Brevet FR2562601A2 — publié le 19851011

FR 2562601 A2 19851011 FR 8405649 A 19840410 La présente invention est relative a des perfection- nements apportés au dispositif décrit dans le brevet principal et servant à transmettre en surface les signaux d'un émetteur situé a grande profondeur. Dans la forme d'exécution, décrite dans le brevet principal, de l'antenne que comporte le dispositif, il a été proposé de réaliser celle-ci sous la forme d'un manchon métal- lique cylindrique de plus grand diamètre et de plus courte longueur que la masse-tige et qui est disposé sur elle coaxia- lement, en étant séparé de cette dernière par une enveloppe électriquement isolante entourant la masse-tige jusqu'à une certaine distance de ses extrémités. La première forme de réalisation de cette antenne, si elle est avantageuse du point de vue économique, présente l'inconvénient que, par suite de l'usure que le manchon cylin- drique subit dans le puits par suite de la circulation des dé- bris rocheux, ainsi que du frottement sur les parois dudit puits, l'antenne peut être endommagée au point de se déchirer, ce qui peut entraîner des inconvénients de forage, en eux- mêmes plus importants que la destruction de l'antenne propre- ment dite, car dans certains cas cela peut causer une diminu- tion ou même l'arrêt de la circulation de la boue de forage et, à la limite, un coincement du train de tiges. Il est vrai qu'il serait possible d'augmenter l'épaisseur du manchon cylindrique servant d'antenne et de le réaliser sous la forme d'un cylindre creux d'une épaisseur im- portante pouvant aller jusqu'au centimètre, mais cela conduit, afin de conserver à ladite antenne le même diamètre extérieur, de diminuer en conséquence l'épaisseur de la masse-tige la supportant, ce qui entraînerait pour cette dernière une dimi- nution de sa résistance au flambage et à la compression, pro- voquant ainsi d'autres risques et inconvénients. Si l'on veut réaliser l'antenne à l'aide de gril- lage, il est important que celui-ci présente la solidité et les qualités électriques requises pour équivaloir celles d'un simple manchon en tôle électriquement relié, à l'antenne ren- fermée dans la masse-tige, par un conducteur isolé de cette dernière au point de traversée de sa paroi. La présente invention apporte une solution satis- faisante à ce problème et elle vise une forme d'exécution avan- tageuse de l'antenne du dispositif émetteur, qui soit facile et bon marché à réaliser, sans entraîner de frais de montage co- teux et compliqués pour sa liaison avec la douille isolante formant diélectrique entre elle et la masse tige, et qui de surcroît, si elle vient à s'user, se décompose en de petits fragments qui, loin d'empêcher l'évacuation des débris rocheux provenant du forage, sont au contraire facilement entraînés avec eux. Selon une caractéristique essentielle de cette forme de réalisation de l'antenne selon l'invention, ladite antenne est logée dans un congé annulaire pratiqué dans la masse-tige, à la surface cylindrique externe de laquelle elle vient à af- fleurement lorsque sa fabrication est terminée. Les deux extrémités de la masse-tige forment en quel- que sorte des butées de protection pour la surface externe de l'antenne. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'an- tenne est constituée par une nappe cylindrique d'un grillage fait de ressorts à boudin entrelacés parallèlement les uns aux autres par leurs spires adjacentes, ledit grillage étant noyé dans une masse électriquement isolante, par exemple en une ma- tière plastique durcissable ou en une résine époxyde du type de celle diffusée par la Société CIBA-GEIGY à Bale sous la dénomi- nation protégée NARALDITE", qui est avantageusement appliquée sur le fond du congé annulaire pratiqué dans la masse-tige. Afin que les ressorts soient maintenus suffisamment à distance du fond du congé annulaire pratiqué dans la masse- tige, il est prévu, selon une autre caractéristique de l'inven- tion, que la couche isolante soit appliquée en deux étapes, la première couche d'assise isolant le grillage par rapport à la masse-tige et servant, avant prise complète, au maintien et à la fixation du grillage pressé sur elle. Pour permettre d'assurer une bonne émission de l'an- tenne formé par le grillage constitué de ressorts à boudin im- briqués, la nappe cylindrique de ressorts a boudin présente une épaisseur telle qu'après son application sur la première couche et son incorporation dans la seconde coLuche l'englobant totalement, elle fasse saillie, sur le tiers environ de son épaisseur, de la surface enveloppe de la masse tige-qui borde de part et d'autre le congé annulaire pratiqué dans ladite masse-tige en vue du logement de l'antenne et de son diélec- trique. Pour assurer une bonne liaison de la première couche avec la masse-tige, on incorpore avantageusement a la résine époxyde utilisée à cet effet pour la constiutuer, un lacis. de fibres de verre avantageusement torsadées. On obtient ainsi un renforcement et une meilleure adhérence de cette première couche sur la surface de fond du congé annulaire pratiqué dans la masse-tige. Il est également avantageux de procéder de manière identique pour la fixation du grillage sur la première couche non encore pleinement solidifiée. En conséquence, selon une autre caractéristique de l'invention, avant d'être completement noyé dans la seconde couche isolante de résine époxyde, le grillage à ressorts à boudin est serré sur la premièere couche encore molle de ima- tière isolante par des ligatures qui sont réalisées en fibres de verre avantageusement torsadées en hélice ou en d'autres fibres synthétiques suffisamment résistantes. On obtient ainsi un renforcement qui facilite l'ac- crochaqe de la seconde couche qui enveloppe l'ensemble de la masse-tige et du grillage en ressorts à boudin. Pour mettre en contact avec l'extérieur la partie métallique noyée du grillage qui doit former l'antenne, la se- conde couche de résine est, selon une autre caractéristique de l'invention, après durcissement, usinée à affleurement de la surface enveloppe de la masse-tige qui borde le congé annu- laire dans lequel le grillage est disposé sur la première cou- che de matière isolante le séparant de la partie métallique de la masse-tige. On obtient ainsi une manchette isolante à la sur- face de laquelle apparaissent une pluralité de sections de spires de ressort qui jouent le même rôle qu'une antenne mé- tallique pleine. Pour parfaire la continuité électrique du grillage noyé dans la résine isolante, ledit grillage est, selon une autre caractéristique de l'invention, pourvu de points de sou- dure reliant entre elles à leur point de croisement les spires de deux boudins adjacents. Pour renforcer par ailleurs la conductivité électri- que de l'ensemble du grillage de l'antenne, un fil métallique obli que de liaison est soudé, de préférence h l'étain, envi- ron tou tes les dix mailles du grillage, ledit fil de liaison maintenant électriquement reliées entre elles toutes les rangées de fragments de fil en forme de C dont les pointes apparaissent à la surface extérieure de la seconde couche de résine lorsque cette dernière a été usinée pour se trouver soit à affleurement de la masse-tige, soit en retrait dans le congé de cette dernière. Selon une autre caractéristique de l'invention, le fil métallique reliant l'antenne à l'émetteur situé a l'inté- rieur de la masse-tige est soudé à l'un ou plusieurs des fils métalliques de liaison ou bien forme lui-même le fil de liai- son le plus proche de l'orifice de passage, électriquement isolé, qui est pratiqué dans la masse-tige pour relier l'an- tenne à l'émetteur. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion ressortiront de la description qui va suivre en regard des dessins annexés qui représentent, schématiquement et sim- plement h titre d'exemple, un mode de réalisation préféré de l'antenne en grillage. Sur ces dessins: La Fig. 1 est une vue schématique en plan d'une por- tion de grillage avec le fil métallique oblique de liaison des spires; La Fig. 2 est une vue en coupe selon II - II de la figure 1; La Fig. 3 est une vue schématique partielle de la masse-tige montrant l'implantation spatiale, dans le congé an- nulaire de la masse-tige, de la partie métallique formant l'antenne, avec son fil conducteur la reliant à l'émetteur; 2Z562601 La Fig. 4 est une vue analogue à celle de la Fig. 3, montrant schématiquement le grillage en ressorts à boudin uti- lisé comme antenne; La Fig. 5 est une vue partielle, à plus grande échelle, de la partie inférieure de la masse-tige avec un tronçon du grillage mis en place, la partie dessinée en tireté montrant la portion enlevée par usinage pour la finition de l'antenne; La Fig. 6 est une vue schématique en plan de la sur- face de l'antenne terminée, permettant d'aperçevoir les extré- mités des portions en forme de C, soudées entre elles, qui sont illustrées à la Fig. 5. Dans la forme de réalisation qui est illustrée à la figure 1 des dessins, on peut voir une vue partielle en plan du grillage 13 destiné a constituer l'antenne 17 visible aux figures 4 et 5. Ainsi qu'on le voit plus nettement à la Fig. 2 le grillage 13 formant l'antenne 17 est constitué par une plu- ralité de ressorts à boudin 18 à spires 19 entrelacées. Ces spires 19, ainsi qu'on peut le voir à plus gran- de échelle à la figure 5, sont soudées, par exemple à l'étain, à leurs points de croisement tels que 20. Afin d'assurer une bonne conductivité électrique de l'ensemble et renforcer la tenue de la nappe 13 de ressorts 18, les spires 19 sont, par dix rangées par exemple, reliées entre elles par un fil métal- lique 21 soudé sur elles (voir les figures 1 et 2). Le grillage 13, incorporé dans une masse électrique- ment isolante, par exemple en matière synthétique et plus spé- cialement en une résine époxyde dont on peut régler avantageu- sement le temnps de durcissement, est logé (figure 5) dans un congé annulaire 22 de longueur appropriée, qui est pratiqué dans la masse-tige 23. Dans ce congé annulaire, on place d'a- bord une première couche 24 de résine époxyde, avantageusement armée d'un lacis de fibres de verre 25, qui sont par exemple enroulées en hélice pour former une frette. Bien que sur la figure 5 des dessins, on ait placé la nappe de ressorts à boudin relativement près des bords du congé annulaire 22 ménage dans la masse-tige 23, il est avan- tageux que la couche isolante, qui remplit ledit congé, dé- passe largement de part et d'autre du grillage incorporé. La nappe de ressorts a boudin 18 est plaquée sur la première couche 24 de résine époxyde non encore totalement durcie, a l'aide de fibres de verre 26, qui peuvent être tor- sadées et nouées pour reforcer la pénétration du grillage 13 formant l'antenne dans cette première couche 24 encore molle, avant qu'il ne soit avantageusement totalement enrobé par une seconde couche 27 de résine époxyde, qui fait alors saillie l'extérieur de la masse-tige 23. Lorsque cette seconde couche 27 d'enrobage du gril- lage 13 est totalement durcie et a fait corps avec la première couche 24 de résine époxyde, on usine la surface extérieure 28 de la manchette ainsi réalisée, à la surface extérieure de la- quelle affleurent les spires 19 du grillage 13. En arasant jusqu'au trait plein 29 visible à la fi- gure 5, c'est-à-dire jusqu'au niveau de la surface enveloppe de la massetige 23, on supprime donc la partie représentée en ligne de tirets sur le dessin. Il est cependant avantageux, selon une autre carac- téristique de l'invention, de pousser l'usinage de la couche externe 27 plus profondément, au delà de la ligne 29, pour ob- tenir que l'antenne finie soit mieux protégée en ayant sa sur- face périphérique suffisamment en retrait par rapport a la surface enveloppe de la masse-tige 23. On obtient ainsi une surface d'antenne ayant l'as- pect illustré à la figure 6, o les petits ronds désignés par la référence 30 représentent les extrémités des fractions de spires 31 en forme de C qui sont noyées dans les deux couches 24 et 27 de résine époxyde. Avant son montage, l'antenne est naturellement élec- triquement reliée à l'émetteur non-représenté qui est logé dans la massetige 23, au moyen d'un fil métallique de liaison désigné par la référence 16 aux figures 3 et 4. Il va de soi que le dispositif n'a été décrit et re- présenté qu'à titre purement explicatif, nullement limitatif, et que diverses modifications de détail pourraient être appor- tées à la forme de réalisation indiquée sans qu'on sorte pour autant du domaine de l'invention. C'est ainsi, notamment, que l'on pourrait également placer, dans le congé annulaire 22 de la masse-tige 23, non pas un grillage, mais une t6le lisse, perforée, à crevés ou analogue, telle qu'illustrée schématiquement a la figure 3, et prévoir également plusieurs congés successifs pour recevoir soit une antenne en plusieurs anneaux, soit une antenne et un anneau de mesure de la résistivité au niveau du forage. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour transmettre en surface les si- gnaux d'un émetteur situé à grande profondeur et pour mesurer la résistivité du terrain du fond à proximité dudit émetteur, comprenant notamment un émetteur qui est logé dans la masse- tige d'un train de tiges de forage et transmet les signaux de mesure à une antenne qui lui est électriquement reliée et qui est constituée par un manchon métallique cylindrique de plus grand diamètre et de plus courte longueur que la masse-tige et qui est enfilé coaxialement sur elle en étant séparé de cette dernière par une enveloppe isolante entourant ladite masse- tige jusqu'à une certaine distance de ses extrémités, caracté- risé par le fait que l'antenne est logée dans un congé annu- laire (22) pratiqué dans la masse-tige (23), a la surface cy- lindrique externe de laquelle elle vient à affleurement lors- que sa réalisation est terminée. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'antenne est constituée par une nappe cylin- drique d'un grillage (13) fait de ressorts à boudin (18) en-. trelacés parallèlement les unsaux autres par leurs spires ad- jacentes (19), ledit grillage étant noyé dans une masse élec- triquement isolante, par exemple en une matière plastique dur- cissable ou en une résine époxyde du type de celle diffusée par la Société CIBA-GEIGY à Bâle sous la dénomination protégée "ARALDITE", qui est avantageusement appliquée sur le fond du congé annulaire (22) pratiqué dans la masse-tige (23). 3. Dispositif selon les revendications 1 et 2, ca- ractérisé par le fait que la couche isolante soit appliquée en deux étapes, la première couche d'assise isolant le grillage par rapport à la masse-tige et servant, avant prise complète, au maintien et a la fixation du grillage pressé sur elle. 4. Dispositif selon les revendications i à 3, carac- térisé par le fait que la nappe cylindrique de ressorts à bou- din présente une épaisseur telle qu'après son application sur la première couche (24) et son incorporation dans la seconde couche (27) l'englobant totalement, elle fasse saillie, sur le tiers environ de son épaisseur, de la surface enveloppe de la 256260" masse-tige (23) qui borde de part et d'autre le congé annu- laire (22) pratiqué dans ladite masse-tige (23) en vue du logement de l'antenne et de son diélectrique. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 1 a 4, caractérisé par le fait qu'un lacis de fibres de verre (25) avantageusement torsadées est incorporé dans la première couche (24) de résine directement appliquée sur le congé annulaire (22) de la masse-tige (23) et, par exemple, enroulé en hélice pour former une frette de renforcement. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 5, caractérisé par le fait qu'avant d'être complète- ment noyé dans la seconde couche isolante (27) de résine épo- xyde, le grillage (13) en ressorts à boudin est serré sur la couche encore molle (24) de matière isolante par des ligatures qui sont réalisées en fibres de verre (26) avantageusement torsadées en hélice ou en d'autres fibres synthétiques suffi- samment résistantes. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 6, caractérisé par le fait qu'après durcissement, la seconde couche (27) de résine est usinée à affleurement de la surface enveloppe de la masse-tige (23) qui borde le congé an- nulaire (22) dans lequel le grillage (13) est disposé sur la première couche (24) de matière isolante le séparant de la partie métallique de la masse-tige (23). 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 6, caractérisé par le fait que l'usinage de la se- conde couche de résine (27) est effectué de manière que la surface de l'antenne logée dans le congé annulaire (22) de la masse-tige (23) se trouve en retrait par rapport a la surface enveloppe de ladite masse-tige (23). 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 8, caractérisé par le fait que le grillage (13) est pourvu de points de soudure (20) reliant chaque fois entre elles a leur point de croisement les spires de deux ressorts a boudin (18) adjacents. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 1 a 9, caractérisé par le fait qu'un fil métallique oblique de liaison (21) est soudé, de préférence à l'étain, environ toutes les dix mailles du grillage, ledit fil de liai- son (21) maintenant électriquement reliées entre elles toutes les rangées de fragments de fil (31) en forme de C dont les pointes (30) apparaissent à la surface extérieure de la se- conde couche (27) de résine lorsque cette dernière a été usi- née (Fig. 5) jusqu'au trait plein (29) pour se trouver à af- fleurement de la surface externe de la masse-tige (23), ou au-delà dudit trait (29) pour se trouver en retrait dans le congé de cette dernière. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 10, caractérisé par le fait que le fil métallique (16) reliant l'antenne à l'émetteur situé à l'intérieur de la masse-tige (23) est soudé à l'un ou plusieurs des fils métalliques (21) de liaison ou bien forme lui-même le fil de liaison le plus proche de l'orifice de passage, électriquement isolé, qui est pratiqué dans la masse-tige (23) pour relier l'antenne a l'émetteur.