Brevet FR2622303A1 — publié le 19890428

I 2622303 PROCEDE ET DISPOSITIF POUR LA DETECTION DE VIBRATIONS ACOUSTIQUES DANS UN PUITS La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour la mesure des vibrations acoustiques dans un puits. La mesure des vibrations acoustiques dans un puits peut être utilisée pour localiser une source de bruit, une telle technique étant applicable en particulier à la localisation d'un puits en éruption à partir d'un puits de secours, ("relief well"). Le puits de secours doit être foré dans la direction du puits en éruption, ce qui exige que cette direction puisse être déterminée au moyen d'un dispositif placé dans le puits de- secours. La génération d'ondes acoustiques due à l'éruption est le phénomène sur lequel repose la technique décrite dans les documents sus-mentionnés. L'appareil décrit dans la demande de brevet français 2 574 191 comprend deux transducteurs cylindriques montés en opposition et disposés à une distance déterminée l'un de l'autre. Au niveau de profondeur o une mesure est à faire, on fait tourner l'appareil de 360 , et on traite les signaux des deux transducteurs en vue de déterminer la direction de la source de bruit. Une telle technique ne procure pas une précision suffisante. La technique décrite dans les demandes de brevet européen 0 138 271 et 0 224 285 consiste à mesurer à une profondeur donnée les vibrations acoustiques dans le puits en une pluralité de points angu] lairement répartis autour de l'axe du puits, à l'aide d'accéléromètres triaxiaux placés contre la paroi du puits, ou à faible distance de celle- ci. Les accéléromètres sont disposés à l'extrémité de bras articulés par rapport à un corps centré dans le puits, le système de bras étant rotatif autour de l'axe du puits. Après chaque mesure, le système de bras est rétracté pour écarter les accéléromètres de la paroi et tourne d'un angle déterminé, tel que 100, puis est de nouveau déployé jusqu'au contact avec la paroi de l'accéléromètre ou d'un élément d'entretoise monté à l'extrémité du bras, après quoi une nouvelle mesure est effectuée. Le temps nécessaire à l'acquisition de tous les points de mesure à une profondeur donnée, au nombre de 36 dans l'exemple précité, est extrêmement long, de l'ordre de 2 heures. Un but de l'invention est de réduire considérablement le temps nécessaire à l'acquisition de l'ensemble à une profondeur donnée. L'invention a pour objet un- procédé pour mesurer les vibrations acoustiques affectant le fluide d'un puits en une pluralité de points angulairement répartis autour de l'axe du puits à proximité de sa paroi, au moyen d'un appareil comprenant un corps allongé rotatif autour de son axe longitudinal, et au moins un détecteur de vibrations acoustiques disposé à l'extrémité d'un bras articulé sur le corps, caractérisé par le fait que l'on écarte le bras du corps de façon à placer son extrémité à une distance déterminée de la paroi du puits, et l'on fait tourner le corps de façon continue autour de son axe tout en enregistrant simultanément les signaux produits par le détecteur. L'invention permet d'effectuer l'acquisition de toutes les mesures pour un niveau donné en quelques minutes. Un avantage supplémentaire est que la densité des points de mesure peut être très grande puisqu'elle ne dépend que de la manière dont on échantillonne les signaux du détecteur. Un autre avantage de l'invention est de garantir que tous les points de mesure sont situés sur un cercle centré sur l'axe du corps, même si le puits présente au niveau considéré une section ovalisée. De façon préférée, on laisse le bras s'écarter jusqu'au contact avec la paroi, puis on rétracte le bras d'une quantité contrô61ée correspondant à l'obtention de ladite distance. L'invention a également pour objet un appareil de diagraphie pour la mesure des vibrations acoustiques dans un puits, comprenant un corps allongé rotatif autour de son axe, un système de bras montés autour du corps, les bras étant articulés pour pouvoir s'écarter de l'axe du corps jusqu'au contact avec la paroi du puits, et au moins un détecteur monté à l'extrémité d'un bras, caractérisée par le fait qu'elle comprend des moyens d'actionnement pour maintenir les bras dans une position d'écartement déterminée au cours de la rotation du corps, ladite position étant plus proche de l'axe que la dite position de contact. D'autres aspects et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description ci-après d'un exemple de réalisation, faite en se référant aux dessins. Dans les dessins: - la figure 1 est une vue d'ensemble schématique d'un appareil de diagraphie selon l'invention; - la figure 2 montre un patin de la sonde de la figure 1, en coupe longitudinale; - la figure 3 montre en élévation la partie inférieure du patin de la figure 2; - la figure 4 illustre un détail de réalisation du patin. L'appareil de diagraphie représenté à la figure 1 est destiné à déterminer la direction d'une source de bruit extérieure au forage o l'appareil est descendu. Il est plus particulièrement destiné à être descendu dans un puits de secours pour déterminer la direction d'un puits en éruption. L'appareil est suspendu à l'extrémité d'un câble 10 qui assure la transmission vers l'appareil des commandes fournies par un équipement de surface, non représenté, et la transmission vers l'équipement de surface des signaux de mesure produits par la sonde. De façon classique, l'équipement de surface comprend également des moyens associés au câble 10 pour déterminer à tout instant le niveau de profondeur o se situe l'appareil. L'appareil comprend un module de détection acoustique 11 monté rotatif autour de son axe longitudinal par rapport à une partie supérieure 12 et une partie inférieure 13 qui sont fixes en rotation. Le module 11 est à cet effet relié à la partie supérieure 12 par un module 14 comprenant un moteur 15, et à la partie inférieure par un joint tournant 16. Des centreurs 22,23 sont montés respectivement sur la partie supérieure 12 et la partie inférieure 13. Ces centreurs maintiennent le module de détection 11 centré par rapport au puits. En outre, les forces d'application des centreurs contre la paroi du puits sont telles que les parties 12 et 13 ne puissent se déplacer angulairement lorsque le module 11 est entraîné en rotation par le moteur 15. La partie supérieure 12 comprend un module de télémesure 25 qui forme l'interface entre la sonde et le câble 10, et un module 26 contenant des moyens pour mesurer, d'une part l'inclinaison de l'axe de la sonde par rapport à la verticale et, d'autre part, l'orientation d'un plan de référence passant par cet axe par rapport à une direction telle que le nord magnétique. De tels moyens sont connus et comportent des accéléromètres et des magnétomètres pour la mesure de l'inclinaison et de l'orientation. Le module de détection acoustique 11 comprend une sonde de détection , formée d'un corps allongé 31, d'un système de bras 32 articulés sur le corps, représentés en position déployée sur la figure 1, et de patins de mesure 33 montés à l'extrémité des bras. Les patins sont agencés pour le contact avec la paroi du puits, et supportent au moins un détecteur de vibrations acoustiques. On reviendra en détail ci-après sur les patins 33 et l'arrangement des détecteurs en référence aux figures 2 à 4. Le système de bras 32 et les organes qui commandent son déplacement sont de préférence du type décrit dans la demande de brevet européen 0 074 317, et pour des explications détaillées, on se référera à cette demande de brevet. Il suffira d'indiquer ici que la sonde comprend quatre patins 33 répartis à 90 autour du corps. Chaque patin est porté par un couple de bras - un bras principal 35 et un bras secondaire 36 - articulés sur le corps 31 et formant avec le patin un parallélogramme, de sorte que les patins sont assujettis à rester parallèles à l'axe du corps. Par souci de clarté, la figure 1 ne montre qu'une paire de patins opposés. Des ressorts à lames, non représentés, agissent sur chaque paire de bras 35,36 pour les écarter du corps et appliquer les patins contre la paroi. Un mécanisme de rétraction monté dans le corps permet de replier les bras contre le corps. Les bras principaux 35 sont couplés par paires opposées de façon que les patins opposés soient toujours écartés de façon symétrique par rapport au corps. Mais les deux paires de bras sont indépendantes, et donc les deux paires de patins ne sont pas assujetties à conserver le même écart par rapport au corps. En revanche, le mécanisme de rétraction, lorsqu'il est actionné, agit sur les deux paires de bras 35 de la même façon et par conséquent, déplace les quatre patins à l'unisson en direction de l'axe du corps. Les quatre patins sont donc assujettis à conserver le même écart par rapport au corps lors du mouvement de rétraction. En outre, des capteurs, non représentés, détectent le déplacement respectif de deux tiges d'actionnement montées dans le corps et liées chacune à une paire de bras opposés 35. Les signaux produits par ces capteurs représentent l'écartement de chacune des paires de bras par rapport à l'axe du corps et fournissent, lorsque les patins sont en contact avec la paroi, la dimension du puits selon deux diamètres perpendiculaires. Les détecteurs de vibration acoustique montés sur les patins 33 sont avantageusement uniaxiaux, de préférence des accéléromètres uniaxiaux. On prévoit de préférence deux ensembles de trois accéléromètres sensibles respectivement aux composantes d'accélération selon les directions X, Y et Z (qu'on appellera simplement dans la suite accéléromètres en X, en Y ou en Z), en montant chaque paire d'accéléromètres du même type sur des patins opposés. Les six accéléromètres sont répartis sur quatre patins en respectant cette condition. Par exemple, on place un accéléromètre en X et un accéléromètre en Y sur chaque patin d'une paire opposée, et un accéléromètre en Z sur chacun des patins de l'autre paire. La figure 2 montre ainsi un patin 33 portant un accéléromètre en X 50 et un accéléromètre en Y 60. Le patin 33 est divisé en deux parties: une partie supérieure 38 comportant des pivots 45,46 pour la liaison respectivement avec les bras 35,36, et une partie inférieure 39 qui supporte les accéléromètres 50, 60, ceux-ci étant exposés au fluide du puits. La liaison entre les parties 38 et 39 est fournie par un élément de découplage 40 destiné à empêcher que les vibrations du corps 31 et des bras 35,36 eux-mêmes se communiquent à la partie inférieure 39 et affectent les mesures des accéléromètres. L'élément de découplage 40 est constitué dans le présent exemple par un empilage de couches de métal et d'élastomère alternées. Pour la même raison, les vis de fixation 41 fixées à la partie inférieure (respectivement supérieure) comportent un élément amortisseur 42 évitant le contact de la tête de vis avec la partie supérieure (respectivemment inférieure). L'accéléromètre 50 est relié par son extrémité supérieure à une suspension élastique 51 faite d'un fil métallique. La suspension 51 comprend deux portions en hélice adjacentes 52,53, orientées en sens inverse comme l'illustre la figure 2 et de longueurs égales. Cet agencement a pour effet d'éliminer le couple de rotation exercé par la pression du fluide sur la suspension 51. En effet, chaque portion hélicoïdale, exposée à la pression du fluide, se comporte comme un tube de Bourdon et subit un couple de rotation qui est fonction de la pression et dont le sens dépend du sens de l'hélice. Les portions 52,53 subissant des couples de même valeur et de sens opposés, le couple résultant sur la suspension 51 est nul. Le fil métallique qui forme la suspension 51 est tubulaire et achemine, en le protégeant de la pression du fluide, un conducteur dont l'extrémité supérieure est repérée en 54. Ce conducteur relie l'accéléromètre 50 à des circuits électroniques, non représentés, -2622303 disposés dans un logement 55 formé dans la partie supérieure 38 du patin. Ce logement est à la pression atmosphérique, la liaison se faisant par une traversée de courant étanche à la pression 56. L'élément de découplage 40 comporte à cet effet un trou aligné avec la traversée de courant 56, et dimensionné pour laisser le passage à l'extrémité supérieure 57 de la suspension 51 et pour la maintenir en position. A son extrémité inférieure, l'accéléromètre 50 est relié au patin par l'intermédiaire d'une lame métallique 58 disposée dans le plan médian P-P du patin (voir figure 3). La lame 58 n e. peut vibrer que dans la direction X perpendiculaire à sa surface (perpendiculaire au plan du dessin sur la figure 2) et n'autorise ainsi que le degré de liberté voulu à l'accéléromètre 50. Pour des raisons d'encombrement, la suspension 61 de l'accéléromètre en Y 60 placé sous l'accéléromètre 50 est conformée de façon différente. Elle est faite du même fil tubulaire que la suspension 51, mais elle présente une portion rectiligne 62 à la hauteur de l'accéléromètre 50 et une portion 63 présentant plusieurs méandres à la hauteur de la supension 51, de manière à obtenir l'effet de découplage souhaité. Cette portion 63 est illustrée par la vue de détail de la figure 4. On notera que le fil qui constitue la suspension 61 a une longueur totale sensiblement égale à celle du fil qui-forme la suspension 51. Comme pour l'accéléromètre 50, un conducteur est acheminé à l'intérieur du fil tubulaire qui forme la suspension 61, et relié par l'intermé- diaire d'une traversée de courant 66 à un module électronique disposé dans un logement 65 de la partie supérieure du patin. L'accéléromètre 60 est relié par son extrémité inférieure au patin par l'intermédiaire d'une lame métallique 68, disposée perpendiculairement à la lame 58 de l'accéléromètre 50 et susceptible de vibrer uniquement dans la direction Y. L'accéléromètre 60 est donc sensible uniquement aux accélérations dans la direction Y. Les circuits électroniques logés dans le patin ont une fonction de préamplification des signaux produits par les accéléromètres. Un traitement plus complet est effectué dans une cartouche électronique 37 placée dans le module 11 entre la sonde 30 et le module de rotation 14. De façon appropriée, les patins portant les accéléromètres en Z, non représentés, sont réalisés comme le patin 33 de la figure 2, c'est-à-dire formés d'une partie supérieure portant des circuits électroniques, d'une partie inférieure portant l'accéléromètre, et d'un élément intermédiaire de découplage identique à l'élément 4. L'accéléromètre en Z est de préférence supporté par une suspension identique à la suspension 51, faite de fil tubulaire et comprenant des portions hélicoïdales de sens opposés. Un agencement analogue aux lames 58, 68 autorise à l'accéléromètre un seul degré de liberté suivant la direction Z, c'est-à-dire la direction parallèle à l'axe du corps de sonde. En revenant à la figure 1, on notera que le module 11 comporte un hydrophone 70 monté suivant l'axe du corps 31 et solidaire en rotation de celui-ci. L'hydrophone 70, dans l'exemple représenté, est placé à la partie inférieure du module 30, à l'intérieur d'une gaine 71. La gaine 71, comme représenté schématiquement sur la figure 1, est réalisée sous la forme d'une gaine classique pour dispositif de diagraphie acoustique, du type décrit dans le brevet U.S. 3 191 141, c'est-à-dire qu'elle comporte une série de fentes créant des discontinuités dans la direction longitudinale. Le signal produit par l'hydrophone 70 sert à normaliser les signaux fournis par les accéléromètres. Un hydrophone omnidirectionnel est approprié. L'appareil de diagraphie décrit ci-dessus est utilisé selon l'invention de la façon suivante. Le système de bras 32 étant maintenu rétracté, l'appareil suspendu au câble 10 est placé à la profondeur o doivent être effectuées les mesures. On relâche les bras en arrêtant l'action du mécanisme de rétraction. Sous l'effet de leurs ressorts, les bras s'écartent du corps 31 jusqu'au contact des patins 33 avec la paroi du puits. On actionne alors le mécanisme de rétraction de façon à déplacer les patins 33, à partir de leur position de contact, et à les immobiliser à une distance déterminée de l'axe du corps. Cela est obtenu grâce aux mesures produites en permanence par les capteurs de déplacement sus-mentionnés associés aux tiges d'actionnement des bras 35. On utilise ces mesures de l'écartement des patins 33 pour interrompre le mouvement de rétraction lorsque l'écartement des patins ainsi mesuré par les capteurs devient égal à une valeur de consigne appropriée. D'une façon générale, la résolution dans la détermination de la direction de la source de bruit sera meilleure avec des accéléromètres les plus proches possible de la paroi. En revanche, il est impératif d'assurer une rotation régulière et d'éviter tout risque de contact d'un patin avec la paroi au cours de la rotation. Cela impose une marge de sécurité, qui pourra dépendre des conditions du puits à la profondeur considérée. Les patins 33 étant ainsi maintenus écartés de la paroi du puits, mais à faible distance de celle-ci, on met en marche le moteur 15 du module de rotation pour faire tourner à vitesse constante le module de détection 11. Simultanémént à cette rotation, on enregistre en continu l'intensité des vibrations acoustiques affectant le fluide du puits au voisinage de la paroi, à l'aide des accéléromètres. On enregistre également en continu le signal produit par l'hydrophone 70, lequel, étant solidaire en rotation du corps 31, tourne en synchronisme avec les accéléromètres. Ce signal sert à normaliser les signaux produits au même instant par les accéléromètres. Le tour complet nécessaire à l'obtention d'un diagramme polaire pour chaque accéléromètre prend très peu de temps, environ 2 minutes. Avant de remonter l'appareil ou de le déplacer vers un autre niveau de profondeur, on actionne le mécanisme de rétraction pour replier complètement les bras et ainsi placer les patins le long du corps 31. _2622303 REVENDICATIONS 1. Procédé pour la mesure des vibrations acoustiques affectant le fluide d'un puits en une pluralité de points angulairement répartis autour de l'axe du puits à proximité de sa paroi, au moyen d'un appareil comprenant un corps allongé rotatif autour de son axe longitudinal, et au moins un détecteur de vibrations acoustiques disposé à l'extrémité d'un bras articulé sur le corps, caractérisé par le fait que l'on écarte le bras du corps de façon à placer son extrémité à une distance déterminée de la paroi du puits, et l'on fait tourner le bras de façon continue autour de l'axe tout en enregistrant simultanément les signaux produits par le détecteur. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on laisse le bras s'écarter jusqu'au contact avec la paroi, puis on rétracte le bras d'une quantité contrôlée correspondant à l'obtention de ladite distance. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que l'on effectue simultanément deux mesures au moyen de détecteurs identiques montés sur des bras respectifs disposés à 1800. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que l'on mesure les vibrations acoustiques au moyen d'au moins un ensemble de trois accéléromètres uniaxiaux sensibles respectivement aux composantes d'accélération selon trois directions orthogonales. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que l'on mesure en outre les vibrations acoustiques en un point situé sensiblement sur l'axe du puits, les mesures obtenues servant à normaliser les mesures du détecteur. 6. Appareil de diagraphie pour la mesure des vibrations acoustiques dans un puits, comprenant un corps allongé rotatif autour de son axe, au moins un bras lié en rotation au corps et articulé pour pouvoir s'écarter de l'axe du corps jusqu'au contact avec la paroi du puits, et au moins un détecteur de-vibrations acoustiques monté à l'extrémité d'un bras, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens pour centrer le corps par rapport au puits et des moyens d'actionnement pour maintenir le bras dans une position d'écartement déterminée au cours de la rotation, ladite position étant plus proche de l'axe du corps que ladite position de contact. 7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé par le fait que les moyens d'actionnement comprennent des moyens élastiques agissant pour écarter le bras de l'axe du corps, un organe moteur pour déplacer le bras vers l'axe contre l'action des moyens élastiques, et des moyens de mesure de l'écartement du bras par rapport à l'axe du corps, les mesures obtenues servant à commander l'organe moteur. 8. Appareil selon la revendication 7, caractérisé par le fait qu'il est prévu plusieurs bras répartis autour du corps, l'agencement étant tel que l'organe moteur, lorsqu'il est activé, déplace les bras à l'unisson en direction de l'axe du corps. 9. Appareil selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé par le fait que chaque bras porte à son extrémité un patin dirigé axialement et muni d'au moins une portion de contact avec la paroi du puits. 10. Appareil selon la revendication 9, caractérisé par le fait que chaque patin comprend une partie supérieure reliée au bras respectif, une partie inférieure supportant le détecteur, et un élément de découplage mécanique reliant la partie inférieure à la partie supérieure. 11. Appareil selon l'une des revendications 6 à 10, caractérisé par le fait que le système de bras comprend quatre bras disposés à 90 autour de l'axe du corps. 12. Appareil selon la revendication 11, caractérisé par le fait que les bras opposés supportent des détecteurs de type identique. 13. Appareil selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisé par 1A È. qu'au moins un détecteur est supporté par une suspension élastique formée de deux portions hélicoïdales de même longueur développée et de sens opposés, disposées l'une à la suite de l'autre. 14. Appareil selon l'une des revendications 6 à 9 et 13, caractériséeaw fait que chaque détecteur est supporté par une suspension élastique fait e- d'un fil tubulaire résistant à la pression à l'intérieur duquel passe un conducteur électrique connecté au détecteur. 15. Appareil selon les revendications 10 et 14, caractérisé par le f; ledit élément de découplage mécanique comporte un passage pour l'extrémió' supérieure de ladite suspension. 16. Appareil selon l'une des revendications 6 à 15, caractérisé par le ÉP que les détecteurs sont des accéléromètres uniaxiaux. 17. Appareil selon les revendications 6 à 16, caractérisé par le fait 7 comprend un hydrophone placé sensiblement selon l'axe du corps.