Brevet FR2217704A1 — publié le 19740906

On a assiste dans un passé proche au développement des mesures sismiques sous-marines, cet état de fait ayant été provoqué aussi bien par la recherche d'une meilleure connaissance théorique de la configuration de I'écorce terrestre sous-marine, que par des recherches pratiques de gisements pétrolifères. Ces mesures-sismiques exigent d'abord la génération d'ondes de choc qui, à ce jour, est effectuée selon l'une des deux techniques suivantes - ou bien, on désire mesurer la transmission par réflexion, d'ondes dites, à fréquence élevée (de 200 à 1.000 Hertz), et on choisit, par exemple, le procédé consistant à injecter dans la nappe d'eau, à des instants successifs, une quantité donnée de vapeur, généralement de vapeur d'eau qui, en se condensant brusquement, crée l'onde de choc - ou bien on désire mesurer la transmission par réfraction, d'ondes dites, "basse fréquence" (de O à 60 Hertz), et on choisit, par exemple, le procédé consistant à injecter dans la nappe d'eau, toujours à des instants successifs, une quantité donnée de gaz sous pression, ceci, au moyen de dispositifs spéciaux dénommés "canons à gaz Ces techniques né sont néanmoins pas équivalentes et il y a lieu, actuellement, de faire choix de l'une d'entre elles, selon qu'on désire mesurer la transmission par réfraction.d'ondes basse fréquence cu Aa transmis sion par réflexion d'ondes dites à fréquence élevée. On doit par ailleurs noter que s'il demeure possible d'effectuerdes mesures de transmission par réflexion ou par réfraction au mayen du dispositif plus particulierement adapté à la mesure de l'autre type - par réfraction ou par transmission - de telles mesures sont en fait effectuées dans de tres mauvaises conditions et doivent, par suite, être évitées. La présente invention entend, de manière simple, remédier à cette lacune en proposant, d'abord, un nouveau procédé de génération d'ondes de choc, ensuite une vanne permettant la mise e en oeuvre de ce procédé. L'invention a donc d'abord pour objet un procédé de génération d'une onde de choc au sein d'une nappe d'eau, selon lequel on injecte, sous la surface de la nappe, de la vapeur sous pression d'un corps chimique donné, ladite vapeur constituant initialement, au moins un volume certain au sein de ladite nappe, cependant qu'après une détente dudit volume sous l'effet de la pression de la vapeur, une condensation de la vapeur se produit et provoque une brusque contraction dudit volume, ce qui engendre l'onde de choc désirée. En outre, selon ce procédé, on injecte dans la vapeur sous pression une quantité déterminée d'un gaz déterminé. Préférentiement, on trouve avantage à déterminer la valeur de la quantité de gaz injecté au moyen d'un programme, en fonction du spectre de fréquence désiré de l'onde de choc. Par ailleurs, on injecte ledit gaz sensiblement dans l'axe dudit volume certain. Enfin, on peut également contrôler le moment de l'injection dudit gaz. L'invention a également pour objet une vanne pour la mise en oeuvre du procédé précédent. Cette vanne comporte un dispositif de commande, analogue, par exemple, à celui décrit dans le brevet français nO 70/22.-521 du 18 juin 1970, constitué notamment par uncchambre contenant un gaz sous pression. Cette vanne comporte également un conduit d'injection de la vapeur au sein de la nappe d'eau, et un conduit complémentaire, qui relie ladite chambre au conduit d'injection de la vapeur, cependant qu'un clapet de non-retour est disposé sur ledit conduit complémentaire et permet le passage du gaz de la chambre vers le conduit d'injection. Préférentidiement, ce conduit complémentaire débouche dans le conduit d'injection en lui étant sensiblement coaxial. Avantageusement, un ajutage calibré est disposé sur le conduit complémentaire et/ou un régulateur de la valeur de la pression du gaz dans la chambre est prévu. L'invention sera mieux comprise, et des caractéristiques secondaires ainsi que leurs avantages apparaetront, au cours de la description donnée ci-dessous à titre d'exemple. I1 est entendu que la description et le dessin ne sont donnés qu'à titre indicatif et non limitatif. I1 sera fait référence au dessin annexé sur lequel la figure unique est une coupe axiale d'une vanne conforme à l'invention. On a représenté sur la figure unique la vanne et son dispositif de commande, étant d'ailleurs entendu que ce dernier peut être attelé à d'autres organes à déplacer, que le clapet mobile d'une vanne. On distingue la partie chaude de la vanne, constituée par le -canal de passage 1, par le clapet 2 solidaire de la tige cylindrique 3 à déplacement axial et par la tuyère d'évacuation 4. Cette partie chaude, ou corps de vanne, est fixée sur le réservoir 5 contenant ut gaz chaud sous pression devant etre purgé. Le dispositif de commande est séparé de la partie chaude par une paroi 7 sur laquelle est monté un palier 6 traversé par la tige 3. Ce dispositif de commande est constitué par un corps 8 à l'intérieur duquel sont ménagés un premier cylindre 9 et un deuxième cylindre 10. Un premier piston 11 réaliséen deux parties pour pouvoir etre mis en place, est monté à coulissement limité sur la tige 3, de part et d'autre d'une butée 12 solidaire de ladite tige et disposée à l'intérieur d'une cavité 13 ménagée dans le piston 11. Le piston Il est monté dans le cylindre 9, de manière étanche au moyen d'un segment d'étanchéité 14. Par ailleurs, il peut se déplacer entre les épaulements 12a et 12b de la butée 12, et est rappelé, par un ressort 15, en direction opposée à I'emplacement de la fixation'du clapet 2 sur la tige 3.Enfin, ce piston 11 est relié à la tige 3, à l'une de ses extrémités lla, par un segment d'étanchéité 16, et à l'autre extrémité lo, avec un jeu radial, ces deux dispositions rendant possible une légère adaptation de position radiale, sans bridage par appui sur les parois du cylindre 9. On précisera encore que le piston 11 délimite dans~le cylindre 9 une chambre d'admission 17, et une capacité de détente 18, cette dernière étant plus rapprochée du clapet 2 que la chambre d'admission. Lorsque le clapet 2 est fermé, le volume initial de la chambre d'admission 17 est très faible, cette chambre étant pratiquement constituée par une lame de fluide contenue dans l'espace existant entre le piston 11 et le corps 8, ledit piston étant en appui étanche, par un joint 19, sur ledit corps 8. C'est la disposition représentée, sur la figure 1. On notera également qu'un deuxième piston 21 est monté solidaire de l'extrémité de la tige 3, opposée au clapet 2, ce piston coulissant dans le cylindre 10. Il délimite d'ailleurs dans le corps 8 une chambre 22 constituant un réservoir de fluide sous pression, et reliée à cet effet à une alimentation en gaz sous pression. Les chambres 17 et 22 sont séparées par une cloison traversée avec un jeu 25 et de manière non étanche par la tige 3. Enfin, un ressort 24 prend appui entre le corps 8 et le piston 21 pour rappeler le clapet 2 en position de fermeture, en absence notamment de gaz sous pression dansa chambre 22. La section du piston 21 est inférieure à celle du piston 11. Quand le clapet 2 est ouvert, le piston 11 n'est plus en appui sur le joint 19 et les chambres 17 et 22 communiquent librement par le jeu 25. Quand le piston lu est effectivement en appui sur le joint 19, comme représenté sur la figure, les chambres 17 et 22 sont reliées par un conduit 26, sur lequel est disposée une électrovanne 27. Dans le mode de réalisation représenté, le cylindre 9, dans sa partie la plus proche du clapet 2, présenteme section élargie 9a, constituant une lumière, de sorte que, lorsque piston 11 parvient en regard de ladite section 9a, il met en communication la chambre 17 et la capacité de détente 18. On comprend d'ailleurs bien que d'autres dispositions peuvent hêtre choisies pour réaliser la lumière précitée sans qu'il y ait élargissement uniforme de la section du cylindre 9 sur toute sa périphérie. On remarquera qu'un gicleur calibré de purge 20 de la chambre 22 (via la capacité de détente 18, après le recul de l'extrémité 1lb, lors de l'ouverture de la vanne) est raccordé à un conduit complémentaire 101, qui débouche par son extrémité lOla dans la tuyère d'évacuation 4. Celle-ci joue en fait le r81e de conduit d'injection de vapeur dans la nappe d'eau, cependant que l'extrémité lOla, située sensiblement à égale distance d des parois 4a de ce conduit d'injection 4, lui est sensiblement coaxiale. Le conduit complémentaire 101 est soudé au conduit d'injection 4. Un clapet denon-retour 102 est disposé sur le conduit complémentaire 101, de manière à ne permettre le passage que du gicleur 20 vers le conduit d'injection 4. 0n,potera également qu'un régulateur de pression 103 est disposé sur le conduit 103a d'alimentation de la chambre 22 en gaz sous pression. Le régulateur 103 est relié en l'espèce par des liaisons 104 à une armoire de commande 105. Celle-ci comporte des boutons de réglage 106 et 107, de l'ouverture et de la valeur de la pression du régulateur 103. I1 va cependant de soi que le régulateur 103 pourrait être un régulateur simple, non relié à une armoire de commande, telle que l'armoire 105. L'invention est donc relative, tout d'abord, à un procédé. Celui-ci est, bien entendu, nouveau. Mais, on précisera aussi que, bien qu'étant proche de chacun des procédés connus à ce jour, il n'est déduit de maniere évidente d'aucun des deux. En effet, la préoccupation principale des techniciens, qui ont étudié le probleme des mesures sismiques sousmarines, a été d'engendrer des ondes de choc exclusivement par l'un ou par l'autres des procédés connus.Il ne pouvait pas venir à l'idée de l'utilisa- teur d'un "canon à gaz" d'injecter, dans le gaz, de la vapeur, pour l'excel- lente raison, d'ailleurs, qu'il ne possédait pas simultanément une source de gaz sous pression et une source de vapeur sous pression. I1 ne venait pas non plus à l'idée du praticien, qui injectait de la vapeur sous pression, de compléter cette injection de vapeur, essentielle et principale, à son avis, par une injection de gaz, et encore moins de gaz sous faible pression. Cette solution s'était exclue "naturellement" de sa conception des mesures sismiques. On comprend donc bien maintenant que le procédé conforme à l'invention, bien qu'apparemment proche des procédés connus, ne découle aucunement de manière évidente de leur connaissance. La vanne ptilisée permet bien entendu la mise en oeuvre du procédé en ses diverses phases. C't ainsi que la position coaxiale occupée par l'extrémité lOla du conduit 101, dans le conduit d'injection 4, conduit à une injection du gaz qui s'échappe de la chambre 22, qui est coaxiale au volume de vapeur injecté. On aura noté que le clapet de non-retour 102 permettait d'dviter que l'eau de nappe, dans laquelle le conduit d'injection 4 est immergé, ne parvienne dans la chambre 22. Enfin, en fonction du spectre de fréquence désiré pour l'onde de choc engendrée, on réglera, et l'instanthde l'injection comp wmentaire de gaz, en agissant sur le bouton de commande 106, et la quantité de gaz injecté, et,partant, la puissance de cette onde de choc, en agissant sur le bouton de commande 107. I1 est bien entendu encore possible que, de manière connue en soi, l'armoire 105 soit adaptée à mettre en oeuvre des programmes de calcul de machines calculatrices. On remarquera encore que, même lorsque le régulateur 103 n'est pas commandé par l'armoire 105, il permet d'aurer la génération d'ondes de choc d'un type déterminé en fonction de la pression du gaz et de la cadence de répétition des injections. On conçoit naturellement que les caractéristiques de fonctionnement propres à la mise en oeuvre du procédé qui a été décrit soient intermédiaires entre cElles propres à l'un ou à l'autre des procédés antérieurement connus. On constate effectivement qu'il devient possible, avec ce perfectionnement, simple et peu coûteux, d'utiliser l'injection de vapeur en basses fréquences (O à 200 Hertz), et -d'effectuer des mesures sismiques par réfraction. Mais, en fait, on constate également qu'il y a une réa-ction de l'injection de vapeur sur l'injection de gaz. Cette réaction résulte en une condensation de la vapeur autour de la bulle de gaz, et en une très importante élévation de la pression de cette bulle de gaz, due aux effets de l'énergie potentielle de la masse d'eau environnante, initialement repoussée par la détente de la vapeur, effets qui sont dirigés vers le centre du volume initial de la vapeur et de la compression trè-s importante qui en résulte dans la zone centrale dudit volume initial de la vapeur, c'est-à-dire dans la zone où se trouve précisément la bulle de gaz injectée.Cet effet global est évidemment nouveau et nullement évident en connaissance de chacun des procédée antérieurement connus, pris séparément. Par ailleurs, l'effet de bulle de gaz, qui se manifeste par des pulsations, est réduit par rapport à celui d'un canon à gaz classique. Là encore, on trouve avantage à l'utilisation du procédé qui a été décrit. La réduction de l'effet de bulle est liée à la très haute pression à laquelle est porté le gaz, et au caractère secondaire des divers pics de pression autre que le premier par rapport à ce premier pic. Bien entendu, s'il a été trouvé avantageux d'utiliser le gaz de la chambre 22, qui, autrefois,était perdu, et de choisir la vanne du brevet français nO 70/22.521, il reste encore possible de mettre en oeuvre le procédé conforme à l'nvention par d'autres dispositifs. Au reste, l'invention n'est pas limitée à ce qui vient d'en Autre décrit, mais en couvre au contraire toutes les variantes qui pourraient lui etre apportées sans sortir de son cadre, ni de son esprit. REVENDICATIONS 1. Procédé de génération d'une onde de choc au sein d'une nappe d'eau selon lequel, de manière exclusive, on injecte sous la surface de la nappe de la vapeur sous pression d'un corps chimique donné, ladite vapeur constituantS initialement, au moins un volume certain au sein de ladite nappe, cependant qu'après une détente dudit volume sous l'effet de la pression de la vapeur une condensation de la vapeur se produit et provoque une brusque contraçtion dudit volume qui engendre l'onde de choc désirée, caractérisé en ce qu en outre on injecte dans la vapeur sous pression une quantité déterminée d'un gaz détermine. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on détermine la valeur de la quantité de gaz injecté au moyen d'un programme, en fonction du spectre de fréquence désiré de-l'onde de choc. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on injecte ledit gaz sensiblement dans l'axe dudit volume certain. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce qu'on contrôle le moment de l'injection dudit dit gaz. 5. Vanne pour la mise en oeuvre d'un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif de commande, constitué notamment par une- chambre contenant un gaz sous pression, en ce qu'elle comporte également un conduit d'injection de la vapeur au sein de la nappe d'eau, et en ce qu'un conduit complémentaire relie ladite chambre au conduit d'injection de la vapeur, cependant qu'un clapet de non-retour est disposé sur ledit conduit complémentaire et permet le passage du gaz de la chambre vers le conduit d'injection. 6. Vanne selon la revendication 5, caractérisée en ce que le conduit complémentaire débouche dans le conduit d'injection en lui étant sensiblement coaxial. 7. Vanne selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6, caractérisée en ce qu'un ajutage calibré est disposé sur le conduit complémentaire. 8. Vanne selon l'une quelconque des revendications 5, 6 ou 7, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre un régulateur de la valeur de la pression du gaz dans la chambre.