Brevet FR2620821A1 — publié le 19890324

La présente invention concerne un dispositif indicateur de tension mécanique entre un organe, tel qu'une sonde, un outil ou un instrument, et un élément de liaison tel qu'un câble. Cette invention s'applique notamment au domaine du forage dans le sol, lorsqu'il s'agit de savoir si un câble reliant une sonde, un outil ou un instrument, est tendu. Plus particulièrement, l'invention peut s'utiliser lorsque l'on effectue des observations acoustiques, telles celles exécutables au cours de la fracturation de couches géologiques ou de campagnes sismiques. Les brevets français 2.544.013, 2.564.894 et 2.573.472, ou la demande de brevet français 86/18.416, décrivent des techniques d'écoute et des dispositifs comportant notamment une sonde ancrée dans un puits et reliée par un tronçon de câble à une base solidaire d'un tubage. Afin notamment d'éviter que les vibrations se propageant dans le tubage ne soient transmises à la sonde de mesure, on relâche la tension dudit tronçon de câble avant d'effectuer la mesure ou/et l'intervention. Cependant, au cours de ces mesures ou/et interventions, à la suite par exemple d'un glissement de la sonde, le tronçon de câble a tendance à se tendre et, par voie de conséquence, des vibrations parasites peuvent parvenir à la sonde, sans que l'on puisse s'en rendre compte en surface, et donc réduire la tension du tronçon de câble alors que cela serait nécessaire. En vue notamment de pallier à cet inconvénient, la présente invention propose un dispositif indicateur de tension entre un organe tel qu'une sonde, un outil ou un instrument et un élément de liaison tel qu'un câble. Ce dispositif est notamment caractérisé en ce qu'il comporte un corps de traction solidaire dudit élément, un tube-guide placé autour dudit corps de traction, ce tube-guide étant solidaire dudit organe et coopérant en translation avec ledit corps de traction entre une première position et une deuxième position distincte de la première, un contacteur commandé par le déplacement du tube-guide relativement au corps de traction, et des moyens de rappel adaptés à ramener dans la première position le tube-guide relativement au corps de traction, en l'absence d'un effort de traction suffisant pour écarter le tubeguide du corps de traction et tendant à amener le tube et le corps dans une deuxième position, ledit contacteur pouvant prendre au moins deux états distincts au cours du déplacement et étant placé dans un circuit de détection de ces deux états. Le contacteur pourra être solidaire du corps de traction. Le contacteur pourra etre un contacteur magnétique et le tube-guide pourra comporter un aimant adapté à modifier ltétat du contacteur au cours du déplacement. Le contacteur pourra être un contacteur électrique. L'élément pourra être un câble et l'organe pourra être une sonde ou un outil ou un instrument. Le câble pourra comporter des lignes de commande et/ou de puissance, qui sont reliées à ladite sonde, ces lignes ainsi qu'une ligne reliant le contacteur étant rassemblées dans un faisceau traversant le corps de traction par un canal central. Les moyens de rappel pourront comporter une tige coaxiale au corps de traction, un prolongement au canal central situé à l'intérieur de la tige et dans lequel est placé le faisceau, un ressort externe à la tige et interne au corps de traction, le ressort s'appuyant sur un collet solidaire de la tige et s'appuyant sur une douille formant butée solidaire du corps de traction. L'invention sera bien comprise et ses avantages apparaitront nettement à la lecture de la description d'un exemple de réalisation qui suit, illustrée par les figures annexées dans lesquelles - la figure 1 illustre la position de travail d'une sonde de mesure équipée d'un dispositif selon l'invention, et - la figure 2 représente en détail le dispositif selon l'invention. La sonde 1 est descendue dans un puits 2 équipé sur une certaine longueur d'un cuvelage 3 terminé par un sabot 4 à sa partie inférieure. La sonde 1 est amenée en position de travail au moyen d'un tubage 5 éventuellement équipé d'un carter protecteur 6 dans lequel cette sonde pourrait etre maintenue pendant la descente du tubage 5. Le maintien de la sonde 1 dans le carter 6 est réalisé par l'intermédiaire d'un tronçon de câble 7, grâce à une embase 8 ancrée dans le tubage dans une position supérieure telle que la sonde 1 soit dans le carter 6. La barre de charge 9, qui est reliée par un câble 10 à la surface et qui est adaptée à se solidariser de l'embase 8, à désancrer cette embase et à la descendre dans une position inférieure, commande la sortie de la sonde 1 du carter 6. La barre de charge 9 comme l'embase 8 possèdent chacune des connecteurs électriques adaptés à coopérer ensemble pour relier la sonde 1 à la surface du sol. La sonde 1 étant sortie du carter 6, des moyens d'ancrage 11 dans le puits 2, tels des bras, sont déployés. La sonde 1 est mécaniquement découplée du tubage 5, ou de l'embase 8, grâce au rapprochement de l'embase 8 et de la sonde 1. Ce rapprochement est effectué par un mouvement de l'embase 8 par rapport au tubage 5 et/ou-par un mouvement du tubage 5 par rapport au puits 2. Le tubage 5 est en outre équipé d'un organe d'étanchéité annulaire 12 au travers duquel passe le tronçon 7 de câble. Ce joint 12 réalise une étanchéité entre le tubage 5 et le cuvelage 3, de manière à isoler hydrauliquement une zone de puits devant être l'objet d'une fracturation hydraulique. La partie supérieure du tubage comporte une canalisation hydraulique 15 reliée à des moyens de pompage et un élément d'obturation 16 entre le câble 10 et le tubage 5. L'installation de surface, qui comporte un treuil 17 et une station de commande 18, permet la manoeuvre du câble 10. Une fois découplée mécaniquement, la sonde 1, ou tout autre instrument ou outil, peut opérer à l'abri des vibrations mécaniques provenant notamment du tubage, et ainsi mesurer, par exemple, les bruits des formations fracturées. La figure 2 représente le dispositif 20 selon l'invention, placé entre la sonde 1 et Le tronçon de câble 7, qui permet de connaître la tension ou l'absence de tension dans le tronçon de câble 7, de manière à pouvoir, si besoin est, restaurer le découplage mécanique entre l'embase 8 ou le tubage 5 et la sonde 1. L'extrémité inférieure du tronçon de câble 7 comporte un pied 21 de câble adapté à reprendre les efforts de traction exercé sur le tronçon de câble et à transmettre ces efforts à deux demi-coquilles 22 enserrant le pied 21 de câble à la première de leurs extrémités. Un pion 23 immobilise en rotation le pied 21 par rapport aux demi-coquilles 22. Les deuxièmes extrémités des demi-coquilles 22, qui comportent des gorges 24, coopèrent avec un épaulement 25 solidaire d'une première extrérrité d'un corps de traction 26, de manière à solidariser en translation les demi-coquilles 22 du corps de traction 26. Des moyens d'immobilisation en rotation 27, tel un pion, et des moyens de fixation 28, tels un collier ou des vis de fixation, ou encore une bague d'enchassement immobilisée par un jonc élastique, permettent la solidarisation totale des demi-coquilles avec le corps de traction 26. A la deuxième extrémité du corps de traction 26 sont disposés des moyens de rappel 29 comportant une douille butée 26a vissable au corps 26 et coopérant, par l'intermédiaire d'un ressort 30, avec le collet 31 d'une tige 32. Ces moyens de rappel 29, dont la course est par exemple voisine de 3 centimètres, ont une raideur sensiblement égale à 25 N/cm, produisent au repos, du fait d'une compression préalable du ressort 30, une force de rappel proche de 10 Newtons, cette valeur n'étant donnée qu'à titre indicatif. La partie 33 de la tige 32 opposée à celle comportant le collet 31 est fixée par un organe de liaison étranglé 34 à la sonde 1. Cet organe de liaison étranglé 34 constitue le point faible de sectionnement privilégié entre le tronçon de câble 7 et la sonde 1, lorsque la force de traction, exercée entre le tronçon de câble 7 et la sonde 1, atteint un certain seuil prédéterminé. Un tube-guide 35 fixé en rotation et en translation a. la sonde 1 par un écrou 36, sert de moyens de guidage au corps de traction 26 et aux deux demi-coquilles 22, lorsqu'une traction est exercée entre le tronçon 7 de câble et la sonde 1. Le corps de traction 26 est immobilisé en rotation par rapport au tube-guide 35 par une rainure 37 intégrée à ce corps 26 et qui coopère avec un pion 38 solidaire du tube-guide 35. La rainure 37 débouche à la deuxième extrémité du corps 26 de manière que lors d'une rupture de L'organe de liaison étranglé 34 aucun obstacle n'empêche la sortie du tube-guide 35 du corps de traction et des éléments qui lui sont liés. Sortant du tronçon 7 de câble par le pied de câble 21, les lignes 40 électriques de commande de la sonde ou de transfert d'information sont connectées par des fiches 41, telles les épissures de câbles DUO-SEEL (marque déposée par la société KEMLON), à un faisceau 42 de lignes. Le faisceau 42 de lignes traverse le corps de traction 36 par un canal central 43 et la tige 32 par un orifice latéral 44 disposé dans ladite partie opposée à celle comportant le collet 31. A la sortie de la tige 32, te faisceau 42 se divise en une pluralité de lignes se terminant chacune par des fiches femelles 50, telles que les fiches femelles DUO-SEEL (marque déposée par la société KEMLON). Ces fiches femelles 50 coopèrent avec des fiches mâles associées DUO-SEEL 51, réalisant une traversée étanche de la paroi de la sonde 1. Le faisceau 42 comporte en outre des moyens, tels des enroulements du type cordon téléphonique, situés à l'intérieur du canal central 43, qui permette de compenser les déplacement du tronçon de câble relativement à la sonde 1, en conservant les liaisons électriques entre le tronçon 7 de câble et la sonde 1. Le corps de traction 26 comporte en outre un contacteur magnétique 45, tel un interrupteur à lame souple de la société Radio Technique Compelec communément aussi appelé interrupteur REED, permettant de mettre la ligne 46 à la masse du dispositif 20 lorsqu'un déplacement se produit entre le corps de traction 26 et le tube-guide 35 dans lequel est disposé un aimant 47. L'aimant 47, qui est sensiblement disposé parallèlement et au droit du contacteur magnétique 45, est adapté à modifier l'état de conduction électrique du contacteur 45 lorsqu'une traction exercée sur le tronçon de câble produit le déplacement du corps de traction relativement au tube-guide 35 et/ou la sonde 1 d'une première position de repos vers une deuxième position suffisamment éloignée de la première pour la commutation réversible des états du contacteur. La ligne 46 est reliée au contacteur 45 par une prise femelle 48 et une prise mâle 49 par exemple de type DU0-SEEL adaptées à coopérer ensemble. La prise mâle 49 réalise une traversée étanche vers la cavité dans laquelle se trouve le contacteur 45. Après avoir traversé la percée 52, la ligne 46 se joint au faisceau des lignes 42, penètre dans la sonde, et rejoint, par un détecteur de masse et éventuellement un amplificateur, un dispositif de multiplexage. Le dispositif de multiplexage permet de transmettre à la surface du sol, par une seule ligne de communication, plusieurs signaux, tels des signaux des différents appareillages de la sonde, notamment celui provenant du détecteur de masse placé sur la ligne 46. De manière à commander convenablement le contacteur magnétique 45, le tube-guide 35 et le corps de traction 26, au moins au voisinage du contacteur, sont réalisés en un matériau amagnétique, tel du titane ou un acier inoxydable. Le corps de traction 26 comporte à sa deuxième extrémité des trous de nettoyage 53. La mise en oeuvre du dispositif selon l'invention, permettant de savoir si les tronçons de câble 7 (ou plus généralement un câble) est tendu, s'effectue de la manière suivante. La tension croissante dans ledit câble produit un déplacement des demi-coquilles 22, du corps de traction 26 et de l'interrupteur 45 relativement au tube-guide 35. Avant que le corps de traction 26 n'arrive en butée contre le collet 31 de la tige 32 par l'intermédiaire du ressort 30 se comprimant, le déplacement du contacteur 45, relativement à l'aimant 47 situé dans le tube-guide 35, produit la commutation (ouverture ou fermeture) du contacteur 45. Ainsi, le détecteur de masse génère à son tour un signal spécifique vers le dispositif de multiplexage. Le dispositif transmet une information correspondant au signal vers la surface. Lorsque l'on produit le relâchement de la tension dans le tronçon de câble 7, le corps de traction ainsi que tous les autres éléments qui lui sont liés, notamment le contacteur magnétique 45, reprennent leur position initiale. Le détecteur de masse fournit alors un signal correspondant à un autre état de conduction du contacteur. Le retour à la position initiale est réalisé grâce à des moyens de rappel 29, tels ceux comportant le ressort 30. Ces moyens de rappel pourraient aussi être constitués par la masse du corps de traction et des deux demi-coquilles lorsque la sonde est sensiblement dans une position verticale. La ligne 46 ainsi que le contacteur 45, au lieu d'être des organes électriques pourront être des organes pneumatiques, hydrauliques ou optiques. Bien que suivant le mode de réalisation préféré, selon son état de commutation (ou de conduction électrique), le commutateur mette à la masse la ligne 46, le commutateur pourra connecter cette ligne 46 à une autre ligne non directement reliée à la masse. Pour différentes positions du corps de traction relativement au tube-guide, le commutateur pourra réaliser différentes connexions entre l'une 46 ou plusieurs lignes avec d'autres lignes. R E V E N D I C A T I O N S 1. - Dispositif indicateur de tension entre un organe (1) tel qu'une sonde, un outil ou un instrument et un élément de liaison (7) tel qu'un câble, caractérisé en ce qu'il comporte un corps de traction (26) solidaire dudit élément (7), un tube-guide (35) placé autour dudit corps de traction et solidaire dudit organe (1) et coopérant en translation avec ledit corps de traction (26) entre une première position et une deuxième position distincte de la première, un contacteur (45) commandé par le déplacement dudit tube-guide (35) relativement audit corps de traction (26), et des moyens de rappel (29) adaptés à ramener dans ladite première position ledit tube-guide (35) relativement audit corps de traction (26), en l'absence d'un effort de traction suffisant pour écarter ledit tube-guide (35) dudit corps de traction (26) et tendant à amener ledit tube et ledit corps dans une deuxième position, ledit contacteur pouvant prendre au moins deux états distincts au cours dudit déplacement et étant placé dans un circuit de détection de ces deux états. 2. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit contacteur (45) est solidaire dudit corps de traction (26). 3. - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit contacteur (45) est un contacteur magnétique et ledit tube-guide (35) comporte un aimant (47) adapté à modifier l'état dudit contacteur (45) au cours dudit déplacement. 4. - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3,'caractérisé en ce que ledit contacteur (45) est un contacteur électrique. 5. - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit élément est un câble comportant des lignes (40) de commande et/ou de puissance qui sont reliées audit organe qui est une sonde, lesdites lignes (40) et une ligne (46) reliant ledit contacteur (45) étant rassemblées dans un faisceau (42), ledit faisceau (42) traversarut ledit corps de traction (26) par un canal central (43). 6. - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledits moyens de rappel (29) comportent une tige (32) coaxiale audit corps de traction (26), un prolongement au canal central (43) situé à l'intérieur de ladite tige (32) et dans lequel est placé ledit faisceau (42), un ressort (30) externe à ladite tige et interne audit corps de traction, ledit ressort s'appuyant sur un collet (31) solidaire de ladite tige (32) et s'appuyant sur une douille formant butée (26a) solidaire dudit corps de traction (26). 7. - Application du dispositif selon l'une des revendications précédentes, aux mesures et/ou interventions dans un puits dans le sol.