Brevet FR2568373A1 — publié le 19860131

PERMEAMETRE La présente invention concerne les perméamètres, et plus particulièrement les perméamètres pour tester des carottes de forage de matériaux plus ou moins poreux, comme notamment ceux que l'on extrait dans le domaine des activités de forage pétrolières. Ces appareils permettent de mesurer la perméabilité, le plus souvent à l'air, de ces matériaux pour en déduire différentes informations qui permettent de donner des indications sur les possibilités d'exploitation d'hydrocarbures des champs de pétrole dans le sous-sol. On connaît déjà des perméamètres qui effectuent la mesure mentionnée ci-dessus. Parmi ceux-ci, il en existe un, notamment, qui est constitué par des moyens de maintien d'un échantillon du matériau dont il est nécessaire de connaître la perméabilité et des moyens pour aspirer, à travers ce matériau, une colonne de liquide dans une éprouvette calibrée et graduée. Une fois que le niveau du liquide a atteint un seuil suffisant, l'aspiration est relachée et l'écoulement du liquide hors de l'éprouvette entraîne une aspiration de l'air ambiant à travers l'echantillon dont il est nécessaire de mesurer la perméabilité. Un oeil exercé détermine la vitesse à laquelle le niveau baisse dans l'éprouvette et, donc, la vitesse de passage de l'air à travers le matériau, c'est-à-dire le débit d'air en fonction de la pression atmosphérique. Il est donc facile ensuite d'en déduire, par application notamment de la formule de DARCY, en connaissant les autres paramètres, la perméabilité du matériau de l'échantillon. I1 est bien évident qu'avec un dispositif comme décrit ci-dessus les mesures peuvent quelquefois donner des résultats acceptables, mais ce dispositif présente néanmoins les inconvénients suivants - premièrement, de n'être pas un appareil automatique, ce qui en réduit considérablement son dommaine d'utilisation, et - deuxièmement, de nécessiter une observation de variation importante du niveau du liquide dans l'éprouvette. Dans ce cas, la différence des niveaux n'étant pas négligeable, la différence de pression s'exerçant sur la colonne de liquide n'est pas non plus négligeable et l'on ne peut pas en conclure que cette mesure est faite à pression constante. I1 en résulte donc une erreur dans la mesure. La présente invention a pour but de palier les inconvénients mentionnés ci-dessus et aussi de réaliser un perméamètre qui soit d'une conception qui lui permette d'être automatisé, tout en restant d'une structure simple, sûre et peu onéreuse. Enfin, la présente invention a aussi pour but de réaliser un perméamètre qui soit le plus précis possible. Pour ce faire, la présente invention a pour objet un perméamètre caractérisé par le fait qu'il comprend - des moyens-de support d'un échantilon dont la perméabilité à un fluide donné doit être mesurée, - des moyens pour insérer ledit échantillon en série dans une conduite apte à être parcourue par ledit fluide, - une éprouvette montée en série dans ladite conduite, une extrémité de ladite conduite plongeant librement dans un récipient apte à contenir un liquide, des moyens commandables pour effectuer une aspiration en dépression dans ladite conduite et ladite éprouvette, et - des moyens pour mesurer la variation de volume du liquide dans ledit récipient, cesdits moyens étant aptes à élaborer un signal de sortie dont la valeur est fonction de ladite variation. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description suivante donnée en regard du dessin annexé à titre illustra tif, mais non limitatif, dans lequel la Figure unique représente, sous forme d'un bloc diagramme schématisé et partiellement en coupe, un mode de réalisation d'un perméamètre selon l'invention. La figure unique représente donc un mode réalisation d'un perméamètre qui permet de mesurer la perméabilité, plus particulièrement à l'air, d'échantillons de roches ou autres matériaux solides, et qui soit particulièrement adapté aux besoins de la recherche ou exploitation pétrolière. Ces échantillons sur lesquels doit être effectuée la mesure sont réalisés en forme de carotte que les techniciens dénomment couramment dans ce dommaine de l'industrie : "PLUG't. Dans ce mode-de réalisation, les échantillons 1, 2 et 3 sont initialement placés sur un plateau 4 dont la rotation peut être obtenue au moyen d'un moteur commandable 5, par exemple de type pas-à-pas, sa commande étant effectuée à son entrée 6 au moyen d'un signal électrique adapté qui sera fourni, comme explicité ci-après, par un ordinateur et/ou calculateur 7. Dans une forme de réalisation, ce plateau peut porter par exemple trente-six échantillons qui sont placés respectivement sur des embases 8, 9 eut 10 percées d'un orifice traversant, l'orifice traversant 11 de l'embase 8 apparaissant sur la figure, cette embase 8 étant représentée en coupe. Ces embases ont une section qui est sensiblement, et avantageusement, la même que celle du, ou des échantillons, qu'elles doivent supporter. Ces embases reposent, par une extrémité, dans des logements 12 adaptés réalisés sur la face portante 13 du plateau 4. En regard de la face portante 13 du plateau 4, sont disposés des moyens de maintien 20 d'un échantillon, l'échantillon 1 étant déjà représenté sur la figure dans ses moyens de maintien 20. Ces moyens de maintien se présentent sous la forme générale d'un manchon 21 percé d'un orifice traversant 22 de forme cylindrique, avantageusement cylindrique de révolution, dont la section intérieure est supérieure à celle de l'échantillon qui est généralement, aussi, de forme cylindrique de révolution. L'intérieur de la percée 22 est tapissée par une membrane cylindrique 23 en matériau avantageusement souple et élastique, fixée de façon étanche uniquement par ses deux extrémités 24 et 25, respectivement aux deux extrémités 26 et 27 du manchon 21. Ainsi, entre la membrane 23 et l'intérieur du manchon, est réalisé un espace 28. Sur le pourtour de cette surface intérieure 29 du manchon 21 est réalisée une gorge circulaire 30 et un passage 31 qui est relié à une- source de fluide de gonflage commandable 33 par une conduite 34, cette source 33 pouvant être simplement l'air comprimé industriel. Cette source 33 est commandable par son entrée 35 au moyen d'un signal électrique, de façon à pouvoir, soit commander l'envoi de fluide sous pression par la colonne 34 jusque dans l'espace annulaire 28, soit vider cet espace. De part et d'autre de ces moyens de maintien 20, et dans leur axe, sont disposés respectivement deux vérins de commande 40 et 41. Un vérin est un moyen permettant de déplacer une tige, par exemple les tiges 42 et 43 respectivement des vérins 40 et 41, au moyen d'un fluide alimentant deux chambres par respectivement deux entrées. Les entrées du vérin 40 sont définies par les entrées/sorties 44, et 45, celles du vérin 41 par les entrées/sorties 46 et 47. Ces entrées sont respectivement reliées à quatre sorties 48, 49, 50 et 51, d'une source d'alimentation 32, comme par exemple de l'huile incompressible. Les conduites d'alimentation de ces deux vérins n'ont pas été représentées, dans un souci de simplification du dessin, mais simplement évoquées par des départs et des arrivées de conduites en pointillés. En revenant plus particulièrement au vérin 40, celui-- ci est positionné de telle façon que sa tige 42 puisse traverser le logement 12 par un orifice 52 de même section que sa tige 42, pour venir pousser l'embase 8, comme ilustré sur la figure, de façon que l'embase 8, avec l'échantillon 1 qu'elle supporte, puisse venir se positionner sensiblement au milieu du manchon 21, I1 est à remarquer que la tige 42 du vérin 40 comporte une percée traversante 53 usinée de telle façon qu'elle soit en correspondance avec la percée 4 réalisée dans 1'embase 8. Cette percée 53 débouche à l'air libre 54, quand bien entendu un test de perméabilité sur un échantillon tel que l'échantillon 1 doit être effectué à l'air ambiant. Avantageusement, l'étanchéité entre l'embase 8 et la tige 42 peut être obtenue par un joint torique positionné dans une-rainure réalisée au sommet 58 de la tige 42. Comme mentionné précédemment, un deuxième vérin 41 est positionné dans le même axe que le vérin 40 et comprend lui aussi une tige 43 dont la section est avantageusement identique à la section de l'échantillon 1 de façon à venir se plaquer contre l'autre face de l'échantillon 1 qui n'est pas en contact avec celle de 1'embase 8,- pour bien maintenir l'échantillon 1 positionné sensiblement au milieu des moyens de maintien 20. De même que précédemment, l'étan- chéité entre la face supérieure de l'échantillon 1 et la tige 43 du vérin 41 est obtenue par un joint torique.De plus avantageusement, à ce vérin 41 est associé un capteur de déplacement 60 permettant de définir la longueur du déplacement de la tige 41 par rapport à un point origine préalablement défini, de façon que, connaissant le point origine de déplacement de la tige 42 du vérin 40 on puisse déterminer par ce capteur de déplacement, par simple différence, l'épaisseur de l'échantillon 1 comprise entre ses deux faces extrêmes 61 et 62. La sortie 63 du capteur de déplacement est reliée à une entrée d'alimentation 64 de 1'ordinateur-calculateur 7 précédemment mentionné. De plus, à travers la tige 43 de ce vérin 41, est réalisé un conduit 65 de telle façon que son orifice débouchant 66 au niveau de la face 62 de l'échan- tillon 1 soit sensiblement dans l'axe du canal 11 réalisé dans l'embase 8. Ce conduit 65 émerge, par une sortie étanche, de la tige 43 et est relié par une conduite souple 68 à - premièrement, une source d'aspiration 69 à travers une première partie de conduite 70 dans laquelle est interposée une électrovanne 71 commandable par son entrée 72, et - deuxièmement, une éprouvette 74 par une deuxième partie 73, cette deuxième partie 73 étant connectée de façon étanche au sommet 75 de cette éprouvette 74.Cette éprouvette 74 a, par exemple, une section intérieure constante pour pouvoir, si nécessaire, effectuer des comparaisons visuelles pour des mesures ne nécessitant pas une grande précision. Cette éprouvette 74, par son extrémité libre 76, plonge dans un récipient 77 qui est soutenu par un capteur de charge 78, ou de mesures de pesées, connu en lui-même, apte à délivrer à sa sortie 79 des signaux électriques, avantageusement sous forme numérique, dont la valeur est une fonction des variations du poids du récipient 77 contenant un certain volume de liquide 80, comme par exemple de l'eau. La sortie 79 de ce capteur de pesée 78 est reliée à une entrée 81 du calculateur-ordinateur 7. Comme mentionné précédemment, l'entrée de commande 72 de l'électrovanne 71 est reliée à une sortie de commande 82 de l'ordinateur- calculateur 7, tandis que le moyen de pompe à vide 69 est relié par son entrée de commande 83 à une sortie donneur d'ordres 84 du calculateur-ordinateur 7. De même, les sorties 85, 86 et 87 de commande du calculateur-ordinateur 7 sont reliées respectivement aux entrées de commande 88 de la source de fluide d'alimentation des vérins, 6 du moteur 5 et 35 du fluide de gonflage 33. Pour pouvoir effectuer correctement les calculs et appliquer la formule de DARCY connue des techniciens pour' établir la perméabilité d'un matériau, des -capteurs de température 90, et de pression atmosphérique 91 (quand la mesure est effectuée en fonction de l'air ambiant) sont reliés respectivement par leur sortie 92 et 93 à des entrées 94 et 95 de l'ordinateur-calculateur 7. I1 peut aussi être prévu d'autres entrées de commande 96 pour effectuer des mesures en fonction de différents besoins, s'il est nécessaire, par exemple, de faire varier certaines valeurs de paramètres comme ceux mentionnés cidessus. Enfin, la sortie 99 des résultats des mesures donnés par 1'ordinateur/calculateur 7 est reliée à une entrée 97 d'un afficheur 98 permettant à un utilisateur d'appréhender la valeur du résultat sous forme analogique ou numérique, tout au moins sous une forme visible et/ou mémorisable, comme par exemple sur un enregistreur. Le dispositif illustré sur la figure fonctionne de la façon suivante. Par l'ordinateur 7 des impulsions sont envoyées à l'entrée 6 du moteur 5 pas-à-pas, afin que celui-ci fasse pivoter le plateau 4 pour amener l'échantillon 1 sur son embase 8 en regard des moyens de maintien 20. Quand le plateau est stabilisé, un ordre est envoyé à la source de fluide 32 afin d'alimenter le vérin 40 pour que la tige 42 sorte et vienne,à travers l'orifice 52, pousser l'embase 8 et l'échantillon 1 jusqu'à ce que celui-ci soit positionné comme représenté sur la figure 1, c'est-à-dire sensiblement au milieu du manchon constituant les moyens de maintien Le vérin 40 est commandé pour que sa tige 42 positionne la face 61 de l'échantillon 1 toujours à un même endroit Dès que l'échantillon est positionné dans ce moyen 20, un ordre est envoyé afin de commander le second vérin 41 pour que sa tige 43 sorte et vienne au contact de la face 62 de l'échantillon 1. Quand l'échantillon 1 est bien enserré entre les deux vérins, le capteur de déplacement 60 envoie des impulsions à entrée 64 de ltordinateur 7 afin de déterminer quel a été le déplacement de la tige 43 du vérin 41 pour déterminer l'épaisseur de l'échantillon 1. Un autre ordre est envoyé à l'entrée 35 de la source d'air comprimé 33 afin que celle-ci, par le conduit 34, vienne insuffler de l'air comprimé dans l'espace annulaire 28, déformer la membrane 23 afin qu'elle s'applique parfaitement sur toute la périphérie de l'échantillon 1 et aussi, partiellement, sur les deux extrémités respectivement de l'embase 8 et de la tige 43 du vérin 41, afin de réaliser une étanchéité parfaite autour de cet échantillon 1. Quand l'échantillon est ainsi positionné dans ses moyens de maintien, un ordre est envoyé par l'ordinateur 7 qui, à travers sa sortie 84, vient commander la pompe d'aspiration 69 afin qu'elle effectue une aspiration, en ayant bien entendu préalablement commandé l'ouverture de la vanne 71 par son entrée 72, au moyen d'un signal approprié élaboré à la sortie 82 de l'ordinateur, afin que ladite pompe 69 puisse faire un vide au moins partiel dans les portions de conduites 65, 68, 70 et73. Du fait de cette aspiration, et de la perte de charge créée dans l'échan- tillon 1, le liquide 80 contenu dans le récipient 77 monte jusqu'à un certain niveau dans l'éprouvette 74, sensiblement proche de son sommet 75. Quand le niveau est déterminé être à une bonne position, un ordre subséquent est envoyé par la sortie 84 de l'ordinateur 7, afin d'arrêter la pompe d'aspiration 69 et un autre ordre est délivré à la sortie 82 de l'ordinateur pour fermer l'électrovanne 71. De ce fait, aucune aspiration ne se produit plus, et donc, sous l'effet de la pression atmosphérique de l'air ambiant qui s'applique à l'entrée 54 de la percée 53 de la tige du vérin 40, l'air s'écoule dans les conduits 53-11, à travers l'échantillon 1, et dans les conduits 65, 68 et 73, ce qui permet au liquide qui était monté dans l'éprouvette 74 de redescendre dans le récipient 77. Pendant cette opération, le capteur de charge 78 délivre à sa sortie 79 des signaux qui peuvent être numériques servant à alimenter l'entrée 81 du calculateur 7. pour que celui-ci puisse déterminer la variation du poids du récipient 77 par unité de temps, ce récipient 77 recueillant le liquide qui était monté dans l'éprouvette 74. De ce fait, l'ordinateur peut ainsi déterminer avec une très grande précision les variations du volume du liquide 80, et ce, dans un laps de temps très court, pour déterminer le débit d'air ayant traversé l'échantillon, puisque la section de l'éprouvette 74 est constante, le débit du liquide revenant dans le récipient 77 étant égal au débit d'air traversant l'échantillon 1, L'ordinateur/calculateur 7 calcule ces variations de volume uniquement quand celles-ci ont atteint un palier, c'est-à-dire quand l'écoulement de l'air à travers l'échantillon est sensiblement constant, ce qui est plus représentatif de la perméabilité du matériau. De plus, étant donné la précision de ce capteur et la valeur des signaux qu'il délivre, la mesure peut être effectuée sur une période très courte, ce qui entraîne une faible variation de volume, et donc, une mesure entre deux valeurs de pression qui peuvent être considérées comme sensiblement égales. Bien entendu, pour pouvoir appliquer la formule de DARCY, l'ordinateur 7 peut recevoir des informations, par exemple de température fournie par le capteur 90, de pression atmosphérique fournie par le capteur 91 etc. Le calculateur est programmé afin d'appliquer la formule de DARCY et de délivrer à sa sortie 99 un signal proportionnel au résultat obtenu qui peut être affiché en commandant par son entrée 97 l'afficheur 98 et afficher, de ce fait, les valeurs de la perméabilité de l'échantillon 1. L'expérience peut être commandée plusieurs fois afin d'obtenir une moyenne de mesures pour un même échantillon. Quand la perméabilité d'un échantillon a été mesurée, les deux vérins sont ramenés à leurs positions d'origine et, ainsi l'embase 8 se repositionne dans son logement 12, la tige 42 étant bien entendu suffisamment rentrée pour ne pas géner la rotation du plateau 4. Lorsque la tige s'est effacée, le moteur 5 peut être commandé par de nouveaux signaux pour obtenir une rotation subséquente du plateau 4 et amener l'échantillon suivant, par exemple l'échantillon 2, en regard des moyens de maintien sur l'axe défini ciavant. Alors, un nouveau cycle de mesures peut être commandé comme décrit ci-dessus. On voit donc l'avantage d'un tel dispositif qui permet d'effectuer de manière très simple des mesures en automatique, et de façon plus précise, car elle permet de s'affranchir de vaiations de pression, car la mesure peut être effectuée de façon très rapide sur des variations très faibles de volume, ce qui n'était pas possible avec les dispositifs selon l'art antérieur, comme notamment celui qui a été décrit dans le préambule de la présente description. REVENDICATIONS 1- Perméamètre caractérisé par le fait qu'il comprend - des moyens de support (20) d'un échantillon (1) dont la perméabilité à un fluide doit être mesurée, - des moyens (40) pour insérer ledit échantillon en série dans une conduite (53, 11, 65, 68, 73...) apte à être parcourue par ledit fluide, - une éprouvette (74) montée en série dans ladite conduite, une extrémité de ladite conduite plongeant librement dans un récipient (77) apte à contenir un liquide (80), - des moyens commandables (69) pour effectuer une aspiration en dépression dans ladite conduite et ladite éprouvette, et - des moyens (78) pour mesurer la variation de volume du liquide dans ledit récipient, cesdits moyens étant aptes à élaborer un signal de sortie (79) dont la valeur est fonction de ladite variation. 2- Perméamètre selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite éprouvette (74) a une section intérieure constante. 3- Perméamètre selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les moyens (40) pour insérer ledit échantillon en série dans la conduite comprennent au moins un vérin (40, 41) comportant une tige (42, 43) dans laquelle est réalisée une percée (53, 65)- pour constituer une partie de ladite conduite. 4- Perméamètre selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les moyens pour mesurer la variation du volume du liquide dans ledit récipient (77) sont constitués par un capteur de charge (78) soutenant ledit récipient. s- Perméamètre selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens (41, 43, 60) pour mesurer l'épaisseur dudit échantillon. 6- Perméamètre selon les revendications 3 et 5, caractérisé par le fait que lesdits moyens pour mesurer l'épaisseur dudit échantillon comprennent un capteur de déplacement (60) associé à au moins une tige (43) dudit vérin (41). 7- Perméamètre selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens électroniques de traitement dudit signal de sortie. 8- Perméamètre selon la revendication 7, caractérisé par le fait que les moyens électroniques de traitement sont constitués par un calculateur (7). 9- Perméamètre selon la revendication 8, caractérisé par le fait que ledit calculateur est programmé pour effectuer un calcul appliquant la formule de DARCY.