Brevet FR2229982A1 — publié le 19741213

La présente invention concerne les techniques de prospection sismiques et un générateur perfe-ctionné d'énergie pneumatique sismique en milieu marin servant à introduire des ondes d'énergie sismique dans l'eau à partir d'un navire équipé d'un systeme d'alimentation en air comprimé et sur lequel se trouve une équipe géophysique destinée à explorer les couches et les formations terrestres situées sous des masses d'eau, telles que des océans, des mers, des lacs, des rivières, etc. La présente invention concerne plus particulièrement un générateur d'énergie pneumatique sismique comportant un atténuateur destiné à éliminer la bulle se formant de façon classique sous l'eau et à atténuer les oscillations secondaires qui en résultent. Les relevés sismiques réalisés sur des étendues recouvertes d'eau recourent à différents procédés, tels que par exemple la mise à feu d'une charge classique de poudre ou de dynamite, ou encore d'un mélange de gaz détonants, ou encore une décharge électrique d'étincelles en vue d'ioniser les couches de l'eau qui entourent l'électrode, ou enfin la détente brusque sous l'eau d'un réservoir contenant de l'air à haute pression, afin d'engendrer une onde de pression ou sismique de forte amplitude. Ces signaux sismiques sont réfléchis sur les formations et les structures géologiques du sous-sol et sont reçus par des sismomètres pour titre enregistrés. Dans tous les procédés utilisés, il est courant de remorquer un ou plusieurs détecteurs dans l'eau au voisinage de la source sonore afin de détecter les signaux réfléchis par les diverses formations et structures du sous-sol. Ces signaux détectés sont enregistrés par des équipements appropriés situés dans les navires de remorquage, sous la forme de signaux analogiques ou numériques. I1 arrive parfois aussi que les signaux soient enregistrés sous la forme de signaux de surfaces variables, afin de fournir un profil de la zone prospectée. Ce dernier type d'enregistrement est analogue à ceux obtenus avec les équipements classiques de sondage de profondeur. Tous les procédés et dispositifs de prospection sismique cités ci-dessus présentent divers inconvénients qui font qu'aucun d'entre eux ntest universellement applicable. Naturellement, la manipulation d'une substance explosive est dangerese5 lee explosions elles-mBmes ayant tendance à détruire la faune marine. L'utilisation de la dynamite nécessite par ailleurs l'usage de deux navires distincts, l'un pour la manipulation de ltexplosif et l'autre pour les instruments d'enregistrement. Naturellement, ceci accroit le cotit de la prospection. L'utilisation d'un mélange de gaz détonants résout quelques uns des problèmes qui se posent avec la dynamite étant donné que les mélanges gazeux détonants ne sont pas aussi dangereux pour la faune marine. Normalement, ces mélanges peuvent titre réalisés à partir de gaz non explosifs distincts qui sont emmagasinés séparément sur le meme navire que celui qui contient les instruments d'enregistrements. Ceci évite l'utilisation d'un navire supplémentaire tout en évitant la destruction de la faune marine. L'inconvénient des sources sonores du type à gaz est la durée de viae relativement courte du réservoir ou du tube flexible dans lequel le mélange de gaz détonants est mis à feu. La préservation de l'environnement actuelle n'en reste pas moins l'un des principaux problèmes à résoudre. Dans le cas de sources sonores utilisant une décharge électrique, il est connu de decharger une batterie de condensateurs chargés sous tension élevée entre une électrode unique vu plusieurs électrodes en parallèle-et une plaque de base. Lorsque la batterie de condensateurs est déchargée dans l'eau entre les électrodes et la plaque de base, U1 épicentre de pression ou bulle de pression apparaît à l'extrémité de chaque électrode du fait que la plaque de base sert à renvoyer l'énergie électrique. Cette bulle de pression produit ainsi l'impulsion sismique souhaitée, sans que la plaque de base ajoute quoi que ce soit à l'amplitude de l'onde acoustique émise.En fait, seuls 3 à 5% de l'énergie électrique totale disponible aux bornes de la batterie de condensa teun sont convertis en énergie accoustique utile dans l'eau. Un exemple d'utilisation de plusieurs électrodes en parallèle est décrit dans le brevet américain n03 613 823. Cependant, un problème qui se pose dans lavplupart des dispositifs de prospection, y compris le dispositif mentionné ci-dessus, est l'oscillation ou la pulsation qui suit l'impulsion acoustique initiale souhaitée. Un procédé connu pour atténuer les pulsations de cette bulle de pression consiste à utiliser une sphère métallique qui est munie de plusieurs trous distribués régulièrement sur sa- sur- face et dans laquelle est réalisée l'explosion, cette sphère étant constituée par un matériau qui peut supporter l'explosion. Cependant, il est difficile de réaliser des sphères possédant une résistance mécanique suffisante pour supporter de nombreuses explosions répétées. Un autre dispositif connu comporte un réservoir muni d'un organe élastique d'ouverture et de fermeture qui établit une communication intermittente entre l'intérieur du réservoir et le liquide environnant, comme décrit dans le brevet américain nO 3 444 953. Aucun des systèmes précités n'est capable d'atténuer suffisamment lTamplitude des pulsations ou des oscillations dues à l'apparition de la bulle, quelles que soient les dimensions de cette bulle. La présente invention se proposé d'éliminer la bulle de pression et les effets qui en résultent lors de la libération brusque sous l'eau d'une impulsion ou d'une onde d'énergie sismique lors d'une explosion sous liteau. La présente invention se propose aussi d'atténuer les signaux ou les oscillations suivant le signal acoustique initial souhaité fourni par un générateur d'énergie sismique. La présente invention se propose encore de perfectionner l'utilisation de canons à air comprimé sous l'eau ou dans un autre milieu fluidique pour produire des ondes acoustiques bien définies et d'amplitude importante, en éliminant la formation d'une bulle et les oscillations qui l'accompagnent. La présente invention se propose encore de réaliser un générateur d'énergie pneumatique sismique comportant un dispositif éliminant la formation d'une bulle d'air et un atténuateur pour les oscillations des signaux, ce générateur étant facile à commander, possédant une configuration simple, étant économique à réaliser et à assembler, et étant très efficace pour éliminer la formation d'une bulle sous l'eau et pour atténuer les pulsations ou les oscillations du signal qui en résultent La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante de deux formes de réalisation particulières données à titre d'exemples et représentées au dessin annexé dans lequel La figure 1 est une vue en coupe schématique d'un ca non d air sur lequel est fixé un atténuateur de pulsations dont une partie est représentée à l'état replié avant la décharge. La figure 2 est une vue schématique du dispositif de la figure 1, dans l'état gonflé immédiatement après la décharge. La figure 3 est une vue schématique d'une autre forme de réalisation d'un atténuateur dans l'état replié et pret à fonctionner. La figure 4 est une vue schématique du dispositif de la figure 3 dans l'état gonflé. La figure 5 est un graphique représentant le signal obtenu lors de la décharge d'un canon à air comprimé muni de l'atténuateur suivant l'invention, et représente les pulsations ou oscillations qui suivent le signal acoustique initial. La figure 6 est un graphique représentant le signal lors de la décharge du canon à air comprimé représenté dans la figure 5 qui est ici muni de 1 'atténuateur suivant la présente invention, et représente l'atténuation des pulsations qu oscillations après le signal acoustique initial. Dags les figures les éléments identiques sont désignés par les mêmes références. L'invention décrite ici n'est pas limitée aux détails de réalisation et à l'agencement représentés et décrits qui peuvent être modifiés sans sortir du cadre de la présente invention. De même on comprendra que la terminologie utilisée ici n'est pas limitative. En outre, de nombreuses modifications et variantes de l'invention apparaîtront à ceux qui sont familiers avec cette technique, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. La figure 1 représente un générateur ?' énergie sismique ou source sonore 10 suivant l'invention, qui est destiné à étire remorqué sous l'eau, par un cible de remorquage 11, en meme temps que des détecteurs (non representés) se trouvant å la surface de l'eau lors de la prospection sismique de zones recouvertes d'eau, et un atténuateur de pulsations 12.Bien que l'on puisse utiliser différentes sources à explosifs, à étincelles etc, la source sonore préférée 10 est constituée par un canon à air comprimé classique, par exemple au canon à air comprimé modèle 1500 fabriqué par Bolt Associates lncorporated,Norwaîk, Connecticut, sans pour cela y etre limitée, l'impulsion sismique étant provoquée par l'onde d' énergie propagée suivant une direc tison radiale en provenance du canas i air comprimé et d'une premitre chambre annulaire décrite ci-après. L'atténuateur 12 élimine la libération d'une bulle d'air et atténue les pulsations ou oscillations qui suivent l'impulsion acoustique initiale. Le canon à air 10 est vontd sur la partie avant d'un boîtier 13 comportant plusieurs tuyères de déflexion 14a destinées à expulser vers l'arrière l'air comprimé provenant du canon à air comprise, une prewi-re chambre 15 de l'atténuateur 12 est raccordée k l'arrière du boîtier et à ltarrière de l'ensemble piston-cylindre 10a du canon à air comprimé. Cette première chambre 15 représentée plus particulièrement dans la figure 2, possède une forme annulaire et comporte une paroi extérieure flexible tirable 16 qui est fixée, au niveau de son extrémité avant 16a, sur le boîtier 13 et, au niveau de son extrémité arrière 16b, sur une seconde chambre 17. La première chambre 15 (figure 1) étant constituée par un anneau possédant une paroi extérieure flexible 16, les différentes tuyères 14a provenant du boîtier 16 sont dirigés vers l'arrière pour former des orifices dans la paroi avant de l'anneau, et l'arrière de l'anneau comporte plusieurs orifices ou conduits, tels que 18a, qui communiquent avec la seconde chambre 17. Ces orifices avant et arrière sont fermés par la paroi extérieure flexible 16 lorsqu'elle est dans l'état replié et inactif (figure 1). La seconde chambre 17 comporte une large partie cylindrique arrière 17a comportant les orifices 18a communiquant avec la première chambre annulaire, et une partie cylindrique avant plus petite 17b, remplissant l'ouverture centrale de l'anneau.Cette partie avant 17b de la seconde chambre 17 comporte une extrémité avant qui est fermée par la partie cylindrique 10a du canon à air comprimé et une extrémité arrière qui comporte une large ouverture 19 communiquant avec la partie avant de la partie cylindrique arrière 17a de la seconde chambre 17. A l'arrière de la seconde chambre 17a est ménagée une ouverture 20a qui est raccordée à une conduite 20 qui revient à la surface de l'equ où un flotteur 21, ou un élément semblable, maintient l'extrémité de la conduite en cmmmunication avec l'atmosphère, cette conduite maintenant à tout moment la seconde chambre 17, ainsi que la première chambre 15, en communication avec l'atmosphère. Une conduite 22 d'air à forte pression alimente le canon à air comprimé 10.Le matériau en forme de membrane qui constitue la paroi flexible 16 peut titre renforcé par du caoutchouc "Duna '. La figure 2 représente l'atténuateur 12 à l'état replié, le canon k air comprimé 10 venant d'entre déchargé et l'air souris k une détente ayant rempli la première chambre annulaire 15. Cette figure représente l'état de la paroi flexible et de la première chambre immédiatement après que rimpulsion acoustique initiale ou première pulsion ait été fournie par le canon & BR Une pompe à vide (non représentée) peut remplacer ce système de commnication avec l'atmosphère. Lors du fonctionnement du dispositif représenté dans les figures 1 et 2, une fois que le canon à air comprimé 10 est déchargé, c'est à dire que le cylindre l0a du canon à air comprimé est ouvert instantanément par le piston lOb se déplaçant rapidement vers l'avant, l'air qui se détend s'engage vivement dans les orifices arrières du boîtier pour pénétrer dans la première chambre 15 (figure 1 ou 2) afin de gonfler cette chambre et de déplacer la paroi extérieure flexible vers l'extérieur jusqu 'à la position représentée dans la figure 2. Lorsque l'air contiknteà se détendre et lorsque la pression de l'eau devient supérieure à la pression interne de l'air sur la paroi flexible, cette paroi revient graduellement à la position repliée.Simultanément, l'air détendu sort par l'extrémité arrière de la première chambre pour pénétrer dans la partie cylindrique 17a de l'extrémité arrière de la seconde chambre, à partir d'où l'air passe dans la partie avant 17a de la seconde chambre et par l'orifice 20 pour arriver dans l'atmosphère. Cet atténuateur retient la bulle d'air et évite la formation d'une bulle à I'extérieur du canon à air comprimé, une telle bulle se trouvant libre de flotter dans l'eau et d'osciller c'est v dire de se détendre jusqu't ce que la pression hydrostatique v l'extérieur de la bulle dans l'eau devienne finalement suprieure 9 la force exercée par l'eau extérieure, et cette bulle cnanant & se contracter jusqutV ce que la pression dans la bulle devienne si forte qu'elle devint supérieure a la pression hydrostatique et i la force de l'eau et se détend de nouveau. Cette détente et cette contraction de la bulle libre dans l'eau provoquent dos pulsations ou oscillations du signal ainsi que des impulsions sonores nubibles qui en résultent et qui sont nuisibles pour la réception d'informations intelligibles à partir des en registreurs sismiques. Les figures 3 et 4 représentent une seconde forme de réalisation de l'atténuateur l2a, la figure 3représentant un canon à air comprimé classique lOc dans la position où il est pret à etre déchargé, ce canon à air comprimé étant fixé sur l'ex trémité avant du boîtier 13a et une chambre cylindrique rigide 17c étant raccordée à l'arrière du boîtier et du fusil à air com primé. Une première chambre 15a, comportant une paroi extérieure flexible 16a, est ménagée sous la forme d'un anneau pour recdvoir la charge du canon à air comprimé lQa par l'intermédiaire des tuyères 14h.Cette chambre annulaire est plus fine, plus allongée et plus fuselée que dans la première forme de réalisation.La seconde chambre rigide l7c constitue la partie intérieure de l'an neau formée par la première chambre 15a. Des orifices 18k sont ménagés dans la partie arrière intérieure de la paroi intérieure de la première chambre pour former la partie avant l7d et la par tie arrière 17e de la seconde chambre, l'air se trouvant dans la première chambre annulaire passant dans la seconde chambre cylindrique puis dans la partie avant de la seconde chambre et dans la partie arrière avant de sortir vers l'arrière par 1' ouver- ture 20b qui conduit à l'atmosphère. L'itpotance de l'atténuation des oscillations secondai res est illustrée dans le tableau I ci-dessous. Ce tableau correspond à deux essais différents dans lequel l'impulsion primaire est portée dans la colonne' sous la forez dtun nombre arbitraire lors de chaque tir ou de chacun des deux essais, pour un canon à air comprimé sans atténuateur et -pour un canon i air comprimé avec un atténuateur. L'amplitude pointe à pointe (en db) pour chaque~cycle des oscillations secon daires suivant l'impulsion primaire lors de chaque tir dans chaque essai est portée dans les colonnes B1, B2, B3, B4 et B5, cette amplitude étant mesurée par rapport à celle de l'impulsion pri maire ou impulsion initiale. En outre, la dernière ligne de chaque essai indique la différence (en db) due à l'atténuateur pour chacun des essais. TABLEAU I Premier essai Amplitude de l'impulsion pri- Amplitudes relatives des oscillations maire(nombres ar- par rapport à "A" (en d b). bitraires). SYSTEME A Bl B2 B3 34 Bs Sans atténua- 4873 - 3,97 -13,1 -17,65 -18,83 -21,22 teur Avec atténua- 2203 -11,20 -20,00 -33,79 teur Différence -6,73 - 7,23 -6,99 -16,14 en d b Second essai Sans atténua- 28 -2 -11 -23 --- -- - teur Avec atténua- 14 -13 -29 teur Différence en -6 -11 ; -18 --- - - - - - - db Les figures 5 et 6 représentent des courbes résultant d'un autre essai et représentées encoordonnées cartésiennes, l'ordonnée représentant l'amplitude de l'impulsion sismique et l'abscisse représentant l'écart entre les impulsions. La figure 5 représente les pulsations normales qui suivent l'impulsion primaire après la décharge drun fusil a air comprimé sous l'eau au cours d'une étude sismique, aucun atténuateur n'étart fixé sur le canon b air comprimé. La figure 6 représente l'oscillation secondaire atténuée des impulsions qui suivent la décharge du canon à air comprimé sur lequel est monté l'atténuateur suivant l'invention. Lors du fonctionnement de la forme de réalisation représentée dans les figures 3 et 4, le canon à air comprimé est déchargé, c' est à dire que l'air sous forte pression est libéré brusquement et sort par les ouvertures ou tuyères 14b pour passer dans la première chambre annulaire 15b de façon à gonfler cette première chambre qui prend la forme représentée dans la figure 4. Lorsque 1'air détendu gonfle cette chambre annulaire, le courant d'air traverse la chambre annulaire pour passeur, par les ouvertures 18b, dans la seconde chambre allongée 17c, d'où l'air est évacué vers l'atmosphère, ce qui atténue toutes les oscillations secondaires qui suivent l'impulsion acoustique initiale souhaitée. Par conséquent on voit que le générateur d'énergie pneumatique sismique suivant la présente invention, qui comporte un éliminateur de bulle et un atténuateur des oscillations des signaux, permet d'obtenir les buts qui ont été mentionnés cidessus. Bien que deux formes de réalisation aient été décrites, il est évident que différentes modifications sont possibles sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1) Générateur d'énergie acoustique comportant des moyens destinés à fournir une impulsion acoustique initiale souhaitée et un atténuateur destiné à atténuer les oscillations ou pulsations du signal après ladite impulsion initiale, ledit atténuateur étant caractérisé par le fait qu'il comporte une première chambre comportant des moyens flexibles e destinée à recevoir le gaz se détendant à partir desdits moyens fournissant l'Lm- pulsion initiale afin de gonfler lesdits moyens flexibles, et une seconde chambre destinée à recevoir le gaz qui se détend à partir de la première chambre afin d'atténuer les pulsations ou les oscillations du signal. 2) Générateur d'énergie suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que les première et seconde chambre répondent aux moyens flexibles pour atténuer la pulsation du signal après l'apparition de l'impulsion acoustique initiale. 3) Générateur d'énergie suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que lorsqu'il est utilisé sous l'eau, lesdites pemière et seconde chambres répondent ausmoyens flexibles pour éviter la formation d'une bulle oscillant librement dans l'eau, entretenant tout le gaz expulsé par les moyens fournissant l'impulsion initiale. 4) Générateur d'énergie suivant l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé par le fait que la première chambre répond au gaz se détendant à partir des moyens fournissant l'impulsion initiale pour émettre l'impulsion acoustique initiale souhaitée, et que les première et seconde chambres sont interconnectées pour répondre à l'écoulement du gaz en détente qui les traverse afin d'atténuer la pulsation du signal après l'impulsion initiale. 5) Générateur d'énergie suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractarisé par le fait que les moyens fournissant une impulsion sont constitués par un canon à air comprimé. 6) Générateur d'énergie suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que la première chambre est constituée par un anneau entourant au moins une partie des moyen fournissant l'impulsion. 7) Générateur d'énergie suivant la revendication 6, caractérisé par le fait que les moyens flexibles sont constitués par la paroi extérieure de la première chambre annulaire. 8) Générateur d'énergie suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que la seconde chambre comporte un évent qui communique avec l'atmosphère et qui est destiné à réduire la pression d'air dans les première et seconde chambresjusqu a une valeur proche de la pression atmosphérique, ce qui contribue encore à atténuer les pulsations ou les oscillations du signal après l'impulsion initiale. 9) Générateur d'énergie suivant l'une quelconque des revendications I à 5, caractérisé par le fait que la seconde chambre comporte une partie cylindrique allongée, ladite première chambre étant constituée par une chambre annulaire disposée autour de cette partie cye et des passages étant prévus pour interconnecter ces deux chambres. 10) Générateur d'énergie suivant l'une quelconque des revendications I à 9, caractérisé par le fait que la première chambre comporte un passage ménagé dans sa paoi arrière et des tiné à expulser vers l'arrière le gaz détendu vers une partie importante de la seconde chambre. 11) Générateur d'énergie suivant l'une quelconque des revendications 1 ê 9,caractérisé par le fait que la première chambre comporte une paroi intérieure opposée aux moyens flexibleus, et un passage ménagé dans la paroi intérieure pour expulser le gaz en détente provenant de la première chambre en direction de la seconde chambre. 12) Générateur d'énergie suivant l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé par le fait que lesdites première et seconde chambres sont interconnectées par des passages constitués par plusieurs ouvertures ménagées entre les deux chambrefs, de façon à assurer un passage facile de l'air en détente entre ces deux chambres. 13) Générateur d'énergie suivant l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé par le fait que lesdits passages répondent à l'air en détente venant de la première chambre pour laisser passer de l'air provenant de cette première chambre dans la partie arrière de la seconde chambre, l'air passant ensuite vers la partie avant de ladite seconde chambre pour atténuer les pulsations du signal après l'impulsion initiale. 14) Générateur d'énergie suivant l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé par le fait que lesdits passages répondent à l'air en détente provenant de la première chambre pour permettre le passage de l'air détendu provenant de la première chambre dans la partie avant de la seconde chambre d'où l'air est envoyé vers la partie arrière de la seconde chambre pour atténuer les pulsations du signal suivant l'impulsion initiale.