Brevet FR2611921A1 — publié le 19880909

DISPOSITIF POUR PLACER UNE SOURCE RADIOACTIVE DANS UNE FORMATION TRAVERSEE PAR UN FORAGE La présente invention concerne un -dispositif, destiné à l'emploi dans un forage, pour placer une source radioactive dans une formation géologique traversée par un forage. Une telle opération constitue le préliminaire à des mesures de subsidence des formations. Les sources ainsi mises en place servent de traceurs dont on mesure, au moyen de détecteurs de rayonnement descendus dans le forage, la position en profondeur. La subsidence est déterminée en évaluant la variation dans le temps de la profondeur des sources. La mise en place d'une source s'effectue classiquement en tirant dans la formation une balle radioactive, c'est-à-dire une balle contenant une source radioactive au moyen d'un dispositif à explosif (appelé canon dans la terminologie des spécialistes), adapté au déplacement dans un forage. Une mise en place satisfaisante d'une source suppose que la pénétration dans la formation, comptée à partir de la paroi du forage, soit comprise dans une fourchette déterminée. Si en effet la pénétration est trop faible, le risque existe que la balle radioactive tombe dans le forage et contamine les fluides du forage. Si inversement la pénétration est trop profonde, il peut devenir impossible de détecter la radioactivité émanant de la balle au moyen d'un détecteur descendu dans le forage, surtout si la formation elle-même présente une radioactivité naturelle importante. La pénétration dépend évidemment de la dureté de la formation au niveau considéré pour le tir. Le problème se pose surtout pour les formations très molles, telle que la craie. On peut en effet agir sur la 26 1 9 2 1 2- profondeur de pénétration en faisant varier la quantité d'explosif; mais pour limiter la pénétration de façon adéquate dans le cas d'une formation très molle, il faudrait réduire la quantité d'explosif à un point tel que le tir de la balle ne serait plus assuré. L'invention se propose d'assurer la mise en place d'une balle radioactive à une profondeur de pénétration convenable, même dans les formations très molles. Le dispositif selon l'invention comprend un fût de tir, une balle contenant une source radioactive, engagée dans le fût, et des moyens explosifs pour propulser la balle en direction de la formation, et est caractérisé par le fait qu'il comprend en outre un moyen pour réduire la vitesse à laquelle la balle pénètre dans la formation. Un moyen préféré pour réduire la vitesse de pénétration de la balle consiste à disposer dans le fût, en arrière de la balle, une entretoise tubulaire, grâce à quoi la distance parcourue par la balle à l'intérieur du fût est réduite, ce qui abaisse la vitesse initiale de la balle. L'entretoise tubulaire est en outre conformée pour ménager, en arrière de la balle, une chambre d'expansion pour les gaz formés lors de l'explosion, afin de réduire la pression de propulsion s'exerçant sur la balle, ce qui contribue à abaisser la vitesse initiale de la balle. Un autre moyen pour réduire la vitesse de la balle, qui se combine avantageusement avec le moyen sus-mentionné, consiste à disposer sur l'ouverture avant du canon un élément en forme de bouclier, agencé pour être entraîné par la balle lors du tir de façon à freiner la balle au cours de son déplacement dans le fluide du forage. L'invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation. Dans les dessins - la figure 1 montre schématiquement un dispositif pour la mise en place de balles radioactives, - la figure 2 montre en coupe transversale, selon la ligne II-II de la figure 1, un module selon l'invention permettant de tirer une balle, - la figure 3 est une vue de détail de l'entretoise tubulaire, - la figure 4 est une vue de détail du bouclier de freinage. La figure 1 montre un forage 1 traversant des formations géologiques 2. Le forage est rempli d'un fluide 3 tel que de la boue de forage. 3 - En préalable à des mesures de subsidence des formations 2, on met en place des sources radioactives à des profondeurs déterminées au moyen d'un dispositif 10, appelé canon, descendu dans le forage 1 à l'aide d'un câble électrique 11 qui assure également la transmission de signaux électriques entre le canon 10 et un équipement de surface symbolisé en 12. Le canon 10 comprend une pluralité de modules 15 fixés sur un support rigide allongé 16, chaque module permettant de tirer une balle radioactive dans la formation. Le canon 10 comporte à sa partie supérieure une partie électronique 17 reliée au câble 11 et qui adresse aux modules 15, en réponse à des messages de commande envoyés à partir de l'équipement de surface 12, des signaux de mise à feu. Chaque module, représenté plus en détail à la figure 2, comprend un fût 20 de forme sensiblement tubulaire, fixé dans un logement du support 16 par exemple par vissage. L'extrémité arrière 21 du fût se rétrécit et est entourée d'une gargousse 22 contenant de la poudre 23, la gargousse étant formée de deux parties concentriques fixées l'une à l'autre par un oeillet 22a après remplissage de la poudre. Un élément de mise à feu 24 pénètre dans la gargousse, l'élément 24 étant relié à un circuit électrique, non représenté, logé dans le support 16 et relié à la partie électronique 17 du canon. Dans le fût 20 est placée une balle 25 dont la partie avant est en forme d'ogive. Dans l'arrière de la balle est prévu un logement qui reçoit une pastille radioactive 26, par exemple une source de cesium 137 de 100 pCu. La pastille 26 est maintenue dans ce logement par un bouchon 27. Des joints toriques 28 sont logés dans des gorges pratiquées dans la partie arrière de la balle 25 pour assurer l'étanchéité vis-à-vis du fluide du forage. On a indiqué dans le préambule de la présente demande que la pénétration de la balle dans la formation ne devait être ni trop grande (pour assurer la détection du rayonnement lors des mesures ultérieures de subsidence) ni trop faible (pour ne pas risquer que la balle tombe dans le forage), une pénétration optimale étant d'environ 20 cm à partir de la paroi du forage. Dans le cas de formations dures ou moyennes, on ajuste la pénétration par le poids de poudre, c'est-à-dire par le degré de remplissage de la gargousse. Toutefois, on ne peut pas descendre en dessous d'un poids minimum de 5g, car avec une quantité de poudre inférieure à 5g, le tir risque d'échouer. Mais dans le cas d'une 26 1 1921 -4- formation molle, la pénétration de la balle même avec le poids minimum de poudre est trop grande. Les moyens décrits ci-après permettent. de réduire la pénétration de la balle. Une entretoise tubulaire 30 est montée dans la partie arrière du fût 20. L'entretoise 30 comporte à son extrémité arrière une collerette 31 de diamètre supérieur au diamètre intérieur du fût 20, en butée contre la face arrière du fût. Dans sa partie 32 engagée dans le fût, l'entretoise présente un diamètre extérieur légèrement inférieur au diamètre intérieur du fût pour pouvoir coulisser dans le fût. La balle 25 est en appui sur l'avant de l'entretoise 30. De par sa forme tubulaire, l'entretoise 30 définit une chambre 34 entre l'extrémité arrière de la balle 25 et le fond 35 du logement recevant le module 15. Cette chambre autorise l'expansion des gaz produits par l'explosion, donc une réduction de la pression qui s'exerce sur l'arrière de la balle 25 et par conséquent de la vitesse initiale de la balle 25. De plus, grâce à l'entretoise 30, la balle 25 est placée dans le fût dans une position plus avancée que dans la technique classique, et donc parcourt, lors du tir, une distance à l'intérieur du fût qui est réduite de la longueur de l'entretoise 30. Ceci tend également à diminuer la vitesse initiale de la balle, cet effet s'ajoutant à celui résultant de l'expansion des gaz. La vue en perspective de la figure 3 montre que la collerette 31 comporte une série de trous radiaux 36 qui servent d'évents pour les gaz de l'explosion. En l'absence de tels évents, l'explosion aurait pour effet de forcer l'entretoise vers l'avant du fût, en écrasant radialement la collerette 31. L'entretoise serait alors coincée dans le fût et donc très difficile à extraire, et l'alésage du fût serait endommagé, rendant impossible la réutilisation du module de tir pour une autre opération. On a représenté à la figure 2, et plus en détail à la figure 4, un autre dispositif tendant à limiter la pénétration de la balle dans la formation et qui peut être utilisé simultanément avec l'entretoise 30. Il s'agit d'un élément de freinage 40 agencé pour être placé à l'embouchure du fût 20. L'élément 40 comprend une partie en forme générale de bouclier 41 placée à l'extérieur du fût 20 en appui sur la face avant de celui-ci, et une jupe 42 engagée dans l'alésage du fût. La jupe 42 est formée de plusieurs languettes 43 en forme de secteurs de cylindre, par exemple quatre secteurs extérieurement comme montré sur la figure 4, qui se raccordent à la partie centrale. Cette géométrie crée des lignes de ruptures axiales et facilite la séparation du bouclier en morceaux lors de l'impact avec la formation. Le diamètre extérieur des languettes 43 est tel que la jupe puisse coulisser dans le fût, l'élément 40 étant, pendant l'opération, maintenu contre la face avant du fût par la pression du fluide du forage. Le bouclier 41 présente une ouverture centrale 44 dans laquelle s'engage la partie avant pointue de la balle 25 lors du tir. De plus, les languettes 43 ont intérieurement une forme tronconique, avec un diamètre intérieur qui diminue vers l'avant, pour obtenir une géométrie similaire à la forme en ogive de la partie avant de la balle. Ceci a pour but de favoriser, lors du tir, l'entrainement du bouclier par la balle. L'élément 40 ainsi porté par la balle agit comme un parachute lors du déplacement de la balle dans le fluide du forage, et ralentit donc ce déplacement. En outre, lors de l'impact avec la formation, la rupture de l'élément 40 absorbe une partie de l'énergie cinétique de la balle, réduisant d'autant sa pénétration dans la formation. L'assemblage du module de la figure 2 s'effectue en engageant d'abord la balle radioactive 25 par l'ouverture arrière du fût 20, puis en engageant l'entretoise tubulaire 30 dans le fût 20, laquelle entretoise pousse alors la balle vers l'avant du fût, jusqu'à ce que la collerette 31 vienne en butée contre l'arrière du fût. Ensuite, on place la gargousse 22 autour de l'arrière du fût, et on visse le module 15 dans le support 16. L'élément 40 peut alors être placé dans l'embouchure du fût. Il n'est pas obligatoire d'équiper tous les modules 15 d'une entretoise tubulaire et d'un bouclier, si certains des tirs doivent avoir lieu dans des formations dures. Dans ce cas, la balle 15 sera placée à l'arrière du fût, pour que sa face arrière soit en contact avec le fond 35 du logement recevant le module de tir. Il va sans dire que l'invention n'est pas limitée à la forme de réalisation décrite et représentée ci-dessus et que de nombreuses modifications peuvent être apportées par un homme du métier sans sortir du cadre de l'invention. 26 1 1 9 21 - 6 - REVENDICATIONS 1. Dispositif pour mettre en place une source radioactive dans une formation traversée par un forage, comprenant un fût de tir (20), une balle (25) contenant une source radioactive (26), engagée dans le fût, et des moyens explosifs (22, 24) pour propulser la balle en direction de la formation, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre un moyen pour réduire la vitesse à laquelle la balle, lors du tir, pénètre dans la formation. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel il est prévu une entretoise (30) engagée dans le fût en arrière de la balle (25). 3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel l'entretoise (30) est de forme tubulaire pour ménager une chambre permettant l'expansion des gaz produits lors du tir. 4. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel l'entretoise tubulaire comprend une collerette de retenue (31) en appui sur l'extrémité arrière du fût. 5. Dispositif selon la revendication 4, dans lequel la collerette de retenue (31) présente des évents (36) dirigés radialement. 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel il est prévu un élément (40) en forme de bouclier disposé sur l'embouchure du fût et agencé pour être entraîné par la balle lors du tir. 7. Dispositif selon la revendication 6, dans lequel ledit élément (40) comporte à sa partie arrière une jupe (42) engagée dans le fût et formée d'une pluralité de languettes séparées (43). 8. Dispositif selon la revendication 7, dans lequel les languettes (43) ont un diamètre intérieur qui va en diminuant vers l'avant. - 7 - 9. Dispositif selon l'une des revendications 6 à 8, dans lequel l'élément (40) présente une ouverture centrale (44) agencée pour recevoir l'extrémité avant de la balle (25) lors du tir.