Brevet FR2636741A1 — publié le 19900323

-- I -- L'invention a pour objet un système de réception de signaux pouvant être couplé avec la paroi d'un puits ou d'un forage. Un tel système peut être utlisé notamment pour collecter des signaux reçus par un ensemble de capteurs en contact avec les parois d'un puits, à les numériser et les mémoriser et, à les transmettre sous une forme codée à une station de commande et d'enregistrement en surface. Les signaux captés sont par exemple des ondes qui se sont propagées depuis une source sismique disposée en surface ou dans un autre puits et ont été réfléchies par les discontinuités du sous-sol. L'acquisition de données de mesure dans un forage est réalisée en général en descendant dans celui-ci des capteurs associés à une sonde unique ou un ensemble de plusieurs sondes suspendues à un câble multi-fonctions. La sonde ou chacune d'elles compprte un corps allongé et des moyens d'ancrage permettant de la coupler avec les parois du puits. Les capteurs peuvent être disposés dans des patins qui sont amenés au contact des parois par action sur les moyens d'ancrage. Ils peuvent être disposés également dans le corps de la sonde et les moyens d'ancrage sont agencés pour déporter latéralement le corps de manière à amener les capteurs au contact des parois. Les moyens d'ancrage comportent par exemple des vérins alimentés en fluide sous pression par un système hydraulique à l'intérieur du corps et la sonde ou bien encore des ressorts dont la détente est provoquée par déblocage d'un verrou. - 2 - Le câble multi-fonctions comporte le plus souvent une pluralité de lignes conductrices permettant la transmission de courants électriques pour l'alimentation du moteur et de signaux de toute nature. Il s'agit par exemple de signaux de commande transmis à la sonde depuis un laboratoire de surface et de signaux de réponse envoyés depuis la sonde. Les signaux de réponse sont constitués, soit de signaux de contrôle ou de test, soit de données mesurées par les capteurs de la sonde. Différentes sondes sont décrites par exemple dans les brevets français FR-2.501.380, 2.548.727 ou 2.564.599. La réalisation de coupes sismiques étendues facilement exploitables passe par l'emploi de dispositifs de réception capables de détecter des signaux sismiques en un nombre important de points à des niveaux de profondeurs différents. Le dispositif de réception doit pouvoir être déplacé rapidement le long du puits. En chaque emplacement d'ancrage, le couplage des capteurs avec les parois doit être le plus efficace possible de manière a capter les signaux sismiques et non les signaux parasites qui se propagent dans la colonne d'eau remplissant généralement le puits. Le dispositif d'ancrage à utiliser devient de plus en plus complexe et difficile a mettre en oeuvre. Le système de réception salon l'invention permet de simplifier l'acquisition de signaux dans des puits ou forage. Il est caractérisé en ce qu'il comporte au moins une enceinte close expansible descendue dans le puits à l'extrémité d'un càble-support, cette enceinte étant pourvue d'une paroi déformable, des moyens pour dilater l'enceinte et amener la paroi déformable au contact des parois du puits et au moins un élément de réception de signaux fixé à ladite paroi de manière à être couplé avec les formations traversées par le puits en position de dilatation de l'enceinte. -3- Les moyens pour dilater l'enceinte comportent par exemple un dispositif pour appliquer à celle-ci par intermittence un fluide sous pression. Suivant un premier mode de réalisation, le système comporte par exemple une pluralité d'enceintes expansibles associées chacune à au moins un élément de réception et reliées les unes aux autres par des câbles de liaison. Suivant un autre mode de réalisation le système comporte par exemple une enceinte tubulaire expansible et une pluralité d'éléments de réception fixes à la paroi déformable à des emplacements différents le long de ladite enceinte. Dans le premier cas, les câbles de liaison reliant les enceintes expansibles comportent par exemple des canalisations de liaison avec le dispositif délivrant du fluide sous pression. Le dispositif délivrant le fluide sous pression peut être disposé dans une enceinte expansible ou bien encore dans un corps distinct des enceintes, disposé entre celles-ci et le câble-support. L'utilisation d'enceintes closes expansibles pourvues de parois souples, et de capteurs de signaux fixes à celles-ci, permet d'obtenir tout à la fois un ancrage de l'enceinte sur tout le pourtour du puits quelle que soit sa forme ou les irrégularités de sa surface d'une part, et un bon couplage des éléments capteurs qui se trouvent appliqués étroitement contre les formations souterraines. L'utilisation pour l'expansion de chaque enceinte d'un dispositif délivrant un fluide sous pression rend plus faciles et plus rapides les phases intermédiaires de déplacement du système de réception le long du puits, ce qui permet de réduire la durée totale d'acquisition des données sismiques dans un puits. - 4 - D'autres caractéristiques et avantages du système selon l'invention apparaîtront à la lecture de la description de deux modes de réalisation donnés à titre d'exemple non limitatifs, en se référant aux dessins annexes o: - la figure 1 montre une vue d'ensemble schématique d'un premier mode de réalisation du système comportant plusieurs enceintes raccordées les unes aux autres; - la figure 2 représente plus en détail l'agencement d'une de ces enceintes; - la figure 3 montre schématiquement un corps d'outil contenant un dispositif pour appliquer aux enceintes un fluide sous pression et les dilater, ainsi qu'un compartiment pour un dispositif électronique d'acquisition de données; et - la figure 4 montre schématiquement un second mode de réalisation du système selon l'invention o l'enceinte expansible est un tube allongé. Suivant le mode de réalisation de la figure 1, le système selon l'invention comporte un outil de puits 1 descendu dans un puits ou forage 2 à l'extrémité d'un câble électro-porteur 3 relié à une structure de support 4 disposée en surface. Le câble 3 s'enroule sur un touret de stockage 5 disposé par exemple sur un camion-laboratoire 6. Au dessous de l'outil de puits 1 sont suspendues plusieurs enceintes expansibles El, E2, E3 etc. Chacune d'elles comporte (figure 2) une armature rigide constituée de deux embouts tronconiques 7, 8 opposés l'un à l'autre qui sont reliés et maintenus rigidement écartés l'un de l'autre par une barre d'assemblage 9. Une jupe déformable 10 est disposée entre les deux embouts tronconiques 7, 8 et délimite avec eux une enceinte étanche. La jupe déformable 10 est constituée d'un tube en elastomère par exemple dont les extrémités sont fixées par le - 5 - procédé dit de surmoulage respectivement à deux bagues rigides 11. Chaque embout tronconique 7, 8 est pourvu d'un épaulement circulaire 12 de section adaptée à la section intérieure des deux bagues 11 et d'une rainure circulaire pour un joint d'étanchéité 13. L'engagement des deux bagues 11 sur les deux épaulements circulaires 12 assure la fermeture étanche de chacune des enceintes. A la paroi déformable de chaque enceinte, est associé au moins un ensemble récepteur de signaux R. Cet ensemble comporte un boîtier pourvu d'une embase 14 et d'au moins un logement pour un élément capteur. Le boîtier comporte par exemple trois logements pour trois capteurs C1, C2, C3 disDosés de manière à capter les composantes de signaux suivant trois axes orthogonaux. Chaque embase 14 est intégrée à la jupe tubulaire 10 par surmoulage. Chaque enceinte étanche est reliée aux enceintes adjacentes par un élément de câble ou de tuyau porteur flexible 15. Par l'intermédiaire de ces éléments de tuyau 15, toutes les enceintes expansibles communiquent avec un système hydraulique contenu dans l'outil de puits 1. Le corps de l'outil comporte une cavité cylindrique 16 séparée en deux chambres 17, 18 par un piston libre 19 pourvu à sa périphérie de joints d'étanchéité 20. Dans l'une des deux chambres 18 est disposée une pompe hydraulique 21 dont l'entrée communique. avec une crépine de filtrage 22 et la sortie, par l'intermédiaire d'une électro-vanne à deux positions 23, avec l'élément de tuyau reliant le corps 1 à la première enceinte expansible E1 (fig. 1). La chambre 18 contenant la pompe hydraulique 21 est remplie d'huile. L'autre chambre 17 communique directement avec l'extérieur du corps. Le déplacement libre du piston dans la cavité 16 permet de maintenir le liquide hydraulique en équi-pression avec le fluide contenu dans le puits. La pompe 21 a pour effet de créer une surpression par rapport à la - 6 pression statique régnant dans le puits, quelle que soit la profondeur de fonctionnement du système de réception. Dans une première position (position de repos) L'éLectro-vanne 23 fait communiquer La portion de tuyau (15) avec l'intérieur de la chambre 18. Dans une seconde position elle met la même portion de tuyau en communication avec la sortie de la pompe 21. A chaque ensemble récepteur 13 sont associées une ou plusieurs lignes 24 pour la transmission des signaux captés. Les signaux délivrés par tous les ensembles récepteurs R sont collectés par un dispositif de commande et d'acquisition 25 disposé dans une chambre supérieure 26 du corps 1 de l'outil (figure 3). Les lignes issues des ensembles récepteurs R d'une quelconque enceinte expansible passent le long des différentes- sections de tuyau 15 et traversent les autres enceintes intercalées entre elle et l'outil de puits 1. Dans celui-ci, par des traversées étanches 27, les lignes pénètrent dans une cavité 28 isolée de la pression extérieure et communiquant avec la chambre supérieure 26 du corps contenant le dispositif d'acquisition 25, et sont connectées à ses différentes entrées. De la même façon les conducteurs électriques 29, 30 permettant d'actionner respectivement l'électro-vanne 23 et la pompe 21 pénètrent dans la cavité par des traversées étanches et rejoignent le dispositif de commande et d'acquisition 25. On utilise par exemple le dispositif de commande et d'acquisition décrit dans la demande de brevet français n 87/07.867 pour collecter les signaux produits par tous les ensembles récepteurs, les échantillonneur les numériser et sur commande du laboratoire en surface, les transmettre sous une forme codée. Les signaux de commande issus du laboratoire 6 et les signaux émis en réponse par le dispositif de commande et d'acquisition 25 dans le corps de l'outil, sont transmis par l'intermédiaire des différents -7- conducteurs électriques du câble électro-porteur 3. Le dispositif fonctionne de la façon suivante: - L'électro-vanne 23 étant en position de repos, le liquide à l'intérieur des différentes enceintes El, E2, E3 etc, des sections de tuyau intercalées et de la chambre 18 est en équi-pression avec le fluide contenu dans le puits. Le système de réception peut donc être déplacé le long du puits et amené par action sur le treuil jusqu'à une position o l'on veut effectuer des relevés sismiques par action sur le treuil. - Depuis le laboratoire en surface 6, on commande la mise en marche de la pompe hydraulique 21 et l'excitation de l'électro-vanne 23. Par l'intermédiaire des sections de tuyau intercalées 15, la surpression créée par la pompe est transmise à toutes les enceintes El, E2, E3... qui se dilatent. Les jupes déformables 10 viennent s'appliquer contre la paroi du puits et les ensembles récepteurs R intégrés dans celles-ci, se trouvent plaqués contre les formations souterraines. Par cette mise en pression, on réalise en une seule opération l'ancrage des enceintes et le couplage des capteurs. La souplesse des jupes leur permet de s'adapter localement à la forme du puits et donc de réaliser un ancrage correct des eneintes et un bon couplage des capteurs. La réception de signaux à capter peut donc s'effectuer de manière satisfaisante. Suivant le mode de réalisation de la figure 4, le système selon l'invention peut comporter aussi une seule enceinte 31 expansible de grande longueur comoortant une pluralité d'ensembles de réception R intégrés à sa paroi et disposes à distance les uns des autres. Le système hydraulique de gonflage 21-23 et le dispositif de commande 25 peuvent être disposés aussi dans un corps d'outil 1 surmontant l'enceinte expansible ou bien encore constituer un sous-ensemble -8- disposé à l'intérieur de ladite enceinte 31. On ne sortirait pas du cadre de l'invention en remplaçant les éléments de tuyau 15 o passent des lignes de transmission par des éléments de câble multi-fonctions intégrant à la fois des canalisations pour le fluide comprimé et une pluralité de lignes de transmission. Dans ce cas, le raccordement de ces éléments de câble à chaque enceinte expansible pourra être effectué au moyen de connecteurs électriques et hydrauliques étanches. -- 9 -- R E V E N D I C AT IONS 1. - Système de réception et d'acquisition de signaux dans un puits ou forage, caractérisé en ce qu'iL comporte au moins une enceinte close expansible (El) descendue dans le puits à l'extrémité d'un câble-support (3), ladite enceinte étant pourvue d'une paroi souple (10), des moyens (21-23) pour dilater l'enceinte et amener la paroi déformable au contact des parois du puits et au moins un élément de réception de signaux (R) fixé à ladite paroi de manière à être couplé avec les formations traversées par le puits en position de dilatation de ladite enceinte. 2. - Système selon la revendication 1, caractérise en ce que les moyens (21-23) pour dilater chaque enceinte comportent un dispositif pour appliquer à celle-ci par intermittence un fluide sous pression. 3. - Système selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité d'enceintes expansibles (El, E2, E3 etc) associées chacune à au moins un élément de réception (R) et reliées les unes aux autres par des câble de liaison (15). 4. - Système selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte une enceinte tubulaire expansible (31) et une pluralité d'éléments de réception (R) fixes à la paroi souple à des emplacements différents le long de ladite enceinte. 5. - Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que le dispositif délivrant un fluide sous pression est disposé dans ladite enceinte (31). 6. - Systeme selon la revendication 3, caractérisé en ce que les câbles (15) reliant les enceintes expansibles comportent des - 10 - canalisations de liaison avec ledit dispositif délivrant un fluide sous pression. 7. - Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif délivrant un fluide sous pression est disposé dans un corps (1) distinct desdites enceintes (El, E2, E3 etc), et disposé entre celles-ci et ledit câble-support (3). 8. - Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un ensemble électronique d'acquisition de signaux (26) relié à chaque élément de réception (R), et le câble de support (3) comporte des circuits de transmission de signaux reliant ledit ensemble électronique (25) d'acquisition de signaux à un ensemble de commande et d'enregistrement (6) installé a la surface. 9. - Systeme selon les revendications 7 et 8, caractérisé en ce que ledit ensemble électronique d'acquisition (25) est disposé à l'intérieur dudit corps (1). 10. - Système selon la revendicaiton 1, caractérise en ce que chaque élément de réception (R) est un géophone. 11. - Système selon la revendication 1, caractérise en ce que chaque élément de réception (R) comporte un géophone tri-axial. 12. - Systeme selon la revendication 3, caractérisé en ce que les câbles de liaison (15) comportent des lignes de transmission (24) passant à l'intérieur des canalisations. 13. - Système selon la revendication 3? caractérisé en ce que les câbles de liaison (15) sont des éléments de câble multi-fonctions. 14. - système selon la revendication 13, caractérisé en ce que les éléments de câble multi-fonctions sont connectés à chacun desdites enceintes expansibles par des connecteurs électriques et hydrauliques.