Brevet FR2542365A1 — publié le 19840914

La présente invention se rapporte aux tech- niques de forage des puits dans le sous-sol et plus particulièrement àu cas o la cavité de forage doit être constituée, au moins en partie, de zones ayant une certaine courbure. Dans ce cas particulier, il est parfois né- cessaire de guider l'outil de forage dans les zones courbes en utilisant un repérage-effectué à l'aide de mesures magnétiques par rappor-t à la direction et à. l'intensité du champ magnétique terrestre Lorsque le forage a lieu dans des partie S à fortes courb 3 Ires on. utilise habituellement des garnitures de forage cons- tituées par des barres C longueur de 20 à O 5 par exemple, pour pousser l'ou- til de coupe dans la cavité de forage Malheureuse- ment, le moteur de l'outil ainsi que les garnitures de forage chargées-d'assurer sa progression sont en géné- ral en des matériaux fortement ferromagnétiques comme le fer ou l'acier ordinaire et possèdent de ce fait 2-0 une aimantation non négligeable O Cette aimantation a le grave défaut de perturber le champ magnétique ambiant et de fausser-par conséquent les indication s du capteur de positionnement par rapport au champ ma- gnétique terrestre si ce capteur se trouve placé à proximité des garnitures de forage, ce qui est pratl- quement nécessairee Pour lutter contre cette difficulté,, on a adopté jusqu'à ce jour une solution qui consiste;à utiliser l'acier inoxydable non magnétique pour cons- tituer celles des garnitures de forage qui sont les plus proches du capteur de positionnement Malheureu- sement, ce métal est très cher et cette solution n'est pas, de ce fait, idéale. La présente invention a précisément pour objet un dispositif de compensation automatique du ma- gnétisme des garnitures de forage qui permet de com- penser l'effet magnétique nuisible de ces garnitures au niveau même des capteurs de champ magnétique com- mandant le positionnement de l'outil de forage et ce, à l'aide de moyens dont la mise en oeuvre est simple et peu coateuse. Ce dispositif de compensation automatique du magnétisme des garnitures de forage du genre de celles gui sont constituées par des barres cylindri- ques pleines ou creuses en matériau magnétique pouir pousser, par gravité, l'outil de forage ledit outil de forage étant guidé dans sa progression à l'aide des indications d'un capteur de positionnement par rapport au champ magnétique terrestre, se caractérise en ce que chaque extrémité des garnitures entourant le cap- teur de positionnement est munie d'une bobine parcou- rue par un courant dont l'intensité est réglée automa- tiquement, en fonction des indications du capteur, pour rendre nis, dans la zone du capteur, le gradient du champ magnétique dû aux garnitures et ce champ lui- melae. On voit donc que le dispositif objet de l'invention, qui n'utilise qu'une courte bobine placée aux extrémités des deux garnitures les plus proches du capteur, permet d'aimanter en sens inverse de l'aiman- tation induite par le champ terrestre cette partie du matériau constituant les garnitures de telle sorte qu'il existe, au voisinage de ces me Ames extrémités, une zone o le gradient de champ magnétique du aux garnitures est nul Si l'on choisit de plus, judicieu- sement la longueur de la bobine, la position du point de mesure du champ, c'est-à-dire celle du capteur par rapport à la garniture et l'intensité du courant qui traverse la bobine, on peut également obtenir facile- ment que le champ perturbateur soit nul au point o se trouve situé le capteur de positionnement On obtient ainsi par conséquent que le champ magnétique dû aux garnitures et le gradient de ce-champ soient nuls dans la zone du capteur. Selon une variante intéressante de la pré- sente invention, le capteur de positionnement se com pose, dans un manchon cylindrique creux en matériau amagnétique, de deux sondes magnétiques situées à une distance x de l'extrémité de la garniture et à une distance Ax l'une de l'autre, d'un amplificateur di-f-. férentiel établissant la différence desindicatcns fu n I&spar les deux sondes et commandant à l'aide de cet- te différence un générateur de courant qui règle l'in- tensité parcourant la bobine à une valeur telle que le gradient du champ magnétique dû aux garnitures et ce champ lui-même soient nuls à la distance x de ladite garniture. Conformément à l'invention, on utilise donc le gradient de champ magnétique entre les deux sondes magnétiques voisines l'une de l'autre pour régler au- tomatiquement le courant traversant la bobine et c'est alors, par construction, que le champ perturbateur est, de ce fait, rendu nul en ce point Ce résultat une fois atteint on est alors certain que les indica- tions du capteur de positionnement de -l'outil de fora- ge ne sont plus perturbées par rapport au champ ter- restre et l'on peut les utiliser pour commander la progression de l'outil de forage dans la direction souhaitée pour la cavité. De toute façon l'invention sera mieux com- prise à la lecture qui suit de plusieurs exemples de mise en oeuvre du dispositif de compensation automati- que, description qui sera faite en se référant aux figures 1 à 4 suivantes sur lesquelles: la figure 1 représente schématiquement dans un puits de forage ayant une certaine courbure, la position des garnitures entourant le capteur de positionne- ment magnétique et poussant l'engin de forage; la figure 2 représente très schématiquement le dis- positif de compensation automatique objet de l'in- vention dans le cas o celui-ci est placé à l'extré- mité de la dernière garniture précédant l'outil de forage; la figure 3 représente schématiquement le dispositif de compensation automatique objet de -l'invention dans le cas o il est situé aux deux extrémités de deux garnitures voisines entourant le capteur de positionnement magnétique; - la figure 4 représente plus en détail le mode de réalisation de la figure 2. Sur la figure 1 on a représenté la surface du sol 1 et le puits de forage 2 qui acquiert une certaine courbure sur le trajet 3 Dans ce puits de forage 2, se trouve l'outil de forage 4 qui peut être par exemple un trépan ou tout outil équivalent Comme expliqué précédemment l'outil 4 est précédé, dans le canal de forage 2, par un certain nombre de garnitures (ici au nombre de trois) qui sont en fait des barres 1 einesoucreuesenferou acier ordinaire magnétique d'une longueur de 20 à 50 mètres et d'un diamètre de l'ordre de 20 cm permettant leur passage de façon compatible avec la courbure de la région 3 du puits de forage. Ces garnitures dont le poids est considérable ont es- sentiellement pour but d'appuyer sur l'outil de forage 4 en le poussant par gravité Entre les garnitures 5 a et 5 b, se trouve placé le capteur de positionnement 6 qui permet d'orienter la progression de l'outil 4 en se repérant dans l'espace par rapport à la direction du champ magnétique terrestre au point o il est pla- ce Conformément à l'invention, les extrémités des garnitures 5 a et 5 b voisines du capteur de position- nement, sont munies chacune d'une bobine à savoir res- pectivement 7 a et 7 b parcourues par un courant dont 'intensité est réglée automatiquement en fonction des indications du capteur 6 pour rendre nuls dans la zone de ce capteur 6 à la fois le champ magnétique du aux garnitures et son gradient De cette façon on est as- suré que le capteur de pos-itionnement 6 ne subit plus aucune perturbation dans son repérage par rapport au chamlp magnétique terrestre de la part-des gernitures- volsines 5 a et 5 b On expliquera en détail plus loin en se référant à la figure 4, la façon dont le capteur de positionnement 6 règle les courants parcourant les bobines 7 a et 7 b pour parvenir à ce résultat. Sur la figure 2, on a représenté un exemple de mise en oeuvre du dispositif objet de l invention dans lequel le capteur de positionnement 6 est direc- temnent placé entre l'outil de forage 4 et la garniture adjacente 5 a Dans ce cas particulier, une seule bobi- ne 7 est prévue à luextrémité de -la garniture Sa au voisinage du capteur 6. $Sur la figure 3, on a représenté un autre mode de mnise en oeuvre qui correspond a celui de la figure 1 dans lequel le capteur 6 est inséré entre les garnitures adjacentes 5 a et 5 b, l'outil de forage 4 étant en tête du dispositif à l'extrémité de la garni- ture 5 b qui ne contient pas d'enroulement On retrouve sur cette figure les deux enroulements 7 a et 7 b de la figure 1. Sur la figure 4, on a représenté plus en détail le schéma d'un dispositif de compensation auto- matique objet de l'invention, qui comporte selon l'axe de forage 8 l'extrémité d'une garniture 5, une bobine 7 et un manchon cylindrique creux 9 en matériau ama- gnétique qui contient les deux sondes 10 et Il détec- trices du champ magnétique local La sonde 10 est à une distance x de l'extrémité la plus proche de la garniture 5 et l'écart entre las sondes 10 et 11 est de Ax Pour préciser davantage les grandeurs récipro- ques des éléments en présence, on se référera à un exemple dans lequel la garniture 5 ayant un diamètre de 20 cma la bobine: 7-a un diamètre de 25 am Et dans lequel la distance x est de 55 cm pour une bobfne 7 de 80 cm de longueur Dans cet exemple, le deuxième cap- teur 11 est situé à 5 cm du premier-capteur 10 ', ce-qui revient à dire qu'une valeur moyenne pour le rapport Ax/x est de l'ordre de l/l Oè Le positionnement des deux capteurs 10 et 11 l'un par rapport à l'autre, est assuré par le tube creux en matériau amagnétique 9 qui joue le même rôle que la garniture non magnétique habituellement utilisée dans l'art antérieur pour éloigner le capteur de positionnement du champ magné- tique produit par les garnitures de forage 5, mais il est ici d'une dimension beaucoup plus courte, sa lon- gueur étant par exemple de l'ordre de 1 m au lieu des m habituels de ce type de garniture En fait, sa longueur dépend de la cote x séparant le premier cap- teur 10 de l'extrémité de la garniture 5, laquelle est elle-même fonction de la longueur 1 de la bobine 7. Sur cette figure 4, l'outil de forage n'a pas été re- présenté. A l'intérieur du manchon cylindrique creux 9 se trouvent situés également l'amplificateur diffé- rentiel 12 et la commande de générateur de courant 13 que l'on a représentés sur le dessin, pour plus de clarté, extérieurs au manchon 9 L'amplificateur dif- férentiel 12 reçoit par les deux connexions 14 et 15 les indications respectives des capteurs 10 et 11 et il établit leur différence qu'il amplifie Cette dif- férence est ensuite transmise par la ligne 36 à la commande de générateur de courant 13 qui alimente les spires de la bobine 7 par l'intermédiaire du conduc- teur 17 L'amplificateur différentiel 12 se comporte donc en fait comme un détecteur de zéro, c'est-à-dire qu'il stabilise le courant envoyé par le générateur 13 dans la bobine 7 à une valeur constante dès lors que les indications reçues sur les lignes 14 et 15 sont les mêmes La sonde 10 fournit alors la valeur axiale du champ magnétique terrestre devenu rigoureusement indépendant de toute influence magnétique due aux gar- nitures 5 ou à l'outil de forage. La source d'énergie nécessaire au fonction- nement du système peut être soit une pile, soit un accumulateur situé à l'intérieur du manchon cylindri- que creux 9, soit même à l'extérieur du forage. REVENDICATIONS 1 Dispositif de compensation automatique du magnétisme des garnitures de forage, du genre de celles gui sont constituées par des barres cylïndri- ques ( 5) pleines ou creuses en matériau magnétique pour pousser, par gravité, l'outil de forage ( 4),ledit outil de'forage ( 4) étant guidé dans sa progression à. l'aide des indications d'un capteur de positionnement ( 6) par rapport au champ magnétique terrestre, carac- térisé en ce que chaque extrémité des garnitures( 5) entourant le capteur de positionnement ( 6) est munie d'une bobine ( 7) parcourue par un courant dont l'in- tensité est réglée automatiquement en fonction des in- dications du capteur pour rendre nuls dans la zone du capteur, le gradient du champ magnétique dé aux garni- tures ( 5) et ce champ lui-même. 2 Dispositif de compensation automatique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur de positionnement ( 6) se compose, dans un man- chon cylindrique creux ( 9) en matériau amagnétique, de deux sondes magnétiques ( 10, 11) situées à une distan- ce x de l'extrémité de la garniture ( 5) et à une dis- tance Ax l'une de l'autre, d'un amplificateur diffê- rentiel ( 12) établissant la différence des courants fournis par les deux sondes ( 10, 11) et commandant à l'aide de cette différence un générateur de courant ( 13) qui règle l'intensité parcourant la bobine ( 7) à une valeur telle que le champ magnétique dû aux garni- tures ( 5) et son gradient soient nuls à la distance x de ladite garniture. 3 Dispositif de compensation automatique selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'une des deux sondes magnétiques est un capteur à trois axes orientés selon un trièdre trirectangle et dont l'un des axes est dirigé selon l'axe de la garniture -