Brevet FR2619453A1 — publié le 19890217

PROCEDE POUR COUPLER UN MODULE DE DETECTION SISMIQUE A LA PAROI D'UN SONDAGE ET SONDE POUR SA MISE EN OEUVRE L'invention concerne l'acquisition de signaux sismiques dans un sondage, et plus particulièrement un procédé pour coupler un module de détection sismique à la paroi d'un sondage et une sonde pour la mise en oeuvre du procédé. L'étude sismique de fond consiste à étudier la structure des couches géologiques du sous-sol à partir de signaux sismiques recueillis à différents niveaux d'un sondage, en réponse à une série d'excitations engendrées par une source sismique éloignée. Cette dernière peut par exemple être située à la surface du globe terrestre ou dans un sondage avoisinant. La qualité des résultats de l'étude dépend en grande partie de la qualité des signaux sismiques enregistrés, et par conséquent de la qualité du couplage entre les moyens de détection et le sous-sol, c'est-à-dire la paroi du sondage. Des études ont en outre montré que le corps de la sonde qui porte les moyens de détection présente des modes vibratoires qui sont excités lors de l'émission sismique. Si les moyens de détection sismique sont liés rigidement au corps, les vibrations que subit le corps de sonde peuvent se communiquer aux moyens de détection et affecter la qualité des signaux enregistrés. Les documents FR-A-2.561.394 et FR-A-2.554.600 préconisent l'utilisation d'une liaison élastique entre les moyens de détection et le corps de sonde. Le document FR-A-2.561.394 décrit une sonde comprenant un bras d'ancrage qui permet de plaquer le corps de sonde contre la paroi du sondage. A l'opposé du bras d'ancrage, le corps de sonde comporte une cavité latérale à l'intérieur de laquelle vient se. loger un module de détection renfermant le capteur sismique. Le module est relié au corps de sonde par l'intermédiaire d'une liaison élastique afin d'assurer un bon découplage entre le module et la sonde. Un vérin hydraulique permet d'appliquer le module contre la paroi du sondage en vue d'effectuer les mesures sismiques, et de le rétracter dans la cavité lors du déplacement de la sonde à l'intérieur du sondage. L'inconvénient de ce dernier dispositif réside dans le fait qu'il nécessite des organes d'application hydrauliques compliqués et fragiles; de plus, ces organes sont volumineux et lourds; ce qui conduit de façon désavantageuse à augmenter le diamètre de la sonde et son poids. La présente invention a pour but d'améliorer et simplifier le couplage du module de détection. Selon un premier aspect, l'invention a pour objet un procédé pour coupler un module de détection à la paroi d'un sondage; le module est disposé à l'intérieur d'une cavité latérale aménagée dans le corps d'une sonde suspendue à un câble, et est relié audit corps par l'intermédiaire d'une suspension élastique. Le procédé consiste à: - immobiliser la sonde en appliquant contre la paroi du sondage la face de la sonde comportant la cavité latérale; et - appliquer le module de détection contre la paroi du sondage en utilisant uniquement la force développée par la suspension élastique. Selon un second aspect, l'invention a pour objet une sonde pour l'acquisition de signaux sismiques dans un sondage, comprenant: - un module de détection qui renferme au moins un capteur sismique; - un corps allongé présentant une cavité latérale adaptée à recevoir le module de détection; - une suspension élastique reliant ledit module audit corps; un organe d'ancrage disposé à l'opposé de ladite cavité par rapport audit corps. La sonde selon l'invention est caractérisée par le fait que la- suspension élastique exerce sur ledit module une force propre à le déplacer vers l'extérieur de la cavité et à-l'appliquer contre la paroi du sondage en réalisant son couplage à ladite paroi, et des moyens sont prévus pour rétracter le module à l'intérieur de ladite cavité contre la force exercée par la suspension élastique. De préférence, la suspension élastique est formée de deux ressorts hélicoïdaux. Selon un premier mode de réalisation, les moyens pour rétracter le module à l'intérieur de ladite cavité comprennent deux vérins disposés d'une manière concentrique avec les ressorts hélicoïdaux. Les vérins de rétraction sont actionnés simultanément par la translation d'une tringle ou d'un câble relié aux deux vérins par l'intermédiaire de deux renvois d'angle montés pivotants sur ledit corps. En outre, chacun des vérins est équipé d'un ressort de rappel pour découpler le vérin du module lorsque ce dernier est appliqué contre la paroi du sondage. Selon un second mode de réalisation, lesdits moyens pour rétracter le module à l'intérieur de ladite cavité comprennent deux biellettes montées pivotantes sur le corps et qui agissent comme levier sur des faces internes dudit module. Les biellettes sont actionnées simultanément par les mouvements de translation d'une tringle ou d'un câble. En outre, il est préférable d'équiper la sonde avec trois éléments d'appui disposés selon une configuration en triangle isocèle dont la base est perpendiculaire à l'axe longitudinal de la sonde et situé à proximité du module de détection. Le module de détection peut également être équipé de trois éléments d'appui disposés selon une configuration en triangle isocèle dont la base est parallèle à l'axe longitudinal de la sonde. D'autres avantages et caractéristiques du procédé et du dispositif selon l'invention apparaîtront à la lecture de la. description détaillée en se référant aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 représente schématiquement une sonde sismique selon l'invention; - les figures 1A et lB représentent des coupes transversales AA et BB de la figure 1 au niveau des éléments d'appui de la sonde, tandis que la figure 1C consiste en une vue de face suivant F du module de détection; - les figures 2A et 3A concernent un premier mode de réalisation et représentent respectivement des coupes longitudinale et transversale de la section de détection, le module de détection étant rétracté dans la cavité du corps de sonde; - les figures 2B et 3B correspondent aux figures 2A et 3A, le module de détection étant couplé à la paroi du sondage. - les figures 4A et 5A concernent un second mode de réalisation et représentent respectivement des coupes longitudinale et transversale de la section de détection, le module de détection étant rétracté dans la cavité du corps de sonde; - les figures 4B et 5B correspondent aux figures 4A et 5A, le module de détection étant couplé à la paroi du sondage. On a représenté à la figure 1 une sonde sismique 10 suspendu à l'extrémité d'un câble 11 dans un sondage 5 qui traverse les couches du sous-sol 6. Le câble électrique 11 fournit, depuis l'équipement de surface (non représenté), l'alimentation électrique de la sonde 10 et les signaux de commande nécessaires à son fonctionnement; en retour, il transmet les signaux sismiques détectés par la sonde 10 vers l'équipement de surface qui comprend notamment des unités de traitement et d'enregistrement appropriés. 26 19453 La sonde 10 comprend essentiellement quatre sections: - une section d'ancrage 12 classique qui permet, lors de la phase de mesure, le déploiement du bras d'ancrage 13 de manière à immobiliser la sonde 10 en l'appliquant contre la paroi 7 du sondage 5, ainsi que le retrait du bras 13 le long de la sonde 10 lors du déplacement de la sonde 10 à l'intérieur du sondage 5; - une section de détection 20 qui sera décrite plus en détail ci-après, - une section électronique 14 pour traiter les signaux de commande provenant de l'équipement de surface et amplifier les signaux sismiques détectés; et - une section de télémesure 15 qui assure l'interface avec le câble 11 de manière à échanger des signaux avec l'équipement de surface. La section de détection 20 comprend un corps 21 présentant une cavité latérale 22 adaptée à recevoir un module de détection 30 de forme généralement cylindrique et qui renferme les capteurs sismiques G; ces derniers sont des capteurs électromagnétiques ou optiques permettant de mesurer la vitesse vibratoire et peuvent, par exemple, être disposés selon une configuration triaxiale. Comme décrit plus en détail ci-après, le module de détection 30 est relié au corps 21 par une suspension élastique, formée dans l'exemple décrit par deux ressorts 40 et 50 dont l'axe est perpendiculaire à l'axe longitudinal de la sonde 10. Il est préférable d'équiper le module 30 avec des éléments d'appui 31, 32 et 33 comme représenté sur la figure 1C. Les essais effectués par le demandeur montrent que la rigidité à l'égard du mouvement de rotation autour de l'axe longitudinal du module 30 est meilleure si l'on dispose les trois éléments d'appui selon la configuration d'un triangle isocèle dont la base est parallèle à l'axe longitudinal de la sonde 10. La sonde 10 peut également être équipée d'éléments d'appui 16 et 17 de manière à éviter que la sonde n'applique d'une manière imparfaite contre la paroi 7 lorsque cette dernière est irrégulière. Du point de vue de la mécanique vibratoire, on comprendra que les éléments d'appui 16 et 17 forment des noeuds du mode de flexion de la sonde 10; par conséquent, il est souhaitable qu'un des éléments d'appui 16 et 17 soit situé aussi près que possible du module de détection 20 afin de minimiser l'amplitude des vibrations lorsque la sonde 10 entre en résonance sous l'effet de l'onde sismique incidente. De plus, pour améliorer la rigidité à l'égard du mouvement de rotation autour de l'axe longitudinal de la sonde 10, il est prévu d'utiliser trois éléments d'appui 16a, 16b et 17 tels que représentés sur les figures 1A et lB, et qui sont disposés selon une configuration en triangle isocèle dont la base est perpendiculaire à l'axe de la sonde 10. Les figures 2A et 3A concernent un premier mode de réalisation et représentent respectivement des coupes longitudinales et transversales de la section de détection 20 avec le module 30 en position rétractée dans la cavité latérale 22 du corps 21; les figures 2B et 3B représentent les mêmes coupes avec le module 30 appliqué contre la paroi 7 du sondage. Le module 30 logé dans la cavité 22, comporte une chambre étanche 36 adaptée à recevoir un ou plusieurs capteurs sismiques. Le module 30 est relié au corps 21 par une suspension élastique formée par deux ressorts de compression hélicoïdaux 40 et 50 disposés entre le corps 21 et le module 30. Les ressorts 40 et 50 sont parallèles et écartés l'un de l'autre suivant l'axe longitudinal de la sonde. Le module 30 comporte à cet effet des plots de centrage 40a, 50a, de part et d'autre de la chambre 36, et le corps 21 comporte de même des plots de centrage b, 50b, de même entr'axe que les plots 40a, 50a, les ressorts 40, 50 ayant leurs extrémités positionnées autour des plots 40a, 40b et 50a. b., respectivement. Cette suspension élastique assure le découplage entre le module de détection 30 et le corps 21. Les ressorts 40, 50 présentent eux-mêmes des modes vibratoires qui peuvent lors de la détection affecter le module 30. Pour amortir ces effets ainsi que la transmission par les ressorts 40, 50, des vibrations du corps 21 vers le module 30, des éléments en matériau viscoélastique sont associés à chaque ressort. Cela peut être réalisé de différentes façons. Dans l'exemple représenté, on interpose entre les plots de centrage 40a, 50a formés sur le module 30 et l'extrémité correspondante des ressorts 40, 50, des bagues 48 en matière viscoélastique à travers lesquelles la force des ressorts est transmise au module 30. Une autre solution consiste à enrober le fil des ressorts , 50 d'un matériau viscoélastique. Le corps allongé 21 est percé transversalement de deux alésages adaptés à guider en translation deux vérins de rétraction 41 et 51 et respectivement coaxiaux aux plots 40b, 50b. Le module de détection 30 est percé, dans les portions 40a, 50a, de deux trous respectivement alignés avec les alésagesdans le corps 21, et qui présentent des épaulements tronconiques 42 et 52. Les vérins de rétraction 41 et 51 traversent les trous percés dans le module 30 avec un jeu latéral important (par exemple 4 mm de chaque côté) dans le but d'éviter tout couplage latéral entre les vérins et le module. Chacun des vérins de rétraction se termine par une tête de forme tronconique qui vient épouser l'épaulement tronconique correspondant. Pour rétracter le module 30 à l'intérieur de la cavité 22, il suffit de solliciter les vérins 41 et 51 en traction; ces derniers entraînent alors avec eux, par l'intermédiaire des surfaces tronconiques 42 et 52, le module 30 tout en comprimant les ressorts 40 et 50. Pour appliquer le module 30 contre la paroi du sondage, il suffit de relâcher les vérins 41 et 51 vers l'extérieur, et ainsi de libérer les ressorts 40 et 50; ces derniers repoussent alors le module 30 vers l'extérieur de la cavité 22 jusqu'à ce que le module vienne buter contre la paroi 7 du sondage 5. 2619 4 5 3 La fonction de la suspension élastique formée par les ressorts 40 et 50 est donc double; elle sert d'une part à supporter le module 30 tout en le découplant du corps 21, et d'autre part à fournir la force pour appliquer le module 30 contre la paroi du sondage. De plus, la suspension élastique n'assujettit pas le module 30 à se déplacer uniquement dans une direction perpendiculaire à l'axe de la sonde. Le module peut en effet s'écarter de façon limitée de sa position normale (parallèle à l'axe de la sonde) dans toutes les directions: il peut s'incliner par rapport à l'axe de la sonde dans un plan passant par ledit axe, ou dans un plan perpendiculaire à cet axe, ou combiner ces deux types de déplacement. Cela permet au module 30 de s'appliquer de façon satisfaisante contre la paroi même si celle-ci présente localement une inclinaison par rapport à la direction générale du sondage dans la portion considérée ou une irrégularité, sans que pour autant la force appliquant le module contre la paroi s'en trouve sensiblement affectée. Les vérins de rétraction 41 et 51 sont actionnés par l'intermédiaire d'une tringle 60 reliée à deux renvois d'angle 43 et 53; ces derniers pivotent autour des axes 44 et 54 solidaires du corps 21 et coopèrent avec les vérins 41 et 51 par l'intermédiaire des rainures 45 et 55. Ainsi les translations longitudinales de la tringle se transforment en translation latérale des deux vérins 41 et 51. En outre, chacun des vérins de rétraction 41, 51 est muni d'un ressort 46, 56 qui, une fois le module 30 appliqué à la paroi de sondage, permet d'écarter la tête tronconique du vérin de l'épaulement tronconique 42, 52 correspondant en créant un jeu de 3 à 4mm; ainsi, il ne subsiste plus aucune liaison rigide entre le module 30 et le corps 21 lorsque le module 30 est appliqué contre la paroi 7 du sondage. La tringle 60 est reliée à un organe moteur (non représenté) qui assure son mouvement dans le sens de la rétraction du module 30 et qui est commandé depuis l'équipement de surface via la section de télémesure et la section électronique. A titre illustratif, l'organe moteur peut être un moteur électrique couplé à la tringle 60 par l'intermédiaire d'un engrenage à crémaillère ou d'un câble enroulé sur une poulie. Il est également prévu des liaisons électriques 70 entre le module 30 et le corps 21; celles-ci sont réalisées avec une connexion souple qui évite un éventuel couplage entre le module 30 et le corps 21. Le câblage électrique entre la section électronique 14 et la section de télémesure 14 est logé dans un conduit 23 qui traverse longitudinalement le corps 21 de la section de détection 20. Les figures 4A et 5A concernent un second mode de réalisation et représentent respectivement des coupes longitudinale et transversale de la section de détection 120 avec le module 130 en position rétractée dans la cavité latérale 122 du corps 121; les figures 4B et 5B représentent les mêmes coupes avec le module 130 appliqué contre la paroi 7 du sondage. D'une manière similaire au premier mode de réalisation, le module logé dans la cavité 122 comporte une chambre étanche 136 adaptée à recevoir un ou plusieurs capteurs sismiques. Le module 130 est relié au corps 121 par une suspension élastique formée par deux ressorts hélicoïdaux 140 et 150 placés de part et d'autre de la chambre 136, des plots de centrage 140a, 150a et 140b, 150b étant prévus respectivement sur le module 130 et le corps 121. Les éléments viscoélastiques décrits plus haut, bien que non représentés, sont également prévus. Une tringle 160 est articulée sur deux biellettes 143 et 153 qui pivotent respectivement autour des axes 144 et 154 solidaires du corps 121. L'autre extrémité de chacune des biellettes 143, 153 est munie d'une roulette 145, 155 qui vient s'appuyer sur une face interne 142, 152 du module 130. Ainsi, pour rétracter le module 130 à l'intérieur de la cavité 122, il suffit de tirer sur la tringle 160 (de bas en haut sur la figure 4B) de manière à ce que les roulettes 145 et 146 viennent prendre appui sur la face interne 142, 152 du module 130. Les roulettes entraînent alors le module 130 vers l'intérieur de la cavité 122 tout en comprimant les ressorts 140 et 150. Pour appliquer le module 130 contre la paroi du sondage, il suffit de relâcher les biellettes 143 et 153, la tringle se déplaçant alors en sens contraire (vers le bas sur la figure 4A) pour libérer l'action des ressorts 140 et 150; ces derniers repoussent alors le module 130 vers l'extérieur de la cavité 122 jusqu'à ce que le module vienne buter contre la paroi 7 du sondage 5. Une fois le module 130 appliqué contre la paroi 7, la tringle 160 poursuit son déplacement de façon que les roulettes 145 et 155 se soulèvent des faces internes 142 et 152, ce qui évite tout couplage éventuel à travers les biellettes 143 et 153. La tringle 160 peut être reliée à un organe moteur classique (non représenté) qui assure son mouvement de translation dans les deux sens et qui est commandé depuis l'équipement de surface. En alternative, la tringle peut être actionnée par un moteur uniquement dans le sens correspondant à la rétraction du module 130 contre l'action des ressorts 140 et 150, la transmission entre le moteur et la tringle pouvant alors être assurée par un câble. Le déplacement de la tringle dans l'autre sens, jusqu'au contact du module avec la paroi, résulte de l'action des ressorts 140, 150 sur les roulettes 145, 155. Dans ce cas, un ressort supplémentaire, associé à la tringle, sera prévu pour la repousser au-delà de la position correspondant au contact du module avec la paroi, et ainsi écarter les roulettes 145, 155 des faces 142, 152 du module. Il est à noter que le second mode de réalisation autorise une plus grande course entre les positions extrêmes du module 130, cette course pouvant atteindre 50 mm pour une sonde dont le diamètre est de mm. De façon typique, avec un module pesant environ 8 kg, les ressorts seront choisis pour fournir chacun une force allant d'environ 600 N en position rétractée à environ 70 N pour l'extension maximale de mm. Il est bien entendu que l'invention ne se limite pas aux modes de réalisation décrits ci-dessus. En effet, il est de la compétence de l'homme du métier de choisir une suspension élastique autre que celle formée par les deux ressorts hélicoïdaux; en outre, les moyens pour comprimer la suspension élastique entre le module et le corps de sonde peuvent être constitués de tout autre mécanisme de rétraction, tel qu'un cable ancré au module associé à un jeu de poulies. REVENDICATIONS 1. Procédé pour coupler un module de détection (30) à la paroi (7) d'un sondage (5), ledit module étant disposé à l'intérieur d'une cavité latérale (22) aménagée dans une sonde (10) suspendue à un câble (11), ledit module étant relié à ladite sonde par l'intermédiaire d'une suspension élastique (40, 50), dans lequel: - on immobilise la sonde en appliquant contre la paroi du sondage la face de la sonde comportant la cavité latérale, et - on applique le module contre la paroi du sondage, caractérisé par le fait que le module est appliqué contre la paroi du sondage par une force développée par la dite suspension élastique. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on comprime la suspension élastique durant le déplacement de la sonde dans le sondage de manière à rétracter le module à l'intérieur de ladite cavité, et que, après l'immobilisation de la sonde, on libère la suspension élastique de manière à extraire le module de, ladite cavité et ainsi l'appliquer contre la paroi. 3. Sonde pour l'acquisition de signaux sismiques dans un sondage, comprenant: - un module de détection (30) qui renferme au moins un capteur sismique (G); - un corps allongé (21) présentant une cavité latérale (22) adaptée à recevoir le module de détection (30); - une suspension élastique (40,50) reliant ledit module audit corps; - un organe d'ancrage (12,13) disposé à l'opposé de ladite cavité par rapport audit corps; caractérisée par le fait que la suspension élastique exerce sur ledit module une force propre à le déplacer vers l'extérieur de la cavité et à l'appliquer contre la paroi du sondage en réalisant son couplage à ladite paroi, et des moyens (41, 43, 51, 53, 60) sont prévus pour rétracter le module à l'intérieur de ladite cavité contre la force exercée par la suspension élastique. 4. Sonde selon la revendication 3, caractérisée par le fait que la suspension élastique est formée de deux ressorts hélicoïdaux (40, 50) parallèles disposés entre la cavité (22) et le module de détection (30). 5. Sonde selon la revendication 4, caractérisée par le fait que les deux ressorts (40, 50) sont écartés en direction longitudinale. 6. Sonde selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisée par le fait que des éléments en matière viscoélastique (48) sont associés aux ressorts (40, 50). 7. Sonde selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisée par le fait que lesdits moyens de rétraction comprennent deux vérins (41, 51) disposés d'une manière concentrique avec les ressorts hélicoïdaux (40, ). 8. Sonde selon la revendication 7, caractérisée par le fait que lesdits vérins de rétraction sont actionnés simultanément par la translation d'une tringle (60) reliée aux deux vérins par l'intermédiaire de deux renvois d'angle (43, 53) montés pivotants sur ledit corps (21). 9. Sonde selon la revendication 8, caractérisée par le fait que les vérins de rétraction sont équipés d'un moyen de rappel (46, 56) pour découpler ledits vérins du module lorsque ce dernier est appliqué contre la paroi du sondage. 10. Sonde selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisée par le fait que lesdits moyens de rétraction comprennent deux biellettes (143, 153) montées pivotantes sur le corps et qui agissent comme levier sur des faces internes (142, 152) dudit module (130). 11. Sonde selon la revendication 10, caractérisée par le fait que les biellettes sont actionnées simultanément par les mouvements de translation d'une tringle (160). 12. Sonde selon la revendication il, caractérisée par le fait que les biellettes (143, 153) sont actionnées par la tringle (160) pour. s'écarter des faces internes correspondantes (142, 152) du module lorsque ce dernier est appliqué contre la paroi du sondage. 13. Sonde selon l'une quelconque des revendications 3 à 12, caractérisée par le fait que la sonde est équipée de trois éléments d'appui (16a, 16b, 17) disposés selon une configuration en triangle isocèle dont la base est perpendiculaire à l'axe longitudinal de la sonde et situé à proximité dudit module. 14. Sonde selon l'une quelconque des revendications 3 à 13; caractérisée par le fait que le module est équipé de trois éléments d'appui (31, 32, 33) disposés selon une configuration en triangle isocèle dont la base est parallèle à l'axe longitudinal de la sonde.