Brevet FR2646241A1 — publié le 19901026

La présente invention a pour objet un dispositif anti-rebond pour une masse venant frapper un éLément-cible et engendrer des impulsions sismiques. Le dispositif selon l'invention est particulièrement utile dans la réalisation de sources sismiques à impact qui engendrent dans le sol des ondes sismiques par percussion d'une masse en mouvement contre un élémentcible sur lequel elle est précipitée par action de la pesanteur et/ou de moyens moteurs. Une source à percussion pour la prospection sismique terrestre et comportant une masse chutant le long d'un élément de guidage vers un éLément-cible ancré contre la surface du sol, est décrite dans le brevet français n 2 398 316. Une autre, adaptée plus particulièrement à un usage dans un forage, est décrite dans le brevet français n 2 552 553. L'utilisation de moyens moteurs pour lancer une masse contre un éLémentcible ancré dans un puits, est o décrite dans le brevet français n 2 558 601. Lorsque la masse est laissée libre, elle rebondit généralement après son impact contre l'élément-cible associé et revient ensuite le frapper une ou plusieurs fois avec des forces décroissantes. La "signature" de la source sismique c'est-à-dire la forme des impulsions qu'elle émet, comporte donc dans ce cas plusieurs impulsions secondaires d'amplitudes décroissantes à la suite de l'impulsion principale et ceci a pour effet de perturber les enregistrements sismiques correspondant aux réflexions sismiques sur les discontinuités du sous-sol de l'ébranlement émis. o Par le brevet français n 2 509 052, on connait un dispositif pour éviter les chocs multiples sur un élément-cible, coupLé avec la surface du sol, d'une masse guidée dans sa chute par -2- des moyens de guidage, ces chocs multiples étant dus aux rebonds de la masse après sont premier impact. Ce dispositif comporte essentiellement un élément déformable assujetti aux moyens de guidage et des moyens de commande adaptés à appliquer l'élément déformable contre la paroi latérale de la masse après son premier rebond et l'immobiliser avant qu'elle ne retombe de nouveau. Les moyens de commande comportent par exemple un organe mobile déplacé radialement par action d'un vérin hydraulique et un détecteur d'impact délivrant un signal de commande par le vérin. Ce dispositif bloque très efficacement toute retombée de la masse, mais du fait de sa position transversale perpendiculaire à l'axe longitudinal des moyens de guidage, son encombrement ne serait pas compatible avec les dimensions généralement réduites des forages o les sources sismiques de puits sont descendues. Par la demande de brevet français 88/06.425, on connait un dispositif anti-rebond bien adapté aux cas o l'espace latéral autour de la direction de chute est restreint, lequel est caractérisé par l'utilisation de moyens électro-magnétiques pour exercer sur la masse une force attractive intermittente. Ceci a pour effet de plaquer la masse contre l'élément-cible qu'elle vient heurter en fin de chute. Un tel dispositif convient pour toutes les applications o il est possible d'employer des moyens électro-magnétiques et de les relier par des câbles d'alimentation à une source électrique. Le dispositif selon l'invention permet d'éviter les chocs multiples d'une masse venant frapper un élément-cible sans faire intervenir de forces magnétiques ou électro-magnétiques pour l'immobilisation de la masse après son impact. Par sa mise en oeuvre, on peut obtenir des impulsions sismiques très brèves favorables en particulier pour la prospection sismique. Il est caractérisé en ce qu'il comporte une contre-masse disposée derrière la masse par rapport à la direction de déplacement vers l'élément-cible, la contre-masse étant déplaçable par rapport à la masse, des moyens de liaison pour tenir la masse et la contre-masse - 3 - écartées l'une de l'autre pendant leur mouvement dans le même sens en direction de l'élément-cible ainsi que des moyens de freinage choisis en fonction des caractéristiques respectives de la masse et de la contre- masse, pour retarder celle-ci par rapport à la masse de manière que leurs mouvements soient sensiblement en opposition de phase et se contrarient. Les moyens de liaison et les moyens de freinage comportent par exemple une couche d'un matériau amortisseur dont la raideur est choisie pour annuler sensiblement le mouvement de retrait de la masse après son impact contre l'éLément-cible. - Les moyens de liaison peuvent comporter un volume de fluide contenu dans une chambre ménagée entre la masse et la contre-masse, et les moyens de freinage, un ou plusieurs passages de section calibrée permettant un échappement du fluide hors de la chambre sous l'action de la force d'inertie de ladite contre-masse. Les moyens de liaison et les moyens de freinage peuvent aussi comporter au moins une piece flexible fixée à la masse ou la contre-masse et tenant l'autre par friction. Cette pièce flexible est par exemple un manchon déformable ou un ensemble de lames de ressort appuyées contre la paroi latérale de la masse. On a pu vérifier à l'expérience que, par un choix approprié de la couche d'amortissement entre masse et contre-masse, du manchon déformable ou encore de la section des orifices d'échappement du fluide de freinage, on pouvait pratiquement supprimer tout rebond de la masse et ceci de manière bien répétitive. La réalisation et la mise en oeuvre d'une source sismique de puits à impact est facilitée avec une masse ainsi constituée. - Suivant un mode d' application possible, l'élément-cible est solidaire d'un corps allongé associé à des moyens d'ancrage escamotables pour coupler le corps allongé avec les parois d'un puits ou forage, la masse est pourvue d'une prise pour des moyens de retenue escamotables, elle est déplaçable dans le corps entre une position basse d'impact contre l'élément-cible et une position haute éloignée de celui-ci. - 4 - On peut utiliser des moyens de retenue escamotables pour déplacer la masse par rapport au corps, leur course de déplacement étant suffisante pour transférer la masse entre sa position basse et sa position haute et à cet effet relier les moyens de retenue à un appareil de levage. L'écart initial entre la masse et la contre-masse est rétabli simplement, soit que le matériau amortisseur reprenne son volume normal après chaque choc, soit par traction sur la contre-masse par les moyens de retenue escamotables. Les forces de traction sont suffisantes pour vaincre les forces de frottement des pièces flexibles ou encore pour rétablir le volume initial de fluide dans la chambre entre la masse et la contre-masse. D'autres caractéristiques et avantages de la méthode et du dispositif selon l'invention apparaitront mieux à la lecture de la description ci-après en se référant aux dessins annexés o: - la Fig.1 montre un mode de réalisation de l'invention o les moyens de liaison et de freinage comportent une couche d'un matériau amortisseur; la fig.2 montre une masse pourvue de moyens de liaison et de freinage comportant des ressorts latéraux frottant contre une partie de la masse; La Fig.3 montre une masse pourvue de moyens de liaison et de freinage hydrauliques; et - la Fig.4 montre un premier exemple d'association de la masse et du dispositif anti-rebond à un ensemble permettant d'appliquer des contraintes impulsionnelles aux parois d'un puits. Le dispositif anti-rebond selon l'invention est associé à une masse 1 adaptée à être lancée contre une paroi d'impact 2. Il peut s'agir par exemple d'une masse accélérée par la force de gravité et/ou de moyens moteurs quelconques. Il comporte une contre-masse 3, des moyens de liaison de la masse et de la contre-masse et des moyens de freinage de celle-ci. Suivant le mode de réalisation de la figure 1, les moyens de liaison et les moyens de freinage sont constitués par une couche 4 réalisée en un matériau amortisseur qui est intercalée 264624 1 - 5 - entre la masse 1 et la contre-masse 3 et collée à celles-c.i. La couche 4 maintient la masse et la contre-masse à une certaine distance l'une de l'autre. Quand la masse est stoppée dans son mouvement par la paroi d'impact 2 et rebondit en arrière, La contre-masse 3 continue son mouvement vers l'avant freinée par la couche amortisseuse 4. La masse et la contre-masse se retrouvent en opposition de phase et leurs mouvements se contrarient l'un l'autre. On choisit le rapport des deux masses, l'épaisseur de la couche et la nature du matériau amortisseur, de manière que l'énergie cinétique de recul de l'une soit sensiblement égale à l'énergie cinétique conservée par l'autre. On arrive dans la pratique à supprimer totalement les rebonds de la masse 2. Suivant le mode de réalisation de la Fig 2, les moyens de liaison et les moyens de freinage sont constitués par un manchon déformable 5 fixé par exemple à la contre-masse 3 et emboité sur l'extrémité de la masse. Les forces de frottement que le manchon exerce sur la paroi latérale de la masse 1, sont suffisantes pour la maintenir écartée de la contre-masse. La force d'inertie de la- contre-masse 3 est cependant suffisante pour vaincre les forces de frottement et, comme précédemment, la contre-masse continue son mouvement en avant alors que la masse repart en arrière après le choc contre la paroi d'impact 2. Là encore, le rebond de la masse est pratiquement annihilé. Le manchon déformable 5 peut encore être remplacé par une ou plusieurs lames flexibles fixées par exemple à la contre-masse 3 et venant pincer latéralement la masse 2. Suivant le mode de réalisation de la Fig.3, les moyens de liaison sont constitués par un volume de fluide, de l'huile par exemple, contenu dans une chambre pratiquée entre la masse et la contre-masse. A cet effet, une cavité cylindrique 6 fermée par un couvercle 7, est ménagée dans la masse 1, du côté opposé à la paroi d'impact 2. La contre-masse 3 est pourvue d'une tige 8 pénétrant dans la cavité par une ouverture au travers du couvercle 7, et prolongée par un piston 9 de section adaptée à la section de la cavité 6 qui est pourvue de joints d'étanchéité 10 à sa périphérie. Un ou plusieurs canaux 11 de section calibrée le traversent, faisant communiquer l'une -6 - avec l'autre les parties de la chambre de part et d'autre du piston 9. La force de freinage est exercée sur La contre-masse 3 par laminage du liquide au travers des orifices ou canaux 11. Quand La masse 1 vient heurter la paroi 2, sa force de rebond est annihilée encore par la force d'inertie restante de la contre-masse 3. Le rétablissement de l'écart initial entre la masse et la contre-masse, est obtenu avec les modes de réalisation des Fig. 2 et 3, en exercant une traction sur la contre-masse 3. A cet effet, La contre-masse peut être pourvue d'une tête d'accrochage T pour un appareil de traction comme celui représenté à la Fig.4. Suivant le mode d'application de la Fig.4, la masse 1, munie du dispositif anti-rebond suivant un des modes de réalisation précedemment décrit, est adaptée à venir heurter un élément-cible 11 couplé avec la paroi d'un puits ou forage 12. La masse 1 se déplace en ligne droite à l'intérieur d'un corps allongé 13 descendu dans le puits 12 à l'extrémité d'un câble électro-porteur 14 comportant des lignes d'alimentation électrique. Vers son extrémité opposée au câble 14, le corps 13 est associé à des patins d'ancrage 15. Ces patins sont fixes à l'extrémité des tiges 16 de vérins (non représentés) disposés radialement dans un compartiment 17 contenant un système hydraulique de manoeuvre. Un tel système hydraulique est décrit dans le brevet français précité n 2 558 601. La masse 1 munie de son dispositif anti-rebond, est déplacée d'une position d'impact en contact avec l'élément-cible 11 à une position d'armement par des moyens de levage. Ces moyens comportent une tige rigide 18 reliée au câble 14 par un connecteur mécanique et électrique 19. La tige 18 traverse la paroi terminale supérieure 20 du corps par une ouverture et à l'intérieur, dans la cavité 21 o se déplace la masse, elle supporte des moyens d'accrochage escamotables. Ces moyens comportent un support rigide 22. Deux crochets 23 peuvent pivoter sur des axes 24 fixes au support 22 entre une position de rapprochement et une position d'écartement (représentée en tiretés sur la figure 4). Sur sa face supérieure, la contre-masse 3 comporte une tête 25 pourvue d'une rainure circulaire -7- 26 o les pointes des crochets 23 peuvent venir s'engager en position de rapprochement. Ainsi ils rendent La contre-masse 3 solidaire du support d'accrochage 22. Le pivotement des crochets 23 vers leur position d'écartement est obtenu par exemple par excitation d'électro-aimants 27 à noyaux mobiles 28. Ces noyaux sont disposes radialement dans le plan de pivotement des crochets 23 et reliés à ces derniers. Un ressort de rappel 29 tend à maintenir les crochets 23 dans leur position de rapprochement. L'excitation des électro-aimants est assurée par des conducteurs 30 passant dans l'axe de la tige rigide 18 et reliés dans le connecteur 19 à des lignes conductrices 31 du câble électro-porteur 14. D'autres conducteurs électriques (non représentés) permettent la transmission au système hydraulique de courants électriques et de signaux de commande au système hydraulique de manoeuvre (non représenté) des vérins 15. A l'extrémité opposée du câble électro-porteur 14, les conducteurs 30 sont connectés à la source de courant électrique 31 par l'intermédiaire d'un commutateur 32. Leur connexion est telle que dans une première position du commutateur 32, les électro-aimants 17 écartent les crochets 23 l'un de l'autre. Dans la seconde position du commutateur 32, ces mêmes électro-aimants repoussent les crochets vers leur position de rapprochement. La source sismique étant ancrée dans le puits par écartement des patins d'ancrage 15, le commutateur 32 est placé dans sa seconde position et le câble 14 est relâché de manière que le support rigide 22 descende le long de la cavité 21 vers la contre-masse 3 qui est dans sa position (ou position basse) contre l'élément-cible 11. Au contact de la tête 25, les crochets 23 s'écartent et viennent s'engager dans la rainure 26 de celle-ci. Par une traction sur le câble électro-porteur 14, on remonte jusqu'à une position haute le support 22 et l'ensemble masse, contre-masse qui lui est accroché. Au moment choisi pour le déclenchement, on place le commutateur 32 sur sa première position. - 8- Les électro-aimants 27 écartent Les crochets 23 qui retiennent la masse. Libérée, celle-ci chute le long de la cavité 18 et vient heurter avec force l'éLément-cible. Le dispositif anti-rebond suivant un quelconque des modes de réalisation montré aux figures 1-3 supprime tous les impacts secondaires. La force d'impact obtenue est transmise aux formations environnant le puits par l'intermédiaire des patins d'ancrage 15. On peut utiliser aussi les moyens de levage décrits dans le brevet française n 2 590 994 o le décrochement de l'ensemble masse, contremasse est assuré en fin de la course de retrait par mise en contact de crochets tels que les crochets 23 contre des parois d'appui solidaires du corps de la source sismique, la force de Levage est exercée depuis la surface sur le câble supportant la source étant suffisante pour que les crochets s'écartent, L'un de L'autre et libère la masse 1. R E V E N D I C AT ION S 1. - Dispositif anti-rebond pour une masse (1) venant frapper un élémentcible (2), caractérisé en ce qu'il comporte une contre-masse (3) disposée derrière la masse par rapport à la direction de déplacement vers l'élément-cible, la contre-masse étant dépLaçable par rapport à la masse, des moyens de liaison pour tenir la masse et La contre-masse écartées l'une de l'autre pendant leur mouvement en direction de l'élément-cible ainsi que des moyens de freinage choisis en fonction des caractéristiques respectives de la masse et de la contre-masse pour retarder celle-ci par rapport à la première, de manière que leurs mouvements soient sensiblement en opposition de phase. 2. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de liaison et les moyens de freinage comportent une couche d'un matériau amortisseur (4) dont la raideur est déterminée pour annuler sensiblement le mouvement de retrait de la masse (1) après son impact contre l'éLément-cible (2). 3. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de liaison comportent un volume de fluide (L) contenu dans une chambre (6) ménagée entre la masse et la contre-masse, et les moyens de freinage, un ou plusieurs passages (11) de section calibrée permettant un échappement du fluide hors de la chambre (6) sous l'action de la force d'inertie de ladite contre-masse. 4. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de liaison et les moyens de freinage comportent au moins une pièce flexible (5) fixée à la masse ou la contre-masse et tenant l'autre par friction. 5. - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la pièce flexible (5) comporte des lames de ressort appuyées contre la paroi latérale de la première partie de la masse. 6. - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la pièce flexible (5) est un manchon déformable frottant - 10 - Latéralement contre la masse. 7. - Dispositif selon L'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que L'élément-cible (11) est solidaire d'un corps allongé (13) associé à des moyens d'ancrage escamotables (15,16) pour coupler le corps allongé (13) avec Les parois d'un puits ou forage (12), et la masse est déplaçable dans le corps entre une position basse d'impact contre l'élément-cible et une position haute éloignée de celui- ci, ladite masse étant pourvue d'une prise (25) pour des moyens de retenue escamotables (23). 8. - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens de retenue escamotables sont déplaçables par rapport au corps, leur course de déplacement étant suffisante pour déplacer la masse entre sa position basse et sa position haute. 9. - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens de retenue sont reliés à un appareil de levage (14).