Brevet FR2276587A1 — publié le 19760123

La présente invention se rapporte aux moyens destinés à effectuer le contrôle optique des produits métalliques et notamment aux dispositifs de contrôle de la continuité des tubes métalliques. La présente invention peut être utilisée pour le contrôle de la continuité des tubes métalliques employés dans les industries de pétrole et de gaz. Elle permet de détecter des manchons d'accouplement, des orifices perforés dans les tubes assurant l'amenée d'un liquide dans les puits et permet de localiser des ruptures de tubes. La localisation exacte des discontinuités des tubes métalliques dans un puits constituées par des joints de tubes de cuvelage, des orifices perforés, des ruptures et des enfoncements dans les tubes, etc, revêt une grande importance pratique pour l'exploitation des gisements de pétrole. Notamment, il est très important de pouvoir déceler de façon exacte l'emplacement des manchons des tubages utilisés en tant que repères par rapport auxquels se fait la corrélation de différentes grandeurs (admission, température, teneur en eau et autres). On connait différents dispositifs destinés à détecter des manchons d'accouplement et des orifices pratiqués dans les tubes de cuvelage. De manière générale, ces dispositifs comportent une ou plusieurs bobines d'inductance dont le circuit magnétique comprend un noyau de fer, un ou deux aimants permanents, indispensables pour engendrer un champ magnétique permanent dans le tube contrôlé par lequel le circuit magnétique est fermé. Dans certains cas ces dispositifs sont dotés d'amplificateurs électroniques ou magnétiques. Ces dispositifs sont sensibles aux variations du champ magnétique dues aux manchons, aux joints des tubes et aux orifices perforés dans ces tubes. Le fonctionnement de ces dispositifs est basé sur le principe d'induction des forces électromotrices, qui prennent naissance lors des variations des flux magnétiques traversant les bobines d'inductance, par suite des discontinuités dans le tube contrôlé. La variation du flux magnétique est due à la variation de la résistance magnétique du circuit magnétique des bobines d'inductance. Plus les discontinuités du métal des tubes sont importantes et plus la vitesse de déplacement du dispositif le long du tube est élevée, plus fortes sont les variations du flux magnétique et donc plus grande sera llintensité des impulsions du courant continu induit dans les bobines d'inductance. L'inconvénient de ces dispositifs consiste en ce que leur sensi bilité dépend de la vitesse de leur déplacement. Cela s'explique par le fait que la valeur du signal de sortie est fonction de la variation dans le temps de la pente du flux magnétique traversant les bobines d'inductance, soit e étant la force électromotrice engendrée dans une bobine d'inductance, le flux magnétique traversant une bobine d'inductance, t le temps, W le nombre de spires d'une bobine d'inductance. C'est ainsi que le dispositif se trouvant immobile devant une discontinuité de métal devient "insensible", c'est-à-dire que le flux magnétique reste invariable et, en conséquence, le signal n'apparat pas à la sortie du dispositif. En outre, la précision des indications fournies par ces dispositifs dépend non seulement des discontinuités du métal mais aussi d'un déport éventuel du dispositif perpendiculairement à son déplacement. I1 s'ensuit que toutes secousses pouvant écarter le dispositif vers le milieu du tube conduisent à l'apparition de faux signaux à la sortie du dispositif. Ce fait rend nécessaire, à son tour, le recours à des structures complémentaires destinées à appliquer le dispositif contre le tube contrôlé car, vu le poids important du dispositif, la force d'attraction des aimants vis-à-vis du tube s'avère insuffisante. Un autre inconvénient des dispositifs de contrôle de genre connu de la continuité des tubes métalliques réside dans le fait qu'il est impossible d'utiliser des câbles à un conducteur lors du fonctionnement de ces dispositifs simultanément avec d'autres appareils à courant continu commandés à distance, les signaux de sortie de ces appareils étant aussi des impulsions de courant continu. Vu les tendances modernes qui s'orientent vers le développement des appareils polyvalents commandés à distance et capables, en une seule descente dans un puits, d'effectuer des mesures de plusieurs grandeurs, l'utilisation des dispositifs décrits ci-dessus et ayant de tels signaux de sortie devient inacceptable. Le but de la présente invention est de remédier aux inconvénients indiqués ci-dessus. La présente invention vise à fournir un dispositif de contrôle de la continuité des tubes métalliques qui permettrait de trans former les variations de la continuité du métal des tubes en variations de la fréquence du signal électrique à la sortie dudit dispositif. La présente invention permet de réaliser un dispositif améliorant le contre de la continuité de tubes métalliques de puits de pétrole et de gaz. De plus, l'invention permet de réaliser un dispositif de contre de la continuité de tubes métalliques en effectuant des mesures en association avec d'autres appareils co-andés à distance et en utilisant un cible à un conducteur pour la transmission des signaux de sortie de chaque ou de plusieurs appareils. Ce dispositif est à sensibilité et résistance accrues aux perturbations. Le problème posé est résolu par le fait que dans le dispositif de contrôle de la continuité des tubes métalliques comportant un moyen destiné à créer un champ magnétique dans un tube contrtlé, variant en cas de discontinuité dudit tube, et un élément opérant la conversion de la variation du champ magnétique en un signal électrique porteur d'information concernant la présence d'une discontinuité de tube, selon l'invention, le moyen destiné à créer un champ magnétique dans le tube contrôlé et le convertisseur de la variation de ce champ magnétique en un signal électrique sont constitués par deux transformateurs à circuits magnétiques ouverts, immobilisés l'un par rapport à l'autre et dont les circuits magnétiques se ferment par le corps du tube soumis au contrôle, et par un circuit électronique d'amplification doté d'une boucle de réaction positive formée par les enroulements de transformateur de sorte que les enroulements primaires sont couplés en concordance et sont raccordés à la sortie du circuit électronique d'amplification tandis que les enroulements secondaires, ayant des nombres de spires différents et réunis trete-beche, sont reliés à l'entrée du circuit électronique d'amplification, le rapport du nombre de spires des enroulements primaires et de la différence de nombre de spires des enroulements secondaires devant satisfaire à la condition k. ss > 1, où k est le gain du circuit électronique d'amplification, et P, le rapport de transformation résultant du système de transformateurs réunis, ce qui fait qu'en présence des discontinuités du tube, on constate des variations de la fréquence du signal électrique apparaissant à la sortie du circuit ëlec- tronique d'amplification. Le dispositif, conforme à l'invention, se distingue par une haute sensibilité qui ne dépend pratiquement pas de sa vitesse de déplacement dans le tube contralé, tout en étant peu sensible aux déplacements dans le sens perpendiculaire à l'axe du tube. Un autre avantage de ce dispositif réside dans le fait qutil est de conception simple et n'est pas exigeant en ce qui concerne le régime de fonctionnement et les paramètres des condensateurs et des résistance8 utilisés. Ce dispositif s'adapte facilement à d'autres appareils et le fait d'utiliser la transformation de fréquence le rend opérationnel pour des mesures distance avec un cible à un seul conducteur et supprime l'incidence de la non-stabilité de la voie de communication sur les résultats que l'on obtient. On sait que les câbles à un conducteur comparés aux cables à plusieurs conducteurs sont de diamètre plus faible et sensiblement moins coûteux. Le faible diamètre du cible facilite la descente de l'appareil dans le puits se trouvant sous pression Les performances du dispositif conforme à l'invention étant améliorées, il s'avère possible d'avoir recours à des écrans en acier inoxydable non magnétique qui sont placés autour des enroulements des transformateurs en augmentant ainsi la sensibilité du dispositif du fait que l'action des flux magnétiques de dispersion devient plus faible. Le dispositif, conforme à l'invention, peut etre utilisé pour le contrôle optique non seulement des tubes mais aussi d'autres produits tels que les tales d'acier. L'invention est expliquée ci-dessous par la description d'un exemple.de réalisation avec référence aux dessins annexés, sur lesquels la figure 1 est un schéma de principe du dispositif, selon l'invention, et les figures 2 et 2' représentent des vues du dispositif, selon l'invention, en coupe longitudinale. Le dispositif (figure 1) comporte deux transformateurs A et B immobilisés l'un par rapport à l'autre et comportant des circuits magnétiques 1 et 2, sur chacun desquels sont placés deux enroulements primaires 3 et 4 et deux enroulements secondaires 5 et 6. Les circuits magnétiques ouverts des transformateurs A et B se ferment dans la paroi d'une colonne de tubage dont la continuité du métal est à contraler. La colonne est formée par des tubes 7 et 8 réunis par un manchon 9. Les-enroulements secondaires 5 et 6 des deux transformateurs Aet B ont des nombres de spires différents et sontcouSés l'un à l'autre en série (en 10) et en opposition, c'est-à-dire que le commencement d'un enroulement est connecté au commencement d'un autre enroulement (ou la fin d'un enroulement avec la fin d'un autre enroulement). Un condensateur électrique ll est monté en parallèle avec ces enroulements aux points 12 et 13. Une extrémité de l'enroulement 6 est connectée à l'entrée d'un circuit électronique d'amplification, notamment, à la base 14 d'un transistor 15. L'enroulement 5 est relié en 13 à une résistance 16 et à un condensateur 17. Deux résistances 16 et 18 forment un diviseur de tension qui assure la polarisation du transistor 15. Les enroulements primaires 3 et 4 des deux transformateurs à nombre égal de spires sont couplés l'un à l'autre en série, et en concordance au point 19. Une extrémité de l'enroulement 4, est connectée au point 20, à la sortie du circuit électronique d'amplification, notamment, au collecteur 14' du transistor 15. L'enroulement 3 est relié à un tube 21 destiné à stabiliser la tension d'alimentation du circuit, ce tube stabilisateur étant connecté, à son tour, par l'intermédiaire d'une résistance 22 et d'une diode 23, à un câble à un seul conducteur (non représenté) connecté au point 24. Les deux enroulements 3 et 4 réunis sont shuntés par une diode 25 protégeant le transistor 15 contre les surtensions. La sortie du transistor 15 est reliée, par l'intermédiaire d'une résistance 26, à un amplificateur à émetteur asservi constitué par un transistor 27 et une résistance 28. Un condensateur 29 est branché sur l'entrée du transistor 27. La sortie du transistor 27 est connectée au cible en 24 par l'intermédiaire d'un condensateur 30 et de la diode 23. Au meme point 24 est reliée une dinde 31 permettant de connecter au câble un autre appareil de mesure, tel qu'un débitmètre. La gaine extérieure blindée du câble est reliée à une borne 32 du dispositif. Toute la partie électronique du dispositif est réalisée sous forme d'un module (figure 2), protégé par un bottier 33 et abrité par un corps 34. Ce module électronique a un contact 35 correspondant à la borne 24 de la figure 1. Le contact 35 touche un contact 36 à ressort prévu pour assurer un bon contact avec la tette de cable (non représentée). Le couplage du dispositif à la tete du câble est fait à l'aide d'un assemblage fileté démontable 37 et est rendu étanche contre l'action du milieu de puits au moyen des bagues d'étanchéité 38 et 39. Le corps 34 de l'appareil est vissé sur un raccord 40 (figure 2') réalisé en matériau non magnétique tel que le laiton, par exemple, et se trouve ensuite rendu étanche à l'aide des bagues 41 et 42. Les circuits magnétiques 1, 2 (figure I) des transformateurs A et B sont réalisés en matériau magnétique et représentent un empilage d'épanouissements polaires de section ronde 43, 44, 45, 46 (figure 2') ayant un noyau commun 47. Dans des fenetres 48 et 49 des transformateurs A et B sont placés respectivement leurs enroulements 3, 4, 5, 6. Les enroulements sont entourés par des écrans 50 et 51 réalisés en acier inoxydable non magnétique. L'étanchéité des transformateurs A et B est obtenue à l'aide d'une enveloppe 52, également en acier non magnétique, et des bagues d'étanchéité en caoutchouc 53, 54, 55, 56. La partie inférieure du dispositif (figure 2') a un raccord 57 fileté et un contact 58 monté dans une douille isolante 59 servant à recevoir un autre appareil. Au moyen d'un conducteur 60 le contact 58 est relié aux contacts 35 et 36.Les transformateurs A et B et le module électronique placés dans le bottier 33 sont reliés par des conducteurs 61. Les circuits magnétiques 1 et 2 (figure 1) des deux transformateurs A et B sont séparés l'un de l'autre par une rainure 62 (figure 2') remplie d'un matériau non magnétique, tel que matière plastique ou laiton, pour éviter des enfoncements de l'enveloppe 52 sous l'effet de la pression extérieure. Le dispositif, selon l'invention, fonctionne de la manière suivante. Si la continuité du métal des tubes n'est pas affectée, la résistance des circuits magnétiques des transformateurs ne change pas. Du fait que les nombres de spires des enroulements secondaires 5 et 6 sont différents et que les enroulements et l'amplificateur sont connectés en concordance, une réaction positive a lieu entre la sortie du transistor-15 et son entrée, c'està-dire entre les circuits de son collecteur et de sa base.L'importance de la réaction positive est exprimée par la grandeur kP que l'on détermine à partir de la condition k. ss > 1, k étant le gain du signal de sortie et P le rapport de transformation résultant des deux transformateurs réunis, qui est le rapport de la grandeur du signal, à la sortie des enroulements 5 et 6 couplés en série et en opposition, à la grandeur du signal aux bornes extérieures des enroulements primaires 3 et 4, ctest-à-dire, la grandeur du signal entre le point 22 et le point de connexion des résistances 16 et 22. Cette condition assure un régime de relaxation stable d'oscillations continues de la tension A la sortie du transistor 15. Plus la différence des nombres de spires des enroulements secondaires 5, 6 est importante, plus élevée est la grandeur p. Grace à une profonde réaction positive tout le système constitué par les transformateurs et le transistor 15 fonctionne en régime d'oscillations fort, voisin du régime d'un oscillateur à blocage. Dans ce cas, en fonction des valeurs des capacités des condensateurs 11 et l7le système peut emprunter un régime d'oscillations continues de même qu'un régime d'oscillations intermittentes. Le dispositif est capable de fonctionner dans les deux régimes. Une discontinuité de métal dans le tube provoque un déséquilibre de la symétrie magnétique des circuits des transformateurs et fait varier les grandeurs des signaux à la sortie des enroulements secondaires 5, 6, c'est-d-dire la grandeur p. Ceci apporte, à son tour, des variations dans le régime d'oscillations de relaxation suivi par le transistor 15 et modifie la fréquence du signal qui apparaît à sa sortie. Par rapport à la fréquence initiale, la fréquence des oscillations générées augmente ou diminue suivant le fait que la discontinuité du métal affecte le circuit magnétique de l'un ou de l'autre transformateur.Alors dans l'un de ces deux cas les phénomenes transitoires se déroulent plus rapidement tandis que dans l'autre cas on constate le contraire. Iî s'ensuit que dans le premier cas la fréquence des oscillations générées augmente et dans le second cas la fréquence des oscillations diminue. Lorsque le dispositif se déplace devant-un manchon d'une colonne de tubage, la variation globale de la fréquence du signal de sortie en régime d'oscillations continues stables se chiffre de 250 à 300 Hz, la fréquence initiale étant de 600 Hz. Un orifice perforé dans le tube donne lieu à une variation de fréquence du signal de sortie allant de 10 à 20 Hz. Le circuit constitué par la résistance 26 et le condensateur 29 lisse les impulsions rectangulaires délivrées par le transistor 15 et appliquées à l'amplificateur à émetteur asservi. La tension de sortie prélevée à la résistance 28 de cet amplificateur à émetteur asservi est fournie par l'intermédiaire du condensateur 30 dans le cable au point 24 à travers la diode 23. La tension d'alimentation du circuit est réglée à l'aide d'un tube stabilisateur de tension 21 alors qu'une résistance d'extinction 22 de ce tube 21 empêche le signal de sortie de se fermer. Le dispositif, selon l'invention, présente l'avantage que, lorsque les piles des circuits magnétiques des deux transformateurs s'éloi- gnent à une distance égale de la paroi du tube, la fréquence du signal de sortie reste pratiquement invariable. Aussi, avec des écarts en direction perpendiculaire à l'axe longitudinal du tube contrôlé dus au hazard, les flux magnétiques restent-ils sans changements et, en conséquence, la fre- quence du signal à la sortie du dispositif ne varie pas. En régime d'oscillations intermittentes, que l'on obtient en choisissant les grandeurs des capacités des condensateurs 11 et 17 au-dessous d'une valeur critique déterminée, la sensibilité du schéma devient fortement plus élevée par suite d'un brusque changement de la fréquence des oscillations complémentaires de haute fréquence accompagnant le processus de blocage. Dans ce cas il n'est plus nécessaire d'utiliser le condensateur 29 qui court-circuite les oscillations de haute fréquence. Il y a lieu de noter que pour détecter l'emplacement des manchons et des orifices dans un tube, le régime dwoscillations continues est préférable, car dans ce cas la sensibilité du dispositif est tout à fat suffisante et, en plus, la réalisation de ce régime permet d'avoir recours à un schéma plus simple et meilleur marché du dispositif de réception installé à la surface. La sensibilité du dispositif augmente gracie à la présence des écrans 51 et 52 (figure 2') réalisés en métal ayant une résistance sp6ci- fique plus élevée que, par exemple, celle du cuivre ou de l'aluminium. Cen écrans en acier inoxydable réduisent l'effet des flux de dispersion car plus les flux de dispersion sont importants et plus la part du flux magnétique passant à travers les épanouissements polaires des circuits magnétiques est faible, moins forte sera la sensibilité du dispositif. I1 faut remarquer que l'utilisation d'écrans en cuivre n'est pas souhaitable du fait que dans ce cas l'écran s'assimile à une spire court-circuitée ce qui peut conduire à une interruption de la génération. REVENDICBTIONS 1. Dispositif de contrôle de continuité de tubes métalliques comportant un moyen destiné à créer un champ magnétique dans un tube contrôlé variant en présence d'une discontinuité dudit tube, et un convertisseur de la variation du champ magnétique en un signal électrique porteur d'information concernant la présence de cette discontinuité de tube, ce dispositif étant caractérisé en ce que le moyen destiné à créer un champ magnétique dans le tube contrôlé et le convertisseur de la variation de ce champ magnétique en un signal électrique sont constitués par deux transformateurs aux circuits magnétiques ouverts, immobilisés l'un par rapport à l'autre, dont les circuits magnétiques se ferment dans le corps du tube soumis au contrôle, et par un circuit électronique d'amplification dotée d'une boucle de réaction positive, formée par des enroulements des transformateurs de manière que les enroulements primaires sont couplés entre eux en concordance et sont connectés à la sortie du circuit électronique d'amplification, tandis que les enroulements secondaires, ayant des nombres de spires différents et réunis en série et en opposition, sont reliés à l'entrée du circuit électronique d'amplification, le rapport des nombres de spires des enroulements primaires et de la différence des nombres de spires des enroulements secondaires devant satisfaire à la condition k.D > I où k est le gain du circuit électronique d'amplification, et P le rapport de transformation résultant du système de transformateurs réunis, ce qui fait que, en présence d'une discontinuité des tubes, la fréquence du signal électrique apparaissant à la sortie du circuit électronique d'amplification varie. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les enroulements des transformateurs sont entourés par des écrans en acier inoxydable non magnétique.