Brevet FR2383427A1 — publié le 19781006

La presente invention concerne la mesure du diamètre de conduits de section droite approximativement circulaire, et elle trouve une application particulièrement importante dans la mesure du diamètre d'un forage de prospection. De tels forages ont éviderrjnent une section qui peut s'écarter de la forme circulaire et pour cette raison on parlera par la suite de "diamètre equivalent't pour désigner le diamètre d'un cercle qui a approximativement la même surface que la section droite du forage dans la zone ou s'effectue la mesure. On sait que la prospection du sous-sol implique presque toujours des sondages qui constituent des operations couteuses que l'on s'efforce de réduire en donnant un petit diamètre aux forages et en évitant le plus possible le carottage mecanique au profit de mesures géophysiques à l'aide de sondes introduites dans le forage Les résultats fournis par les sondes dépendent largement du diamètre du trou de forage. Or, l'experience a montré que, selon la nature des terrains; le type de sondeuse, sa-vitesse de rotation ou de percussion et divers facteurs, les trous conservent rarement le même diamètre de haut en bas et en outre présentent fréquemment des cavités parfois de dimensions importantes dont l'ampleur atteint quelquefois 4 à 5 fois le diamètre nominal du sondage. Il est pratiquement indispensable de déterminer ces anomalies, donc d'effectuer une mesure du diamètre le long du forage. Cette mesure, dite "diametrage" est effectuee depuis longtemps dans les sondages de fort diamètre, tels que les forages pétroliers. Mais les "diametreurs" existants comportent une mécanique complexe, délicate et onéreuse, surtout lorsque le diamètre minimum exigé est reduit. La présente invention vise a fournir un dispositif de mesure du diametre équivalent d'un conduit, et notamment d'un sondage, réalisable sous une forme nermettant son emploi dans des conduits ou forages de faible diamètre, dispositif qui est en meme temps simple, peu coûteux, et de fonctionnement sûr. Dans ce but, l'invention propose notamment un dispositif qui comprend un corps de sonde, de forme allongée, deplaçable le long du conduit par des moyens tels qu'un câble de suspension, et muni d'un détecteur gamma, des bras fixés au corps de sonde, repartis angulairement autour de celui-ci, et dont une partie, portant une source gamma, tend à s'écarter élastiquement du corps de sonde pour venir en contact avec la paroi du conduit, et des moyens de retenue des bras contre le corps de sonde, desarmables par commande partir de l'extrémité des moyens de déplacement du corps de sonde éloignée de celui-ci. Le dispositif comportera en genérai trois ou quatre bras. Dans le cas d'un dispositif destiné à un conduit vertical, tel qu'un forage, les moyens de retenue des bras comportent avantageusement un tube, dépla- çable le lonq du corps de sonde au-dessus du point de fixation des bras et raccordé à une pièce de retenue de l'extrémité inférieure des bras, des moyens élastiques tels qu'un ressort helicoadal étant prévus pour repousser le manchon et la pièce de retenue des bras vers une position haute pour laquelle la pièce de retenue retient les bras plaquéscontre le corps. Suivant un autre aspect de l'i-nvention, celle-ci propose un procede de mesure du -diamètre équivalent le long d'un forage, suivant lequel on fait descendre une sonde comportant un corps de forme allongée contenant un détecteur de rayonnement gamma et des bras dont l'extrémité haute est fixée à la sonde et dont l'élastîcite tend à ecarter l'autre extrémité, portant une source gamma, vers l'extérieur dans le sens radial, tout en retenant lesdites autres. extrémités par un verrpu; on libère les bras par commande depuis l'extrémité du forage de façon qu'ils viennent en contact avec la paroi du forage; et on déduit de ce taux de comptage et de l'activité des sources le diamètre équivalent du forage. On peux ainsi tracer en surface la courbe de variation du taux de comptage fourni par le détecteur en fonction du déplacement de la sonde le long du forage et en déduire le diamètre équivalent du forage à chaque profondeur à partir d'une courbe d'étalonnage préparée anterieurement. La remontee de la-sonde n'est pas gênee par les bras : en effet, ceux-ci se replient vers le bas en cas de passage d'un rétrécissement du forage. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un dispositif qui en constitue un mode particulier de realisation donné à titre d'exemple non limitatif La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels : - la figure 1 est un schéma de principe montrant la sonde en place dans un forage, suspendue à un câble; - la figure 2 est une vue de face de. la sonde, bras déployés; - la figure 3 est une vue en coupe suivant la ligne IIT-III de la figure 2 . - la figure 4 est une vue en perspective d'une gueuse utilisable pour déverrouiller les bras depuis la surface; - la figure 5 donne l'allure générale d'une courbe d'étalonnage, c'est-à-dire la relation entre le diametre d et le taux de comptage c (chocs par seconde), -lorsque la sonde est immergée dans l'eau ; - la figure 6 montre l'allure d'un enregistrement du taux de comptage en fonction de la profondeur, pour un sondage typique. La sonde 10 montrée en figure 1 est suspendue à un câble Il qui porte également les conducteurs électriques d'alimentation et de transmission des signaux. Le câble 11 est relie en surface à un treuil de commande (non représent) et, dans le cas montre en figure 1, passe dans le train de tiges 12. La sonde 10, montree à grande échelle en figure 2, comporte un corps 13, de forme allongée et de faible diamètre, fixé au câble 11, dans lequel est placé un détecteur de rayonnement gamma 14. Ce detecteur 14 est, par exemple, un ou plusieurs tubes compteur GM ou un compteur à scintillations (à cristal scintillateur NaITl, par exemple). Il existe déjà des sondes de faible diamètre incorporant un tel détectueur, par exemple celles commercialisées par SAPHY,'iO-STEL et désignées par la référence ST22-2T, de 22 mm de diamètre, à compteurs fiM - Sur le corps de sonde 13 est fixé, par des moyens tels que des vis 15, un manchon 16 qui porte quatre bras 17 repartis à 90 l'un de l'autre L'extremite haute de chaque bras est fixé, par exemple parsoudage, sur un pan du manchon 16. Les bras 17 sont constitués par des lames métalliques élastiques (en acier généralement) coudées immédia- tement au-dessous du manchon 16, de façon que, lorsque les bras sont libres, ils prennent une position oblique par rapport au corps 13, comme indique sur la- figure 2. Les bras 17 sont identiques. Chacun porte une source gamma scellee 18. Pour des raisons de sécurité et d'économie, on utilisera en général une source à faible activité, par exemple à base de minerai radioactif comme l'urano-thorianite, plutôt qu'une source artificielle a fort rayonnement, telle ou'une source de 137 Cs par exemple. Le corps de sonde 13 porte un équipage mobile de verrouillage des.bras 17 le long -du corps 13. Cet équipage comprend un tube 19, généralement en matière plastique, telle que le PVC, place au-dessus du manchon 16 et relie par deux tiges 20 à une piece tubulaire 21 de retenue des bras 17. Un ressort hélicoSdal de rappel 22 repousse l'équipage mobile vers la position haute dans laquelle il est represente sur la figure 2. Un évidement 27 ménage à la partie supérieure de la pièce 21 est prévu pour retenir des becs terminaux des bras 17 une fois ceux-ci serrés le long du corps, et ltequipage mobile libéré après avoir éte amené en position basse. Une cale d'arrêt 23 peut etre prevue pour permettre de soulever la sonde sans risque d'endommager les bras 17. Le montage qui vient d'être décrit permet de libérer les bras 17 de façon simple une fois la sonde descendue au fond du forage. Il suffit pour cela d'insérer sur le câble 11 une masselotte- ou gueuse de poids suffisant pour qu'elle enfonce l'equipage mobile lorsqu'elle le percute. Cette gueuse 24 peut être du genre montre en figure 4 et comporter une saignée hêlicoîdale 25 par laquelle un trou axial 26 s'ouvre latéralement.Des vis de sécurité (non représentée peuvent etre prévues pour éviter que la queuse 24 ne s'échappe du câble. - A titre d'exemple nullement limitatif, on peut indiquer qu'un dispositif suivant l1invention a éte réalisé a- partir d'une sonde de 22 nm de diamètre. Le manchon 16 a été constitué par une piece en laiton portant quatre bras de commande et munie de deux saignées livrant passage aux tiges de liaison 20.L'équipage mobile peut comporter un tube en chlorure de polyvinyle de 33 mm de diamètre extérieur et de 150 mm de longueur; dans lequel sont fraisées des rainures longitudi- nales permettant de placer les tiges 20 sans augmenter l'encombrement transversal. Chaque bras porte une source scellée d'urano-thorianite. L'activité des sources est telle que le taux de comptage du détecteur est de plusieurs milliers de cps lorsque les bras sont maintenus appli quels contre le corps par la pièce 21, ce qui fournit une sensibilité largement suffisante. Le procédé d'exploitation du dispositif ressortant de la descrip-tion qui precède, il n'est pas nécessaire de le décrire en détail. On remarquera seulement que, une fois que la sonde a été descendue à fond de forage, elle peut être remontée sans difficulté, les bras se repliant vers le bas pour traverser les retrecissements. Les bras peuvent avoir une longueur suffisante pour accepter de tres grandes variations de diamètre, par exemple jusqu'à 330 min pour une sonde de - 33 mn de diametre hors tout. On notera encore que la contribution donnée au taux de comptage par la radioactivité du terrain traversé est infime comparee à celle des sources 18. Toutefois, lorsqu'on opère dans des terra-ins radioactifs, il est préférable d'effectuer un premier passage sans sources d'enregistrement-18. On obtient ainsi le taux de comptage dû à la radioactivité naturelle et on peut le déduire de celui obtenu au cours du second passage de la sonde, munie cette fois de ses sources 18. Ce premier passage ne constitue d'ailleurs pas une opération inutile du point de vue géophysique, car il fournit une mesure qui serait de toute façon nécessaire. Enfin,-on décrira, en faisant référence à la figure 1, un mode de mise en oeuvre qui présente des avantages importants dans le cas ou le forage est non carotté. On sait qu'on cherche le plus possible à se passer de carottage mecanique, pour réduire le coût. Mais les matériaux ont alors tendance à boucher le trou apres detubage des tiges de foration, surtout si les terrains sont meubles. La sonde selon l'invention permet d'effectuer des mesures immédiates, donc sans risque d'éboulement, dans des conditions qui évitent, de plus, tout risque de perte de la sonde. Pour cela, la sonde 10 suspendue à son câble 11 est descendue, bras 17 plaqués contre le corps, jusqu'à ce que seuls les bras depassent du tube. La gueuse est alors lâchée sur le câble 11 et-libère les bras 17 qui viennent s'appliquer contre la paroi du. forage. Les tubes 11 sont remontes à l'aide du dispositif classique de pince 28, à vitesse lente, tandis que l'opérateur charge de la sonde-releve celle-ci à la même vitesse. Titre d'exemple, la figure 6 montre un profil relevé sur la partie haute d'un sondage foré à un diametre nominal de 131 mm sur 6 m, puis à un diametre nominal de 95 mm. La sonde est descendue à fond de forage, les bras sont libérés (cette liberation pouvant être constatée en surface par une chute brutale du taux de comptage). Puis, au fur et à mesure de la remontee, on enregistre le taux dé comptage, indiqué par c sur la figure 6. On peut déduire le diametre d de ce taux de comptage, soit en indiquant directement une échelle de correspondance, soit en se reportant à une courbe d'étalonnage qui a l'allure indiquee sur la figure 5. On voit que le dispositif est tout à la fois de constitution simple, de fonctionnement sur et tres souple d'emploi puisqu'il se prête à des mesures dans des conduits de très faible diamètre nominal, pouvant toute foisprésenter localement des élargissements importants. De plus, il permet d'atteindre une précision largement suffisante pour les besoins habituels. Il va sans dire que l'invention ne se limite pas au mode particulier de réalisation qui a été décrit et que la portée du présent brevet s'étend aux variantes restant dans le cadre des équivalences. R.EVENDICATIOtlS 1. Dispesitif de mesure du diamètre équivalent d'un conduit, et notamment d'un forage de petit diamètre, caractérisé en ce qu'il comprend un corps de sonde de forme allongée deplacable le long du conduit, par des moyens tels qu'un câble de suspension et muni d'un détecteur de rayonnement gamma, des bras fixes au corps de sonde, répartis angulairement autour de celui-ci et dont une partie portant une source gamma tend à s'écarter élastiquement du corps de sonde pour venir en contact avec la paroi du conduit, et des moyens de retenue des bras contre le corps de sonde, désarmables à partir de l'extrémité des moyens de déplacement du corps de sonde éloignée de celui-ci. 2. Dispositif -suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte quatre bras disposés à 90C l'un de l'autre autour du corps desonde et fixés par une extrémité audit corps. 3. Dispositif suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les bras sont constitués par des lames élastiques dont une extrémité est fixée au corps de sonde et dont-l'autre extrémite est prévue pour être immobilisée par les moyens de retenue. 4. Dispositif suivant la revendication 1, 2 ou 3, destiné à la mesure du diametre équivalent d'un forage, caractérisé en ce que les moyens de retenue des bras comportent un manchon déplaçable le long du corps de sonde au-dessus du point de fixation des bras et -raccordé à une pièce de retenue de l'extrémité inferieure des bras, des moyens élastiques tels qu'un ressort helicoldal étant prévus pour repousser le manchon et la piece de retenue des bras vers une position haute pour laquelle la pièce de retenue retient les bras plaqués contre le corps. 5. Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce qu'il est prevu une gueuse munie de moyens de guidage le long du câble, de poids suffisant pour vaincre la force des moyens destinés à retenir le manchon en position haute lorsqu'elle percute ce dernier en descendant le lon9 du câble. .6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précedentes, caractérisé en ce que le détecteur comporte un ou plusieurs tubes compteur Geiger-uller ou un cristal scintillateur associé à un photomultiplicateur relié à un appareil de mesure situé hors du conduit. 7. Dispositif suivant la revendication 6 caractérise en ce que les bras comportent des sources artificielles ou naturelles, 8. Procedé de mesure du diamètre équivalent le long d'un forage, caractérisé en ce qu'on fait descendre une sonde comportant un corps de forme allongée contenant un détecteur de rayonnement gamma et des bras fixés a une extrémite à la sonde et dont l'élasticité tend à écarter l'autre extrémité, portant une source gamma, vers l'extérieur dans le sens radial, tout en retenant-lesdites autres extrémités par un verrou ; on libère les bras par commande depuis l'extrémité du forage de façon qu'ils viennent en contact avec la paroi du forage ; on mesure le taux de comptage fourni par ledit détecteur ; et on deduit de ce taux de comptage et de l'activité des sources le diamètre équivalent du forage. 9. Procedé suivant la revendication 8, caractérisé en ce que l'on peut effectuer préalablement une mesure du profil d'activite le long du forage à l'aide d'une sonde démunie de sources radioactives, puis ladite mesure de diamètre en soustrayant de l'activité mesurée par la sonde à chaque emplacement du forage l'activité prealablement déterminée aux points correspondants du forage. 10. Procédé suivant la. revendication 8, de mesure du diametre équivalent d'un forage non carotte, caracterise en ce que, avant dètu- bage du forage, on descend la sonde jusqu'à ce que les bras seuls débordent du tube inferieur, et en ce que, simultanément, on détermine le diamètre équivalent du forage et on remonte les tubes en synchronisant les opérations de façon que la sonde reste dans une position approximativement immuable par rapport au tube inférieur.