Brevet FR2356955A1 — publié le 19780127

L'invention est relative à un procédé pour mesurer la forme de chambres remplies de liquide notamment de chambres de lixiviation dans l'exploitation du sel par trous de forage, ainsi qu'à un appareillage pour la mise en oeuvre de ce procédé. L'inspection de l'état technique d'une chambre de lixi viation située à une profondeur considérable et acCessible de 'ex- térieur par des trous de forage est effectuée au moyen de dispositifs appelés sondeurs à échos. Un tel sondeur comporte une tête Mobile contenant des convertisseurs à ultra-sons qui tournent par rapport à un corps fixe. les convertisseurs sont couplés directement avec le liquide contenu dans la chambre examinée.Au cours de la mesure, un sondeur à échos est descendu dans la chambre à travers une colonne de tubes atteignant en principe un emplacement situé en dessous du plafond de la chambre. Habituellement la colonne de tubes et sa partie d'extrémité supérieure sont déformées par la corrosion, les rn- nipulations d'exploitation et la réaction du sel. Dans ces conditions, on se heurte à des difficultés pour l'introduction du son- deur dans la chambre et pour l'exécution des mesures à travers la colonne de tubes, par suite des déplacements relatifs de parties de ces tubes.Ceci dirninue essentiellement la sùreté de fonctionnement des sondeurs à échos ultra-sonores et peut entrainer l'obstruction du trou de forage, en cas d'avarie. Dans les sondeurs à chois connus, le couplage direct des convertisseurs avec le liquide résulte de l'utilisation de convertisseurs fonctionnant à fréquence élevée et délivrant un faisceau étroit d'ondes rayonnées pour obtenir la précision de mesure désirée dans l'interprétation immédiate des diagrammes d'enregistrement d'échos (échogrammes). L'invention a- donc pour but de fo@rnir un procédé et un appareillage pour la mesure de la forme de chambres de lixiva- tion, qui permettent d'effectuer des mesures dans des conditions d'exploitation minière et géologique variées et éliminant les incol- vénients exposés ci-dessus. Ce résultat est obtenu par le procédé conforme ù l'invention, qui consiste, apres la descente dans la chambre, à travers le trou de forage, d'un-dispositif constituant Ie sondeur à échos, fixé à un câble porteur, à déterminer la position du fond de la chambre et à étalonner le sondeur, en mettant en marche simultané- ment des dispositifs synchronisés tels qu'un convertisseur, un générateur d'émission et un enregistreur.Ces opérations sont efrec- tuées au moyen d'échos d'ondes ultra-sonores émises par un conver tisseur vertical. Ensuite, au moyen d'échos d'ondes ultrasonores émises par un convertisseur horizontal; on détermine la distance entre les niveaux de mesure et on mesure les sections horizontales et les profils verticaux . L'opération suivante de la mesure de la forme de la chambre par ce procédé est constituée par l'interprétation des données de mesures par analyse des diagralsmes obtenus, en tenant compte des conditions géométriques de propagation du faisceau et par comparaison de ces données avec des archétypes mathématiques préparés et des données obtenues à partir d'essais sur modè- les. L'appareillage destiné à être utilisé danse procédé conforme à l'invention est constitué par un appareillage d'enregistrement et de commande et par un émetteur qui est constitué par un sondeur à échos en deur parties. la partie supérieure est constituée par un ensemble de commande et d'entrainement qui comporte, à l'intérieur de son boiter métallique, en plus des éléments connus tels qu'un dispositif -d'alimentation, un système de commande et un moteur à courant alternatif du type synchrone, des éléments tels qu'un in dicateur-de nord muni d'un système photoélectrique et un dispositif de transmission.L'indicateur de nord est accouplé à l'arbre de convertisseurs, entraîné par un moteur électrique synchrone par l'intermédiaire d'un dispositif. de transmission, dont le rapport de vi tessed'une maniere avantageuse, assure un tour dans un ternps approprié. L'ensemble de commande et d'entraînement est séparé de la partie dans laquelle sont installés les convertisseurs par une cloison étanche et l'étanchéité de l'arbre de rotation est assurée par un joint annulaire. l'autre partie du sondeur à échos est aussi constituée par un boîtier métallique muni de connexions étanches avec l'ensemble de commande et d'entraînement.L'intérieur du boîtier est rempli de glycérine ou d'un autre liquide dans lequel sont installés les convertisseurs. le liquide contenu dans ce boîtier assure le couplage acoustique par l'intermédiaire du boîtier des convertisseurs avec le milieu à examiner. Les avantages techniques résultant de l'invention résident dans la possibilité de déterminer la forme exacte de chambres de lixiviation, ce qui permet en m8me temps d'adopter un procédé d'exploitation correct dans des conditions géologiques et minières variées, d'assurer une exploitation maximale du gisement avec le minimum de menace de chutes du plafond de la chambre, et dans la possibilité de déter:niner les rnenaces de chute du plafond et d'examiner les causes et les effets de l'action d'atfouillement du liquide le long des tubes d'exploitation, aussi bien que dans la possibilité de trouver l'influence de la forme de la chambre sur les détériorations subies par les tubes au cours de l'exploitation. La forme précise de la chambre est obtenue grâce au mode de construction du sondeur, qui permet - de recevoir les résultats directement à la surface du sol, - d'effectuer des mesures de contours horizontaux, des enregistre ment s et des déterminations de distances entre des profils horizontaux successifs et le fond de la chambre, grâce à la possibilité de commuter les convertisseurs et - de tenir compte des variations de la vitesse de propagation des ondes ultrasonores dans les chambres en fonction des variations de densité de la saumure. En outre, le couplage acoustique au moyen d'un liquide approprié des convertisseurs avec le milieu exaniné fournit une enveloppe compacte à la capsule de mesure, qui protège les convertisseurs contre toute détérioration mécanique au cours de leur manoeuvre dans le trou de forage. L'invention est expliquée plus en détail ci-après à l'aide de certains de ses modes de réalisation, pris à titre illustratif mais nullement limitatif, en se référant aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 représente schématiquement un sondeur à échos, - la figure 2 illustre schématiquement la mesure de position du fond de la chambre et l'étalonnage du sondeur, - la figure 3 représente un écho gramme de mesure de position du fond et d'étalonnage du sondeur, - la figure 4 est un schéma d'un profil vertical de chambre, - la figure 5 représente un éthogramme d'un profil vertical de chambre, - la figure 6 illustre l'enregistrement d'un point A à l'aide d'un faisceau ultrasonore d'angle d'ouverture 2 a, - la figure 7 représente une image du point A enregistré sur l'échogramme, - la figure 8 illustre un procédé pour tracer la forme d'une chambre sur un échogramme, - la figure 9 représente une section horizontale de la chambre obtenue à l'aide de l'échogramme de la figure 8, - la figure 10 est un diagramme anisotropique de la forme d'une chambre et - la figure 11 représente une déformation angulaire de mesure de position de parties inclinées d'une chambre. le procédé, conforme à l'invention, de mesure de la forme d'une chambre de lixiviation consiste, après avoir descendu, dans la chambre, les dispositifs, constituant le sondeur à échos, accrochés à un câble, à déterminer la position du fond de la chambre et à étalonner les dispositifs. La mesure est effectuée en enregistrant d'une manière continue la distance des dispositifs au fond de la chambre en fonction de la profondeur à laquelle se trouve le sondeur, comme le montrent les figures 2 et 3, en utilisant le convertisseur vertical. le sondeur ayant été ainsi préparé, com- mence la mesure des contours horizontaux de la chambre de lixiviation.Cette mesure est effectuée à l'aide d'un convertisseur horizontal et fournit sur. des échogrammes les distances entre la paroi verticale et le sondeur en fonction de l'azimut dans lequel est orienté le sondeur. le nombre de niveaux de mesure est déterminé à partir d'un graphique représentant la longeur de la section de chambre suivie par le faisceau conique d'ultra-sons en. fonction de la distance entre la paroi latérale de la chambre et le sondeur. Ce nombre est déterminé de telle manière que la distance d entre les niveaux soit égale à la longueur de cette section. le sondeur à échos permet aussi de déterminer des profils verticaux représentés sur la figure 4. Cette figure représente la distance entre le sondeur et la paroi latérale de la cavité en fonction de la profondeur à laquelle est situé le sondeur. les profils précités sont obtenus au moyen d'un convertisseur horizontal. On peut obtenir ainsi une section verticale de la chambre dans un azimut déterminé, ce qu'on a représenté sur la figure 5. Un élément essentiel du procédé de mesure de la forme de la chambre est l'interprétation des résultats, qui part de l'établissement d'un écho gramme traduisant la mesure de la position du fond de la chambre et de l'étalonnage du sondeur. Cet étalonnage est effectué par le calcul du déplacement d'écho, par mètre de variation de la position du sondeur. le déplacement d'écho k est égal à ,dl - d2 I2 - 1 La profondeur H du fond de la chambre et le déplace ment k sont obtenus par lecture et par calcul sur l'échogramme représenté sur la figure 3. L'interprétation des sections horizontales est effec- tuée en portant sur les échogrammes le profil de la paroi latérale et en traçant une ligne, telle que celle représentée sur la figure 8, passant par les centres des échos, en supposant que les échos doivent autre disposés d'une manière régulière. Ceci consiste à amener le faisceau sur ladite ligne et = éliminer les échos perturbateurs,représentés sur les figures 6 et 7. le profil général obtenu de la chambre, en tenant compte de l'étalonnage représenté sur la figure 9, est subdivisé en 36 parties et, en partant de la ligne correspondant au nord, est transposé dans un système de coordonnées polaires.L'interprétation des profils verticaux est obtenue en transposant l'image obtenue, à l'échelle nécessaire, directement sur une feuille de papier. les variations anisotropiques de la forme de la chambre (figure 10) sont obtenues en traçant un graphique représentant les rayons moyens, à un niveau déterrniné, en fonction de la profondeur à laquelle est situé ce niveau. Dans la mesure de sections de parois latérales, inclinées par rapport à ces sections, de la chambre de lixiviation, on obtient un angle apparent d'inclinaison de ces parois latérales, représenté sur la figure il. En fonction de cet angle, on effectue une correction pour obtenir l'angle réel d'inclinaison de ces parois latérales. La mise en oeuvre du procédé de mesure décrit ci-dessus exige un appareillage qui comprend un emetteur, qui constitue un sondeur à échos, et un dispositif d'enregistrement. Le sondeur, accroché à un cible porteur et descendu dans la chambre de lixiviation, est relié au dispositif d'enregistrement situé en surface. La partie supérieure du sondeur à échos constitue un ensemble de commande et d'entraînement qui est contenu dans un bottier métallique 1. En plus des éléments connus, tels qu'un dispositif d'alimentation 2, un système de commande 3 et un moteur électrique à courant alternatif du type synchrone 4, l'intérieur du boîtier 1 renferme aussi un indicateur de nord 5, comprenant un système photoélectrique et un dispositif de transmission 6. L'indicateur de nord 5 est accouplé mécaniquement à un axe de rotation 7 qui est entrat- né par un moteur électrique synchrone par l'intermédia*re du dispositif de transmission 6.Le rapport de vitesse, choisi d'une manière appropriée, du dispositif de transmission assure une révolution du convertisseur en douze minutes et, dans ces conditions, le SOn- deur présente une synchronisation de l'enregistreur avec l'un des convertissears et la possibilité de commuter ceux-ci. La partie inférieure du sondeur est séparée de la partie supérieure de celui-ci par une cloison étanche 8 à travers laquelle passe, avec interposition de joints d'étanchéité tournants 11, l'axe de rotation 7 portant le convertisseur horizontal 9 et le convertisseur vertical 10. Ces convertisseurs 9 et 10 sont installés à ltintérieur d'une enceinte 10 remplie de glycérine ou d'un autre liquide appros)ri 13 qui assure le couplage acoustique avec le milieu à examiner, c'està-dire la saumure. La partie supérieure du sondeur se termine selon une tête de cible 14. Pour la mesure de la forme d'une chambre de lixiviation, cet appareillage fonctionne de la manière suivante. Le sondeur à échos est descendu l'aide d'un cible porteur, à la profondeur désirée à l'intérieur de la chambre à examiner. Ensuite, sur un ordre transmis a partir de la surface du-sol, le convertisseur à ultra-sons, l'enregistreur et le générateur d'émission sont mis en marche en m8me temps, et l'enregistrement des échos ultra-sonores commence.Dès que le rayonnement ultra-sonore du convertisseur est aligné avec la direction du nord, l'indicateur de nord est mis en marche et on obtient une courbe d'enregistrement. le convertisseur et l'enregistreur sont entraînés par des moteurs électriques synchrones qui sont alimentés par le meme réseau alternatif. Dans ces conditions l'enregistrement est synchronisé avec la rotation du convertisseur. La comparaison des résultats de mesure de distance du fond de la chambre et des profondeurs lues sur un compteur de longueur du cible porteur de l'appareillage permet d'obtenir la mesure de profondeur du fond de la chambre et de déterminer la vitesse réelle de propagation des ondes ultrasonores dans la chambre examinée. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes de réalisation et d'application ayant été plus spécialement envisagés; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVEKDICA?IONS 1. Procédé pour mesurer la forme de chambres souterraines remplies de liquide, notamment de chambres de lixiviation, connus tant à descendre dans la chambre, par un trou de forage, un sondeur à échos suspendu à un câble porteur et connecté à un enregistre.ur placé à la surface du sol, lequel procédé est caractérisé en ce que sont mis en marche simultanément l'un d'un certain nombre de convertisseurs à ultra-sons, agissant à travers l'enveloppe du sondeur, un enregistreur et un générateur d'émission, afin d'obtenir un enregistrement d'échos ultrasonores, que la position du fond de la chambre est déterminée au moyen d'échos fournis à partir d'un convertisseur vertical et que le sondeur est étalonné, que la mesure de la distance (d) entre niveaux de mesure, la mesure des sections horizontales et la mesure des profils verticaux sont effectuées au moyen d'échos fournis à partir d'un convertisseur horizontal, que l'interprétation des données de mesure est effectuée en analysant les images obtenues, en tenant compte des conditions géométriques de propagation du faisceau et par comparaison avec des archétypes mathématiques préparés et des données obtenues par des essais sur modèles. 2.Appareillage pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un sondeur à échos constitué de deux parties hermétiquement liées l'une à l'autre, dont la partie supérieure forme un ensemble de commande et d'entratnement du sondeur contenant, à l'intérieur d'un boîtier (1), en plus des éléments composants connus tels qu'un dispositif d'alimentation (2), un système de commande (3), un moteur électrique à courant alternatif du type synchrone (4), aussi un indicateur de nord (5) muni d'un système photoélectrique et d'un dispositif de transmission (6), l'indicateur de nord étant accouplé mécaniquement à l'axe de rotation (7), entraîné par le moteur électrique synchrone par l'intermédiaire de la transmission (6), qui assure une révolution pendant une période de temps choisie. de manière avantageuse et, par conséquent, la synchronisation entre l'enregistrement et la rotation d'un des convertisseurs et la possibilité de commuter ceuxci, et dont la partie inférieure du bottier est séparée de la partie supérieure par une cloison étanche (8) traversée, avec interposition de joints d'étanchéité (11), par l'axe de rotation (7) portant un convertisseur horizontal (9) et un convertisseur vertical (1G) , les convertisseurs (9 et 10) étant installés dans un bot- tier (12) qui est avantageusement rempli de glycérine ou d'un autre liquide approprié assurant le couplage acoustique des convertisseurs avec le milieu examiné.