Brevet FR2591756A1 — publié le 19870619

Sonde sismique notamment utilisable dans un puits de forage non tubé La présente invention a pour objet une son- de sismique. Elle est utilisée notamment dans les puits de forage non tubés. Après avoir foré un puits, il est intéres- sant de modéliser le terrain autour du puits en vi- tesses d'onde sismique. Afin d'illustrer les techniques utilisées actuellement à cet effet, on a représenté sur la fi- gure 1 une coupe du terrain passant par l'axe verti- cal du puits de forage. Dans ce puits dont la paroi est référencée 2, on fait descendre à des profondeurs successives différentes une sonde sismique 4. L'onde sismique est créée à la surface du sol par un tir à l'explosif ou une source sismique 3. Une sonde sismique se compose généralement de trois parties principales: - un ensemble de capteurs, habituellement des géopho- nes verticaux et éventuellement horizontaux; - un dispositif d'ancrage qui permet d'appliquer le corps de sonde contre la paroi du puits; - un compartiment électronique pour la commande de la sonde et la transmission des signaux captés par les géophones. Dans certains cas, il est avantageux de dé- tecter des ondes sismiques se déplaçant presque ver- ticalement et d'obtenir ainsi un profil sismique du terrain le plus vertical possible. A cet effet, il est nécessaire d'avoir un ancrage efficace des cap- teurs à chaque point de mesure afin d'obtenir un cou- plage de ces capteurs avec le terrain le meilleur possible et d'enregistrer la totalité des ondes sis- miques se propageant dans le terrain sans être per- turbé par des résonances parasites. Les dispositifs d'ancrage sont habituelle- ment réalisés à l'aide d'un ressort linéaire, d'un moteur électrique ou d'un vérin hydraulique relevant un ou deux patins 5 (voir figure 1), de telle sorte qu'ils plaquent contre la paroi du puits La totalité du corps de la sonde qui contient les capteurs. Or les sondes sont conçues pour la plupart pour travailler dans des puits de petit diamètre (10 à 30 cm environ) et possèdent un corps de sonde d'une longueur dépassant parfois deux mètres. De ce fait, la paroi du puits doit donc être régulière au moins sur la longueur de la sonde de façon à ce que celle- ci soit bien plaquée à la paroi et donc que les géo- phones soient bien couplés au terrain. Ce type de sonde sismique n'est donc bien pas adapté aux puits de forage en "trou ouvert", c'est-à-dire non tubés, qui présentent généralement un diamètre variable et de nombreuses irrégularités. L'invention a justement pour objet une son- de sismique comprenant un corps central et des moyens de supportage aptes à appliquer des capteurs avec une certaine force contre la paroi d'un puits de forage, permettant ainsi de travailler efficacement dans un puits de forage en "trou ouvert". A cet effet, les moyens de supportage comportent au moins un bras té- lescopique, à une extrémité duquel sont logés lesdits capteurs, ce bras étant apte à occuper une position repliée et une position dépliée. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, Le corps central comporte un tube de glissement, un anneau apte à coulisser sur ce tube, le bras télescopique se composant d'au moins une tige fixée radialement sur l'anneau et d'un tube support enfilé sur ladite tige, une première barre fixée à pivotement sur l'extrémité du tube support orientée vers l'anneau et sur une articulation fixe disposée à une extrémité du tube de gLissement, une seconde bar- re fixée à pivotement sur Ladite extrémité du tube support et sur une articulation mobile apte à coulis- ser tongitudinalement sur le tube de glissement, Les- dits capteurs étant Logés dans un boîtier porte-cap- teurs monté à l'autre extrémité du tube support, des moyens pour animer L'articulation mobile d'un mouve- ment longitudinal, les barres, l'anneau, La tige et le tube support coopérant pour que ce tube support soit animé d'un mouvement radiaL d'une position re- pliée vers une position dépliée et inversement. Avantageusement, au moins une pointe, for- mée à l'extrémité du boitier porte-capteurs, permet l'ancrage de la sonde dans la paroi du puits tout en constituant la partie réceptrice d'au moins un cap- teur. Selon un autre mode de réalisation de l'in- vention, une des extrémités du bras télescopique est liée par une articulation au corps central, des moyens de déploiement sont prévus pour déplacer Le bras entre une position de repos sensiblement paraL- lète au corps central et une position de travail sen- siblement perpendiculaire à celui-ci De façon plus précise, le bras télescopique comprend la tige et le corps d'un vérin et les moyens de déploiement comportent un vérin, logé dans le corps central, actionnant le bras par un jeu de biel- lettes. Avantageusement, un boîtier porte-capteurs est lié par une articulation à l'extrémité libre du bras, opposée à cettlle articulée sur le corps central, des moyens étant prévus sur le corps central pour que le boîtier occupe une position sensiblement parallèle au bras lorsque celui-ci est en position de repos et unepositionsensiblement perpendiculaire au bras Lorsque celui-ci est en position de travail. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront mieux de la description qui suit, donnée à titre explicatif mais nullement limi- tatif, en référence aux figures annexées, sur les- quelles: - la figure 1, déjà décrite, représente une coupe du terrain passant par l'axe vertical du puits de forage, - la figure 2 représente une vue latérale de la sonde sismique selon un premier mode de réali- sation de L'invention, son carénage et le puits étant représentés en coupe longitudinale, la moitié gauche de la sonde montrant le bras télescopique dans une position repliée et la moitié droite de la sonde mon- trant le bras télescopique dans une position dé- pliée, et - la figure 3 représente une vue latérale de la sonde sismique selon un second mode de réalisa- tion de l'invention, la moitié gauche de la sonde montrant le bras télescopique en position de repos et la moitié droite de la sonde montrant ce bras en po- sition de travail. Un premier mode de réalisation de la sonde selon l'invention est représenté sur la figure 2 et comporte un corps central 6 contenant une partie électronique et un compas magnétique permettant le contrôle de l'orientation de la sonde dans le puits. La sonde comporte de plus une partie mécanique et hydraulique que nous allons maintenant décrire de façon précise. Un tube de glissement 8 cylindrique est formé dans la partie centrale dudit corps central 6. Une couronne 10 est montée coulissante sur ce tube de glissement 8. Des tiges 12, par exemple au nombre de cinq, sont fixées radialement sur cette couronne 10. Un tube, dit tube support 14, est enfiLé sur chacune des tiges 12. L'ensemble formé par chaque couple tige et tube support constitue un bras téles- copique 16. Une première barre 18 est fixée à pivote- ment sur l'extrémité de chaque tube support 14 orien- tée vers la couronne 10 et sur une articulation fixe disposée à une extrémité du tube de glissement 8. Une seconde barre 22 est fixée à pivotement sur ladite extrémité du tube support 14 et sur une articulation mobile 24. Cette articulation 24 est constituée par l'extrémité d'une tige de vérin 26 faisant saillie radialement du tube de glissement 8 par des lumières longitudinales usinées dans ce tube. La tige de vérin 26 est apte à coulisser à l'inté- rieur du tube de glissement 8. Elle est solidaire d'un piston 28 qui est actionné hydrauliquement. Lorsque le piston 28 est actionné, l'arti- culation mobile 24 est animée d'un mouvement longitu- dinal, tes barres 18, 22, la couronne 10, les tiges 12 et les tubes support 14 coopérant pour que ces tubes 14 soient alors animés d'un mouvement radial d'une position repliée vers une position dépliée et inversement. Un bottier porte-capteurs 30 est fixé à l'extrémité libre de chacun des tubes support 14. Chaque boÂtier 30 est pourvu d'au moins une pointe 32 apte à s'ancrer dans la paroi du puits de forage. Lorsque la sonde est en position dépliée, chaque bot- tier 30 est plaqué contre cette paroi sur toute sa longueur quelle que soit l'irrégularité de celle-ci, le couplage avec le terrain se faisant par les poin- tes 32 pour éviter des résonances parasites. Les pointes 32 empêchent également un glissement éventuel de la sonde lors des mesures. Chaque bottier 30 est équipé notamment de deux capteurs ou géophones verticaux reliés en série, de deux géophones horizontaux montés en quadrature sur un support couplé au bottier et d'un capteur de proximité. Celui-ci permet de contrôler le bon ancra- ge de chacun des bras 16 et comprend, par exemple, un jeu de rondelles "Belleville" séparant chaque pointe 32 d'un capteur de contact. Celui-ci délivre un si- gnal lorsque les rondelles sont suffisamment écrasées sous L'effet d'une force d'ancrage désirée. La sonde selon l'invention est suspendue par un câble 34 fixé sur l'extrémité supérieure du corps central 6. Avantageusement, ce câble 34 trans- met également les signaux de commande et de mesure et à cet effet est de type classique, par exemple à sept conducteurs pour diagraphie. Un berceau de protection 36, fixé sur le corps central 6 protège la sonde des chocs lorsque la sonde est manoeuvrée dans ce puits. Le principe d'utilisation de la sonde selon l'invention est le suivant: On descend la sonde dans le puits à une cartaine profondeur en déroulant le câble 34. Lorsque la sonde est stabilisée, on actionne l'ouverture des bras 16 jusqu'à ce que Leur ancrage dans la paroi soit suffisant (le signal de bon couplage avec le terrain étant émis par lesdits capteurs de contact). Le tir peut alors être effectué et les me- sures enregistrées. On actionne alors la fermeture des bras 16 pour descendre ou monter la sonde à une autre profon- deur voulue. De façon pratique, les barres 18, 12 sont fixées à leur articulation par des goupilles de sécu- rité qui cassent lorsqu'une certaine force Leur est appLiquée. On peut ainsi remonter La sonde même si un incident bloque Les bras télescopiques 16 en position dépliée. Un second mode de réalisation de ta sonde selon L'invention est représenté sur la figure 3 et comporte un corps central 106 contenant une partie électronique, un compas magnétique et une partie mé- canique et hydraulique qui va être décrite ci-après. Des bras télescopiques 116, par exemple au nombre de cinq,sont liés chacun par une articulation 138 au corps central 106. Chaque bras 116 est consti- tué par le corps 114 et la tige 112 d'un vérin hy- draulique. Une extrémité d'une bielLette 118 est arti- culée sur le corps 114 de chaque bras 116 à proximité de l'articulation 138 correspondante. L'autre extré- mité de la biellette 118 est articulée sur l'extrémi- té de la tige 126 d'un vérin 128 logé dans le corps central 106. La tige 126 du vérin 128, les biellettes 118 et les articulations 138 coopèrent de teLle ma- nière que les bras 116 occupent une position dite de repos pour laqueLle ils sont sensiblement parallèles au corps central 106, lorsque la tige 126 est ren- trée, et une position dite de travail, pour Laquelle les bras sont sensiblement perpendiculaires au corps entral 106, lorsque la tige 126 est sortie. L'extrémité de chaque bras 116, opposée à ce le articulée sur Le corps centralest liée par une ar.icuLation 140 à un boîtier porte-capteurs 130. Chaque boîtier 130 est pourvu d'au moins une pointe 132 apte à s'ancrer dans la paroi du puits de forage. L'extrémité inférieure de chaque boîtier est munie d'une roulette 142 apte à s'introduire dans une gouLotte 144 fixée sur Le corps central de telLe manière que le bottier occupe une position sen- sibLement parallèle au bras 116, Lorsque celui-ci est en position de repos et une position sensiblement perpendiculaire au bras lorsque celui- ci est en posi- tion de travail. De la même façon que les boîtiers 30 de la figure 2, les boîtiers portecapteurs 130 comportent des géophones et un capteur de proximité apte à con- trôLer le bon ancrage des pointes 132. Un berceau de protection 136, fixé sur le corps central, protège la sonde des chocs éventuels, essentiellement Lorsque les bras sont en position de travail et repliés. La sonde est suspendue à un câble 134 par exemple de type classique à sept conducteurs, fixé sur l'extrémité supérieure du corps central 106. Le principe d'utilisation de cette sonde va à présent être décrit. Après avoir descendu à la profondeur voulue la sonde dont les bras sont en position de repos et repliés, on actionne le vérin 128 pour que les bras viennent en position de travail. Dans le même temps, les boîtiers porte-capteurs sont orientés correcte- ment automatiquement. Puis on actionne les vérins des bras 116 pour qu'ils occupent une position dépliée jusqu'à ce que leur ancrage dans la paroi soit correct (le signal de bon ancrage donc de bon couplage avec le terrain étant émis par les capteurs de proximité). Le tir peut alors être effectué et les me- sures enregistrées. On actionne alors les vérins des bras 116 pour qu'ils occupent une position repliée pour des- cendre ou monter la sonde à une autre profondeur vou- Lue. Ce mode de réaLisation de la sonde permet d'avoir un dépLoiement indépendant de chaque bras, ce qui permet de réaLiser un bon ancrage d'au moins trois bras dans des puits dont la paroi est très ir- régulière. De plus, ce mode de réalisation permet l'utilisation d'une telle sonde aussi bien dans des puits de forage de petit diamètre (10 à 30 cm) que dans des puits de forage de grand diamètre (environ 2 mètres). Bien entendu, la description ci-dessus n'a été donnée qu'à titre d'exemple, toutes modifications dans les formes de réalisation pouvant être envisa- gées sans modifier le principe fondamental de l'in- vention. On peut par exemple envisager un actionne- ment électrique ou pneumatique des bras. Le nombre de bras n'est pas limité. Les parties électrique, élec- tronique et hydraulique de commande et de contrôle sont adaptées en fonction des solutions techniques choisies. REVENDICATIONS 1. Sonde sismique (4) comprenant un corps central (6, 106) et des moyens de supportage aptes à appliquer des capteurs avec une certaine force contre la paroi (2) d'un puits de forage, caractérisée en ce que Les moyens de supportage comportent au moins un bras téLescopique (16, 116) à une extrémité duqueL sont logés lesdits capteurs, ce bras étant apte à occuper une position repliée et une position dépliée. 2. Sonde sismique seLon La revendication 1, caractérisée en ce que Le corps central (6) comporte un tube de gLissement (8), un anneau (10) apte à glisser sur ce tube (8), Le bras télescopique (16) se composant d'au moins une tige (12) fixée radialement sur l'anneau (10) et d'un tube support enfilé sur ladite tige (12), une première barre (18) fixée à pivotement sur l'extrémité du tube support (14) orientée vers l'anneau (10) et sur une articulation fixe (20) disposée à une extrémité du tube de glisse- ment (8), une seconde barre (22) fixée à pivotement sur ladite extrémité du tube support (14) et sur une articulation mobile (24) apte à coulisser longitudi- nalement sur le tube de glissement, lesdits capteurs étant logés dans un bottier porte-capteur (30) monté à l'autre extrémité du tube support (14), des moyens (26, 28) pour animer l'articulation mobile (24) d'un mouvement longitudinal, les barres (22), l'anneau (10), la tige (12) et le tube support (14) coopérant pour que ce tube support (14) soit animé d'un mouve- ment radial d'une position repliée vers une position dépliée et inversement. 3. Sonde sismique selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'au moins une pointe (32), for- mée à l'extrémité du bottier porte-capteurs (30), permet l'ancrage de La sonde dans la paroi (2) du B 8559.3 MP 259 1756 1 1 puits tout en constituant la partie réceptrice d'au moins un capteur. 4. Sonde sismique selon la revendica- tion 1, caractérisée en ce qu'une des extrémités du bras télescopique (116) est liée par une articulation (138) au corps central (106) et en ce que des moyens de déploiement sont prévus pour déplacer le bras entre une position de repos sensiblement parallèle au corps central et une position de travail sensiblement perpendiculaire à celui-ci. 5. Sonde sismique selon La revendication 4, caractérisée en ce que le bras télescopique (116) comprend la tige (112) et le corps (114) d'un vérin et que les moyens de déploiement comportent un vérin (128), logé dans le corps central (106), actionnant le bras (116) par un jeu de biellettes (118). 6. Sonde sismique selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisée en ce qu'un bottier porte-capteurs (130) est lié par une articu- Lation (140) à l'extrémité libre du bras (116), oppo- sée à cell-e articulée sur le corps central (106), des moyens (144) étant prévus sur le corps central pour que le botîtier (130) occupe une position sensiblement parallèle au bras (116) lorsque ceLui-ci est en posi- tion de repos et une position sensiblement perpendi- culaire au bras lorsque celui-ci est en position de travail.