Brevet FR2036754A1 — publié le 19701231

La présente invention, due aux travaux de M. Regis PELET et de M. Jean DOUZON, dans le cadre de la coopération de la société SAPHYMO-SRAT et de l'institut Français du Pétrole, des Carburants et Lubrifiants, concerne un nouveau procédé d'analyse du rayonnement g naturel des formations géologiques traversées par un sondage. Ce procédé est aussi applicable à l'analyse d'un rayonnement ff induit par une sonde, dans le cas où l'activité de ce rayonne- ment est comparable à celle du rayonnement g naturel. L'invention concerne aussi l'appareillage nécessaire à la mise en oeuvre du procédé. Les rayons g sont des impulsions électromagnétiques de haute éner-gie (entre 0,1 et 10 millions d'électrons-Volts ou MeV) qui sont émises spontanément par les éléments radioactifs contenus dans les formations sédimentaires, lors de la désintégration des noyaux de ces éléments. Des diagraphies des rayons g naturels peuvent être effectuées en déplaçant dans un puits une sonde comportant un dispositif de détection constitué d'un détecteur à scintillations connecté à un dispositif photomultipli cateur. Le compteur à scintillations est composé d'un cristal transparent qui. pqssède la propriété d'émettre, lorsqu'il absorbe un photon Y , un éclair lumineux d'intensité porportionnelle à l'énergie du photon W absorbé. Ce photon est détecté par le dispositif photomultiplicateur et il en résulte l'apparition d'une impulsion électrique correspondante dans lé circuit anodique de ce dispositif. La fréquence moyenne des rayons g naturels es en général de quel ques unités à quelques dizaines par seconde. Les impulsions électriques ainsi produites sont, par l'intermédiaire d'un câble, transmises à la surface où l'on peut compter le nombre total d'impulsions reçues au cours d'un intervalle de temps fixé, ou encore établir un spectre du rayonnement Y f naturel, représentant pour différentes longueurs d'onde de ce rayonnement, le nombre total d'impulsions reçues dans l'intervalle de temps considéré, l'interprétation de ce spectre fournissant des renseignements sur les caractéristiques des formations géologiques traversées par le sondage. Malheureusement la transmission par un câble dont la longueur peut dépasser 1 000 mètres a pour effet de déformer considérablement l'impulsion électrique de courte durée (l à 3 microsecondes) apparaissant dans le circuit anodique du photomultiplicateur à la réception d'un rayon g par la sonde, ce qui rend sans signification toute mesure d'amplitude pouvant hêtre effectuée en surface sur les impulsions électriques transmises par le câble L'objet de l'invention est par suite de fournir un procédé et un appareillage permettant de déterminer avec précision, depuis une station de mesure reliée à la sonde par un câble, l'amplitude de ces impulsions électriques de faible durée correspondant aux rayons ç reçus par la sonde. Cet objectif est atteint selon l'invention par un procédé combinant les deux étapes suivantes a) on produit dans la sonde à partir de chaque impulsion électrique émanant du dispositif de détection, un signal allongé en forme de créneau dont la hauteur est fonction de l'amplitude de la dite impulsion, ce créneau étant transmis à la station de mesure par l'intermédiaire dudit câble, b) on détermine à ladite station de mesure la hauteur du créneau reçu, représentative de l'amplitude de ladite impulsion, exclusivement pendant un intervalle de temps d'échantillonnage, durant lequel la hauteur dudit créneau reçu reste sensiblement constante, cet intervalle correspondant à une partie dudit créneau non affectée par la transmission le long du câble. Un appareillage pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention se caractérise en ce qu'il comporte en combinaison les éléments suivants a) dans ladite sonde, des moyens d'allongement desdites impulsions électriques, pouvant comporter un dispositif à mémoire connecté auxdits moyens de détection et recevant de ceux-ci une impulsion électrique à la ré ception d'un rayon r par la sonde, ledit dispositif à mémoire délivrant une tension électrique en forme de créneau ayant une hauteur fonction de l'amplitude de crête de ladite impulsion reçue et étant connecté au câble de transmission, des moyens de définition de la duree dudit créneau connectés audit dispositif à mémoire des moyens de remise à zéro automatique dudit dispositif à mémoire après un intervalle de temps fixé correspondant à la durée dudit créneau, lesdits moyens de remise à zéro étant également connectés audit dispositif à mémoire, b) à la station de mesure des moyens d'échantillonnage de chaque créneau reçu, connectés à des moyens de mesure de la hauteur-de ce créneau, lesdits moyens d'échantillonnage étant adaptés à isoler une partie dudit créneau dans laquelle la hauteur du créneau reste sensiblement constante. Lesdits moyens d'échantillonnage en surface pourront être constitués par un dispositif du type porte recevant ledit créneau, ce dispositif étant adapté à permettre le passage du créneau vers lesdits moyens de mesure exclusivement après écoulement d'un intervalle de temps prédéterminé après le début de réception du créneau à la station de mesure et pendant une durée d'échantillonnage fixée. Ledit dispositif à mémoire pourra comportor au moins une capacité électrique chargée à un potentiel sensiblement proportiQnIiel à l'amplitude de crête de l'impulsion électrique émanant desdits moyens de détection. Selon un mode tout particulièrement préféré de réalisation de I' inven- tion, permettant d'éviter une accumulation de signaux parasites ne correspondant pas à des rayons g , dans ledit dispositif à mémoire, l'appareillage comportera, en combinaison avec des moyens de fixation d'un seuil d'amplitude minimal pour lesdites impulsions émanant desdits moyens de détection, des moyens de maintien à zéro dudit dispositif à mémoire entre la fin de chaque créneau et l'instant de production d'une nouvelle impulsion d'amplitude supérieure audit seuil par lesdits moyens de détection, lesdits moyens de maintien à zéro étant connectés auxdits moyens de définition de la durée des créneaux et étant mis hors-circuit par ces derniers moyens exclusivement pendant la durée de chaque créneau. Dans le cas où ledit dispositif à mémoire est constitué d'au moins une capacité, lesdits moyens de maintien à zéro pourront comporter un oscilla teur de fréquence très inférieure à celle des rayons y pour la décharge pério- dique de ladite capacité, connecté à celle-ci par l'intermédiaire d'un dispositif du type porte "ou exclusif" à deux entrées dont l'une est reliée au dit oscillateur et l'autre aux dits moyens de définition de la durée des créneaux. Un exemple de réalisation de l'invention, n'ayant aucun caractère limitatif, est décrit ci-après en se référant aux dessins annexés où - la figure 1 illustre de façon schématique la partie de l'appareil lagè incorporé à la sonde, - la figure 2montre la partie de cet appareillage située à ia station de mesure à la surface du sol. Sur la figure 1, on a désigné par la référence 1 les moyens de détection des rayons ff pouvant être constitués par un ensemble scintillateurphotomultiplicateur d'un type connu. Les impulsions de courant électrique apparaissant dans le circuit anodique du photomultiplicateur sont transmises à un dispositif à mémoire 2, qui dans cet exemple est supposé être une capacité électrique, par l'intermédiaire d'un conducteur 3, à travers une porte 4. Des moyens de fixation d'un seuil minimal d'énergie pour les impulsions électriques sortant de la porte 4, permettent de ne retenir que les impulsions dont l'énergie correspond à l'énergie minimale des rayons analysés. Le seuil minimal d'énergie est fixé par exemple à 5 kiloélectronsvolts (ou keV), cette valeur n'ayant bien entendu aucun caractère limitatif. Dans l'exemple considéré ces moyens de fixation d'un seuil d'énergie sont constitués par un générateur de courant 5 injectant en permanence dans l'anode du photomultiplicateur un courant électrique dtintensité correspondant au seuil d'énergie fixé: la-capacité -2 ne reçoit alors que les impulsions de courant dont l'amplitude est supérieure à cette intensité de seuil. Ces impulsions électriques G, dont chacune correspond à la réception d'un rayon tr par la sonde, ont une durée faible (1 à 3 microsecondes) et parviendraient en surface très déformées et par suite inutilisables pour des mesures d'amplitude si elles étaient transmises sous cette forme à travers le câble 7 reliant la sonde à la station de mesure en surface. La tension électrique apparaissant entre les bornes de la capacité constituant le dispositif à mémoire 2 est fonction de l'amplitude de l'impulsion ou plus exactement de la différence entre l'amplitude de l'impulsion électrique émanant des moyens de détection 1 et celle du seuil fixé par le générateur 5. Cette tension amplifiée par l'amplificateur 8 à haute impédance d'entrée est selon l'invention transformée en un créneau de tension 9 de hauteur fonction de l'amplitude de celle-ci (de préférence proportionnelle à cette valeur) et de longueur ou durée suffisamment grande (par exemple 50 ou 100 microsecondes; ces valeurs n'ayant naturellement aucun caractère limitatif) pour qu'après transmission de ce créneau (créneau 10 de la figure 2) par le câble 7, il subsiste une portion de ce créneau, de durée t2, dans laquelle l'amplitude du créneau est sensiblement constante et représentative de l'impulsion de tension apparaissant aux bornes de la capacité 2. La durée du créneau 9 qui est choisie en fonction notamment des caractéristiques du câble 7 est fournie par la porte ll de sortie de la sonde, interposée entre l'amplificateur 8 et le câble de transmission 7.L'ouverture de cette porte et la fermeture de la porte 4 sont commandées par une bascule monostable 12 déclenchée par une impulsion sortant de la porte 4. De cette façon, pendant toute la durée du créneau des impulsions parasites ne peuvent être reçues par la porte 4. obtenue La fin du créneau/par fermeture de la porte 11, est commandée par la bascule monostable 12 après un intervalle de temps définissant la largeur du créneau et fixé par le "retard" de la bascule 12. Cette fermeture de la porte Il s'accomFagne de la réouverture de la porte 4, ce qui permettra la réception de nouvelles impulsions par la capacité 2. Au même instant la bascule monostable actionne par l'intermédiaire d'un dispositif du type porte OU 13 des moyens 14 de remise à zéro du dispositif à mémoire 2 par décharge de la capacité constituant ce dispositif. L'appareillage comporte également des moyens de maintien à zro de la tension aux bornes de la capacité 2 entre la fin de chaque créneau et l'instant de réception d'une nouvelle impulsion 5. Dans ltexemple -illustré, ces moyens comportent-un oscillateur 15 à basse fréquence qui actionne périodiquement le dispositif 14 de remise à Zf ro de 2 par ltintermédiaire de la porte OU 13, exelusivement en dehors des inter- valves de durée des créneaux de tension ci-dessus définis, grâce à une porte 16 du type OU exclusif interposée entre l'oscillateur 15 et la porte OU 13 et commandée par la bascule monostable 12 par l'intermédiaire du conducteur 17. Les créneaux 10 reçus en surface sont transmis à des moyens 18 de mesure de leur amplitude, par des moyens d'échantillonnage ne permettant à la mesure d'être effectuée après amplification du créneau 10 en 19, que pendant l'intervalle de temps t2 ci-dessus défini. Dans l'exemple considéré ces moyens comportent une porte 20 adaptée à n'être ouverte que pendant l'intervalle de temps't2 (par exemple d'environ 5 microsecondes) fixé par le redard d'une bascule monostable de commande 21 connectée au câble 7 par l'intermédiaire d'une autre bascule monostable, -la bascule 22, dont le retard tl, définit le retard tl d'ouverture de la porte 20 par rapport à l'instant de réception du front du créneau. Entre le câble 7 et la bascule 22 est connecté un circuit de mise en forme 23, fournissant à partir du front du créneau 10 une impulsion de déclenchement de la bascule monostable à retard 22. Dans ces conditions la mesure d'amplitude effectuée sur le créneau 10 dans l'intervalle de temps t2 est représentative de l'amplitude de l'impulsion 6 initiale, puisque le retard tl est choisi pour que la tension puisse se stabiliser sur la ligne avec la disparition des oscillations parasites dues au régime transitoire. Par ailleurs l'utilisation de l'oscillateur basse fréquence 15 qui décharge périodiquement la capacité 2 permet de diminuer les risques d'erreurs dues à des fuites de courant incontrôlables dans l'appareillage et augmente sifflnal par suite le rapport bruit de fond dans les mesures effectuées en surface. REVENDICATIONS 1 - Procédé d'analyse du rayonnement bu des formations géologiques traversées par un sondage, mettant en oeuvre une sonde munie de moyens de détection adaptés à faire correspondre des impulsions électriques aux rayons 6 détectées, ladite sonde étant reliée à une station de mesure par un câble de transmission, ce procédé étant caractérisé par la combinaison des étapes suivantes a) on produit dans la sonde, à partir de chaque impulsion électrique émanant desdits moyens de détection, un signal allongé en forme de créneau dont la hauteur est fonction de l'amplitude de ladite impulsion, ce créneau étant transmis à ladite station de mesure par l'intermédiaire dudit câble, b) on détermine à ladite station de mesure la hauteur du créneau reçu, représentative de l'amplitude de ladite impulsion, exclusivement pendant un intervalle de temps d'échantillonnage, durant lequel la hauteur dudit créneau reçu reste sensiblement constante, cet intervalle correspondant à une partie dudit créneau non affectée par la transmission le long du câble. 2 - Appareillage pour analyser le rayonnement r détectés, ladite sonde étant reliée à une station de mesure par un câble de transmission, caractérisé en ce qu'il comporte en combinaison les éléments suivants a) dans ladite sonde des moyens d'allongement desdites impulsions pouvant être constitues par un dispositif à mémoire connecté auxdits moyens de détection et rEcevant de ceux-ci une impulsion éleetrique à la réception d'un rayon g par ladite sonde, ledit dispositif à mémoire délivrant une tension électrique correspondante en forme de créneau ayant une hauteur fonction de l'amplitude de crête de ladite impulsion reçue et étant connecté audit câble de transmission, des moyens de définition de la durée dudit créneau connectés audit dispositif à mémoire, des moyens de remise à zéro automatique dudit dispositif à mémoire, après un intervalle de temps fixé correspondant à la durée dudit créneau, lesdits moyens de remise à zéro étant également connectés audit dispositif à mémoire, b) à la station de mesure, des moyens d'échantillonnage de chaque créneau reçu, connectés à des moyens de mesure de la hauteur de ce créneau, lesdits moyens d'échantillonnage étant adaptés à isoler une partie dudit créneau dans laquelle la hauteur du créneau reste sensiblement constante 3 - Appareillage selon la revendication 2, caractérisé els ee que lesdits moyens d'échantillonnage sont constitués par un dispositif du type porte recevant ledit créneau, ce dispositif étant adapté à permettre le passage dudit créneau exclusivement après écoulement d'un intervalle de temps prédéterminé après le début de réception dudit créneau à la station de mesure et pendant une durée d'échantillonnage fixée. 4 - Appareillage selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit dispositif à mémoire comporte au moins une capacité électrique chargée à un potentiel sensiblement porportionnel à l'amplitude de crête de ladite impulsion électrique émanant desdits moyens de détection. 5 - Appareillage selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte en combinaison des moyens de fixation d'un seuil d'amplitude minimal pour lesdites impulsions émanant desdits moyens de détection et des moyens de maintien à zéro dudit dispositif à mémoire entre la fin de chaque créneau et l'instant de production d'une nouvelle impulsion d'intensité supérieure audit seuil par lesdits moyens de détection ;lesdits moyens de maintien à zéro étant connectés auxdits moyens de définition de la durée des créneaux et étant mis hors-circuit par ces derniers moyens exclusivement pendant la durée de chaque créneau. 6 - Appareillage selon les revendications 4 et 5, caractérisé en ce que lesdits moyens de remise à zéro comportent un oscillateur pour la décharge périodique de ladite capacité, ledit oscillateur étant connecté à ladite capacité par un dispositif du type porte "OU exclusif" à deux entrées dont l'une est reliée audit oscillateur et l'autre auxdits moyens de définition de la durée des créneaux.