Brevet FR2647849A1 — publié le 19901207

La présente invention concerne un procédé de caractérisation d'une couche de terrain. On connait déjà de tels procédés dans lesquels on effectue un forage et l'on relève un certain nombre de paramètres de ce forage tels que la pression du fluide de perforation, le couple de rotation, la poussée exercée sur l'outil, la vitesse d'avance, la vitesse de rotation de l'outil, ou les vibrations de la tige, soit en fonction du temps, soit en fonction de la profondeur. A partir de ces paramètres ou de combinaisons de ces paramètres, un spécialiste peut attribuer certaines caractéristiques au terrain traversé, par exemple définir les paramètres d'une injection qui sera effectuée ultérieurement, ou même avoir une idée relativement précise du type de ce terrain. Une telle analyse ne peut toutefois pas être effectuée en temps réel sur le lieu même du forage, de sorte que si ces résultats sont utiles en euxmêmes pour la caractérisation du terrain, et notamment pour la connaissance de sa stratigraphie, ils ne peuvent être utilisés en particulier pour la conduite même du forage, que ce soit par le foreur ou par un automate qui lui serait substitué. La présente invention vise à pallier ces inconvénients. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de caractérisation d'une couche de terrain et notamment de détermination de sa stratigraphie, caractérisé par le fait que l'on exécute un forage dans ce terrain, que l'on relève au cours du forage un certain nombre de paramètres bruts dont au moins la profondeur atteinte, suivant un protocole d'échantillonnage prédéterminé, que l'on numérise ces paramètres, que l'on introduit les paramètres ainsi numérisés dans une base de faits volatile contenue dans une mémoire d'une unité de traitement contenant également une base de faits permanente, une base de règles et un moteur d'inférence, que pour au moins certains cycles d'échantillonnage on déclenche un cycle d'inférence du moteur d'inférence utilisant la base de faits volatile, la base de faits permanente et la base de règles pour en déduire le type de terrain traversé par le forage, que l'on aj,;te à la base de faits permanente au moins le type de terrain ainsi inféré associé à sa profondeur, et que l'on remet à zéro la base de faits volatile. On connatt bien entendu déjà de nombreux systèmes experts utilisant une base de connaissances, une base de règles, et un moteur d'inférence pour simuler l'expertise d'un spécialiste. On notera toutefois que l'une des caractéristiques essentielles de l'invention consiste à effectuer successivement une série de 2 - cycles d'inférence utilisant comme base de connaissances, d'une part un certain nombre de faits permanents et d'autre part des faits volatils qui ne sont conservés dans la base de connaissances que le temps d'un cycle et qui sont constitués au moins par certains des paramètres bruts échantillonnés. D'autre part, selon une autre caractéristique essentielle, la partie permanente de la base de connaissances, à savoir la base de faits permanente, s'enrichit à chaque cycle d'inférence du terrain inféré à ce cycle, de sorte que, lors du cycle suivant, la base de connaissances comprend notamment toute la stratigraphie du terrain se trouvant au-dessus de la profondeur actuelle du forage. L'échantillonnage des paramètres de forage peut être effectué soit à intervalles de temps prédéterminés, soit à intervalles de profondeur prédéterminés. L'avantage d'échantillonner en fonction du temps est de permettre un bon contr8le des opérations de forage, y compris pendant les phases de changement de tige, et pendant les manoeuvres. Par contre, l'inconvénient est que la quantité de données à stocker n'est pas a priori bornée supérieurement et peut par conséquent devenir extrêmement importante. Par contre, l'échantillonnage en fonction de la profondeur permet de mieux restituer dans l'espace les informations acquises. On a déjà vu que dans la base de faits permanente, les types de terrain précédemment traversés par le forage sont stockés associés à leur profondeur. Selon une autre caractéristique importante de l'invention, tous les faits de la base de faits permanente sont associés à un intervalle de profondeur. Ceci signifie que tous les faits permanents sont affirmés, et par conséquent vrais sur tout un intervalle de profondeur, alors que les faits volatils ne sont vrais que pour la profondeur correspondant au cycle d'inférence en cours. On peut en outre prévoir d'introduire dans la base de faits volatile, outre les paramètres bruts, au moins un paramètre composé obtenu par traitement numérique de certains des paramètres bruts. L'édition des sorties, c'est-à-dire au moins du terrain traversé par le forage, ainsi éventuellement que certains des paramètres bruts ou composés, peut se faire par exemple sur un écran ou sur une imprimante. Mais les sorties peuvent également être utilisées en temps réel, par exemple par un automate en vue d'optimiser le forage. 3 2647849 Les sorties peuvent également déclencher certaines alarmes ou éventuellement interrompre le forage. On décrira maintenant à titre d'exemple non limitatif un mode de réalisation particulier de l'invention en référence aux dessins schématiques annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue d'ensemble d'une machine de forage permettant de mettre en oeuvre le procédé selon l'invention, - la figure 2 est un organigramme général de ce procédé, - la figure 3 est un organigramme des opérations effectuées par l'unité de traitement, et - la figure 4 montre un résultat obtenu à l'aide du procédé. La machine 1 de la figure 1 comporte une tête de forage 2 assurant de façon connue l'entraînement en rotation du train de tiges 3 et l'injection du fluide de forage dans ces tiges. Un outil de forage 4 est monté à la partie inférieure du train de tiges 3. La tête de forage 2 est reliée à un dispositif de mesure de la profondeur du forage et de la vitesse d'avance par un câble 5 passant sur une poulie de renvoi 6. Entre la tête de forage 2 et le train de tiges 3 est intercalé un dispositif de mesure électronique 7 relié par un câble non représenté à une unité de traitement 8. Le dispositif 7 peut être du type décrit dans la demande de brevet français N 89.01624 ou, er. variante, être remplacé par une bolte de capteurs de pression hydraulique connectée sur les circuits hydrauliques de la machine 1. A titre d'exemple, le dispositif de mesure 7 peut relever la pression du fluide de perforation, le couple de rotation, la poussée exercée sur l'outil ainsi que les vibrations du train de tiges. Ces paramètres, ainsi que la vitesse d'avance sont mesurés à chaque pas de profondeur, par exemple tous les Smm. Si on se réfère maintenant à la figure 2, on voit que le terrain 9 dans lequel est effectué le forage exerce certains efforts sur l'outil de forage 4. Ces efforts sont repris par la machine de forage 1 qui imprime à l'outil une certaine poussée et un couple de rotation, et qui fournit en outre le fluide de perforation sous pression. Il en résulte un certain nombre de paramètres de forage qui sont détectés par les capteurs du dispositif 7 relié, par l'intermédiaire d'un bottier d'acquisitiorn 10 o s'effectuent l'échantillonage et la numérisation, à l'unité de traitement 8, laquelle est reliée à tout moyen d'entrée/sortie 11 tel qu'une imprimante. _ 4 -2647849 Si l'on se réfère maintenant à la figure 3 on voit que l'unité de traitement 8 commence en 12 à initialiser la base de faits permanente préalablement au début du forage. Cette initialisation s'effectue soit à partir d'une mémoire, soit directement par l'opérateur. On voit ensuite que le programme se déroule selon deux cycles imbriqués. Le premier cycle est effectué tout les n pas de saisie, alors que le cycle extérieur est effectué sur toute la profondeur du forage. Le premier cycle consiste tout d'abord à lire en 13 les données fournies par le bottier d'acquisition, puis à traiter ces données pour les convertir en paramètres bruts en 14, et à combiner ensuite éventuellement certains de ces paramètres bruts pour obtenir des paramètres composés en 15. Les paramètres composés peuvent être soit des combinaisons algébriques de certains des paramètres bruts, soit des valeurs lissées de ces paramètres sur les n pas. Tous les n pas, la base de faits volatile est remise à zéro en 16, puis sont introduits les paramètres bruts et les paramètres composés choisis qui constituent les faits volatils en question. En 17 le moteur d'inférence de l'unité de traitement effectue un cycle d'inférence d'o il déduit notamment le type de terrain qui vient d'être traversé. En 18 la base de faits permanente est mise à jour en y ajoutant le type de terrain trouvé ainsi que la profondeur, et les résultats sont édités en 19. On constate par conséquent que la base de faits volatile contient des valeurs de paramètres bruts et de paramètres composés uniquement valables pour un cycle d'inférence, à savoir le cycle qui se déroule à la profondeur atteinte par le forage. Par contre la base de faits permanente comprend au moins tous les terrains trouvés aux cycles d'inférence précédents associés à leur profondeur. Le tableau 1 ci-après définit une configuration particulière qui a 4té utilisée lors d'un forage ayant conduit aux résultats montrés à la figure 4. Les paramètres bruts sont ceux qui ont été mentionnés ci-dessus, le couple de rotation ainsi que la poussée et la retenue exercée sur l'outil étant mesurés sous forme de pressions dans les circuits hydrauliques de la machine 1. La définition des paramètres composés vise à obtenir le paramètre P13 qui est la valeur lissée sur-dix pas du carré de -la valeur absolue de la différence de poussée entre -deux pas successifs. Les sorties consistent en l'impression graphique des paramètres de pression et de poussée ainsi que du paramètre P13, et en l'impression graphique et alphanumérique du terrain traversé tel qu'il est déterminé par le système expert. Le tableau 2 montre les faits de la base de faits permanente. Les faits du type AFF - "type de terrain" signifient qu'il y a lieu d'afficher, c'est-à-dire d'éditer sur l'imprimante ou sur l'écran, ce type de terrain. Enfin le tableau 3 énonce-les règles de la base utilisée. On voit que ces règles sont du type: Si i et Si j et Si k oo...,,..e..,... Alors 1 et Alors m et Alors n e.e.,e....., dans lesquelles i,j, k...., l, m,n... sont soit des faits de la base de faits permanente, soit des faits de la base de faits volatile. On constate en outre qu'à chaque règle peut être affecté un ordre de priorité déterminant, dans le cas o deux règles peuvent être mises en oeuvre simultanément (c'est-à-dire dans le cas o les prémices de chacune sont toutes vraies), l'ordre dans lequel ces règles doivent être mises en oeuvre. L'homme de métier pourra, à partir de la description qui précède et du présent exemple, écrire le logiciel informatique permettant d'obtenir le résultat représenté à la figure 4. Cette figure représente en.iction de la profondeur la pression du fluide de perforation, la poussée exercée sur l'outil, le paramètre P13 ainsi que les types de terrains successivement rencontrés au cours du forage. Diverses variantes et modifications peuvent bien entendu être apportées à la description qui précède sans sortir pour autant du cadre ni de l'esprit de l'invention. - 6 - 2647849 Ce procédé est utilisable dans différents domaines du Génie Civil, tels que la reconnaissance de sol, le pilotage d'injection automatique ou la détermination du niveau d'ancrage des pieux et tirants. _?7 -2647849 TABLEAU 1 DEFINITION DES PARMAETRES DE FORAGE NOM VALEUR MAXIMUM UNITE PO PROFONDEUR 0.005 m Pi PRESSION 35 bar P2 COUPLE 150 bar P3 POUSSEE 150 bar P4 AVANCE 1200 m/h P5 ROTATION 500 Hz P6 RETENUE 150 bar P7 VIBRATIONS 250 g P8 TEMPS 8 s DEFINITION DES PARAMETRES COMPOSES NOM DEFINITION P9 P10 PIO P3 Pli ABS(P10-P9) F12 P1I*P11 P13 Lissage de P12 sur 10 pas DEFINITION DES SORTIES NOM UNITE ECHELLE 1 G Pi PRESSION Bar 10 2 G P3 POUSSEE bar 100 3 S P13 100 4 X SYSTEME EXPERT Echelle verticale 1/100. _ 8$_ - 2647849 TABLEAU 2 FAITS DE LA BASE FAIT N 01: AFF ALLUVIONS FAIT N 02: AFF - ALLUVIONS FAIT N 03: AFF - ARGILE FAIT N 04: AFF = CALCAIRE FAIT N 05: AFF - CARRIERE REMBLAYEE FAIT N 06: AFF - MARNES ET-CAILLASSES FAIT N 07: AFF REMBLAI FAIT N 08: AFF - REMBLAI FAIT N 09: AFF - SABLE DE BEAUCHAMP FAIT N 10: PI - 0 FAIT N 11: P1 > 0 FAIT N 12: P13 FAIT N 13: P13 > 1 FAIT N 14: P8 FAIT N 15: P8 > 1 FAIT N 16: PROF FAIT N 17: PROF FAIT N 18: PROF > 10 FAIT N 19: PROF FAIT N 20: PROF> 20 FAIT N 21: SITE - PARIS **vrai sur tout le forage** FAIT N 22: TERRAIN CALCAIRE FAIT N 23: TERRAIN - DEBRIS FAIT N 24: TERRAIN - FORMATION COMPACTE FAIT N 25: TERRAIN - REMBLAI FAIT N 26: TERRAIN SABLE FAIT N 27: TERRAIN TROUVE - ALLUVIONS*PROF>5 FAIT N 28: TERRAIN TROUVE - SABLE DE BEAUCHAMP - 9 2647849 TABLEAU 3 REGLES DE LA BASE Règle numéro 1 (ordre de priorité - 1): Si Pl - 0 Et Si PROF SABLE Et Alors TERRAIN CALCAIRE Et Alors TERRAIN = DEBRIS Règle numéro 2 (ordre de priorité - 1): Si TERRAIN - DEBRIS Et Si P13 0 ALors TERRAIN - FORMATION COMPACTE Règle numéro 5 (ordre de priorité - 1): Si TERRAIN - FORMATION COMPACTE Et Si P8 > 1 - 10 - 2647849 Alors AFF - MARNES ET CAILLASSES Règle numéro 6 (ordre de priorité = 1) Si PROF > 20 Et Si P1 - O Alors AFF = CARRIERE REMBLAYEE l0 Règle numéro 7 (ordre de priorité - 1): Si P8 10 Alors AFF - CALCAIRE Règle numéro 9 (ordre de priorité - 3) Si TERRAIN TROUVE - ALLUVIONS*PROF>5 Et Si AFF - REMBLAI Alors AFF REMBLAI Et Alors AFF = ALLUVIONS Règle numéro 10 (ordre de priorité = 3) Si PROF ALLUVIONS Et Alors AFF - REMBLAI - 11 - 2647849 Règle numéro 11 (ordre de priorité - 3) Si AFF - ALLWUVIONS Et Si TERRAIN TROUVE - SABLE DE BEAUCHAMP Alors AFF ALLUVIONS Et Alors AFF - SABLE DE BEAUCHAMP - 12- 2647849 REVENDICATIONS 1. Procédé de caractérisation d'une couche de terrain, et notamment de détermination de sa stratigraphie, caractérisé par le fait que l'on exécute un forage dans ce terrain, que l'on relève au cours du forage un certain nombre de paramètres bruts dont au moins la profondeur atteinte, suivant un protocole d'échantillonnage prédéterminé, que l'on numérise ces paramètres, que l'on introduit les paramètres ainsi numérisés dans une base de faits volatile contenue dans une mémoire d'une unité de traitement contenant également une base de faits permanente, une base de règles et un moteur d'inférence, que pour au moins certains cycles d'échantillonnage on déclenche un cycle d'inférence du moteur d'inférence utilisant la base de faits volatile, la base de faits permanente et la base de règles pour en déduire le type de terrain traversé par le forage, que l'on ajoute à la base de faits permanente au moins le type de terrain ainsi inféré associé à sa profondeur, et que l'on remet à zéro la base de faits volatile. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on effectue l'échantillonnage à intervalles de temps prédéterminés. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on effectue l'échantillonnage à intervalles de profondeur prédéterminés. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications I à 3, caractérisé par le fait que tous les faits de la base de faits permanente sont associés à un intervalle de profondeur. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications I à 4, caractérisé par le fait que -l'on introduit dans la base de faits volatile, outre les paramètres bruts, au moins un paramètre composé obtenu par traitement numérique de certains des paramètres bruts.