID 1973584
Probable Assignee Schlumberger Technology Corp
Publication Year 1983
Title
_________________________________________________________________
FR Title PROCEDE ET DISPOSITIF DE DIAGRAPHIE NUCLEAIRE POUR DETERMINER
UNE CARACTERISTIQUE CORRIGEE DES FORMATIONS
Abstract
_________________________________________________________________
CE PROCEDE PERMET DE DETERMINER PAR EXEMPLE LA POROSITE DES FORMATIONS
TRAVERSEES PAR UN SONDAGE. UN APPAREIL DE DIAGRAPHIE NEUTRON EST
DEPLACE DANS LE SONDAGE EN IRRADIANT DE NEUTRONS LES FORMATIONS. CET
APPAREIL COMPREND UNE SOURCE DE NEUTRONS ET DEUX DETECTEURS DISPOSES A
DES DISTANCES DIFFERENTES DE LA SOURCE. LES NEUTRONS PROVENANT DES
FORMATIONS SONT DETECTES ET L'ON ELABORE DES SIGNAUX FONCTION DES TAUX
DE COMPTAGE DES DETECTEURS. EN REPONSE A CES SIGNAUX, ON PRODUIT UNE
INDICATION DE LA POROSITE SENSIBLEMENT INDEPENDANTE DES ERREURS DUES A
L'ECARTEMENT DE L'APPAREIL PAR RAPPORT A LA PAROI DU SONDAGE. ON
ELABORE AUSSI DES VALEURS DE CET ECARTEMENT. CES VALEURS D'ECARTEMENT
SONT FILTREES POUR REDUIRE LES VARIATIONS STATISTIQUES, PUIS UTILISEES
POUR ELABORER DES INDICATIONS CORRIGEES DE LA POROSITE.
Description
_________________________________________________________________
PROCEDE ET DISPOSITIF DE DIAGRAPHIE NUCLEAIRE
POUR DETERMINER UNE CARA Cr ERISTIQUE CORRIGEE DES FORMATIONS 1
L'invention se rapporte aux procedes et dispositifs de diagraphie pour
determiner les caracteristiques des formations traversees par un
sondage en irradiant ces formations par des neutrons et en mesurant la
distribution spatiale des neutrons dans les formations Plus
particulierement, l'invention se rapporte a une technique permettant
d'eliminer sensiblement les imp recisions de cette determination qui
resultent de l'ecartement de la paroi du
sondage et d'autres effets de l'environnement dans le sondage.
La connaissance de la porosite des formations traversees par un
sondage est d'une extreme importance pour l'industrie petroliere Des
determinations precises de cette porosite sont necessaires, non
seulement pour identifier des reservoirs possibles de petrole ou de
gaz, mais aussi pour calculer d'autres parametres importants camme
l'index de production maximum de petrole d'une formation specifique
Dans une technique classique decrite dans le brevet des Etats Unis
d'Amerique NI 3 566 117 (M P TIXIER), on peut comparer la porosite
(appelee "porosite neutron") provenant d'un appareil de diagraphie
nucleaire neutron-neutron, a la valeur de porosite (appelee "porosite
de densite") provenant d'un appareil de diagraphie nucleaire
gamma-gammfa du type decrit dans le brevet des Etats Unis d'Amerique
NI 3 321 625 (J S WAHL), dans le but de
detecter la presence de gaz dans les formations.
Les mesures de porosite sont generalement effectuees au moyen d'un
appareil de diagraphie neutron a deux detecteurs et une source de
neutrons qui irradie les formations etudiees L'appareil est
generalement appuye contre la paroi du sondage par des excentreurs La
population de neutrons qui en resulte est echantillonnee par les
detecteurs disposes a des distances -2- 1 differentes de la source Un
tel appareil est decrit plus en detail dans le brevet des Etats Unis
d'Amerique N 03 483 376 (S LOC Ke Si la mesure est faite a une
distance suffisante de la source, les effets du sondage et de
l'ecartement de la paroi sont minimises en prenant le rapport des taux
de comptage Un convertisseur de fonction, ou un systeme equivalent,
convertit ce rapport en un signal qui represente la porosite sans
autre correction Cette porosite obtenue par le rapport des taux de
comptage peut etre influ Sncee par divers effets provenant de
l'environnement de la mesure, comme par exemple l'ecartement de la
paroi, le diametre du sondage, l'epaisseur de cake de boue, la
salinite de la boue, la water de formation, la densite de boue, etc
Ordinairement, la correction de ces effets est effectuee par la suite,
au cours d'une operation distincte, en reference a une pluralite de
graphiques d'interpretation De telles operations sont
une gene a l'interpretation sur le site des resultats de diagraphie.
Il serait souhaitable de disposer d'une technique qui effectue ces
corrections "dans la foulee" de facon a obtenir, sur le site, une
interpretation continue des diagraphies.
Malheureusement, en pratique, on ne peut realiser un tres grand
espacement source-detecteurs Si les detecteurs sont disposes a une
distance importante de la source, les taux de comptage deviennent trop
faibles Par suite, on utilise un espacement source-detecteur plus
faible que la distance ideale On obtient alors une reponse ayant des
effets de sondage et d'ecartement reduits mais non pas elimines en
totalite L'experience a montre que des essais pour diminuer
l'espacement source- detecteur afin d'obtenir des taux de comptage
plus eleves ont pour resultat une influence beaucoup plus elevee de
l'environnement sur le detecteur eloigne que sur le detecteur proche
Par consequent, la porosite derivee du rapport des taux de comptage
n'est pas delivree, des
effets de l'environnement du sondage.
On a essaye de remedier a l'inconvenient de ces effets d'environnement
dans les diagraphies neutron-neutron en mesurant effectivement les
facteurs d'environnement responsables de ces effets et en faisant des
corrections specifiques Les brevets des Etats Unis d'Amerique N O 4
047 027 et NI 4 035 639 decrivent des
exemples de techniques qui utilisent ces mesures et ces corrections.
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1 Elles ont I' inconvenient de necessiter un appareil supplementaire
pour mesurer l'ecartement de la paroi Les appareils commerciaux
actuels ne peuvent donc profiter de ces techniques a moins de
consentir un effort special pour les equipes d'un detecteur
d'ecartement De plus, la porosite ainsi obtenue aura forcement une
source d'incertitude supplementaire due aux erreurs de mesure de
l'ecartement. Parmi tous les effets nuisibles de l'environnement,
l'ecartement de l'appareil de la paroi est sans doute le plus
significatif Pour reduire le temps passe a prelever les mesures de
diagraphie dans un sondage, on combine souvent deux ou plusieurs
appareils Cette pratique de mesures avec une suite d'appareils
augmente la probabilite, pour l'appareil de porosite neutron, de ne
pas suivre la paroi du sondage, mais au contraire de s'en decoller au
niveau des irregularites creees par le forage, produisant ainsi
des ecartements episodiques et imprevisibles.
Jusqu'a present, la plupart des operations neutron-neutron a deux
detecteurs ont ete effectuees avec des detecteurs de neutrons
thermiques qui permettent d'obtenir des statistiques raisonnables sur
les taux de comptage avec des espacements source-detecteurs donnant
des valeurs de porosite sans trop de degradation par les effets de
sondage 'Ibutefois, comme la mesure de porosite est basee sur la
detection des neutrons thermiques, la presence dans les formations ou
le sondage d'elements qui absorbent ces neutrons thermiques complique
l'interpretation des resultats De tels elements sont souvent contenus
dans l'argile ou l'water salee On sait comment obtenir des
informations sur les types d'argiles au moyen
d'appareils de diagraphie qui detectent la radioactivite naturelle.
Malheureusement, les elements responsables de la radioactivite
naturelle de l'argile ne sont pas les memes que ceux qui absorbent les
neutrons thermiques et qui affectent l'appareil de diagraphie a
neutron. L' importance de l'influence des elements absorbants apparait
clairement lorsqu'on se rend compte que la comparaison mentionnee
precedemment entre la "porosite de densite" et la "porosite neutron"'
devient suspecte des qu'il existe de tels elements N -3- -4- l Par
consequent, il serait tres interessant de disposer d'une detection de
neutrons epithermiques insensible a la presence de ces elements
absorbants Toutefois, une telle technique n'est pas evidente, par
suite de la reduction de taux de comptage et de la perte de precision
due aux statistiques qui en resulte, inconvenients inherents a la
detection des neutrons epithermiques
par opposition a la detection des neutrons thermiques.
Des essais pour ameliorer les taux de comptage et, par consequent, les
statistiques, en rapprochant les detecteurs de la source, se sont
averes inutiles du fait de la deterioration du signal de porosite
obtenu par la technique du rapport des taux de comptage, cette
determination provenant de l'augmentation d'influence des effets
d'environnement comme l'ecartement de la
paroi et le diametre du sondage.
Dans un sondage tube, la porosite relative du tubage et du ciment, de
meme que la position de la sonde dans le tubage, ont un effet
appreciable sur la determination de porosite neutron des formations Il
est tres difficile de corriger cet effet car la geometrie exacte du
tubage et du ciment est rarement connue Il est
donc souhaitable de disposer d'un appareil de diagraphie neutron-
neutron dans lequel la determination des formations derriere le
tubage n'est pas faussee par les changements du tubage ou du ciment.
La reduction des taux de comptage, et la perte de precision provenant
des statistiques sont des facteurs significatifs de limitation de la
vitesse de la sonde, ce qui augmente le temps de mesure Des vitesses
plus elevees seraient possibles en rapprochant les detecteurs de la
source, si l'on pouvait trouver une technique pour pallier a la
degradation de la determination de porosite par l'augmentation des
effets d'environnement provenant de ce
rapprochement.
Comme mentionne precedemment, l'appareil neutron-neutron a deux
detecteurs est normalement opere dans une position excentree pour
minimiser les effets d'ecartement de la paroi De ce fait, il ne peut
etre combine qu'avec d'autres appareils utilises dans une position
excentree Un appareil neutron independant des effets d'ecartement de
la paroi aurait l'avantage de pouvoir etre combine avec d'autres
appareils fonctionnant normalement en position centree, comme le
pendagematre et les appareils de diagraphies acoustiques. 1 Enfin,
dans certains puits en production qui ont tendance a s'ensabler, une
technique classique consiste a utiliser un manchon de gravier (gravel
pack) Un tel manchon filtre les fluides produits et empeche les
particules de sable de penetrer dans la colonne de production Il
serait interessant de disposer d'une technique de diagraphie
permettant de determiner l'emplacement et la hauteur de ce manchon
afin de s'assurer que la zone de sable est convenablement recouverte.
Ces ameliorations peuvent etre atteintes grace a l'invention qui
permet de reduire enormement et facilement les effets d'environnement
Le principe sur lequel se base l'invention s'inspire de la
constatation selon laquelle la reponse de l'appareil neutron-neutron
est telle que pour une variation affectant uniquement la porosite des
formations (toutes les conditions d'environnement, telles que
l'ecartement de la paroi etc restant les memes), le taux de comptage
du detecteur proche et celui du detecteur eloigne varient tous les
deux selon une reponse unique ou ideale Par contre, lorsque toutes les
conditions, y compris la porosite des formations, varient a
l'exception par exemple de l'ecartement de la paroi, du diametre du
sondage, de l'epaisseur de tubage ou de ciment, ou de la qualite du
manchon de gravier, le taux de comptage du detecteur proche et celui
du detecteur eloigne varient tous les deux selon une reponse unique
tout a fait differente de la reponse ideale De plus, on a trouve que,
si l'on represente les taux de comptage l'un en fonction de l'autre
avec une echelle logarithmique, la courbe obtenue, dans le cas de
variations d'ecartement de la paroi, est une droite sur une plage
importante de valeurs d'ecartement, avec la caracteristique
interessante suivant laquelle la famille des droites obtenues pour des
porosites
differentes convergent en un seul point.
Cette propriete a ete utilisee dans l'invention pour convertir les
taux de comptage des detecteurs proches et eloignes en une
determination de porosite corrigee automatiquement, sur le site, pour
un ou plusieurs effets d'environnement comme l'ecartement de la paroi
ou la dimension du sondage Cette correction est differente de la
technique du, rapport des taux de comptage qui fournit une
porosite affectee par ces effets d'environnement.
1 L' invention permet les perfectionnements decrits ci-dessus, en ce
qui concerne la detection des neutrons epithermiques, la determination
et la correction des effets d'ecartement de la paroi, la determination
de la qualite d'un manchon de gravier, l'amelioration de la vitesse de
prise des mesures, et la correction automatique pour le tubage et le
ciment dans un sondage tube sans determiner explicitement les details
de telles conditions De plus, cette technique permet de modifier un
appareil de diagraphie classique en rapprochant les detecteurs de la
source pour ameliorer les statistiques, en utilisant une source
d'intensite moindre, ou en combinant cet appareil avec d'autres
fonctionnant normalement en
position centree dans le sondage.
Selon un mode de mise en oeuvre de l'invention, un procede pour
etudier la porosite des formations traversees par un sondage comprend
l'etape consistant a introduire un appareil de diagraphie neutron dans
le sondage pour irradier les formations de neutrons et detecter les
neutrons par deux detecteurs l'un proche et l'autre eloigne, de la
source de neutrons On elabore des signaux representatifs des taux de
comptage du detecteur proche et du detecteur eloigne Selon une loi de
reponse de l'appareil obtenue empiriquement ou mathematiquement, en
fonction uniquement des variations de l'ecartement de la paroi et/ou
du diametre du sondage, on compare les logarithmes des taux de
comptage a une autre loi de reponse de l'appareil obtenue
empiriquement ou mathematiquement, en fonction uniquement des
variations de porosite On elabore, comme resultat, une representation
tangible de la porosite des formations corrigee pour les effets
d'ecartement de la paroi et/ou de diaffetre
du sondage.
Selon une autre mise en oeuvre de l' invention, on determine
l'ecartement de la paroi du sondage, l'epaisseur effective du
ciment/tubage, ou la qualite d'un manchon de gravier de la relation
entre les logarithoes des taux de comptage et les lois de reponse sans
mesure reelle dans le sondage Cette determination peut ensuite etre
filtree en reponse a une determination de diametre du sondage, et
utilisee pour redeterminer une porosite amelioree ayant moins de
bruit statistique.
-7- 1 Selon encore une autre mise en oeuvre de l'invention, on peut
determiner une loi de reponse ideale de l'appareil en fonction
seulement de la porosite, pour differentes dimensions de sondage ou de
tubage Chacune de ces lois de reponse ideales est associee a une
famille de loi de reponse en fonction seulement des variations
d'ecartement de la paroi ou d'autres effets d'environnement Si l'on
connait la dimension du sondage ou du tubage, on peut choisir la loi
de reponse ideale et sa famille associee de lois de reponse, en
fonction des variations d'ecartement de la paroi (ou un autre effet
d'environnement) de facon a appliquer le procede de l'invention.
Les caracteristiques et avantages de l'invention
apparaitront plus clairement de la description qui va suivre donnee
a titre d'exemple non limitatif en reference aux dessins annexes dans
lesquels: La figure 1 est un schema d'un premier mode de realisation
de l'invention; La figure 2 est un diagraume de la reponse de
l'appareil neutron-neutron pour differentes porosite et differents
ecartements de la paroi dans un sondage usuel; La figure 3 est un
diagramme de la reponse de l'appareil neutron-neutron pour differentes
porosites et differents ecartements de la paroi et pour plusieurs
dimensions usuelles de sondage; La figure 4 est un organigramme des
differentes etapes d'un procede selon l'invention; et La figure 5 est
un schema d'un deuxieme mode de realisation
de l'invention.
En reference a la figure 1, la sonde ou appareil de diagraphie 10
comprend une enveloppe 12 resistant a la pression suspendue a
l'extremite d'un cable 14 dans un sondage 16 Le cable 14 a des
conducteurs isoles qui relient electriquement les equipements situes a
l'interieur de l'enveloppe 12 a un systeme de traitement 18 dispose en
surface Ce systeme 18 peut comprendre un ordinateur numerique comme
par exemple un PDP 11/34 commercialise par la Societe Digital
Bquipment Corp et specialement adapte, notamment par des instructions
introduites en memoire, pour mettre en oeuvre l'invention Un treuil
(non represente) situe en surface, est utilise pour deplacer
l'appareil 10 dans le sondage 16 au
travers des formations 20.
1 Le sondage 16 est generalement rempli de boue de forage 22; Pendant
le forage, la partie liquide de cette boue penetre dans les formations
poreuses 20 en laissant un dep 6 t de materiaux solides sous forme
d'un cake de boue 24 Pour diminuer l'influence de la boue 22 sur la
reponse de l'appareil 10, un mecanisme d'excentration 26 repousse cet
appareil contre une paroi de sondage pour empecher
la boue de s'intercaler entre l'appareil et les formations 20.
Parfois, le sondage 16 peut presenter des caves ou des irregularites,
si bien que l'appareil ne peut pas etre repousse au contact des
formations 20, un certain ecartement de la paroi etant ainsi produit
comme represente Le mecanisme d'excentration 26 comprend un bras 28
articule sur l'envelcppe 12 et actionne par un
ressort, et un capteur 30 donnant une mesure de diametre du sondage.
Une source de neutrons 32, emettant 4 x 107 neutrons par seconde, est
disposee a la partie inferieure de l'appareil 10 D'une facon
classique, la source 32 est une source chimique, par exemple un
melange de plutonium et de beryllium ou d'americium et de beryllium La
source 32 pourrait aussi etre un generateur de neutrons a accelerateur
d'ions comme decrit dans le brevet des Etats Unis d'Amerique N O 3 775
216 (A H FRENMROP) Chacune de ces sources est isotrope et emet des
neutrons avec une egale probabilite dans
toutes les directions.
Les neutrons emis par la source 32 diffusent dans les formations 20 et
sont detectes par un detecteur rapproche 34 de neutrons et par un
detecteur eloigne 36 de neutrons thermiques En general, chacun de ces
detecteurs comprend une cathode cylindrique creuse remplie d'un gaz
sensible aux neutrons comme l'helium 3 ou le boron trifluoride Un fil
d'anode (non represente), situe au centre du cylindre, cree un
gradient de tension, au travers du gaz, qui permet aux particules
nucleaires ionisees produites par l'absorption de neutrons par les
noyaux de gaz, de produire des impulsions electriques sur les
electrodes du detecteur Le detecteur eloigne 36, dont le volume est
beaucoup plus eleve que le detecteur proche 34, est rempli de gaz He 3
a une pression superieure pour augmenter sa sensibilite aux neutrons
Cet arrangement de detecteurs de sensibilites differentes co Empense
la diminution exponentielle de
la population de neutrons en fonction de la distance a la source 32.
-8- -9- 1 Un ecran 42 est place de facon classique entre le detecteur
proche 34 et la source 32 pour reduire l'irradiation directe de ce
detecteur par les neutrons de la source, et pour augmenter la
sensibilite de l'appareil a la porosite.
Les detecteurs 34 et 36 peuvent aussi etre adaptes a la detection des
populations de neutrons epithermiques au lieu des neutrons thermiques
Dans ce cas, les detecteurs par ailleurs similaires aux precedents,
comprennent un manchon en cadmium ou en un autre materiau absorbant
les neutrons, de facon a absorber de preference les neutrons d'energie
inferieure a un seuil caracteristique du materiau De plus, par suite
de la diminution des taux de comptage qui se produit dans la detection
des neutrons epithermiques, les detecteurs 34 et 36 peuvent etre
disposes a des distances optimales differentes par rapport a la source
(generalement plus proches que les detecteurs de neutrons thermiques
et peuvent etre maintenus a une presion plus elevee que les
detecteurs de neutrons thermiques.
Les impulsions des detecteurs 34 et 36 sont comptees dans un circuit
approprie (non represente) de facon a engendrer des signaux de taux de
comptage representatifs du nombre, par seconde, de neutrons detectes
par chacun des deux detecteurs Dans une variante, les detecteurs 34 et
36 et leurs circuits associes peuvent elaborer des signaux
representatifs de l'energie totale recue dans les detecteurs
respectifs, laquelle est fonction du taux de coeptage Par souci de
simplification, les signaux elabores par les detecteurs 34 et 36
seront appeles taux de comptage, l'invention n'etant toutefois pas
limitee a de tels signaux Ces signaux sont transmis de facon connue
par le cable 14 a l'instrumentation de surface, apres differents
traitements dependant de l'equipement de
teletransmission utilise dans l'appareil de fond et en surface.
Lorsque l'appareil est deplace le long du sondage, un appareil de
mesure de profondeur 44, sensible au mouvement du cable, fournit une
indication de la profondeur dans le sondage Les signaux des detecteurs
34 et 36, apres transmission en surface, sont convertis, selon les
principes de la presente invention, en representations tangibles de la
porosite sous forme d'une courbe, ou
trace, avec une echelle de profondeur.
-10- l Dans le mode de realisation de la figure 1, les signaux des
detecteurs 34 et 36 proche et eloigne subissent un certain nombre de
corrections Les corrections generalement appliquees aux signaux par
l'element 46 sont des etalonnages des taux de comptage et des
corrections de temps morts On sait que l'appareil de diagraphie doit
etre etalonne par rapport a des conditions standards Un tel etalonnage
est normalement effectue en placant l'appareil dans une formation
etalon en surface et en enregistrant les taux de comptage des
detecteurs que l'on obtient Par consequent, les corrections
d'etalonnage appliquees par l'element 46 aux taux de comptage
provenant des formations tiennent compte de tout changement dans le
comportement de l'appareil tel qu'une diminution de la sensibilite
de detection.
L'autre correction appliquee par l'element 46 est une correction pour
les pertes dues aux temps morts electroniques, du fait que
l'equipement electronique utilise pour compter et transmettre les
impulsions elaborees par les detecteurs en reponse aux neutrons
detectes n'est pas parfait On peut estimer les pertes de taux de
comptage dues a ces defauts electroniques Apres avoir ete quantifiees
(en surface dans des conditions connues) ces pertes dues aux temps
morts peuvent etre utilisees pour corriger les signaux de taux de
comptage transmis aux circuits de traitement 18 depuis l'appareil de
fond Ces corrections ne seront pas expliquees en detail car elles sont
bien connues et ne sont pas une partie
essentielle de l'invention.
Une autre correction appliquee par l'element 46 est une correction de
diametre du sondage Comme indique precedemment, le diametre du sondage
n'est pas uniforme mais peut differer du diametre du trepan pour
diverses raisons Malheureusement, la reponse de l'appareil depend du
diametre du sondage par suite de
l'influernce de la boue sur la population de neutrons.
Dans ce premier mode de mise en oeuvre de l'invention, les signaux de
taux de comptage sont corriges, au fur et mesure, pour les effets de
sondage, de la maniere suivante: Des taux de comptage sont obtenus en
placant l'appareil de diagraphie dans des formations de differentes
porosites pour plusieurs sondages de diametre differents Chaque
ensemble de taux -11- 1 de comptage, pour un certain diametre de
sondage, forme une loi de reponse qui peut etre representee par une
droite si l'on utilise cormmne coordonnees le logarithme des taux de
comptage en fonction de la porosite ( O) elevee a une puissance de
valeur sensiblement egale a 0,5 selectionnee pour obtenir une droite
Si l'on represente a la fois toutes les donnees, on remarque que
chaque ensemble de taux de comptage passe par un point d'intersection
Y avec l'axe des ordonnees (representant le logarithme du taux de
comptage du detecteur pour une formation de porosite nulle) et que
toutes les courbes passent sensiblement par le meme point (point
d'water ou la porosite est de 100 %) Si l'on represente l'intersection
Y de ces ensembles de donnees en fonction du diam'tre du sondage, on
obtient une courbe de reponse qui peut etre exprimee sous forme
quadratique par l'expression Yd = A + d B ( 1) Yd =a+d-c dans laquelle
Y est l'intersection decrite ci-dessus, d est le diametre du sondage,
A, B et C sont des constantes qui correspondent generalement au
logarithme du taux de comptage pour une porosite zero et un diametre
de sondage infini, a la sensibilite de l'appareil au diametre du
sondage et au diametre approximatif de l'appareil. On peut alors
determiner une relation qui represente un simple dchangement
d'echelle, pour convertir le logarithme du taux de comptage pour un
detecteur donne situe dans un sondage de diametre d tel que mesure par
le diametreur 30, en un autre logarithme du taux de comptage que
fournirait le detecteur s'il etait place dans un sondage etalon de
diametre standard ( 20 cm par exemple) Ainsi, l'element 46 convertit
les signaux de taux de comptage deja corriges pour l'etalonnage et les
temps morts selon la relation suivante: CRC = C Ro = (CR C Ro) (Yo -C
Ro) ( 2) dans laquelle: C Rc est le logarithme du taux de comptage du
detecteur (proche ou eloigne) converti pour un sondage standard de 20
cm; C Ro est le logarithme du taux de comptage du detecteur pour % de
porosite et un sondage de 20 cm; CR est le logarithme du taux de
comptage du detecteur dans un sondage de diametre d tel que mesure par
le diamitreur 30; -12- 1 Y est le logarithme du taux de comptage du
detecteur dans un sondage standard de 20 cm et pour une porosite
nulle; Yd est le logarithme du taux de comptage du detecteur dans un
sondage de diametre d et pour une porosite nulle, cette valeur pouvant
etre obtenue par l'equation ( 1). Apres correction des taux de
comptage par l'element 46, les signaux corriges (Nc et Fd) sont
utilises dans l'element 48 pour determiner une valeur de la porosite
delivree des effets de l'ecartement de la paroi du sondage Cette
determination s'effectue
sans avoir a mesurer expressement la valeur de cet ecartement.
On a trouve que l'appareil neutron-neutron a une reponse dont les
caracteristiques, une fois bien comprises, permettent cette
determination de porosite (ou d'une autre caracteristique des
formations) Plus precisement, on peut determiner une loi de reponse
ideale de l'appareil en fonction des variations de porosite en termes
de taux de comptage des detecteurs proche et eloigne Cette loi de
reponse ideale est determinee soit experimentalement soit par des
calculs statistiques, en gardant constants tous les elements de
l'environnement de la mesure comme la water, le diam-tre du sondage,
l'ecartement de la paroi, l'epaisseur de cake de boue, la lithologie,
l'epaisseur de tubage et de ciment dans le cas d'un sondage tube etc
En d'autres termes, lorsque tous les effets d'environnement sont
maintenus constants, il existe, pour un appareil donne, une seule
paire de valeurs des taux de comptage des detecteurs proche et eloigne
pour chaque valeur de porosite On a represente en 56 sur la figure 2
une telle loi de reponse ideale de l'appareil, en termes de
logarithmes des taux de comptage, pour un sondage. On a aussi trouve
que, pour chaque valeur de porosite (ou d'autre caracteristique des
formations), les deux valeurs des taux de comptage des detecteurs
varient, en fonction des variations d'un effet d'un element
d'environnement comme l'ecartement de la paroi, d'une facon qui
definit une loi de reponse differente de l'appareil, des exemples
etant representes en 58, 58 ', 58 " et 58 "' Comme on peut le voir,
les lois de reponse aux effets d'environnement passent
toutes par un point de concours 60.
-13- 1 Cette propriete du comportement de l'appareil neutron-neutron
est utilise, selon l'invention, pour obtenir une valeur de porosite
debarrassee des effets d'ecartement de la paroi, meme si les taux de
comptage en sont affectes et bien qu'aucune mesure de cet ecartement
ne soit effectuee. En reference a la figure 2, on peut voir comment
appliquer
ce phenomene pour obtenir une telle valeur corrigee de la porosite. Le
point 62 represente des taux de comptage Nc et Fc du detecteur proche
et eloigne, tels qu'ils ont ete obtenus au moyen de l'appareil
neutronneutron dans une formation de porosite inconnue et avec un
ecartement de la paroi inconnu Les corrections de diametre du sondage,
d'etalonnage, et de temps morts ont deja ete effectuees de sorte que N
et Fc sont des taux de comptage rapportes a un sondage standard de 20
cm de diaffatre La loi de reponse ideale 56 et les coordonnees No, F O
du point de concours des lois de reponse a l'environnement 58, ont ete
determinees, comme explique precedemmrent, d'une part en faisant
varier la porosite avec des ecartements de la paroi constants, et
d'une part en faisant varier l'ecartement de la paroi pour des
porosites constantes Graphiquement, la porosite corrigee (O) peut etre
cor determinee en tracant une droite passant par les points 60 et 62
en determinant le point 64 de coordonnees N et F o cette droite coupe
la courbe de reponse ideale 56 Mathematiquement cette methode
graphique est equivalente a la resolution du systeme des deux
equations suivantes definissant les deux courbes 56 et 58 ':
F = A'(N)2 + B'N + C' ( 3)
dans laquelle A', Bl et C' sont des constantes obtenues par une
approximation quadratique de la courbe 56 de reponse ideale, et (c
N-N) / (FC-F) = (N -N) /(F -F) ( 4) tous les taux de comptage etant
exprimes sous la forme de leurs logarithmes. Apres avoir determine N
et F, on peut utiliser la loi de reponse ideale ci-dessus pour
determiner la porosite corrigee (c'est a dire debarrassee des effets
d'ecartement de la paroi) Une equation susceptible d'etre utilisee est
la relation habituelle du rapport des taux de comptage mentionnee
precedemment lors de la discussion de l'art anterieur c =f (Ne) ( 5)
cor -14- 1 On peut voir, que dans certains cas, du fait de la pente
des courbes 58, une faible erreur sur le point 62 (Nc, V conduira a
une erreur importante sur N, F et, par consequent, sur la porosite
corrigee d De telles erreurs sur les taux de cor comptage, et
notamment sur F c, sont previsibles du fait de la nature statistique
de la physique de l'appareil neutron-neutron Il est donc souhaitable
de prevoir un lissage, ou filtrage, de la
diagraphie resultants de porosite.
Ce filtrage s'effectue dans l'element 50 Un sous-produit
de l'etape de filtrage est la determination de l'ecartement (S O).
Pour stabiliser, ou lisser, la diagraphie de porosite, on profite du
fait que le detecteur proche, qui a un taux de comptage beaucoup plus
eleve que le detecteur eloigne, est beaucoup moins influence par la
nature statistique de processus Par consequent, l'incertitude ou
erreur statistique introduite dans la determination de if est due
principalement au taux de comptage du detecteur eloigne Cependant, une
valeur de porosite determinee uniquement a partir du taux de comptage
du detecteur proche serait tres
influencee par l'ecartement de la paroi.
De plus, on utilise la supposition selon laquelle les variations
d'ecartement en fonction de la profondeur devraient etre faibles si
les variations de diametre du sondage sont faibles En d'autres termes,
on suppose qu'il y a peu ou pas de variations d'ecartement de la paroi
si le sondage a un diametre relativement
constant.
A partir de ces suppositions, une technique de lissage ou de filtrage
peut etre la suivante Tout d'abord, dans l'equation ( 3) on prend N*
egal a N et l'on determine FN, taux de c N comptage du detecteur
eloigne qui correspondrait au taux de comptage NV avec un ecartement
nul de la paroi A partir du point 66 (Nc, FN) de la figure 2, on peut
determiner une valeur de porosite appelee porosite du detecteur proche
-% en utilisant la relation ( 5) mentionnee precedemment fie=f (Nc/N)
Ensuite, Xcor ou 4 W est determine Sur la figure 2, on constate que 4
f peut etre lie a l'ecartement de la paroi (S O) par une relation: S.o
= g( 49, ") ( 7) -15-
1 qui peut etre determinee empiriquement pour l'appareil neutron-
neutron. De plus la relation inverse A/ = f (S O, ON) ( 6) peut aussi
etre determinee empiriquement La connaissance de l'equation ( 6) et de
la valeur de Et trouvee ci-dessus permet de determiner une valeur de
l'ecartement de la paroi (S O) pour le
point considere.
La supposition selon laquelle l'ecartement de la paroi
change peu si le diametre du sondage varie peu, entre alors en jeu.
L'element 50 prend la derivee de la lecture de diametre par rapport a
la profondeur Si cette derivee a une valeur faible, l'ecartement de la
paroi (S O) determine pour plusieurs profondeurs sur un intervalle du
sondage, est lisse sur un intervalle de profondeurs determine, de
facon que cet ecartement (S O) ne puisse pas varier rapidement
L'agitation provoquee par les statistiques sur le taux de comptage du
detecteur eloigne est eliminee par filtrage de cette facon D'autre
part, si la derivee a une valeur importante, l'ecartement de la paroi
n'est pas lisse aussi fortement, permettant ainsi des variations plus
rapides de cet ecartement comme on s'y
attend par suite des variations de diametre de sondage.
Une technique de filtrage susceptible d'etre utilisee avantageusement
est une technique de moyenne moderee, les coefficients de ponderation
des points qui contribuent au calcul de cette moyenne etant obtenus,
par la derivee de la lecture de diameetre Cette technique a l'avantage
de la simplicite mais on peut utiliser de nombreux autres filtrages
adaptifs avec autant ou plus de succes Un filtre adaptatif de Kalman
pourrait etre interessant pour cette application bien qu'il soit plus
complexe et plus difficile a mettre en oeuvre De toute facon,
l'invention concerne
n'importe quel type de filtre convenable.
Apres avoir determine une valeur lissee de l'ecartement (S.O S), on
utilise l'equation ( 7) de la fonction inverse pour determiner une
valeur filtree de b 'r qui, ajoutee a la porosite I du detecteur
proche, produit la valeur vraie de la porosite AT Cette porosite, qui
depend d'une valeur filtree de l'ecartement, comporte aussi des
variations statistiques reduites et
correspond par consequent a une valeur amelioree et lissee.
13387
-16- 1 La figure 4 represente, sous forme d'un organigramme, les
etapes precedemment decrites et leurs relations mutuelles.
Les taux de comptage N et F des detecteurs sont tout d'abord corriges
pour les pertes de temps morts dans le bloc 68, puis etalonnes dans le
bloc 70 Ces taux de comptage sont ensuite corriges pour les effets du
diametre du sondage dans le bloc 72 en reponse a la mesure provenant
du diametre Cette correction donne les valeurs N et Fc equivalentes
aux taux de comptage effectifs
que l'on obtiendrait dans un sondage standard de 20 cm de diametre.
Les valeurs Noc et FC sont ensuite appliquees au bloc 74 dans lequel
on resout le systeme d'equations impliquant les logarithmes des taux
de comptage et representant d'une part la loi de reponse ideale de
l'appareil pour une porosite variable et, d'autre part, la loi de
reponse de l'appareil pour un ecartement variable de la paroi, afin de
trouver les taux de comptage N et F situes sur la courbe de reponse
ideale et corriges pour les
effets d'ecartement.
Le bloc 78 convertit ensuite les taux de comptage N et F en une valeur
de porosite corrigee Jcor au moyen d'une relation determinee
empiriquement entre cette porosite corrigee et
* *
le rapport des taux de comptage N et F Parallelement, le bloc 76
utilise la relation empirique qui exprime la loi de reponse ideale de
l'appareil, pour determiner un taux de comptage FN de detecteur
eloigne que l'on obtiendrait pour un taux de comptage du detecteur
proche egal a N et sans ecartement de la paroi Dans le bloc 80, on
convertit les taux de * comptage N et FN en une valeur de porosite 4
en utilisant c N N
la relation entre la porosite et le rapport des taux de comptage.
Dans le bloc 82, on soustrait la valeur corrigee de porosite Jcor
obtenue dans le bloc 78 a la valeur O obtenue dans le bloc 80 afin
d'obtenir leur difference W. Le bloc 86 utilise ensuite une relation
entre l'ecartement de la paroi et la porosite et, en reponse a la
difference de porosite, donne une valeur effective (S O) de
l'ecartement de la paroi Cette relation peut etre determinee
empiriquement en faisant fonctionner l'appareil dans les formations de
porosite connues et
dans des conditions connues d'ecartements de la paroi.
-17- 1 Les etapes ci-dessus sont effectuees pour un certain nombre
de profondeurs, et les resultats sont stockes dans une memoire 88.
Ensuite, la derivee de la mesure de diametre fournie par le bloc 84
est utilisee comme entree d'un processus de filtrage effectue dans le
bloc 90 pour fournir une valeur lissee de l'ecartement (S O S). Comme
mentionne precedemment, la fonction de filtrage peut etre un calcul de
moyenne ponderee ou un autre calcul comme par exemple un
filtrage adaptatif de Kalman.
Les valeurs obtenues de l'ecartement sont ensuite enregistrees dans
l'enregistreur 54 pour obtenir une representation tangible de cet
ecartement en fonction de la profondeur Les valeurs d'ecartement sont
aussi appliquees au bloc 92 dans lequel on utilise la fonction inverse
entre l'ecartement et l'ecart de porosite pour obtenir les ecarts de
porosite lisses A&#x003C; Cet ecart A&#x003C; est s s ensuite combine
(bloc 94) avec la porosite O provenant du bloc pour obtenir une
indication qui represente la porosite vraie T de la formation Les
valeurs de porosite vraie sont transmises a l'enregistreur 54 pour
obtenir une representation tangible de
cette porosite en fonction de la profondeur.
En reference maintenant aux figures 3 et 5, on va decrire un deuxieme
mode de mise en oeuvre de l'invention en ce qui concerne l'element 48
' La figure 5 represente le procede de l'invention
applique a un sondage tube comportant un tubage 40 et du ciment 38.
Dans ce deuxieme mode de realisation, on met a profit la possibilite
de determiner empiriquement une loi de reponse ideale de l'appareil
pour chaque dimension de tubage ou de sondage de sorte qu' il n'est
pas necessaire d'effectuer les corrections decrites precedemment La
figure 3 montre une famille de courbes de reponse ideales 56, 56 ', 56
" et 56 "' qui correspondent respectivement a des tubages ou
sondages de diametre nominal egal a 20, 25, 15 et 10 cm.
Chaque courbe de reponse ideale a une famille correspondante de lois
de reponse 58 aux effets d'environnement (par exemple l'ecartement de
la paroi) Pour simplifier la figure, seule a ete representee la
famille de courbes correspondant a la reponse
ideale 56 ' c'est-a-dire pour un sondage ou tubage de 25 cm.
-18- 1 Dans l'element 48 ', on utilise le diametre interne connu du
tubage, ou la mesure de diametre du sondage ou tubage, pour
selectionner la reponse ideale qui convient, ainsi que sa famille de
reponses aux effets d'environnement L' utilisation de cette reponse
selectionnee compense les variations de taux de comptage dues aux
effets des differents tubages ou sondages Pour le reste, ou utilise la
mene procedure que celle precedemment decrite en reference aux figures
2 et 4, a l'exception des corrections d'effets du sondage ou du tubage
Si le dianetreur indique une mesure de diametre du sondage comprise
entre deux des diametres pour lesquels des courbes de reponse ideales
ont ete realisees, on peut employer une technique
d'interpolation bien connue des specialistes.
L'invention n'est, bien entendu, pas limitee aux modes de mise en
oeuvre qui viennent d'etre decrits Notamment, la porosite n'est qu'un
exemple d'une caracteristique des formations susceptible d'etre
determinee De meme, l'ecartement de la paroi n'est qu'un
exemple d'un effet d'environnement susceptible d'etre traite.
D'autres effets d'environnement peuvent etre, notamment mais non
exclusivement, l'epaisseur de cake de boue, l'epaisseur de tubage et
de ciment, la qualite d'un manchon de gravier, et la salinite du
fluide D'autre part, il est aussi possible d'utiliser l'invention pour
des signaux provenant de detecteurs de rayons gamma ou sur des signaux
representatifs de l'energie totale recue par les detecteurs, pourvu
que les particules detectees proviennent d'interactions entre les
neutrons emis par la source et les noyaux des materiaux situes a
proximite des detecteurs Ces neutrons peuvent etre emis par une source
chimique ou a accelerateur Enfin, les figures 2 et 3 et la
description ont mentionne, pour le traitement, les logarithmes des
taux de comptage qui n'ont rien de critique pour la mise en oeuvre de
l' invention et ne doivent pas etre consideres, par consequent,
comme une limitation de cette mise en oeuvre.
-19 2513387
Claims
_________________________________________________________________
REVENDICAT IONS
1 Procede pour determiner une caracteristique des formations
souterraines corrigee pour l'effet d'au moins un element
d'environnement lors de l'etude de ces formations dans un sondage qui
les traverse, comprenant l'etape consistant a produire des premier et
deuxieme signaux respectivement representatifs de la reponse de deux
detecteurs a des interactions entre des neutrons emis et les noyaux
des materiaux se trouvant autour et dans le sondage, caracterise en ce
qu'il comprend en outre les etapes suivantes: predeterminer une loi de
reponse ideale non affectee par ledit effet d'environnement, en
fonction de ladite caracteristique des formations, ladite loi de
reponse etant exprimee en termes desdits premier et deuxieme signaux
et -en reponse auxdits premier et deuxieme signaux et a ladite loi de
reponse ideale, elaborer un signal representatif de la caracteristique
des formations corrige pour au moins ledit effet d'environnement. 2
Procede selon la revendication 1, caracterise en ce que l'etape
d'elaboration du signal corrige consiste a: predeterminer une loi de
reponse a ladite caracteristique, en fonction des variations dudit
effet d'environnement, ladite loi etant exprinee en termes desdits
premier et deuxieme signaux; et en reponse auxdits premier et deuxieme
signaux, a ladite loi de reponse ideale, et a ladite loi de reponse en
fonction des variations de l'effet d'environnement, elaborer un signal
representatif de la caracteristique des formations, corrige pour au
moins ledit effet d'environnement.
3 Procede selon l'une des revendications 1 ou 2,
caracterise en ce que l'on produit un troisieme signal representatif
du diametre du sondage, et en ce que l'etape de predetermination d'une
loi de reponse ideale est effectuee pour plusieurs valeurs de
diametres de sondages.
-20- 1 4 Procede selon la revendication 2, caracterise en ce que l'on
produit un troisieme signal representatif du diametre du sondage, et
en ce que l'etape de predetermination de la loi de reponse en fonction
de l'effet d'environnement est effectuee pour plusieurs valeurs de
diamretres de sondages.
Procede selon l'un des revendications 1 a 4, caracterise
en ce que ladite caracteristique des formations est la porosite.
6 Procede selon l'une des revendications precedentes,
caracterise en ce que ledit element d'environnement est l'ecartement
des detecteurs par rapport a la paroi du sondage.
7 Procede selon l'une des revendications 1 a 5,
caracterise en ce que ledit element d'environnement est l'etat du
ciment et du tubage dans le sondage.
8 Procede selon l'une des revendications 1 a 5,
caracterise en ce que ledit element d'environnement est le diametre
du sondage.
9 Procede selon l'une des revendications 3 ou 4,
caracterise en ce qu'il comprend l'etape consistant a modifier lesdits
premier et deuxieme signaux en reponse audit troisieme signal pour
normaliser lesdits signaux a des conditions de diametre de sondage
equivalentes a celles pour lesquelles la loi de reponse
ideale est predeterminee.
Procede selon l'une des revendications 3 ou 4,
caracterise en ce qu'il comprend les etapes suivantes: produire un
signal representatif de la valeur effective de l'element
d'environnement; et filtrer ledit signal representatif de la valeur
effective de l'element d'environnement pour elaborer un signal filtre
en
reponse audit signal representatif du diametre du sondage.
1338 7
-21- 1 11 Procede selon la revendication 10, caracterise en ce qu'il
comprend des etapes de predetermination de la caracteristique
des formations en reponse audit signal filtre.
12 Procede selon la revendication 10, caracterise en ce que ladite
etape de filtrage consiste a effectuer un filtrage adaptatif du signal
representatif de la valeur effective de l'element d'environnement en
reponse a la derivee du signal
representatif du diametre du sondage.
13 Procede selon l'une des revendications
precedentes, caracterise en ce que lesdits premier et deuxieme signaux
sont representatifs de l'energie totale recue respectivement
par les deux detecteurs.
14 Dispositif de prospection des formations souterraines traver es par
un sondage, pour determiner une caracteristique des formations
corrigee pour l'effet d'au moins un element d'environnement lors de
l'etude des formations, comprenant un appareil de diagraphie neutron
adapte a etre deplace dans le sondage pour irradier les formations de
neutrons, ledit appareil comprenant une source de neutrons et deux
detecteurs espaces de la source de distances differentes pour produire
des premier et deuxieme signaux representatifs des interactions entre
lesdits neutrons et les noyaux des materiaux au voisinage des
detecteurs, caracterise en ce qu' il comprend: des moyens de
memorisation pour garder en memoire une loi de reponse ideale de
l'appareil a ladite caracteristique, cette loi de reponse exprimee en
termes desdits premier et deuxieme signaux, etant independante dudit
effet d'environnement; et des moyens sensibles auxdits premier et
deuxieme signaux et a ladite loi de reponse ideale, pour elaborer un
signal representatif de la caracteristique des formations corrige pour
l'effet d'environnement.
-22- 1 15 Dispositif selon la revendication 14, caracterise en ce que
lesdits moyens de memorisation comprennent des moyens pour garder en
m'moire une loi de reponse predeterminee dudit appareil a ladite
caracteristique, cette loi de reponse predeterminee, exprimee en
termes desdits premier et deuxieme signaux, etant fonction des
variations dudit element d'environnement; lesdits moyens d'elaboration
du signal corrige etant aussi sensibles a ladite loi
de reponse predeterminee fonction de l'environnement.
16 Dispositif selon l'une des revendications 14 ou 15,
caracterise en ce qu'il comprend des moyens pour produire un troisieme
signal representatif du diamntre du sondage; et en ce que lesdits
moyens de memorisation sont adaptes a stocker des lois de reponse
ideales a ladite caracteristique; predeterminees pour
plusieurs diametres de sondages differents.
17 Dispositif selon la revendication 15, caracterise en ce qu'il
comprend des moyens pour produire un troisieme signal representatif du
diametre du sondage; et en ce que lesdits moyens de memorisation sont
adaptes a stocker des lois de reponse predeterminees fonction de
l'effet d'environnement pour plusieurs
diametres de sondages differents.
18 Dispositif selon le revendication 14, caracterise en ce qu'il
comprend: des moyens pour determiner le diametre du sondage; et des
moyens pour modifier lesdits premier et deuxieme signaux en reponse au
diametre du sondage afin de normaliser lesdits signaux a un diamxtre
de sondage standard equivalent a celui pour
lequel la loi de reponse ideale est determinee.
19 Dispositif selon l'une des revendications 16, 17 ou 18,
caracterise en ce qu'il comprend: des moyens pour produire un signal
representatif de la valeur dudit element d'environnement; et -23- 1
des moyens pour filtrer ledit signal d' element d'environnement pour
elaborer un signal filtre en reponse audit
signal representatif du diametre du sondage.
20 Dispositif selon la revendication 19, caracterise en ce qu' il
comprend des moyens pour determiner la caracteristique des
formations en reponse audit signal filtre.
21 Dispositif selon la revendication 19, caracterise en ce que lesdits
moyens de filtrage sont adaptes a effectuer un filtrage adaptatif
dudit signal representatif de la valeur de l'element
d'environnement en reponse a la derivee dudit troisiame signal.
? ?
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