Brevet FR2507329A1 — publié le 19821210

La présente invention a pour objet une sonde pour effectuer des diagraphies nucléaires. Elle permet, en particulier, de déterminer de façon quantitative la teneur en eau de terrains forés, en effectuant une analyse in situ des variations d'intensité d'un flux de neutrons thermiques et de déterminer la masse volumique de ces terrains, en effectuant une analyse in situ des variations d'intensité d'un flux de photons gamma. La première analyse est connue sous l'expression de diagraphie neutronneutron et la seconde sous l'expression de diagraphie gamma-gamma. L'invention s'applique, en particulier, à des trous obtenus par forages dont le diamètre est supérieur à 50 cm. Le fait de réaliser des trous de grands diamètres (diamètre supérieur à 50 cm) permet d'effectuer des forages très profonds. Le forage de terrains, et donc, la détermination de la teneur en eau et de la masse volumique de ces terrains, peut être utilisé dans la recherche et l'exploitation pétrolières, dans la recherche et l'exploitation minières, pour la reconnaissance géologique, dans le Génie Civil, dans la recherche de fissurations éventuelles dans des barrages hydroélectriques et aux contrôles de l'état des parois des cuves de grande capacité. Actuellement, les sociétés spécialisées dans les mesures effectuées dans les terrains forés utilisent des sondes nucléaires de forme cylindrique destinées à effectuer les dieux diagraphies nucléaires précitées et ce dans des trous présentant en général des diamètres inférieurs à 50 cm. En effet, l'utilisation d'une sonde cylindrique pour des trous supérieurs à 50 cm pose un certain nombre de problèmes liés au fait que les réponses d'une telle sonde varient suivant le positionnement de celle-ci dans les trous. Ainsi, en ce qui concerne la diagraphie neu tron-neutron, on sait que l'eau présente dans ces trous a un effet atténuateur sur un flux de neutrons. En conséquence, le flux de neutrons utilisé pour cette diagraphie est perturbé par l'eau remplissant le trou foré. Si on utilise une sonde cylindrique de diamètre donné et que l'on applique cette sonde contre la paroi du trou, on constate que le volume d'eau présent entre la sonde et ladite paroi croit avec le diamètre du trou, puisque la région de contact entre la sonde et la paroi diminue. En conséquence, lorsque le diamètre du trou foré augmente jusqu'à une certaine valeur, la sensibi lité de l'appareillage diminue. I1 en est bien évidemment de même pour la précision de la mesure quantita tive du paramètre recherché qui est la teneur en eau des terrains forés. De même, en ce qui concerne la diagraphie gamma-gamma, on sait aussi que la présence d'eau et en particulier d'hydrogène a une influence perturbatrice importante sur la mesure de la masse volumique des terrains. Compte tenu des rayons d'investigation des sondes nucléaires cylindriques pour une diagraphie gamma-gamma, les mesures correspondantes sont principalement perturbées par l'hydrogène de l'eau remplissant les trous obtenus par forage. En par ticulier, si une sonde cylindrique de diamètre donné est appliquée contre la paroi du trou, la quantité d'hydrogène perturbant la mesure va croî tre avec le diamètre de celui-ci puisque, comme précé demment, le volume d'eau présent entre la sonde et ladite paroi croît avec le diamètre du trou.Il s'ensuit alors une perte de sensibilité de l'appareillage et une diminution de la précision sur la mesure du paramètre recherché qui est la densité volumique des terrains forés. L'invention a justement pour objet une sonde pour effectuer des diagraphies nucléaires permettant de remédier à ces inconvénients. Elle permet notamment d'effectuer des diagraphies neutron-neutron et gammagamma dans des trous obtenus par forage dont le diamètre est supérieur à 50 cm. Le fait de pouvoir effectuer des diagraphies nucléaires dans des trous de grands diamètres permet d'envisager l'étude de forages très profonds, ce qui peut être très intéressant pour la recherche pétrolière ou minière. De façon plus précise, l'invention a pour objet une sonde pour effectuer des diagraphies nucléaires dans un trou obtenu par forage comprenant un corps de sonde supporté par un pied de câble et contenant au moins une source apte à émettre des rayonnements nucléaires susceptibles d'être détectés par au moins un détecteur et des moyens permettant d'analyser les signaux électriques susceptibles d'être émis par lesdits détecteurs ; elle se caractérise en ce que le corps de sonde présente une forme semi-cylindrique définissant une face plane susceptible d'être appliquée contre la paroi du trou. Le fait d'avoir une sonde de forme semi-cylindrique définissant une paroi plane susceptible d'être appliquée contre la paroi du trou permet, notamment dans des trous de forts diamètres, de diminuer le volume d'eau présent entre la sonde et la paroi du trou, puisque la région de contact entre la sonde et la paroi est plus importante que lors de l'utilisation d'une sonde de l'art antérieur. Selon un mode préféré de réalisation de l'invention, le corps de sonde contient une première source apte à émettre des neutrons susceptibles d'être détectés par un premier détecteur, une seconde source apte à émettre des rayons gamma susceptibles d'être détectés par un second détecteur. Selon un autre mode préféré de réalisation de l'invention, les deux sources et les deux detecteurs sont placés à proximité de la face plane du corps semi-cylindrique. Le fait de placer les sources et les émetteurs à proximité de la face plane permet de limiter les perturbations de la mesure dues à la présence d'eau dans le trou du fait que ces sources et ces émetteurs se trouvent le plus près possible de la paroi du trou. Selon un autre mode préféré de réalisation de l'invention, la première source et le premier détecteur sont placés à une extrémité du corps semicylindrique et la seconde source et le second détecteur à l'autre extrémité dudit corps. Dans ce mode de réalisation, les moyens d'analyse sont placés entre les deux détecteurs. Selon un autre mode préféré de réalisation de l'invention, le corps semi-cylindrique présente un rayon au moins égal à 10 cm. L'utilisation d'une sonde de grand rayon permet d'éloigner les sources et les détecteurs de l'eau présente dans le trou et donc de limiter les perturbations de la mesure dues à cette eau. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, donnée à titre explicatif, mais nullement limitatif, en référence à une unique figure représentant la sonde de diagraphie nucléaire conformément à l'invention. En se référant à cette figure unique, la sonde de diagraphie, selon l'invention, comprend un corps 2 de forme semi-cylindrique dont le rayon est par exemple supérieur à 10 cm.. Dans ce corps 2, supporté par un pied de câble tournant 3, sont placées, à l'une des extrémités 4 de la sonde, extrémité supérieure dans le mode de réalisation représenté sur la figure, une source 6 émettant des neutrons, disposée en regard d'un détecteur de neutrons 8, et à l'autre extrémité 10 de la sonde, extrémité inférieure dans le mode de réalisation représenté sur la figure, une source 12 émettant des rayons gamma disposée en regard d'un détecteur de rayons gamma 14. La source de neutrons 6, par exemple en américium et béryllium est fixée par tout moyen connu dans un support vissé dans la paroi plane 16 du corps de la sonde et au plus près de cette paroi. Il en est de même pour le détecteur de neutrons 8 qui lui est associé. Ce détecteur de neutrons 8 est par exemple un détecteur à hélium 3. Par ailleurs, la source de rayons gamma 12, par exemple en césium 137 est fixée par tout moyen connu dans un support vissé dans la paroi plane 16 du corps de la sonde et au plus près de cette paroi. I1 en est de même pour le détecteur de rayons gamma 14 qui lui est associé. Ce détecteur de rayons gamma 14 est par exemple muni d'un scintillateur en iodure de sodium. Le fait de placer la source de neutrons 6, associée au détecteur 8, à l'une des extrémités 4 de la sonde et de placer la source de rayons gamma 12, associée au détecteur 14, à l'autre extrémité 10 de la sonde permet d'éviter toute influence parasite réciproque. I1 est à noter que cette influence parasite pourrait être évitée par exemple en disposant des écrans entre les deux ensembles constitués chacun par une source et un détecteur. De plus, selon l'invention, la sonde de diagraphie est munie d'un circuit électronique 18 relié aux deux détecteurs 8 et 14. Ce circuit permet d'analyser les signaux électriques issus des détecteurs. Les signaux électriques résultant de cette analyse sont ensuite envoyés vers l'extérieur de la sonde par l'intermédiaire du pied de câble 3 et du câble la prolongeant. De préférence, ce circuit d'analyse 18 est placé entre les deux détecteurs. Cette sonde est placée dans un trou obtenu par forage, ce trou étant représenté en traits mixtes sur la figure. Elle permet, en particulier pour un trou de diamètre supérieur à 50 cm, de déterminer de façon quantitative la teneur en eau et la masse volumique des terrains forés avec une précision au moins égale à la précision habituellement obtenue avec des sondes cylindriques de l'art antérieur mesurant les mêmes paramètres pour des trous obtenus par forage dont le diamètre est inférieur à 50 cm. Cette précision est de 20% en valeur relative pour la teneur en eau et de 5% en valeur relative pour la masse volumique. Afin d'obtenir ces précisions, la sonde selon l'invention, doit être placée dans le trou à étudier, comme schématisé sur la figure, de façon que la paroi plane 16 de celle-ci soit au contact de la paroi du trou, ce qui est possible au moyen ' d'un support adapté. Le fait de placer la face plane de la sonde au contact de la paroi du trou permet de diminuer le volume d'eau présent entre la sonde et la paroi du trou, puisque la région de contact entre la sonde et la paroi du trou est grande ; ceci est d'autant plus vrai que le trou dans lequel est placée la sonde présente un grand diamètre, la paroi de celui-ci pouvant alors être assimilée à une surface plane. Etant donné que les sources de neutrons et de rayons gamma sont placées à proximité de la paroi plane de la sonde, ces sources seront donc placées très près de la paroi du trou et donc la mesure sera peu perturbée par l'eau présente dans le trou. Cette disposition permet donc une détermination précise des paramètres que l'on étudie. De plus, selon l'invention, la sonde peut être munie d'un dispositif 20 relié au circuit électronique 18 permettant de déterminer des anomalies susceptibles d'exister dans les parois du trou à étudier. Ceci améliore la précision avec laquelle sont déterminés les paramètres à étudier (teneur en eau et masse volumique). Dans un exemple de réalisation, la sonde présente une hauteur de 2,70 m et un rayon de 20 cm. La distance entre la source de neutrons et le détecteur associé est de 40 cm ainsi que la distance entre la source de rayons gamma et le détecteur associé. Cette sonde, comme on l'a dit précédemment, est applicable à des trous obtenus par forage présentant des diamètres supérieurs à 50 cm, mais bien entendu, elle s'applique aussi à des trous de diamètre inférieur à 50 cm. REVENDICATIONS 1. Sonde pour effectuer des diagraphies nu claires dans un trou obtenu par forage comprenant un corps de sonde (2) support par un pied de cSble (3) et contenant au moins une source (6, 12) apte & t- tre des rayonnements nucléaires susceptibles d'être détectés par au moins un détecteur (8, 14) et des moyens (18) permettant d'analyser les signaux électri ques susceptibles d'être émis par lesdits détecteurs, caractérisée en ce que le corps de sonde (2) présente une forme sesi-cylindrique définissant une face plane (16) susceptible d'être appliquée contre la paroi du trou. 2. Sonde selon la revendication 1, caracté- risée en re que le corps de sonde (2) contient une premier source (6) apte à émettre des neutrons susceptibles d'autre détectés par un premier détecteur (8), et une seconde source (12) apte à émettre des rayons gamma susceptibles d'être détectés par un second détecteur (14). 3. Sonde selon la revendication 2, caractérisée en ce que les deux sources (6, 12) et les deux détecteurs (8, 14) sont placés à proximité de la face plane (16) du corps (2) semi-cylindrique. 4. Sonde selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisée en ce que la première source (6) et le premier détecteur (8) sont placés à une extrémité (4) du corps semi-cylindrique ét en ce que la seconde source (12) et le second détecteur (14) sont placés à l'autre extrémité (10) dudit corps. 5. Sonde selon la revendication 4, car acté- risée en ce que les moyens (18) d'analyse sont placés entre les deux détecteurs (8, 14). 6. Sonde selon l'une quelconque des revendi ions 2 à 5, caractérisée en ce que la première @ rce (6) est une source américium et de béryllium. 7. Sonde selon l'une quelconque des revend i- cations 2 à 6, caractérisée en ce que le premier détecteur (8) est un détecteur à hélium 3. 8. Sonde selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisée en ce que la seconde source (12) est une source à césium 137. 9. Sonde selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisée en ce que le second détecteur (14) comprend un scintillateur en iodure de sodium. 10. Sonde selon l'une quelconque des revendications 2 à 9, caractérisée en ce que le corps (2) semi-cylindrique présente un rayon au mo ns égal à 10 cm. 11. Sonde selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce qu'elle comprend de plus, des moyens (20) susceptibles de détecter des anomalies dans la paroi du trou.