Brevet FR2557705A1 — publié le 19850705

PROCEDE ET DISPOSITIF DE DETECTION SISMIQUE La présente invention concerne l'acquisition de signaux sismiques, et plus particulièrement un procédé et un dispositif de détection sisimique utilisant un capteur sismique composé d'un ou plusieurs géophones. L'interprétation sismique, qu'elle soit de données de surface ou de fond, est d'une importance capitale pour la recher- che pétrolière et la qualité de son résultat dépend en majeure partie de la qualité du signal sismique recueilli ainsi que de son 0lo traitement initial. Pour capter les ondes sismiques, l'on utilise très sou- vent des capteurs, formés par un ou plusieurs géophones du type électromagnétique. Ces géophones comprennent essentiellement ule bobine et un aimant dont l'un est fixe par rapport à la terre, tandis que l'autre est suspendu par l'intermédiaire d'un ressort à un support fixe. Tout déplacement relatif entre la bobine et l'ai- mant engendre, aux bornes de la bobine, une force électromotrice qui est proportionnelle à la vitesse du mouvement. D'une manière traditionelle, l'on fait débiter cette force électromotrice dans une résistance d'amortissement placée directement en parallèle sur le géophone de façon à produire un amortissement dont la valeur est typiquement entre 60% et 70%. Vu du géophone, la résistance d'amortissement est en série avec la résistance interne du géophone et cause par conséquent un effet de diviseur de tension, réduisant ainsi le signal présenté au pré- amplificateur de tension. L'impédance d'entrée du préamplificateur est suffisamment élevée pour ne pas modifier l'amortissement. -2 - Le montage en diviseur de tension présente l'inconvé- nient de réduire la sensibilité du géophone. Il est possible de remédier à ce premier inconvénient soit en mettant plusieurs géo- phones en série soit en augmentant le nombre de tours de la bo- bine. Ces deux solutions ont leur propre inconvénient à savoir d'augmenter le volume du capteur proprement dit et/ou d'accroître sa résistance interne. Dans le cas de l'acquisition de signaux sismiques de fond, les capteurs sont situés à l'intérieur d'une sonde allongée de diamètre extérieur inférieur à 100 mm, adaptée à être suspendue au bout d'un cable électrique à l'intérieur d'un sondage. Jusqu'à très récemment, l'on- utilisait un capteur uni-axial formé par un ensemble de quatre géophones en série. Néanmoins les progrès en matière d'interprétation sismique ont conduit très rapidement à envisager l'acquisition de signaux sismiques suivant trois axes orthogonaux. De plus, dans le cas des sondages déviés, il est souhaitable que l'un des trois axes orthogonaux soit vertical, ce qui tout naturellement amène à considérer l'utilisation de capteurs suspendus. L'utlisation de trois capteurs orthogonaux suspendus, chacun des capteurs étant formé par quatre géophones en série, nécessite une structure mécanique complexe et volumineuse. Or des études récentes ont montré que le poids de la sonde sismique devait être aussi faible que possible, de manière à obtenir un meilleur couplage acoustique entre le capteur et la paroi du sondage. Cette condition de poids s'oppose malencontreu- sement au développement précité. D'autre part l'accroissement du nombre de tours de la bobine, donc de la résistance interne du capteur, conduit à augmenter la résistance d'entrée de l'amplificateur et sa résistance de contre-réaction, pour atteindre, très rapidement, des valeurs élevées non recommandées autour de l'amplificateur. Cette limitation supérieure est d'autant plus contraignante du fait que le circuit d'amplification est soumis à des températures élevées, pouvant atteindre 200 C. Un but de l'invention est donc de garantir le transfert optimal de l'énergie engendrée par le géophone à l'entrée du pré- amplificateur. Un autre but de l'invention est de minimiser l'effet de bruit à l'entrée du préamplificateur. Un dispositif, selon l'invention, de détection sismique comprenant un capteur sismique composé d'un ou plusieurs géopho- nes, une résistance d'amortissement et un amplificateur, dans lequel ladite résistance d'amortissement est essentiellement constituée d'une résistance placée en série entre ledit capteur et ledit amplificateur. Selon un mode de réalisation préférentiel la résistance d'amortissement est composée de deux résistances égales,dont l'une est branchée en série avec l'entrée positive de l'amplificateur tandis que l'autre est branchée en série avec l'entrée négative de l'amplificateur. Un procédé, selon l'invention, de détection sismique dans lequel l'on amortit les signaux électriques engendrés par un capteur formé d'un ou plusieurs géophones en série et l'on ampli- fie lesdits signaux électriques amortis, consiste à faire partici- per à l'amplification tout le courant débité par le capteur. La description qui va suivre permettra de mieux comprendre l'invention. La Fig. 1 est un schéma électrique du circuit de préamplification suivant la technique connue. La Fig. 2 est un schéma électrique du circuit de préamplification dans lequel la résistance d'amortissement est placée en série entre le capteur et l'amplificateur. La Fig. 3 est un schéma électrique du circuit de préamplification suivant un mode de réalisation préféré. Nous allons tout d'abord décrire brièvement un circuit de préamplification classique. Le capteur sismique à détection de vitesse ou électromagnétique est symbolisé dans la Fig. 1 par une source de tension 1 délivrant une force électromotrice e1, à la- quelle l'on fait correspondre une résistance interne 2 de valeur R2. Une résistance 3 d'amortissement de valeur R est placée en parallèle avec le capteur, l'une de ses bornes étant connectée à la masse. Ce montage classique forme un diviseur de tension, la tension aux bornes de la résistance d'amortissement étant égale à: -4- V(R3) = e1 À R3 / (R2 + R3) Cette tension V(R3) est appliquée, par l'intermédiaire d'une résistance d'entrée 4 de valeur R4, à l'entrée négative d'un amplificateur 9. Ce dernier est muni d'une boucle de contre- réaction négative constituée d'une résistance 5, d'une valeur R5 nettement supérieure à R3, de sorte que le gain gl de l'amplificateur 9 est égal à: g1 = - R5 / R4 Une source de tension 6, placée à l'entrée négative de l'amplificateur. 9, symbolise une tension Vn1 équivalente au bruit électrique du circuit précédant l'amplificateur 9. Il est donc possible d'exprimer la tension de sortie s de l'amplificateur en fonction de e1 et de Vn1: l = g1 el R3 / (R2 +R3) + gl. Vn1 Le rapport R3 / (R2 + é) évidemment inférieur à 1, est typiquement de l'ordre de 60%, de sorte que la contribution de la force électromotrice el au signal s1 est largement diminuée au dé- triment du bruit électrique Vn1. D'une autre manière, l'on peut écrire l'expression suivante: le Gain de e1 R3 = - à Le Gain de Vn1 R2 + R3 Il est donc impératif, dans l'arrangement décrit ci-des- sus, de maintenir* le bruit électrique aussi faible que possible, c'est à dire d'utiliser des valeurs de résistance R2 et relativement faibles, de l'ordre de 300 à 1000 ohms. Cette condition limite évidemment la sensibilité du cap- teur, puisque qu'elle détermine le nombre maximal de tours de la bobine. - 5 2557705 En se référant à la Fig. 2, la résistance 13 d'amortis- sement de valeur R13 est placée en série avec le capteur qui est représenté par une source de tension 11 délivrant une tension e2 et une résistance interne 12 de valeur R12. Les résistances 12 et 13 constituent donc la résistance d'entrée de l'amplificateur 19 dont le gain est dénommé g2. L'amplificateur de tension 19 est par exemple l'amplifi- cateur opérationnel à bruit faible HA-5130 fabriqué par Harris Co. Le capteur débite donc un courant dans une résistance d'amortissement 13, pour obtenir un amortissement de 60 ou 70%, mais c'est ce même courant qui participe à l'amplification. Comme dans le montage précédent, l'on représente le bruit électrique par une source de potentiel 16 délivrant une tension Vn2 qui vient s'ajouter à l'entrée négative de l'amplificateur 19; une résistance 15 d'une valeur R15 assure la contre-réaction négative de l'amplificateur 19. Le gain g2 de l'amplificateur est en pratique donné par e rapport de la résistance de contre-réaction 15 à la somme de la résistance interne 12 du capteur et de la résistance d'amortissement 13. La tension de sortie s2 peut donc s'exprimer de la façon suivante: s2 _ (e2 + Vn2). R15 / (R12+ 13) La tension de sortie s2 n'est donc pas dégradée par le bruit électrique dans la même proportion que dans le montage clas- sique, ee qui peut se traduire par l'expression suivante: Le Gain de e2 à--- = 1 Le Gain de Vn2 Il est donc tout à fait possible, grâce à un tel montage, d'augmenter la sensibilité du capteur, en ajoutant des tours à la bobine par example, sans pour autant augmenter la contribution du bruit électrique au signal s2. -6- Un mode de réalisation plus élaboré est celui de la Fig.3. Le capteur est représenté, comme précédemment, par une source de tension 21 délivrant une tension e3 et une résistance interne 22 de valeur R22. Dans ce montage, la résistance d'amortissement est composée de deux résistances 231 et 232 égales à la moitié de la valeur de la résistance d'amortissement R13, chacune d'elle étant placée respectivement en série avec chacune des sorties du capteur. Les sorties des deux résistances 231 et 232 attaquent respectivement les deux entrées de l'amplificateur o10 29. De plus la liaison entre le capteur et l'amplificateur est munie d'un anneau de garde 30 pour une meilleur immunité au bruit électrique en température. La tension appliquée à l'anneau de garde est égale à s3 / 2 et est prise au niveau d'un diviseur de tension formé par deux résistances égales 27 et 28. La contre-réaction de l'amplificateur 29 est assurée à l'entrée négative par une résistance 251 placée en parallèle avec une capacité 261. La réjection du mode commun est assurée par un montage différentiel comportant une résistance 252 placée en parallèle avec une capacité 262 sur l'entrée positive. Les résistances 251 et 252 sont égales et déterminent le gain de l'amplificateur 29. Les capacités 261 et 262 sont égales et déterminent la fréquence de coupure haute. Ce montage différentiel présente une meilleure immunité aux modes communs. Le gain g3 d'un tel montage peut s'exprimer de la façon suivante: e3. R251 g3 =--- 1+ R231 2/2 Le gain g3 est choisi de façon à assurer au signal s une sensibilité de 2500 V/m/s. Un tel montage permet d'utiliser un capteur électromagnétique dont l'impédance interne est de l'ordre de 3,5 Kohms et dont la'sensibilité est de l'ordre de 80 V/m/s. Une résistance d'amortissement de 12 Kohms, soit 6 Kohms -7 - pour chacune des résistances 231 et 232, combiné avec une résistance de contre-réaction de 220 Kohms assure un gain d'environ 50. L'utilisation d'un tel dispositif de détection permet de réduire, d'une manière appréciable, le nombre de géophones placés en série; il résoud, d'une manière élégante, les problèmes d'encombrement et de bruit électrique décrits auparavant. -8- REVENDICATIONS 1. Un dispositif de détection sismique comprenant un capteur (11,12) composé d'un ou plusieurs géophones, une résistance d'amortissement (13) et un amplificateur (19), caractérisé en ce que ladite résistance d'amortissement (13) est essentiellement constituée d'une résistance placée en série entre ledit capteur (11,12) et ledit amplificateur (19). 2. Un dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur de ladite résistance d'amortissement est située dans une plage de 10 Kohms à 15 Kohms. 3. Un dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la valeur de ladite résistance d'amortissement (13) est trois à quatre fois la valeur de la résistance interne du capteur (12). 4. Un dispositif selon l'une des revendications I à 3, caractérisé en ce que la résistance d'amortissement (13) est constituée de deux résistances (231,232) de valeur égale, dont l'une (232) est branchée en série avec l'entrée positive de l'amplificateur (29) et l'autre (231) est branchée en série avec l'entrée négative de l'amplificateur (29). 5. Un dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les liaisons électriques entre les sorties du capteur (21,22) et les entrées de l'amplificateur (29) sont munies d'un anneau de garde (50). 6. Un dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le potentiel de l'anneau de garde (30) est égal à la moitié du potentiel de sortie de l'amplificateur (29). -9 - 7. - Un dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la contre-réaction de l'amplificateur est assurée par deux réseaux identiques (251, 252, 261, 262). 8. Un dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il est contenu dans une sonde de diagraphie. 9. Un procédé de détection sismique dans lequel l'on amortit les signaux électriques engendrés par un capteur sismique composé d'un ou plusieurs géophones en série et l'on amplifie lesdits signaux électriques amortis, caractérisé en ce que l'on fait participer à l'amplification pratiquement tout le courant débité par ledit capteur. 10. Un procédé selon la revendication 9, caractérisé par le fait que l'on amplifie lesdits signaux électriques d'ume manière différentielle.