Développement d’une sonde de diagraphie diélectrique par propagation électromagnétique

Development of a dielectric logging tool based on electromagnetic propagation

• Auteur / Autrice : Matthieu Simon
• Direction : Pierre Saguet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Optique et radiofréquence
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Grenoble INPG
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : Schlumberger Riboud product center (Clamart, Hauts-de-Seine)
• Jury : Président / Présidente : Marc Hélier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Martin Lüling, Laurent Mossé
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marc Hélier, Christian Pichot

Mots clés

Mots clés contrôlés

Pétrologie

Antennes hyperfréquences

Micro-ondes

Diélectriques

Applications industrielles

Diagraphies électriques

Mots clés libres

Diagraphie

Diélectrique

Microondes

Antenne

Dipôle magnétique

Pétrophysique

Wireline logging

Dielectric

Microwaves

Antenna

Magnetic dipole

Petrophysics

Résumé

Cette thèse s'inscrit dans le cadre d'un projet industriel, dans le domaine de l'exploration pétrolière. Il a pour but le développement d'une sonde de diagraphie permettant une meilleure caractérisation des réservoirs. La sonde est descendue dans des puits, son objectif étant la mesure des propriétés diélectriques des roches, porteuses d'informations pétrophysiques, dans une bande de fréquence allant de 100 MHz à 1 GHz. Le principe de la mesure est basé sur la propagation d'ondes électromagnétiques. Les signaux sont émis et reçus par un réseau d'antennes disposées sur un patin métallique. Ces antennes sont assimilées à des dipôles magnétiques tangentiels, avec deux polarisations. La sonde utilise une mesure différentielle pour déterminer la longueur d'onde et l'épaisseur de peau du milieu, et donc ses propriétés diélectriques. Une étude théorique et expérimentale a permis la réalisation d'antennes blindées assimilables à des dipôles magnétiques purs. Des prototypes, comprenant le réseau d'antennes et l'électronique hyperfréquence associée ont été réalisés. Leur réponse a été analysée au laboratoire ou en conditions réelles, dans des puits, avec une précision conforme aux spécifications. Ces études ont finalement permis de prouver la faisabilité de cette mesure.

The topic of this thesis was inspired by an engineering project in the oil industry. The challenge is the development of a formation-evaluation measurement that determines the water content of rocks and other petrophysical features in hydrocarbon-bearing formations. The measurement uses electromagnetic propagation signals between 100 and 1000 MHz to determine the dielectric constant of rocks around a well, as the sonde is moved along a hole through these rocks. The sonde deploys an array of tangential magnetic dipole antennas with two polarizations in a metal housing. The sonde uses a differential measurement to determine the wavelength and skin depth of the signal and that way the dielectric permittivity and electric conductivity of the surrounding medium. These dual-polarization antennas were designed by detailed modeling simulations and were characterized in extensive laboratory experiments. The good agreement between theoretical and experimental studies helped to identify and then eliminate parasitic radiation modes and provide a pure magnetic-dipole radiator. The optimized individual antennas were integrated into prototype arrays that successfully completed field trials with quantitative results that were independently confirmed and reached the expected accuracy and dynamic performance specifications.