Brevet FR2055718A1 — publié le 19710430

La présente invention concerne un appareil gyroscopique ou détecteur gyroscopique de rotation utilisé pour la mesure de l'angle d'une rotation. Cet appareil gyroscopique est destiné plus particulièrement à mesurer l'angle de rotation d'un tube de forage. En effet, pour détenniner l'endroit où un tube de forage est bloqué, une méthode, connue en soi, consiste, aux environs dtune profondeur évaluée approximativement, à mesurer en différents points l'angle de torsion du tube, afin de situer avec précision le point de torsion nulle de ce tube. Ce point correspond à l'endroit exact où le tube est bloqué. Cette méthode de mesure utilise un appareil détecteur d'angle de torsion qui peut-etre avantageusement un gyroscope descendu à l'inté- rieur du tube de forage. A la profondeur estiméele bottier du gyroscope est rendu solidaire du tube sur lequel on applique un couple de torsion et le gyroscope, qui conserve une direction fixe, détecte l'angle de rotation de son boftier c'est-à-dire l'angle de torsion du tube de forage.Cette mesure est répétée plusieurs fois, à des profondeurs différentes, jusqu'à détermination du point de torsion nulles La présente invention a pour objet un appareil gyroscopique de très faible diamètre, fonctionnant par intermitence et caractérisé par : - un moteur de lancement de la toupie gyroscopique, placé à llexté- rieur de celle-ci et qui î'entratne par friction, à très grande vi tesse, aux moments désirés. - un dispositif qui immobilise les cadres du gyroscope pendant la phase de lancement de la toupie et qui oriente l'axe de détection du gyroscope dans une direction donnée. - le meme dispositif qui libère les cadres du gyroscope pour effec tuer la mesure. - un détecteur placé sur l'axe de sortie du gyroscope et qui détermi ne l'angle de rotation du bottier du gyroscope par rapport à une direction fixe matérialisée par le gyroscope. Ce détecteur peut fournir cette information angulaire d'une manière continue ou à des instants précis espacés dans le temps. D'autres caractéristiques de l'invention apparattront au cours de la description détaillée qui en est donnée ci-après, avec les dessins ci-joints à l'appui, sur lesquels La figure 1 est une vue schématique en perspective d'un appareil conforme à l'invention et représenté en position crantée cSest-à-dire avec les cadres du gyroscope immobilises0 La figure 2 est une vue schématique en perspective de l'appareil gyroscopique de la fig.1 représenté en fonction nesure, les cadres du gyroscope étant libérés. A la figure 1 le- gyroscope 1 comprend une toupie 2 tournant à très grande vitesse autour de l'axe 3 dans un cadre 4 susceptible de pi voterautour de l'axe 5 dans un second cadre 6. Ledit cadre 6 est lui mdme susceptible de pivoter autour de l'axe 7, perpendiculaire à ltaxe 5, à l'intérieur du bottier 8. Initialement, le gyroscope 1 est cranté clest-à-dire que ses cadres 4 et 6 sont immobilisés et orientés par-rapport au bottier 8. Une tige 9 est engagee dans un cran 10 pratiqué dans le cadre 6 du gyroscope elle immobilise et oriente ledit cadre 6 autour de l'axe 7, et un galet 11 en contact avec la toupie gyroscopique 2 oriente le cadre 4 de façon que les axes 3 et 5 soient contenus dans un plan perpendiculaire audit axe- 7. Un moteur 12, qui peut entre un moteur électriques entratne en rotation, par I'intérmédiaire d'un surmultiplicateur 13 le galet 11 qui, par friction, communique à la toupie gyroscopique 2 un mouvement de rotation à grande vitesse. En mOrne temps, le moteur 12, par l'inter médiaire d'un démultiplicateur 14, entratne à faible vitesse une came 15 dont le chemin de roulement 16 s'appuie constamment sur un galet 17 monté libre sur un axe 18 solidaire du bottier 8 du gyroscope. La tige 9, le galet 11, le moteur 12, le surmultiplicateur 13, le démultiplicateur 14 et la came 15 sont supportés par un coulisseau 19 susceptible de se déplacer, par rapport au boftier 8, le long de l'axe 7, dans un guide 20. Initialement, pendant la phase de lancement de la toupie. gyroscopique 2, la came 15 se trouve en position comme représente à la fig Connaissant le temps nécessaire au lancement de la toupie gyroscopique 2, le démultiplicateur 14 entratue la came 15 à une vitesse telle, qu'au bout de ce temps, sous l'action d'un ressort de traction 21, ladite came 15 ayant tourné dtun certain angle occupe la position basse comme représenté à la figure 2. A la figure 2, le mouvement de translation vers le bas du coulisseau 19 dégage la tige 9 du cran 10 et supprime le contact entre la tou- pie gyroscopique 2 et son galet d'entratneinent 11 libérant ainsi le gyroscope 1 qui reste fixe dans l'espace. Un interrupteur 25 peut outre avantageusement placé dans le circuit d'alimentation du moteur 12 et, par le mouvement vers le bas du coulisseau 19, s'ouvrir de façon à supprimer automatiquement l'alimentation dudit moteur 12. Sur 1 raxe 7 du gyroscope 1 est monté un détecteur angulaire 22 qui peut outre, par exemple, un potentiomètre dont le curseur 23 est solidaire dudit axe 7 et la piste/solidaire du boftier 8. Le détecteur 22 fournit l'information angulaire ; tout mouvement de rotation du bottier 8 autour de l'axe 7 s'accompagne d'un même mouvement de la piste 24 du potentiomètre par rapport au curseur 23 en sortie duquel la tension electrique recueillie est proportionnelle à l'amplitude du déplacement angulaire et sa phase ou sa polarité est fonction du sens du déplacement. La séquence de mesure terminée, le gyroscope f est de nouveau cranté par commande de l'interrupteur 26, extérieur audit gyroscope, le moteur électrique 12 entratue en rotation la came t5 qui; en se dépla çant sur le galet 17 soulève le coulisseau 19. Si la tige 9 se trouve en face du cran 10 elle vient sty loger et le galet 11 vient en contact avec la toupie 2,le gyroscope 1 est cranté. Sinon, la tige 9 appuie sur le cadre 6 du gyroscope et le ressort de pression Z7 en se comprimant permet au galet 11 de venir en contact avec la toupie 2.La force exercée par le galet 11 sur la toupie 2 fait précessionner le gyroscope t autour de l'axe 7 jusqu'au moment où le cran 10 venant en face de la tige 9, celle-ci, sous l'action du ressort 27, pénètre à l'intérieur dudit cran 10 immobilisant le gyroscope 1. Un interrupteur 28 peut Outre avantageusement inséré dans le circuit d'alimentation du moteur12, ledit interrupteur 28, commandé par la tige 9 en position fin de course, peut automatiquement interrompre l'alimentation dudit moteur 12. Le gyroscope 1 est maintenu en position de crantage ou de calage initial, prdt à un nouvel emploi. il va de soi que la présente invention n'a été décrite qutà titre explicatif, nullement limitatif et qu'il est possible d'y introduire des modifications de détail, sans pour cela, altérer la présente invention. C'est ainsi que pour diminuer les frottements sur l'axe 7 du gyroscope 1, on peut avantageusement prévoir d'effectuer des mesures discontinues, par exemple en amenant, par un palpeur, le curseur 23 du détecteur 22 en contact avec la piste 24,périodiquement et pendant des temps très courts. Le palpeur pouvant entre commandé soit par des signaux venant de 11 extérieur, soit par un contact électrique commandé mécaniquement par l'ensemble démultiplicateur 14. Revendications 1/ Appareil gyroscopique de très faible diamètre, fonctionnant par intermitence en détecteur de rotation et permettant plus parti culièrement de mesurer les angles de torsion d'un tube de fora ge, caractérisé par le fait qugil comporte un moyen extérieur au gyroscope qui crante ledit gyroscope par immobilisation de ses cadres et entratie en rotation, par friction, la toupie gy roscopique à très grande vitesse. 2/ Appareil gyroscopique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le moyen destiné à cranter le gyroscope est un cou lisseau guidé à llintérieur du boftier du gyroscope et suscepti ble de se déplacer en translation suivant ataxe externe dudit gyroscope, ledit coulisseau est muni d'une tige qui pénètre dans un cran du cadre externe du gyroscope pour 11 immobiliser. Ledit coulisseau, en mOrne temps, amène un galet en contact avec la toupie gyroscopique et le dit galet, entratué en rotation par un moteur à travers un surmultiplicateur, communique par fric tion ce mouvement de rotation à ladite toupie gyroscopique. 3i Appareil gyroscopique selon les revendications 1 et 2 caractéri sé par le fait que les mouvements de translation du coulisseau sont déclenchés par unecame de profil approprié, portée par le dit coulisseau et dont le chemin de roulement stappuie constam ment sur un galet dont l'axe de pivotement est solidaire du bot tier, un mouvement de rotation à faible vitesse est transmis à ladite came par un démultiplicateur lié au moteur de lancement de la toupie gyroscopique.Le profil de la came et sa vitesse de rotation sont déterminés de sorte que, dès que la toupie gy roscopique est lancée le coulisseau, sous l'action dtun ressort de traction, se déplace pour supprimer le contact entre la tou pie gyroscopique et le galet d'entratnement par friction, et pour dégager la tige du cran du cadre externe du gyroscope, afin de libérer ledit gyroscope. 4/ Appareil gyroscopique selon les revendications 1, 2 et 3 carac térisé par le fait que la came a un profil tel que, entratnée de nouveau en rotation par commande du moteur et en s'appuyant sur son galet, elle soulève le coulisseau amenant de nouveau le galet d'entratnement en contact avec la toupie du gyroscope. Le gyroscope, précessionnant autour de son axe externe, amène le cran de son cadre externe en face de la tige qui, sous l'action d'un ressort, pénètre à l'intérieur dudit cran immobilisant et orientant ainsi le gyroscope pret pour un nouvel emplois