Brevet FR2315104A1 — publié le 19770114

ta présente invention se rapporte à une sonde des mesure qui est utilisée pour les forages en profondeur pour mesurer la condac- tivité érnectrique, la radioactivité naturelle ainsi que la radioactivité activée par des neutrons des couches de roches localisés par le trou de sonde. te ! but de la présente invention est de créer une telle sonde de mesure où le dispositif est relié à cette dernière qui est susceptible de mesurer lès valeurs caractéristiques précitées en une seule opération et par une seule descente la sonde. Pour les forages, au-delà d'une certaine profondeur, pour connaître la qualité substantielle des roches ainsi que pour déterminer les fluides se trouvant dans les pores des roches, on utilise les méthodes dites de mesure de carottage ainsi que le processus de calcul servant à la comparaison des valeurs de mesure ainsi obtenues, c'est-à-dire l'interprétation de la mesure faite lors du ca routage. tes éléments les plus importants des mesures de trous de forage sont les suivants : mesure de la conductivité électrique respective de la roche ainsi que du rayonnement gamma naturel et de la ra radioactivité activée par des neutrons rapides. La résistance électrique spécifique des roches est en général réalisée à l'aide dtun système d'électrodes qui est descendu dans le trou de forage rempli- d'un élément de rinçage, donc d'un fluide conducteur, de manière à ce qu'entre les différentes électrodes on envoie un courant défini dans le volume à mesurer tandis que sur l'autre électrode ou les autres électrodes on observe la chute de tension de courant, cette tension (ou ces tensions) étant en rapport avec la résistance électrique spécifique des couches de roches.Les différenees des tensions livrées par 1 sonde de mesure, enregistrées au jour à la manière de profilsen fonction de la profondeur sont définies comme courbes de résistance apparentes du trou de forage étant donné que la résistance électrique spécifique réelle des couches de roches est une valeur légèrement différente de cela et peut etre déterminée à partir des valeurs mesurées par des méthodes d' interprétation correspondantes. On connaît également des données de mesure fonctionnant avec un champ de courant dirigé et qui permettent de mesurer une courbe de msistance apparente s'approchant correctement de la résistance électrique réelle. Une telle disposition d'électrodes, connue en soi, est montrée à la figure 1. Un cuurant I produit par un géné- rateur circule de l'électrode Ac vers l'électrode B0 tandis qu'à partir des électrodes A1-A'1's'écoule un courant I1 en direction de l'électrode B1 Te courant I1 est régulé à l'aide d'un dispositif de commande de manière à ce que la différence de potentiel entre les paires d'électrodes S1 et S2 se rapproche de la valeur 0.Le potentiel proportionnel à la résistance électrique spécifique apparente est mesuré au niveau d'une des électrodes Sl1 S'2 (par rapport au point N le plus éloigné). Le carter d'un tel appareil avec un courant de champ dirigé est avantageusement un corps isolant rigide ou une barre métallique recourerte de caoutchouc notamment à titre de matière isolante, sur laquelle sont montées isolément les unes des autres les différentes électrodes. ta matière des électrodes est avantageusement du plomb. tes électrodes ou les paires d'électodes sont reliées chacune par l'intermédiaire d'un câble avec des unités d'alimentation, de commande, de mesure et d'enregistrement des valeurs disposées au jour.Pour maintenir les dimensions géométriques de 11 appareil les plus faibles possible, on a prévu sur le corps rigide de l'appareil uniquement les électrodes influençant la forme du champ dirigé tandis que les électrodes éloignées 30 31 B1 et N sont disposées sur un câble souple, isolé, enveloppé dit câble de tête, ces électrodes pouvant encore être prévues à proximité de la surface du sol. Pour effectuer les mesures, il est nécessaire de disposer, suivant le système dlélectrodese çaEecu au maximum deixcâbles. Ceci est assuré par des câbles de mesure de trous de forage blindés, à sept fils et généralement utilisés dans la pratique. Les methois de mesure: de radioe'ctivité les plus utilisées, notamment les mesures de l'intensité du rayonnement gamma naturel et du rayonnement gamma activé par des neutrons rapides sont en général réalisées simultanément avec les memes sondes de mesure. La sonde déjà connue dans l'art antérieur est montrée à la figure 2. L'intensité naturelle des rayons gamma est relevée par le détecteur 1. te détecteur 2 disposé en un écartement de 0,5 à 0,7 m de la source qui émet les neutrons rapides, mesure l'intensité produite des neutrons. Tes différenteE émissions de rayons gamma sont amplifiées par l'amplificateur 4 puis transmises sous forme d'impulsions par 1' intermé- diaire du même conducteur aux unités d' intégration, de comptage et d'affichage installées au sol. Pour utiliser un conducteur de câbles commun , les impacts ayant portés à partir du détecteur 1 et 2 sont transmis vers le sol sous forme d'impulsions de polarité opposées (positive et négative3. Tes détecteurs sont, comme connu en soi, soit des compteurs Geiger-Muller soit des compteurs à scintillations. Les mesures effectuées avec les appareils précités de la résistance spécifique électrique et les mesures radisaetives à deux paramètres ne peuvent, àl 'aide de sondes; connues jusqu'à présent, être effectuées que l'une après l'autre.Tes deux mesures sont ex trêmement longues.La mesure de la résistance électrique dure sur une portion de trou de forage de 1000 m de longueur, 2 à 3 heures, la mesure - iadieactive 5 à 6 heures et pendant ce temps les travaux liés au trou de forage sont interrompus, les dispositifs de mesure sont pour leur part mobilisés et ne permettent l'exécution d'au- tres travaux, Ces difficultés et les pertes de temps qui y sont liées peuvent être supprimées par lasontion proposée par la présente invention La présente invention a pour objet une sonde de mesure qui convienne à la mesure de la-conduetivite électrique des couches de roches localisées par un trou de perçage par une simple mesure de la résistance ou par une mesure de la résistance avec un champ de courant dirigé, ainsi Qu'à la mesure de la - radioactivité naturelle et de la radioactivité provoquée par des neutrons, ceci à l'aide d'une seule sonde qui comporte une source de neutrons incorporés, des détecteurs mesurant l'intensité du rayonnementmms naturel, des détecteurs mesurant l'intensité du rayonnement gamma activé par les neutrons ainsi qu'un amplificateur et est réalisée de manière à ce que l'enveloppe extérieure de la chambre de mesure résistante à la compression avantageusement fabriquée en acier est recouverte au moins sur la longueur du volume intérieur de mesure de ladite chambre d'une matière isolante, ladite enveloppe extérieure est fixée en étant noyée dans la matière isolante, en ce qu'au moins deux électrodes métalliques annulaires avantageusement en plomb sont pré vues, la première électrode étant logée sur une ligne bissectrice de la longueur totale de la sonde comportant par ailleurs les conducteurs menant de la chambre de mesure étanche résistante à la compression vers les électrodes extérieures traversant ladite paroi de la chambre et noyée dans l'enveloppe isolante, le détecteur servant à la mesure de l'intensité du rayonnement gamma naturel étant disposé au-dessus du plan bissecteur s'étendant perpendiculairement à l'axe longitudinal de la sonde tandis que lesdétecteun servant à mesurer l'intensité provoquée des neutrons et la source de neutrons sont prévus en-dessous de ce meme plan bissecteur. Les parties d'extrémités supérieure et inférieure de la sonde sont en métal et le corps de la sonde lui-meme est réalisé de manière à ce que cette dernière sur toute sa longueur donc sur la partie recouverte d'une isolatinn ainsi que sur la surface extérieure des parties métalliques formant la tette et la base, -ait un diamètre éxtérieur constant. Tes passages prévus de l'intérieur de la sonde de mesure, donc du volume présentant sensiblement la pression atmosphérique vers le volume extérieur se trouvant sous pression sont résistants à la pression et isolés éleetriquement. La matière formant les joints sera avantageusement la matière connue sous la dénom, tion commerciale de "téflon" et lesvolum entre les emplacements de montage des passages sont avantageusement remplis d'un autre produit servant à faire des Joints, avantageusement une laque aux silicones. l'une des électrodes extérieures des mesures métalliques de la sonde constitue le plan de symétrie médian de la sonde toute entière et les deux parties d'extrémités à surface métallique, c'est à-dire la tete et le pied de la sonde, sont disposées à un écartement égal du plan précité. La source de neutrons est logée dans la partie inférieure donc au pied de la sonde dans une cavité sFparée du volume de mesure, si bien que la source de neutrons peut être facilement et rapidement démontée sans qu1il soit nécessaire de démonter toute la sonde. Te câble de mesure du trou de forage est raccordé à la tête de la sonde. T' invention sera mieux comprise eS faisant référence à plusieurs dessins illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels - les figures 1 et 2 montrent une sonde connue dans l'art antérieur - la figure 5 montre la forme extérieure et la disposition intérieure de la sonde conforme à l'invention - la figure 4 montre le schéma électrique de la sonde conforme à l'invention - la figure 5 montre la réalisation du passage des conducteurs menant aux électrodes ; et - la figure 6 est une vue en coupe transversale de la sonde conforme à l'invention. La tête de sonde 5 egt raccordée par l'intermédiaire d'un passage électrique 6 au câble et se prolonge par un corps 7 tubulaire. Sur le corps 7 de la sonde présentant un diamètre plus petit, est vulcanisée une enveloppe de caoutchouc 8. Sur la surface extérieure de 11 enveloppe 8 sont prévues dans des gorges ménagées au cours du processus de vulcanisation les électrodes 9 et 10 avantageusement en plomb avec par exemple une répartition qui correspond aux conditions de la mesure avec un champ- de courant dirigé.A 1' in- térieur du corps tubulaire de la sonde est logée à titre d'unité séparée la sonde de mesure radioactive 11. Dans cette dernière sont prévus les détecteurs 1 pour indiquer l'intensité des=rayons gamma naturels au-dessous 6 au-dessus de l'électrode D formant le point de référence du système de résistance (figure 1. A ). Â l'extrémité in o férieure de la sonde de mesure radioactive et entre les détecteurs 1 et 2 se trouve un amplificateur 4. Te corps de la sonde se termine à sa partie inférieure par un embout d'extrémité 12.Sur ce dernier, on peut raccorder par un assemblage vissé le carter 15 contenant la source de neutrons 7, dans lequel après éloignement du capuchon d'obturation 14 la source de neutrons 3 peut etre remplacée sans quiil soit nécessairede démonter les autres parties de la sonde. Le schéma électrique de la sonde est montré à la figure 4. Tes lignes 15, 1E, 17 et t8 sont guidées le long du corps de sonde 7 à côté de la sonde radioactive 11. Elles sortent par des passages correspondant du corps de la sonde et sont reliées à des électrodes ou des paires d'électrodes-19, 20, 21, 22, tes lignes électriques menant des points de passage vers les électrodes sont posées avant l'application de l'enveloppe de caoutchouc 8 et ainsi noyées dans le revetement de caoutchouc vulcanisé précité. Te conducteur raccordé 27 et la ligne de terre 24 servent à l'alimentation en courant au cours des mesures radio-actives ou encore à transmettre les impulsions des détecteurs. Les électrodes éloignée qui forment les points de renvoi des mesures de la résistance sont fixées, de manière connue, au câble de tête. Dans le volume intérieur de la sonde conforme à l'urvention, il règne, dans la tête de sonde 5 et dans le corps de sonde 7 sensiblement la pression atmosphérique tandis qu'à L'extérieur de la sonde la pression correspond à la pression hydrostatique définie par la profondeur et la densité du rinçage. La réalisation des, points de sortie des conducteurs menant aux électrodes (25,26,27, 28) est particulièrement délicate en raison des grandes différences de pression. Cette réalisation des emplacements de passage est montrée à la figure 5.Les lignes de sortie 25, 26, 27, 28 sortent par l'intermédiaire des passages en acier 29 et des passages en matière synthétique 30, avantageusement en téflon, du volume à la pression atrosphérique et parviennent vers les différentes électrodes. A l'intérieur du corps de sonde, les passages sont reliés à 11 aide d'une cosse de cabale chacun à une bougie 31. L'extrémité supérieure des bougies 31 est formée par les manchons 33 sur lesquels se rac-cordent les fiches se trouvant à l'extrémité inférieure de l'ampli- ficateur 4. Te volume intérieur au niveau des passages 29 et 30 est bloqué par coulage d'une laque siliconnée 34 et est ainsi rendu étanche vis à vis de toute pénétration du fluide de rinçage. Te diamètre extérieur de la sonde ainsi construite peut être réduit jusqu'à 90 mu de diamètre si bier cue cette sonde peut être introduite dans chaque trou de forage en même temps que le trépan généralement utilise pour le forage en profondeur. Pour une sonde conforme à l'invention, la tête de sonde 5 et le raccordement inférieur 12 sont disposés exactement à la même distance de l'élec- trode 10. On peut ainsi ~obtenir que les parties de l'appareil en contact avec le volume de rinçage et métalliquement au contact les unes des autres n'influencent pas les courants du champ de courant dirigé étant donné que ltelectrode 10 correspond au point de symétrie de tout le système.Avec une sonde ainsi construite, on peut effectuer en une seule opération les trois mesures les plus fréquemment réalisées qui sont généralement de longue durée Btant donné que les appareils d'enregistrement habituels permettent lut en registrement simultané de sept paramètres, l'appareil pour l'exé- cution de telles mesures convient particulièrement bien et la mesure est liée fffectivement à un gain de temps appréciable. Bien entendu, 11 invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. in particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en-oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVEND ICÂTI ONS 1 - Sonde de mesure pour mesurer la conductivité électrique, la radioactivité naturelle ainsi que la radioactivité provoquée par des neutrons de couches de pierres localisées par un trou de forage, comportant une source de ne-Wtrons incorporée, des détecteurs pour mesurer llintensité du rayonnement gamma, un amplificateur et au moins deux électrodes de mesure métallique pour les mesures de la résistance, qui sont logées sur le corps de la sonde en étant isolées de cette dernière, caractérisée en ce que la sonde de mesure comporte une chambrede mesure fermée étanche àla pression axtérieure, oui contient dans un corps de sonde avantageusement en acier résistant à la pression les appareils capteurs pour la radiation, tandis que le corps de sonde noyé dans l'enveloppe isolante de l'enveloppe citérieure comporte des électrodes de mesure métallique avantageusement en plomb de forme annulaire tandis que les li gues menant de la chambre de mesure auxdites électrodes sont guiidées en étant protégées de la pression le long de la paroi de cham- bre de mesure et noyées dans l'enveloppe isolante, ladite sonde comportant également un détecteur qui set à déterminer le rayonnement gamma naturel et est disposée au-dessus du plan bissecteur passant perpendiculairement à l'axe longitudinal de la sonde, tandis que le détecteur servant à définir l'intensité du rayonnement gamma activé et la source de neutrons sont prévus en-dessous dudit plan bissecteur. 2 - Sonde de mesure selon la revendication 1, caractérisée en ce que le corps de tige isolé enveloppé, la tête de sonde et la partie d'extrémité inférieure de cette dernière ont le même diamètre. 3 - Sonde de mesure selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la source de neutrons prévue à la partie inférieure de la sonde est logée dans une cavité fermée séparée de la chambre de mesure de ladite sonde tandis qu'au pied de ladite sonde est raccordé le dispositif de support de la source de neutrons par un assemblage vissé. 4 - Sonde de mesure selon l'une des revendications 1 à 3, ca ractérisée en ce que l'une des électrodes métalliques est disposée dans le plan bissecteur normal à l'axe longitudinal de la sonde et iespartiesde tete et de base non isolées présentant une surface extérieure métallique sont disposées à un écartement égal de ce plan. 5 - Sonde de mesure selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les lignes électriques traversant la paroi de la chambre de mesure et servant au branchement électrique sont rendues -étanthes au niveau des emplacements de passage à l'aide de matière synthétique, avantageusement de téflon, et les emplacements d'étanchéité sont également remplis à l'intérieur d'une laque isolante élastique.