Brevet FR2539880A1 — publié le 19840727

L'invention concerne des appareils de dia- graphie de trous de sondage et en particulier un appa- reil qui est connu sous le terme de téléviseur pour trous de sondage, et un procédé pour améliorer les ré- ponses fournies par un tel téléviseur Un téléviseur pour trous de sondage utilise un transducteur acousti- que rotatif qui est commandé périodiquement de façon impulsionnelle de manière à produire une énergie acous- tique qui se propage vers l'extérieur, rencontre la paroi du trou de sondage et est renvovké vers le trans- ducteur L'amplitude du signal réfléchi est affichée sur un tube cathodique dont la face peut être photogra- phiée La photographie représente une carte de la paroi du trou de sondage, subdivisée suivant la direction verticale et disposée à plat Le transducteur est com- mandé de façon impulsionnelle à une cadence relative- ment élevée, de par exemple 1500 impulsions par seconde, tandis que la période de rotation du transducteur est de 0,333 seconde Le balayage de l'oscilloscope est com- mandé par un signal de synchronisation verticale, qui est produit par un magnétomètre à sonde cui tourne de concert avec le transducteur. Bien que les appareils indiqués ci-dessus soient utiles pour l'obtention d'un affichage de la pa- roi du trou de sondage, qui indique les emplacements de fractures ou d'autres caractéristiques, son utili- sation est très limitée lorsqu'il est utilisé dans un trou de sondage non circulaire ou elliptique Le même problème se pose également lorsque l'appareil se dé- centre par suite de son déplacement dans le trou de sondage On peut voir que, lorsque le téléviseur pour trous de sondage est décentré ou est situé dans un trou non circulaire, l'énergie acoustique sera dis- persée partout hormis à l'endroit o elle rencontre la paroi du trou de sondage perpendiculairement à une tangente en ce point Par conséquent c'est dans quatre positions que l'énergie réfléchie reçue par le trans- ducteur présentera un maximum, tandis aue dans les au- tres positions, l'énergie réfléchie sera réduite Le té- léviseur pour trous de sondaae actuellement disponible possède différents niveaux de gain d'amplification, qui sont sélectionnés au moyen d'un commutateur rotatif com- mandé à partir de la surface Etant donné que l'amplitu- de est réglée à partir de la surface, on ne peut pas la modifier pour obtenir l'amplification correcte lorsque le transducteur tourne Par conséquent l'affichage ré- sultant présentera des zones lumineuses et des zones sombres, dans lesquelles il manque des détails On note- ra que, lors de fonctionnements normaux, une fracture ou une autre anomalie présente dans la paroi du trou de sondage ne réfléchira pas l'énergie et apparaîtra sous la forme d'une ombre sombre sur l'affichage. La présente invention résoud les problèmes liés à l'utilisation d'un téléviseur pour trous de son- dace dans un trou de sondage non circulaire en prévoyant un circuit servant à commander de façon automatique la grandeur de l'amplification de signaux produits par le téléviseur pour trous de sondane, ce circuit étant ca- ractérisé -Dar le fait qu'il comporte des moyens amplificateurs possédant une en- trée et une sortie et dont l'entrée est accouplée au transducteur acoustique du téléviseur, des moyens de transfert comportant une en- trée, une sortie et une crille, et dont l'entrée est accouplée à l'entrée dudit amplificateur, tandis que leur sortie est reliée à la masse, et une boucle de réaction qui est accouplée à la sortie dudit amplificateur et à la grille desdits moyemnde transfert de manière à commander ces derniers en réponse au signal de sortie dudit amplificateur Dans une forme de réalisation appropriée de l'invention, le circuit possède un temps de montée relativement lent et un temps de décroissance ou de retombée très rapide On notera que le circuit n'est pas un vrai circuit de com- mande automatique de gain dans le sens o le gain de l'amplificateur est modifié, mais plutôt-un circuit modificateur de tension qui courtcircuite une partie du signal arrivant en direction de la masse et par con- séquent réduit le signal d'entrée envoyé à l'amplifica- teur Ceci permet à l'amplificateur de conserver le ré- glaae de gain, sélectionné à partir de la surface, tout en augmentant -le niveaudu signal afin d'obtenir des détails lorsque le-signal réfléchi est faible. Dans une forme de réalisation intéressante 1 _ de l'invention, la constante de décroissance ou de re- tombée du circuit est inférieure à la durée du cycle du transducteur de sorte que l'amplificateur ne vient pas à la saturation lorsaue l'amplitude du signal réfléchi augmente brusquement De préférence le temps de montée 2: du circuit: s'étend sur plusieurs cycles de sorte que l'amplificateur ne masquera pas des fractures ou d'au- tres anomalies situées dans la paroi du trou de sonda- ge, qui possèdent une étendue circonférentielle de cour- te longueur. Selon une forme de réalisation préférée de l'invention, les moyens de transfert du circuit sont constitués par un transistor à effet de champ dont la tension de arilleest commandée de sorte que sa con- duction à la masse est commandée Par conséquent le transistor à effet de champ agit en tant que circuit diviseur de tension dans le circuit d'entrée de l'am- plificateur. Par ailleurs, le procédé pour améliorer la réponse fournie par un téléviseur pour trousde son- dage du type indiqué plus haut dans un trou de sondage non cylindrique est caractérisé Par le fait au'il consiste à amplifier le sianal du téléviseur Dour trous de sondage en bas du trou et à commander la grandeur de ladite amplifi- cation en fonction du signal amplifié. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ci-après, prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est une vue en élévation schéma- tique d'un téléviseur pour trous de sondage; la fiaure 2 montre une forme d'onde des si- gnaux produits par le téléviseur pour trous de sondagel la figure 3 est une représentation graphique du téléviseur pour trousde sondage, situé dans un trou non circulaire, et la figure 4 est un dessin schématique du circuit de commande automatique de gain conforme à l'invention. _ En se référant maintenant à la figure 1 on y voit représenté le téléviseur pour trous de sondage, qui comporte un trzansducteur acoustique et un magnéto- mètre à sonde 11, qui sont montées sur un arbre commun. L'arbre est entraîné en rotation autour de l'axe 14 du téléviseur pour trous de scndagepaun moteur 12 Le systè- * 25 me électronique servant à réaliser la commande impulsion- nelle du transducteur et à commander la transmission des signaux réfléchis en direction de la surface est logé dans une section 16 de l'appareil, tandis qu'une cham- bre de compensation de pression 15 est montée dans la partie inférieure de cet appareil La chambre de compen- sation de pression sert à réaliser un équilibre entre la pression présente à l'intérieur de la fenêtre acous- tique 13 et la pression du fluide dans le trou de son- dagè Le fait d'équilibrer la pression permet de ré- duire la résistance mécanique requise de la fenêtre acoustique qui autorise l'utilisation de matériaux qui fournissent une bonne adaptation acoustique entre le fluide remplissant le téléviseur pour trous de sondage et le fluide présent dans ce trou. En se référant à la figure 2, on y voit re- Présentées les formes d'onde des signaux produits par le téléviseur pour trous de sondage En particulier le signal 20 représente l'impulsion acoustique produite par le transducteur, tandis que le signal 21 représente le signal réfléchi reçu par ce dernier Comme cela est représenté, un intervalle de temps d'environ 100 micro- secondes s'écoule entre la production de l'impulsion acoustique et la réception du signal réfléchi Naturel- lement cet intervalle de temps dépend du diamètre du trou de forage, mais le chiffre de 100 microsecondes est représentatif Dans l'appareil actuel constituant le téléviseur pour trous de sondage, qui est disponi- ble dans le commerce, le taux de répétition ou la ca- dence des cycles du transducteur acoustique est égal à environ 1500 cycles par seconde, tandis que le cy- cle de rotation du transducteur est de 0,333 seconde. Par conséquent le téléviseur pour trousde forage déli- vre environ 500 impulsions acoustiques lors de chaque rotation du transducteur, pour balayer la-par Di du trou de sondage. En se référant à la figure 3, on y voit représentéeschématiquement la disposition du télévi- seur pour trousde sondage dans un tel trou de sondage, qui illustre le problème apparaissant dans le cas d'un trou de sondage non circulaire ou dans le cas o le té- léviseur pour trous de sondage est placé en position décentrée Comme cela est représenté, le transducteur est situé approximativement au centre géométrique du trou de sondage non circulaire 31 Lorsque l'impul- sion acoustique se propage suivant le trajet 32, on notera qu'elle rencontre le trou de sondage perpendiculai- rement à une tangente ence point de rencontre et est ré- fléchie en direction du transducteur 10 Au contraire, lorsque l'énergie acoustique se propage suivant le tra- jet 34, elle rencontre la paroi du trou de sondage en faisant un angle par rapport à la tangente au point de rencontre et, au lieu d'être réfléchie, la majeure par- tie de l'énergie est dispersée ou réfléchie suivant le trajet 35 A partir de la description donnée ci-des- sus, on peut constater aisément que l'énergie reçoepar le transducteur le long du trajet 32 est nettement su- périeure à l'énergie acoustique reçue le long du trajet 34 Par conséquent, si les détails du trou de sondage doivent être affichés, il faut prendre certaines dispo- sitions pour accroître le gain de l'amplificateur du transducteur lorsqu'il tourne depuis la position 32 vers la position 34 Etant donné qu'il faut régler le gain, ceci doit être réalisé lentement étant donné que la variation du trajet de l'énergie acoustique s'effec- tue à une faible vitesse Bien que le gain doive être réglé lentement, il existe des positions o l'énergie peut être réfléchie directement sur le transducteur acoustique, par suite de la présence d'une fracture ou d'une autre anomalie dans la paroi du trou de sondage. Dans ces positions, le gain de l'amplificateur doit être réduit très rapidement afin que l'anomalie ne soit pas masquée dans l'affichage final des données du télé- viseur pour trousde sondage. En se référant à la figure 4, on y voit représenté un circuit simple de commande automatique de gain servant à commander l'amplificateur du trans- ducteur L'entrée 41 du circuit est accouplée au trans- ducteur (non représenté) Ce circuit utilise un tran- sistor à effet de champ 47 qui fonctionne en tant que diviseur de tension de manière à dériver une partie 2539 P 80 du signal d'entrée de l'amplificateur 40 directement à la masse Le circuit de commande de gain ne règle pas le gain d'un amplificateur comme cela est classi- que dans des circuits de commande automatique de gain, mais est plutôt un circuit diviseur de tension consti- tué par la résistance 42 A et par la résistance du tran- sistor à effet de champ 47 La résistance du transis- tor à effet de champ 47 est proportionnelle à la ten- sion appliquée à la grille 46 L'entrée 41 est accou- plée à la fois du point résistif et du point de vue capacitif à l'amplificateur 40 par l'intermédiaire d'un circuit 42 comprenant une résistance 42 A et une capacité 42 B La sortie 49 de l'amplificateur est ac- couplée à une impédance 33 qui est utilisée pour adap- ter le signal de sortie de l'amplificateur à un câble de diagraphie 52 La commande automatique du gain est réalisée par une boucle de réaction 44 dont Xe signal est redressé par une diode 45 Le signal redressé est appliqué à la grille 46 du tranàistor -à effet de champ 47 de manière à commander la conduction de ce dernier. Le fait de commander la conduction du-transistor à ef- fet de champ 47 permet de commander la tension d'entrée appliquées l'amplificateur 4 q Le signal de réaction charge un circuit à résistance et condensa- teur, constitué par une résistance 50 et par un conden- sateur 51,ce circuit accouplant 1 a boucle de réaction 44 du point de vue résistif et capacitif à la masse. Les valeurs de la résistance 50 et du condensateur 51 sont choisies de manière à fournir un temps de montée du gain de l'amplificateur d'environ 20 millisecondes et un temps de retombée de 600 microsecondes Par con- séquent le temps de retombée est légèrement plus court que l'intervalle de temps compris entre les cycles successifs du transistor acoustique 10 Comme on peut le voir, si la tension de sortie de l'amplificateur augmente à une valeur élevée, le condensateur 51 est immédiatement chargé et la tension présente sur la gril- le 46 sera à une tension extrêmement élevée, ce qui ré- duit la résistance du transistor à effet de champ 47 et la tension de signal correspondante appliquée à l'entrée de l'amplificateur 40 Le taux de charge du condensateur 51 est commandé par la résistance interne de la diode qui est relativement faible et par conséquent le temps de retombée de 600 microsecondes du circuit de commande automatique de gain peut être aisément obte- nu Lorsque la tension présente à la sortie de l'ampli- ficateur 40 diminue, le condensateur 51 se décharge à la masse par l'intermédiaire de la résistance 50, ce qui réduit la tension appliquée à la grille 46 Ce taux de décharge est largement commandé par le pro- duit des valeurs de la résistance 50 et du condensa- teur 51 et est choisi à une valeur de l'ordre de 20 mil- lisecondes Ceci accroît la résistance du transistor à effet de champ 47 et augmente lè niveau de tension sur l'entrée de l'amplificatuer 40 Lorsque la tension ap- pliquée au condensateur-est entièrement déchargée, le transistor à effet de champ agit à la manière d'une résistance très élevée et applique le signal de ten- sion maximum à l'entrée de l'amplificateur 40. D'après la description qui précède, on peut voir que l'invention fournit une commande de gain simple pour l'amplificateur du transducteur, qui possè- de un temps de montée lent, augmentant par conséquent la tension de sortie de l'amplificateur à une faible vitesse, mais possède une coupure très rapide de sor- te que l'amplificateur ne devient pas saturé Le cir- cuit de commande automatique de gain permet au télé- viseur pour trous de sondage de fournir une représen- tation précise de la paroi du trou de sondage, et la présence de fractures ou d'autres anomalies dans la paroi du trou de sondage ne sera pas masquée ou perdue en raison de la saturation de l'amplificateur De même, lorsque le signal augmente quand le transducteur se rapproche d'une position dans laquelle le trajet de l'énergie acoustique sera perpendiculaire à la paroi des trous de sondage, le gain de l'amplificateur sera réduit Par conséquent, on obtient des sianaux fournis- sant une représentation précise de la paroi du trou de sondace. On comprendra que lorsque l'on utilise le terme "gain de l'amplificateur", ce terme est destiné à décrire le circuit de division de tension formé par la résistance 42 et par le transistor à effet de champ 47, qui com- mandent respectivement le niveau de tension du signal d'entrée envoyé à l'amplificateur 40 Comme cela est expliqué, il ne s'agit pas d'un vrai circuit de com- mande automatique de gain, mais d'un dispositif fonc- tionnant de la même manière qu'un tel circuit de com- mande automatique de gain. REVENDICATIONS 1 Circuit pour commander de façon automati- que la grandeur de l'amplification de signaux produits par un téléviseur pour trous de sondage en réponse à des ondes acoustiques réfléchiespar une paroi ( 31) du trou de sondage, lesdites ondes étant reçues par et provenant d'un transducteur acoustique rotatif ( 10) qui est comnan- dé périodiquement de façon impulsionnelle pour produire une énergie acoustique, caractérisé en ce qu'il compor- te des moyens amplificateurs ( 40) comportant une entrée et une sortie et dont l'entrée est accouplée au transis- tor acoustique ( 10), des moyens de transfert ( 47) possé- dant une entrée, une sortie et une grille ( 46) et dont l'entrée est accouplée à l'entrée dudit amplificateur ( 40), tandis que leur sortie est reliée à la-masse, et uneboucle de réaction ( 44) qui est accouplée à la sor- tie dudit amplificateur ( 40) et à la grille ( 46) desdits moyens de transfert ( 47) de manière à commander ces der- niers en réponse au signal de sortie dudit amplificateur ( 40). 2 Circuit selon la revendication 1, carac- térisé en ce que les moyens de transfert ( 47) fournissent une résistance variable par rapport à la masse, la valeur de-cette résistance variable étant proportionnelle au signal de réaction transféré à la grille ( 46) des moyens- de transfert par l'intermédiaire de la boucle de réac- tion ( 44). 3 Circuit selon la revendication 2, carac- térisé en ce que lesdits moyens de transfert ( 47) sont constitués par un transistor à effet de champ. 4 Circuit selon la revendication 3, carac- térisé en ce que la boucle de réaction ( 44) comporte des moyens de commande ( 44,50,51) servant à fournir un sianal de réaction avec une tension variable pour la commande de la grille ( 46) du transistor à effet de champ ( 47). 1 1 Circuit selon la revendication 4, carac- térisé en ce que les moyens de commande ( 44,50,51) four- nissent un signal de réaction possédant un temps de mon- tée lent et une décroissance rapide. 6 Circuit selon la revendication 5, carac- térisé en ce que le temps de montée ne dépasse pas un quart de la durée nécessaire au téléviseur pour trous de sondage pour réaliser un balayage complet du trou de sondage. 7 Circuit selon la revendication 6, carac- térisé en ce que la diminution rapide ne s'étend pas au- delà de l'intervalle de temps s'écoulant entre les im- pulsions successives du téléviseur pour trous de sondage. 8 Circuit selon la revendication 4, carac- térisé en ce que les moyens de commande ( 44,50,51) accou- plent d'une manière résistive et capacitive la boucle de réaction ( 44) à la masse et comprennent un circuit à résistance et condensateur ( 50,51) dont la constante de temps fournit un-temps de montée lent et un temps de retombée rapide pour le signal de réaction. 9 Procédé pour améliorer la réponse d'un téléviseur pour trousde sondage placé dans un trou de sondage non cylindrique, caractérisé en ce qu'elle con- siste à amplifier le signal du téléviseur pour trous de sondage situé dans un tel trou, et à commander la grandeur de ladite amplification en réponse au signal amplifié. Procédé selon la revendication 9, ca- ractérisé en ce que ladite commande accroit lentement l'amplification en réponse à une diminution du signal amplifié et réduit rapidement l'amplification en répon- se à un accroissement de l'amplification au-dessus d'un niveau désiré.