Brevet FR2594543A1 — publié le 19870821

L'invention concerne un procédé et un dispositif pour contrôler la position ou l'évolution d'une interface entre deux fluides non miscibles et de densitésdifférentes, la position de l'interface étant susceptible de varier. L'invention peut, en particulier, se rapporter à un procédé de contrôLe d'interface lors du creusement par lessivage d'une cavité saline, ladite cavité étant remplie, au moins en partie, par l'un au moins des fluides précédemment mentionnés. Dans une telle application, il est en effet essentiel de connaître la position ou la variation de position de l'interface entre ces deux fluides, de façon à pouvoir déterminer la profondeur de creusement atteinte, lequel creusement s'effectue de façon générale du fond vers la surface, et ainsi contrôler l'évolution de la cavité. On notera que les fluides en présence, dans la cavité,sont souvent du fuel (en partie supérieure), et de la saumure (en partie inférieure), la saumure se constituant à partir d'eau injectée sous pression adaptée. Un objet essentiel de l'invention est de prévoir que le procédé de contrôle de la position ou de l'évolution de position de l'interface est tel que: on positionne au niveau de l'un et/ou L'autre des deux fluides et à proximité de L'endroit o L'on veut effectuer le contrôLe, une sonde de mesure constituée notamment d'une source émettrice de signaux et d'un détecteur-récepteur, Ladite source étant écartée dudit détecteur d'une distance déterminée, - on reLève Les signaux reçus par Le détecteur après émission de ceux-ci par la source et réfLexion d'une partie au moins d'entre eux par L'un au moins desdits fluides, - et on en déduit La position ou L'évolution de L'interface, d'après Le reLevé des signaux reçus qui varient en fonction de La position relative de L'interface et de La sonde de mesure. En outre, L'invention prévoit que dans L'appLi- cation particulière d'un creusement par lessivage d'une cavité saline remplie au moins en partie par L'un au moins desdits fluides, - on descend la sonde dans ladite cavité au moyen d'un premier tube intérieur sur Lequel la sonde est maintenue rigidement, le tube intérieur pénétrant dans un second tube extérieur, et - on relie ladite sonde, par un câble de liaison, à un poste fixe situé en surface. De cette façon, on peut effectuer des mesures de positions de L'interface aussi fréquemment que nécessaire. Le procédé de l'invention offre, en outre, la possibilité d'une action immédiate sur l'évolution de l'interface de façon à contrôler et diriger le creusement de la cavité, et ce en toute sécurité. Un autre objet de l'invention est de prévoir un dispositif, pour la mise en oeuvre du procédé pré- cédemment mentionné, destiné à contrôler la position ou l'évolution d'une interface entre deux fluides de densités différentes et non miscibles, lequel dispo- sitif comprend une sonde de mesure constituée essentiel- lement par: - une source émettrice de signaux et - un détecteur récepteur d'une partie au moins des signaux émis par la source, ledit détecteur et ladite source étant écartés l'un de l'autre d'une distance déterminée. De cette façon, à l'aide d'un matériel fiable, simple de mise en place et d'emploi, relativement souple d'utilisation, on peut effectuer des relevés d'interface à des prix tout à fait compétitifs. Dans l'application particulière du dispositif au creusement de cavités, notamment salines, le contrôle de l'évolution de ces dernières suppose, bien évidemment, que chaque puits soit équipé du dispositif de contrôle de l'invention. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaitront plus clairement à la lumière de la description explica- tive qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue partielle schématique, en coupe, d'une cavité souterraine en cours de creusement, ainsi que de la situation du dispositif de contrôle de l'invention, - la figure 2 est une vue schématique axiale avec arrachement des éléments constitutifs du dispositif de contrôle de l'invention, - la figure 3 illustre, en coupe, selon la ligne III-III de la figure 2, le positionnement du détecteur, - la figure 4 illustre, en coupe, selon la ligne IV-IV de la figure 2, le positionnement de la source, - les figures 5A, 5B et 5C illustrent les différentes positions relatives que peuvent occuper la sonde de contrôle et l'interface. La figure 1 montre une cavité saline 8 à la surveillance de laqueLle le dispositif de contrôle de la présente invention est particulièrement adapté et nécessaire, afin de connaitre la situation ou L'évo- lution d'une interface 6 entre deux fluides 30, 50 non miscibLes et de densités différentes, contenus dans Ladite cavité. On notera, dès à présent, que la connaissance de la position de L'interface 6 permet le contrôle du creusement de La cavité 8. On ne décrira pas Le procédé de lessivage au moyen duquel La cavité 8 peut être réalisée, ceLui- ci n'étant pas un des objets de L'invention et étant, par aiLleurs, en soi connu. On notera uniquement qu'à la figure 1 on a représenté schématiquement deux tubes, l'un intérieur 3, l'autre extérieur 4, qui pénètrent dans la cavité 8 par un puits d'amenée ou cheminée 5. Selon le procédé de creusement retenu, dans le tube 3 circule de la saumure 30 évacuée en surface vers l'extérieur, en 13; laquelle saumure a été soutirée de la cavité à un niveau déterminé de celle-ci. Dans le tube extérieur 4 circule, vers la cavité 8, de l'eau 40, par alimentation en 14; cette eau étant destinée au creusement de la cavité et constituant, par mélange avec les éléments salins de la formation souterraine 7, la saumure 30. Comme il apparait clairement, toujours de la figure 1, la surface extérieure du tube 4 baigne, dans sa partie supérieure, c'est-à-dire sensiblement au niveau de la cheminée 5, dans un liquide 50 de densité inférieure à celle de la saumure 30, et non miscible avec celle-ci. Le fluide 50 peut être notamment du fuel dont on alimente la cheminée 5 ou que l'on soutire de celle-ci, en 15. On notera qu'afin de faciliter la compréhension de la circulation des différents fluides, on a indiqué figure 1 leur sens par des flèches. Sur une partie de La périphérie extérieure du tube 3 et à proximité de L'interface 6, sont disposés une source 10 et un détecteur 9, lequel est relié par un câble de Liaison 16 à une unité d'anaLyse et de réception 17 placée en surface. La source 10 et le détecteur 9 constituent les éléments de base du dispositif I de l'invention. Ce dispositif, qui convient particulièrement bien pour le contrôle de l'évolution ou de la position de l'interface 6 entre Les deux fluides 30, 50, est représenté en détaiL sur La figure 2. Il se compose principaLement d'une sonde de mesure, repérée 2, constituée essentieLLement par la source émettrice 10 et Le détecteur- récepteur 9. Le détecteur 9 et La source 10 sont écartés L'un de L'autre d'une distance d déterminée. Avantageusement, la source 10 et Le détecteur-récepteur 9 sont décalés verticalement, et sont alignés dans une direction sensiblement paraLLèLe à l'axe des tubes 3, 4; ceux- ci étant d'axes 23, 24 sensiblement parallèLes. Entre les tubes 3 et 4 est ménagé un espace intermédiaire 19 suffisant pour recevoir Le détecteur 9, la source 10 et leurs moyens de positionnement et de maintien. L'ensemble de la sonde 2, c'est-à-dire la source et le détecteur muni de son câble de liaison 16, est maintenu écarté de la paroi intérieure 4a du tube extérieur 4 par des entretoises, repérées 12a et 12b, formant rails de protection qui s'étendent radialement sensiblement, tel qu'illustré aux figures 2 à 4, sur toute la hauteur du dispositif de contrôle 1. Plus précisément, les entretoises 12a forment un premier jeu constitué par deux rails métalliques 121, 122, sensiblement rectilignes soudés sur une partie de la surface extérieure 3a du tube intérieur 3, et qui s'étendent dans l'espace intermédiaire 19 jusqu'à proximité de la surface intérieure 4a du tube 4. Sensi- blement diamétralement opposé au premier jeu, est disposé un deuxième jeu d'entretoise 12b constitué par un rail 123 soudé à La surface 3a et qui s'étend, de même, jusqu'à proximité de La surface intérieure4a du tube 4. On notera qu'on Laisse un Léger jeu entre L'extrémi- té des différentes entretoises et La surface intérieure 4a du tube extérieur, de façon à faciliter leur mise en pLace et afin de permettre une éventueLLe dilatation desdites entre- toises en cas de contraintes. Les entretoises 12a, de Largeur L sensibLement égales, sont cependant plus larges que L'entretoise opposée 12b de Lageur L'. De cette façon, on obtient un décentrage du tube intérieur 3 par rapport au tube extérieur 4. Les axes 23 et 24, respec- tivement du tube 3 et du tube 4, se trouvent aLors écartés d'une distance d'. En d'autres termes, on augmente L'espace intérieur 19 du côté o on Loge des appareiLs 9, 10 formant la sonde 2, et on le diminue corrélativement à L'opposé. Comme il apparaît clairement des figures 3 et 4, on dispose Le détecteur 9 muni de son câbLe de Liaison 16 et La source 10 entre Les deux raiLs 121, 122. Si l'on se réfère maintenant plus particulièrement- aux figures 2 et 3, on voit que le détecteur schématisé en 9, est maintenu en position sensiblement contre la surface extérieure'3a du tube intérieur 3 par des sangLes métaLLiques ou colliers 18. Les colliers entourent Le tube 3 et Le détecteur 9 en passant à travers des ouvertures 31, 31' ména- gées dans Les différents raiLs 121, 122 et 123. Avantageusement, le bord 32 de chaque ouverture 31 est biseauté de feçon t faci'iter le passage du collier. On notera que sur la figure 2, on n'a représenté que deux coLLiers passant dans Les ouvertures correspondantes à deux niveaux différents le Long du détecteur 9. Cependant, ce nombre est adapté au maintien recherché. En outre, de façon à éviter que Le câbLe de Liaison 16 se coince entre Les deux tubes 3 et 4, iL peut être utile de prévoir d'autres sangles de maintien (non représentées), et ce en quelques endroits le Long de son trajet entre Le détecteur 9 et Le poste de traitement 17 disposé en surface. Par ailleurs, comme il apparaît des figures 2 et 4, on améLiore La rigidité et Le maintien des rails, notamment 121 et 122, par des pattes de renfort 33 soudées sur les rails et sur la surface extérieure 3a du tube 3. Ces ren- forts sont répartis en quelques endroits le long des rails, on peut notamment en prévoir à leurs extrémité supérieure et inférieureet au niveau de La sonde et/ou du détecteur. Dans l'applications retenue, la source 10 est une source radio-active. Elte est essentiellement constituée, comme connu en soi, par une pastille radioactive 22, placée dans un support 29, lequet support est par exemple vissé sur un portesource 25, des joints appropriés 24 assurant son étanchéité. Le portesource muni d'une ouverture ou fenêtre de rayonnement 28 est lui-même vissé sur un profilé de main- tien 26,'solidaire rigidement, par exemple par soudage, de la surface extérieure 3a du tube 3. Des joints adaptés 24 et 27 assurent l'étanchéité de L'ensemble ainsi constitué (figure 4). L'ouverture 28 permet d'une part la mise en place de la pastille 22 et de son support 29, comme connu en soi, et d'autre part, de focaliser le rayonnement radioactif de la source en direction des fluides 30 et/ou 50 dans lesquels baigne la surface extérieure 4b dutube 4. On reviendra sur cette caractéristique Lors de l'explication du fonc- tionnement de la sonde de l'invention. De façon à éviter tout de même, tout rayonnement direct intempestif de la source 10 vers le détecteur 9 c'est-à-dire sans réflexion par l'un au moins des deux fluides 30, 50 - on prévoit un écran, repéré 34, entre ces deux éléments. L'écran 34 peut être constitué notamment par une masse métallique suffisamment épaisse formée par exempte à partir d'une succession de cordons de soudure, Ladite masse s'étendant transversalement entre Les deux rails 121, 122, sensiblement sur toute leur largeur l. Dans l'exemple présenté aux figures 2 à 4, on notera que la source 10 est, en section, de dimensions légèrement plus importantes que le détecteur 9. On comprend que dans ce cas, l'écartement radial des deux rails 121, 122, entre lesquels sont disposés ces deux éléments, est adapté à leurs dimensions. On peut en particulier prévoir que Les deux rails s'écartent légèrement à partir de l'écran 34, c'est- à-dire entre l'écran et l'extrémité inférieure des rails. On ne décrira pas la structure du détecteur 9, celle-ci ne constituant pas l'un des objets de L'invention. On notera simplement que le détecteur comprend, symbolise en 36 à La figure 2, un capteur ou récepteur des signaux transmis par La source radio- active et un circuit de traitement, symbolisé en 35, qui envoie les informations reçues vers L'unité de surface 17, et ce par l'intermédiaire du càbLe de laison 16. Le dispositif de contr8le 1, que l'on vient de décrire, peut présenter, dans une application parti- culière et à titre d'exemple non Limitatif, les caractéristiques dimensionnelles suivantes: Il faut, tout d'abord, préciser que, comme connu en soi, les tubes 3 et 4 sont en fait constitués chacun par une succession de tubes mis bout à bout et joints par tout moyen approprié. En outre, afin de faciliter le logement et la mise en place des appareils constituant le dispo- sitif de l'invention, on prévoit avantageusement que le tube intérieur 3 particulier sur Lequel sont maintenus ces appareils (en particulier la source et Le détecteur) est de diamètre D légèrement inférieur à celui D' des tubes intérieurs 3 adjacents auxquels il est joint vers ses deux extrémités 36 et 37. Plus spécifiquement, le tube intérieur 3 particulier qui forme support du dispositif de contrôle de l'invention peut être de diamètre égal à environ mm, tandis que les tubes intérieurs 3 complémentaires peuvent être de diamètre sensiblement égal à 120 mm. Les tubes extérieurs sont par contre dans l'application prévue tous de même diamètre, lequel peut être égaL sensiblement à 200 mm. L'épaisseur des différents tubes 3 et 4 est d'environ 10 mm. On peut noter, en outre, que l'excentration d' entre les tubes 3 et 4 est avantageusement de l'ordre de 20 mm; la largeur l des rails ou entretoises du premier jeu 12a étant alors d'environ 50 mm hors tout, tandis que la largeur du rail complémentaire opposé 12b est alors d'environ 20 mm hors tout. La hauteur, ou la longueur sur laquelle s'étendent les rails est sensiblement comprise entre 200 et 250 cm, et de préférence sensiblement égale à 230 cm. On va maintenant présenter le fonctionnement (et succinctement la mise en place) du dispositif de contrôle de l'invention que l'on vient de décrire. On va tout d'abord expliquer la mise en place du dispositif dans le cadre de l'application particulière retenue consistant en un contrôle d'une interface 6 entre deux liquides 30 et 50 au cours d'un creusement par lessivage, notamment inverse, d'une cavité saline. - En premier lieu, et en début d'opération de lessivage, on met en place par la cheminée 5, le tube extérieur 4 en mettant bout à bout des tubes de même diamètre que l'on descend vers la cavité 8. - Ensuite, après avoir préparé le tube inté- rieur 3 particulier porteur du dispositif de contrôle, c'est-à-dire avoir disposé le détecteur 9 et la source entre les rails 121, 122 et après le. s avoir fixes respectivement au moyen des sangles 18 et par soudage, on descend une succession de tubes intérieurs 3 dans le tube 4. Plus précisément, on met bout à bout une suite de tube93 de diamètre D' et on intercale à un endroit particulier et déterminé de cette chaîne, le tube intérieur 3 particulier de diamètre D. On comprend que l'on intercale le tube intérieur 3 particu- Lier de façon que, en position de sous-sol, La sonde de mesure 2 soit positionnée au niveau de l'un etiou l'autre des deux fluides 30, 50 et à proximité de l'endroit o l'on veut effectuer Le contrôle de La position de L'inter- face 6. Bien entendu, on a descendu parallèLement Le cable de liaison 16. Comme on le comprend, La sonde de mesure est avantageusement disposée à une profondeur déterminée et fixe pendant toute l'opération de creusement. On veillera, en outre et de préférence, à ce qu'aucune Liaison entre les tubes extérieurs 4 (non représentée) ne soit disposée entre la source et le détecteur, cette liai- son pouvant en effet perturber la propagation des rayonne- ments ou signaux émis par la source. La sonde de contrôLe 2 étant mise en place, on La relie au poste 17 constituant L'unité de réception et d'anaLyse. Le dispositif de contrôle est opérationnel. On reLève aLors les signaux reçus par le détec- teur 9 après émission de ceux-ci par La source 10 et réflexion d'une partie au moins d'entre eux par l'un au moins desdits fluides 30, 50, et on en déduit la position ou l'évolution de l'interface 6 d'après Le relevé des signaux reçus qui varient en fonction de La position relative de L'interface 6 et de la sonde de mesure 2. De façon plus spécifique, on a pris soin d'écar- ter verticalement la source 10 et le détecteur 9 d'une distance d qui, par exemple, dans le cas o on utilise une source radio-active de Césium 137 est comprise entre 40 et 60 cm,de préférence sensiblement égale à 50 cm. Aussi, si la position relative de l'interface 6 et de La sonde 2 est telle que la source émettrice 10 et le détecteur-récep- teur 9 sont situés conjointement sous Le niveau de l'inter- face, comme iL apparaît au cas A de la figure 5, le détecteur-récepteur 9 va recevoir des signaux d'un premier type, après réflexion d'une partie au moins de ceux-ci par les éléments constitutifs du fluide 30 seulement. Par contre, comme il apparalt clairement du cas C de la figure 5, dans le cas o le détecteur et La source sont tous deux situés au-dessus du niveau de l'interface 6, Les signaux émis par la source 10 vont être réfléchis, en partie au moins, uniquement par Le fluide 50 et le détecteur-récepteur 9 va donc recevoir des signaux réfléchis d'un second type. Au cas B de la figure 5, on voit une disposition intermédiaire telle que la source 10 est située sous l'interface 6, c'est-à-dire au niveau du fluide 30, tandis que le détecteur 9 est situé au-dessus de l'interface 6, au niveau de fluide 50. On comprend que dans ce cas, les signaux reçus par le récepteur 9 évoluent entre les deux niveaux de signaux extrêmes correspondant aux cas A et C, lesdits signaux étant en effet réfléchis par les éLéments constitutifs de l'un et L'autre des deux fluides 30, 50. L'analyse des signaux reçus par le détecteur 9 consiste en un comptage du nombre d'impulsions qu'il reçoit au cours d'une période de temps déterminée. En d'autres termes, on mesure la fréquence des signaux reçus après réflexion en fonction du temps. Aussi, on comprend que cette mesure varie selon que les signaux émis sont réfléchis uniquement par le liquide 30, c'est-à-dire dans ce cas la saumure (cas A, figure 5), uniquement par le liquide qui surnage 50, c'est-à-dire le fuel (cas C), ou encore par les deux fluides fuel/saumure (cas B). On notera, en outre, que dans le cas intermédiai- re B, les fréquences obtenues sont représentatives à chaque instant de la proportion de chacun des deux fluides 30, 50 présents dans la zone de mesure. Le procédé qui vient d'être décrit permet donc de déterminer la position ou l'évolution de position d'une interface. On suit ainsi la progression du creusement en cours, l'interface remontant vers la surface au fur et à mesure que la cavité se développe. Revenant une dernière fois à la figure 2, on notera -que L'excentration d' prévue entre Les tubes 3 et 4 est surtout utile au niveau du tube intérieur 3 particulier porteur de La sonde. Aussi, peut on prévoir que Les tubes 3 complémentaires disposés de part et d'autre dudit tube 3 particuLier peuvent être d'axe sensibLement confondu avec L'axe 24 des tubes extérieurs 4. Les joints 36 et 37 seront aLors prévuscomme connu en soi, avec une forme sensibLe- ment tronconique teLLe qu'eLle permette L'excentration (en 23) du tube particulier 3 porteur de la sonde et paraL- lèlement, La sensible coaxiaLité (en 24) des tubes compLé- mentaires 3 avec Les tubes extérieurs 4. REVENDICATIONS 1. - Procédé de contrôle de La position ou de l'évolution de position d'une interface entre deux fluides non miscibles et de densités différentes, la position de l'interface étant susceptible de varier, ledit procédé étant caractérisé en ce que: - on positionne au niveau de l'un et/ou l'autre des deux fluides (30, 50) et à proximité de l'endroit o l'on veut effectuer le contrôle, une sonde de mesure (2) constituée notamment d'une source émettrice (10) de signaux et d'un détecteurrécepteur (9), ladite source (10) étant écartée dudit détecteur (9) d'une distance déterminée. - on relève les signaux reçus par le détec- teur (9) après émission de ceux-ci par la source (10) et réflexion d'une partie au moins d'entre eux par l'un au moins desdits fluides (30,50), et on en déduit La position ou l'évolution de l'interface (6) d'après le relevé des signaux reçus qui varient en fonction de la position relative de l'interface (6) et de la sonde de mesure (2). 2. - Procédé de contrôle selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce qu'on décale verticalement la source (10) et le détecteur (9). 3. - Procédé de contrôle selon La revendica- tion 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce qu'on compte le nombre d'impulsions reçues par Le détecteur (9) au cours d'une période de temps déterminée. 4. - Procédé de contrôle selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que dans le cas d'une application particulière tel que le creu- sement par lessivage d'une cavité saline (8) remplie au moins en partie par l'un au moins desdits fluides (30, 50), - on descend la sonde (2) dans ladite cavité (8) au moyen d'un premier tube intérieur (3) sur lequel la sonde (2) est maintenue rigidement, le tube intérieur (3) pénétrant dans un second tube extérieur (4), et - on relie ladite sonde (2) par un câble de liaison (16) à un poste fixe (17) situé en surface. 5. - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications I à 4, destiné à contrôler la position ou L'évolution d'une interface entre deux fluides de densités diffé- rentes et non miscibles, La position de L'interface étant susceptible de varier, Ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend une sonde de mesure (2) constituée essentiellement par: - une source (10) émettrice de signaux et, - un détecteur (9) récepteur d'une partie au moins des signaux émis par la source, ledit détecteur et ladite source étant écartés l'un de L'autre d'une distance déterminée. 6. - Dispositif de contrôle selon la reven- dication 5, caractérisé en ce que la sonde de mesure (2) est disposée dans un espace intermédiaire (19) ménagé entre un tube extérieur (4) et un tube intérieur (3), lesquels tubes sont descendus dans une cavité souterraine (8) remplie au moins en partie par l'un au moins des fluides (30, 50), la sonde (2) étant liée rigidement audit tube intérieur (3) et étant reliée à un poste fixe (17) disposé en surface au moyen d'un câble de liaison (16). 7. - Dispositif de contrôle selon la reven- dication 5 ou la revendication 6, caractérisé en ce que la sonde (2) est maintenue écartée du tube extérieur (4) par des entretoises (12a, 12b) liées rigidement au tube intérieur (3). 8. - Dispositif de contrôle selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que les entretoises (12a, 12b) sont réparties autour du tube intérieur (3) en deux jeux sensiblement diamé- tralement opposées, les entretoises du premier jeu (12a) étant plus larges que celles du second jeu (12b) 1 5 de façon à excentrer Les deux tubes (3, 4) dont Les axes (23, 24) sont sensiblement parallèles. 9. - Dispositif de contrôle selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que le détecteur (9) et la source (10) sont décalés verticalement et alignés dans une direction sensible- ment parallèle à L'axe des tubes (3, 4). 10. - Dispositif de contrôle selon l'une quelconque des revendications 5 à 9, caractérisé en ce que la source (10) est une source radioactive. 11. - Dispositif de contrôle selon l'une quelconque des revendications 5 à 10, caractérisé en ce qu'un écran (34) est disposé entre la source (10) et le détecteur (9).