Brevet FR2552553A1 — publié le 19850329

La présente invention a pour objet un dispositif pour engendrer des impulsions sismiques à l'intérieur d'un trou ou d'un puits foré dans le sol, et plus particulièrement un dispositif pour engendrer des impulsions par percussion d'une masse sur un élément-cible couplé avec la paroi de ce trou ou de ce puits de forage, utilisable particulièrement dans le domaine de la prospection sismique terrestre. Parmi les dispositifs adaptés à appliquer des impulsions acoustiques aux parois d'un puits, on peut citer les sources du type "canon à gaz" comportant une enveloppe tubulaire munie d'orifices en communication avec des moyens pour libérer par intermittence un gaz sous très forte pression; ce gaz pouvant être de l'air comprimé ou encore le produit de la combustion d'un mélange détonant, les impulsions acoustiques sont transmises aux parois du puits par l'eau ou la boue 15 qui y est contenue De tels dispositifs sont décrits par exemple dans le brevet francais n 2 311 322 ou le brevet US n 3 380 551. Les impulsions sismiques peuvent également être engendrées par une brusque éjection d'eau sous pression à l'intérieur d'un puits rempli 20 d'eau, comme le montre le brevet US n 4 207 961. Parmi les dispositifs adaptés à appliquer des ébranlements sismiques aux parois d'un puits au moyen de percussions, on peut mentionner ceux qui comportent un ou plusieurs éléments déplaçables par rapport 25 à un corps tubulaire descendu dans le forage à l'extrémité d'un câble auxquels des moyens moteurs appropriés communiquent des accélérations radiales importantes et qui viennent alors frapper la paroi du puits en engendrant des impulsions transmises aux formations environnantes. Ces moyens moteurs peuvent être par exemple des pistons reliés aux 5 éléments déplaçables et mus à l'intérieur de chambres de combustion par l'explosion de mélanges détonants Unr tel dispositif est décrit par exemple dans le brevet français N 2 492 111. On peut également mentionner ceux comportant des pièces de couplage 10 reliées à un corps et qui sont écartées latéralement par rapport à celuici de manière à venir s'appliquer contre les parois ou s'y enfoncer Des masses mobiles déplaçables à l'intérieur du corps sont associées à des moyens moteurs appropriés qui leur communiquent des mouvements rapides Les forces d'impact lorsque les masses mobiles 15 se heurtent ou viennent frapper une paroi solidaire du corps sont alors mécaniquement transmises aux terrains traversés par le forage par l'intermédiaire des pièces de couplage Un tel dispositif est par exemple décrit dans le brevet français n 2 442 455. L'inconvénient des dispositifs à percussion de l'un ou l'autre type mentionné ci-dessus, est que les ébranlements appliqués aux formations géologiques traversées par le puits ont une amplitude assez faible du fait que les pièces mobiles sont relativement petites et légères et possèdent une course relativement courte ou que les moyens 25 moteurs qui peuvent être logés dans un corps cylindrique le plus souvent de faible diamètre ont généralement une puissance limitée. Le dispositif pour engendrer des impulsions acoustiques dans un puits ou un trou de forage, selon l'invention, comporte un élément-cible adapté à être couplé avec la paroi du puits et une masse pour frapper l'élément cible Il est caractérisé en ce qu'il comporte un élément de couplage solidaire de l'élément-cible et pourvu de surfaces déplaçables adaptées à être appliquées par intermittence contre la paroi du puits, cet élément de couplage étant surmonté d'une colonne de section in -3 férieure à celle du puits pour le guidage de la-masse chutante en direction de l'élément-cible et un système de levage à câbles pour hisser la masse vers une position déterminée de la colonne, d'o sa chute est déclenchée. L'élément de couplage est constitué par exemple d'une enceinte à volume variable adaptée à être appliquée contre la paroi du puits, et associée à des moyens de gonflage, lesquels comportent par exemple un circuit hydraulique et une pompe délivrant un liquide sous pression. 10 Le dispositif selon l'invention présente l'avantage que l'énergie acoustique engendrée aux moments des impacts est considérable du fait que la hauteur de la colonne surmontant l'élément-cible, et par conséquent l'énergie cinétique qu'il est possible d'appliquer à l'élé15 ment-cible,peuvent être très importantes En outre, cette énergie acoustique étant appliquée au sol à une certaine profondeur, de préférence sous la couche de surface dite couche altérée, on évite les réflexions multiples des ondes sismiques sur cette couche qui perturbent les enregistrements effectués à partir des sources sismiques de 20 surface. D'autres caractéristiques et avantages du dispositif selon l'invention apparaîtront à la lecture de la description d'un mode de réalisation préféré mais non limitatif, et en se référant aux dessins anne25 xés sur lesquels: la figure 1 représente schématiquement le dispositif installé dans un puits et associé à des moyens moteurs disposés en surface; la figure 2 représente schématiquement le dispositif, la masse étant en position basse, en contact de l'élément-cible; la figure 3 représente schématiquement le dispositif, le système de levage étant descendu jusqu'à l'élément-cible; et -4 la figure 4 représente schématiquement le dispositif, la masse étant amenée en position haute, maintenue par le système de levage. Si l'on se reporte à la figure 1, on voit que le dispositif comporte une colonne tubulaire de guidage 1 solidaire à sa partie inférieure d'un élément de couplage 2 permettant d'ancrer la base de la colonne de guidage contre la paroi d'un puits à un niveau de profondeur choisi. L'élément de couplage est dans ce cas un bloc 2 d'obturation de puits de forage communiquant par l'intérieur de la colonne 1 et par un tu10 yau 3 qui lui est connecté, avec des moyens (non représentés) d'alimentation en eau sous pression Un élément-cible 4 de diamètre supérieur à celui de la colonne, est fixé à la partie inférieure de celleci au-dessus du bloc d'obturation 2 Un marteau tubulaire 5 est adapté à coulisser librement le long de la colonne de guidage entre une po15 sition haute d'o sa chute est déclenchée et une position basse o il vient en contact avec la face supérieure de l'élément-cible 4 Un disque 6 en matériau déformable est fixé contre la face supérieure de l'élément-cible pour éviter la frappe directe entre deux éléments métalliques. Le dispositif comporte également un système de levage de la masse 5 constitué d'une couronne 7 coulissant le long de la colonne 1 et pourvue à sa base de moyens magnétiques 8 comprenant des aimants permanents dont l'aimantation peut être supprimée par l'application inter25 mittente d'un courant électrique de démagnétisation Ce courant leur est appliqué au moyen de conducteurs électriques 9 Ces conducteurs sont associés à des câbles de traction 10 qui sont fixés à la partie supérieure de la couronne 7 Les câbles de traction sont connectés à un système de levage disposé en surface et comportant un châssis 11 30 supportant des poulies de renvoi 12 et un treuil 13 associé à des moyens moteurs 14 constitués d'un moteur couplé à un réducteur Les câbles 10 s'appuient sur les poulies de renvoi 12 et viennent s'enrouler sur le treuil 13 Une plaque de centrage 15 est disposée par exemple à l'orifice du puits pour maintenir la colonne de guidage 1 35 dans l'axe de celui-ci et faciliter-Ie li Lr? coulissement du marteau entre sa position laute et sa position basse. -5 Le dispositif peut comporter également des moyens détecteurs de chocs 16 disposés dans des logements appropriés de l'élément-cible 4 Ces moyens constitués par exemple de relais à lames du type Reed sont reliés à un système de commande-et d'enregistrement (non représenté) disposé en surface, par des conducteurs électriques 17 passant dans le conduit central de la colonne de guidage 1, et délivrant à l'instant de l'impact du marteau 5 sur l'élément-cible un signal repèré définissant un instant initial de référence sur les enregistrements des signaux engendrés par des géophones en réponse aux échos sur des 10 couches souterraines des impulsions acoustiques émises. Selon la puissance acoustique requise, on fait varier la masse du marteau et sa hauteur de chute A titre d'exemple, la masse peut être choisie entre 5 kg et 40 kg et la hauteur de chute entre 5 mètres et 15 20 mètres. Le dispositif fonctionne de la manière suivante: la colonne 1 ayant été descendue à l'intérieur du puits et conve20 nablement centrée, est couplée avec la paroi du puits par gonflement du bloc d'obturation 2 depuis l'installation de surface au moyen d'eausous pression Le marteau 5 est en position basse en contact avec l'élément-cible (Figure 2); on actionne le treuil 12 (Figure 1) de manière à dérouler les câbles 10 et faire descendre le long de la colonne 1 la couronne 7, jusqu'à ce que les aimants 8 qui y sont fixés viennent se plaquer contre la paroi supérieure du marteau (Figure 3); on actionne ensuite le treuil en sens inverse pour remonter la couronne 7 et le marteau qui lui est alors assujetti, jusqu'à la position haute choisie (Figure 4) et enfin on applique aux aimants 8 un courant de démagnétisation Le mar35 teau est libéré et après une chute guidée par la colonne 1, vient frapper l'élément-cible (Figure 1) et engendrer des impulsions acoustiques qui sont transmises aux formations environnantes par l'intermédiaire du bloc d'obturation 2. On ne sortirait pas du cadre de l'invention en remplaçant les aimants permanents 8 par des électro-aimants ou par tout moyen équivalent assurant par intermittence le maintien du marteau contre la couronne 7. De la même façon, le bloc d'obturation 2 assurant le couplage de l'élément-cible à la paroi du puits pourra être remplacé par tout élément 10 pourvu de surfaces de couplage adaptées à être appliquées par intermittence contre la paroi du puits. -7 RE V E N D I C A T I O N S 1 Dispositif pour engendrer des impulsions acoustiques dans un puits ou un trou de forage,comportant un élément-cible ( 4) adapté à être couplé avec la paroi du puits et une masse ( 5) pour frapper l'élément-cible, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un élément de 5 couplage ( 2) solidaire de l'élément-cible et pourvu de surfaces déplaçables adaptées à être appliquées par intermittence contre la paroi du puits, cet élément de couplage étant surmonté d'une colonne ( 1) de section inférieure à celle du puits pour le guidage de la masse chutant en direction de l'élément-cible et un système de levage à 10 câbles pouvant être solidarisé avec la masse par intermittence, pour hisser ladite masse vers une position déterminée de la colonne d'o sa chute est déclenchée. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élé( 2) ment de couplage est constitué d'une enceinte Vde volume variable adaptée à être appliquée par dilatation contre la paroi latérale du puits, cette enceinte étant associée à des moyens de gonflage. 3 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les 20 moyens de gonflage comportent un circuit hydraulique et un système d'alimentation en eau sous pression. 4 Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la masse ( 5) est annulaire et coulisse à l'extérieur de la colonne ( 1), l'intérieur de celle-ci étant en communication par intermittence avec le système d'alimentation en eau sous pression. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système de levage à câbles comporte des moyens magnétiques ( 8) dé30 plaçables le long de la colonne, ces moyens magnétiques étant reliés à une installation de levage ( 11, 13, 14) disposée en haut du puits. 6 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens ( 16) pour engendrer un signal électrique à l'ins35 tant du choc de la masse contre l'élément-cible.