Brevet FR2673029A1 — publié le 19920821

L'invention concerne un procédé et un dispositif pour supprimer des bruits acoustiques dans un trou de sonde. Des études topographiques sismiques en trous de sonde sont menés afin de dresser la carte de structures géologiques souterraines Dans une étude topographique sismique typique en trous de sonde, une source est placée dans un trou de sonde à une profondeur choisie et est excitée de façon à produire des ondes acoustiques dans les formations géologiques adjacentes Des capteurs sont habituellement placés à la surface de la terre ou à des profondeurs choisies dans le même trou de sonde ou dans un autre trou de sonde afin de détecter les signaux optiques après qu'ils se sont propagés à travers des formations géologiques et ont été réfléchis par celles-ci. Durant les études topographiques sismiques, des ondes acoustiques générées par la source se propagent aussi verticalement dans le trou de sonde récepteur sous la forme d'ondes tubulaires Ces ondes tubulaires sont générées lorsque de l'énergie incidente rencontre le sommet et le fond du trou de sonde et/ou tous contrastes d'impédance sur la longueur du trou de sonde Les ondes tubulaires interfèrent avec les signaux acoustiques dans le trou de sonde et la formation encaissante Ces ondes tubulaires sont également détectées par les capteurs Un problème se posant dans des études topographiques sismiques en trous de sonde est de distinguer les ondes acoustiques souhaitées, détectées par les capteurs dans le trou de sonde, des ondes tubulaires indésirées. On a consacré des efforts à résoudre le problème de l'interférence des ondes tubulaires avec les ondes acoustiques souhaitées Une approche classique pour résoudre ce problème a été d'utiliser des vessies gonflables dans le trou de sonde de la source Ces vessies sont placées au- dessous et si possible au-dessus de la source comme décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique No 4 858 718 La firme Bolt Technology Corporation met en oeuvre le procédé décrit dans ce brevet La vessie est réalisée en caoutchouc ou en une matière polymérique expansible et on utilise un gaz comprimé tel que de l'air ou de l'azote pour gonfler la vessie en fond de trou Ce dispositif doit utiliser une soupape de régulation de pression et une soupape de décharge pour régler la pression à l'intérieur de la vessie Cette dernière reste dans un état proche de l'équilibre avec la pression des fluides du trou de sonde De plus, le dispositif doit comporter soit un réservoir de gaz comprimé, soit un compresseur de surface avec un câble ombilical descendant jusqu'à la vessie pour la gonfler La demande de brevet européen N' 88 103279 1 indique que son suppresseur présente une longueur axiale d'au moins "environ 5 fois son diamètre extérieur", ce qui donnerait au dispositif une longueur inférieure à 1,5 mètre. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique No 4 817 755 décrit un dispositif conçu pour faire passer par couplage l'énergie d'une source dans la paroi du trou de sonde dans un tir en fond de trou Le dispositif utilise des boîtes métalliques au-dessus et au-dessous d'une source à impul- sions Ces boîtes sont remplies d'une matière plastique à l'état de mousse pour aider à amortir la composante verticale de l'énergie sismique Les boîtes doivent être commandées à distance depuis la surface De plus, ces boîtes déroulent un cordeau détonant du type "Primacord" qui est utilisé en tant que source. Les deux approches mentionnées ci-dessus utili- sent des dispositifs mécaniques pour tenter de minimiser l'énergie des ondes tubulaires Pour éviter la complexité et le manque de fiabilité de dispositifs actionnés mécaniquement ou pneumatiquement en fond de trou, on a besoin d'un moyen de suppression des ondes tubulaires placé soit dans le trou de la source, soit dans le trou du récepteur, soit dans les deux trous, lequel moyen devrait être peu coûteux, fiable et aisé à mettre en oeuvre. L'invention concerne un procédé et un dispositif pour supprimer des ondes tubulaires dans un trou de sonde. Une matière absorbante, qui présente une compressibilité5 limitée et qui est capable d'absorber des signaux acousti- ques, peut être adaptée pour être placée dans un trou de sonde en un emplacement situé entre le point d'entrée, dans le trou de sonde, des ondes tubulaires qui sont générées par la source, et les détecteurs situés dans le trou de sonde. Lorsqu'une telle matière est déployée dans un trou de sonde, au moment o les ondes tubulaires se déplacent verticalement vers les détecteurs, elles rencontrent la matière absorbante et sont absorbées par celles-ci La matière peut également être adaptée pour être placée dans le trou de sonde de la source, au-dessus et/ou au-dessous de la source. L'invention possède plusieurs particularités qui procurent des avantages par rapport aux dispositifs actuel- lement utilisés L'invention est passive, ne nécessitant aucun cordon ombilical ou dispositif mécanique d'un type quelconque comme c'est le cas des dispositifs des brevets N O 4 858 718 et N O 4 817 755 précités Elle est donc, de par sa nature, plus fiable et très peu coûteuse à utiliser. L'invention peut être conçue de façon à ne comporter aucune pièce métallique pour réduire les effets de résonance des sons la parcourant Des matières non métalliques rendent en outre le dispositif assez léger pour qu'il puisse être aisément mis en place dans le trou de sonde, ce qui diffère aussi des dispositifs décrits dans les brevets précités La possibilité de faire varier le diamètre du dispositif de l'invention en entourant le boîtier du dispositif avec une matière absorbante offre une souplesse qui n'existe pas dans d'autres dispositifs L'invention peut également être exécutée de façon modulaire par le fait que des parties de boîtier contenant des matières absorbantes peuvent être liées les unes aux autres sur toute longueur raisonnable dans une configuration quelconque L'avantage d'ajouter des parties de boîtier permet à une équipe d'ajuster sur mesure la longueur du dispositif à la bande de fréquence dominante dans l'onde tubulaire Plus la fréquence dominante est basse, plus le dispositif doit être long pour amortir l'onde tubulaire. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels: la figure 1 est une vue en coupe transversale de la forme préférée de réalisation utilisant des boules de liège; la figure 2 a est une vue en coupe transversale de la forme préférée de réalisation du dispositif utilisant des disques de liège; la figure 2 b est une vue en coupe de dessus de la forme préférée de réalisation du dispositif utilisant des disques de liège; la figure 3 a est une vue en coupe transversale du bouchon; la figure 3 b est une vue en coupe de dessus du bouchon; la figure 4 a est une vue en coupe transversale de la patte; la figure 4 b est une vue en coupe de dessus de la patte; la figure 5 est un schéma montrant une mise en oeuvre avantageuse du dispositif dans le trou de sonde; la figure 6 est un schéma montrant une mise en oeuvre expérimentale du dispositif; la figure 7 est un graphique montrant les résultats d'une expérience effectuée au moyen du dispositif; la figure 8 est une vue en plan de l'écran utilisé dans la forme de réalisation du dispositif utilisant des boules de liège; et la figure 9 est un schéma d'une forme de réalisa- tion modulaire du dispositif dans le trou de sonde utilisant à la fois des disques de liège et des boules de liège. En référence à la figure 1, une forme préférée de réalisation comprend un boîtier non métallique formé d'une longueur de 6 mètres de tube 22 en polychlorure de vinyle chloré (CPVC) qui renferme des boules de liège 20 Dans cette forme préférée de réalisation, les boîtiers 22 en tube de CPVC présentent eux-mêmes des rangées équidistantes de trous 44 d'un diamètre de 12,7 mètres percés sur la longueur de chaque boîtier pour présenter une matière moins homogène pour la propagation des sons à travers le boîtier Le tube de CPVC (norme 40, qualité 1) est avantageusement utilisé pour sa résistance et ses caractéristiques de tenue aux températures élevées En référence aux figures 4 a et 4 b, une patte 24, fixée à chaque extrémité du boîtier, est réalisée dans cette même matière du type CPVC et permet une fixation à d'autres parties de boîtier Sur la figure 1, des boules 20 de liège sont empilées dans le boîtier 22 Les pattes 24 sont reliées au boîtier par des vis 26 En outre, les pattes ne ferment pas complètement le boîtier, permettant ainsi à un fluide de s'écouler à travers le boîtier et empêchant aussi la pression de s'élever à l'intérieur du boîtier Des bouchons montrés sur les figures 3 a et 3 b peuvent également être utilisés de la même manière que les pattes Cette patte est également utilisée pour fixer un moyen destiné à suspendre le câble dans le trou de sonde Un tel moyen de suspension peut être un câble de suspension comme montré sur la figure 5 La forme de réalisation contenant les boules de liège comporte aussi des écrans 30 destinés à retenir les boules de liège à l'intérieur du boîtier L'extérieur du boîtier est enveloppé ou entouré d'une ou plusieurs feuilles 34 de liège de 3,2 mm pour aider à absorber de l'énergie revenant par réflexion du tubage ou de la paroi du trou de sonde et pour offrir la possibilité d'ajuster le diamètre du dispositif si cela est souhaité Des lests 48 en plomb sont fixés à l'extrémité inférieure du boîtier pour permettre au boîtier de descendre dans un trou de sonde rempli de fluide Ces lests peuvent être réalisés en plomb ou en une matière ayant une masse volumique élevée. Dans une autre forme préférée de réalisation, figure 2, les disques de liège sont réalisés à partir d'un liège pour joints de dilatation, norme fédérale HH-F-341 F, type 2, classe B Ils ont un diamètre de 5 à 10 cm Les disques sont empilés dans le boîtier 22 en tube de CPVC sur la longueur du boîtier Des trous 44 sont également percés sur la longueur du boîtier de même que dans la forme de réalisation à boules de liège Les disques de liège sont empilés sur la longueur du boîtier Dans une autre forme de réalisation, des disques et des boules de liège peuvent occuper ensemble le même boîtier (figure 9) Une patte 24, réalisée en matière du type CPVC, est ensuite fixée à chaque extrémité du boîtier tubulaire par des moyens tels que des vis 26 destinés à fixer les disques à l'intérieur et à être utilisés pour le montage d'un moyen destiné à suspendre le câble dans le trou de sonde Un tel moyen de suspension pourrait être un câble de suspension comme montré sur la figure 5 De plus, des lests 48 sont fixés à l'extrémité inférieure du boîtier pour permettre à ce dernier de des- cendre dans un trou de sonde rempli de fluide Comme indiqué précédemment, ces lests peuvent être réalisés en plomb ou en une matière de masse volumique élevée. En référence à la figure 9, la conception peut être modulaire par le fait que des boîtiers tubulaires contenant une matière absorbante peuvent être liés entre eux sur toute longueur raisonnable dans une configuration quelconque Cependant, en général, le dispositif a une longueur comprise entre 3 et 30 mètres Ceci pourrait être réalisé pour amortir la bande de fréquence dominante de l'onde tubulaire Plus la fréquence dominante est basse, plus le dispositif doit être long pour amortir l'onde tubulaire. Un exemple d'une réalisation modulaire est montré sur la figure 9 sous la forme d'une section de 6 mètres de disques de liège, suivie d'une section de 6 mètres de boules de liège, suivie d'une section de 6 mètres de disques et de boules de liège Chaque section peut être descendue individuellement dans le trou, et les sections peuvent être aisément ajoutées à la tête du puits. Comme mentionné précédemment, le liège 34 situé sur le côté extérieur du dispositif peut être ajouté ou enlevé en couches formées d'une feuille pour ajuster le diamètre extérieur du dispositif afin qu'il corresponde au diamètre d'une paroi de trou de sonde, qui est compris entre 7,5 et 23 cm et qui varie habituelllement de 12,7 à 17,8 cm. Ceci offre la souplesse d'établir un petit espace annulaire entre le suppresseur et la paroi du trou de sonde pour faire descendre le dispositif dans le trou, mais tout en couvrant encore plus de 90 % de la section transversale. Dans toute forme de réalisation de l'invention, le type de matière absorbante peut varier pourvu que cette matière possède l'aptitude à absorber de l'énergie acoustique et ait une compressibilité limitée. Dans une forme de réalisation de l'invention, une matière absorbante compressible et un moyen de détection destiné à détecter des ondes acoustiques peuvent être logés dans un boîtier et placés dans un élément tubulaire L'élé- ment tubulaire peut être l'élément qui contiendra la matière absorbante et le moyen de détection Les éléments peuvent varier d'un trou de sonde réalisé dans la surface de la terre, à un tubage de puits, et à un boîtier pour la matière et les moyens de détection Dans cette forme de réalisation, un moyen de détection tel qu'une série de détecteurs d'ondes acoustiques peut être relié à un moyen de positionnement tel qu'un câble La matière absorbante compressible peut être placée sur le moyen de positionnement en des emplacements qui amèneraient toutes ondes tubulaires à rencontrer la matière absorbante et à être supprimées avant que les ondes soient détectées par les moyens de détection Les moyens de détec- tion, la matière compressible absorbante et les moyens de positionnement peuvent être placés dans un élément tubulaire non métallique qui assure une protection pour les moyens de détection, la matière compressible absorbante et les moyens de positionnement. Une autre forme de réalisation de l'invention utilise une matière absorbante ayant la capacité de conserver sa forme et son intégrité sous des températures et des pressions élevées Il n'est pas nécessaire que cette matière soit placée dans un boîtier avant d'être mise en place dans un trou de sonde La matière de cette forme de réalisation peut se présenter sous la forme de plusieurs amortisseurs acoustiques reliés entre eux Un exemple pourrait être constitué de plusieurs disques de liège ayant été reliés entre eux De plus, un moyen de suspension peut être relié directement à la surface extérieure de la matière Une forme de réalisation modulaire selon l'invention peut être exécutée au moyen de modules de cette matière reliés entre eux. Une autre forme de réalisation de l'invention comprend un procédé pour supprimer des ondes tubulaires dans un trou de sonde Dans ce procédé, une matière ayant une compressibilité limitée et la capacité d'absorber des signaux acoustiques est adaptée pour être placée dans un trou de sonde Cette adaptation est effectuée par une détermination de la forme physique, de la longueur et du diamètre de la matière Un moyen pour suspendre la matière dans le trou de sonde est relié à la matière avant que celle-ci soit mise en place dans le trou de sonde Un moyen de suspension pourrait être un conteneur destiné à maintenir la matière et un câble relié au matériel se trouvant à la surface La matière est placée dans le trou de sonde entre une source ou un récepteur35 et les ondes tubulaires prévues Ce procédé est par- ticulièrement utile avec des flûtes d'hydrophones La matière absorbante peut être reliée autour du câble de la flûte en un emplacement situé entre les hydrophones et toutes ondes tubulaires prévues Un procédé de fixation pourrait consister à entourer le câble avec deux parties de la matière en reliant les deux parties entre elles. Une autre forme de ce procédé comprend une autre étape consistant à déterminer la direction dans laquelle les ondes tubulaires se déplacent dans un trou de sonde Une fois que la direction des ondes tubulaires a été déterminée, la matière peut être placée dans le trou de sonde en un emplace- ment situé entre les récepteurs ou la source et toutes ondes tubulaires prévues Par exemple, s'il est déterminé que les ondes tubulaires montent dans le trou de sonde, la matière pourrait être placée dans le trou de sonde en un emplacement situé au-dessous des récepteurs pour intercepter et supprimer les ondes tubulaires. A la différence des dispositifs de CGG ou de Bolt Technology, ce dispositif suppresseur d'ondes tubulaires ne fait pas appel à une mousse ou à un gaz, qui peuvent être tous deux hautement compressibles On a testé la compres- sibilité des disques de liège à 35 k Pa pendant 1 heure, ce qui représente approximativement la pression maximale dans un trou de sonde à laquelle le suppresseur serait exposé à 3000 mètres Les disques ont présenté une diminution moyenne de diamètre de 12 % immédiatement après l'essai Les boules de liège ont présenté une variation comparable dans les mêmes conditions d'essai Une autre particularité du dispositif est que le fluide du trou de sonde, normalement de l'eau, peut se déplacer librement à travers le dispositif et qu'il n'existe donc aucune pression différentielle sur les parois du boîtier en tube de CPVC Ceci est différent du dispositif de Bolt qui pourrait présenter un défaut de mise sous pression en fond de puits, pouvant provoquer une rupture ou une explosion de la vessie. En plus d'utiliser du liège, on a incorporé une matière nouvelle, appelée "Sorbothane" en tant que matière de suppression Elle présente la consistance d'un caoutchouc très mou et est coulée dans des sections du même type de tube de CPVC que celui utilisé pour le liège Des bouchons, figures 3 a et 3 b, sont utilisés pour obturer le boîtier en tube de CPVC afin de retenir le "Sorbothane" après qu'il a été coulé ou versé dans le tube Une fois que le Sorbothane a pris, les bouchons sont enlevés Le Sorbothane adhère à la surface intérieure du tube et remplit les trous dans les côtés, ce qui rend globalement le Sorbothane moins compres- sible en profondeur De plus, une gamme similaire de matières de la firme Geltech Inc, Newport Beach, Californie, est décrite comme possédant les caractéristiques d'une compres- sibilité limitée et l'aptitude à absorber les signaux acoustiques Ces matières sont désignées "Alpha Gel", "Beta Gel" et "Gamma Gel"; toutes sont des matières à l'état de gel solide, très mou, qui sont actuellement utilisées pour l'amortissement acoustique et l'isolation des vibrations Ces matières sont nouvelles par le fait qu'elles présentent de remarquables propriétés d'amortissement, mais n'ont pas encore été utilisées pour la suppression d'ondes tubulaires. Les dispositifs utilisant du liège et la matière du type Sorbothane décrits ci-dessus ont été construits et essayés sur le terrain La figure 5 montre une mise en oeuvre préférée du dispositif Le montage expérimental de la figure 6 présente trois hydrophones 1, 2, 3 espacés de façon égale dans le trou de sonde au-dessus du suppresseur et trois hydrophones 4, 5, 6 situés au-dessous du suppresseur, une source à la dynamite étant placée dans un puits adjacent La figure 7 montre les résultats des essais pour un suppresseur à disques de liège et un suppresseur à la matière du type Sorbothane. La configuration à disques de liège de 12 mètres, qui est la forme préférée de réalisation, a donné l'affai- il blissement le plus général Elle a supprimé plus de 95 % des ondes tubulaires sur la gamme de fréquences de 25 Hz à 150 Hz Les sections en Sorbothane de 5,4 mètres se sont très bien comportées pour des fréquences de 100 Hz à 175 Hz avec une réduction de l'énergie des ondes tubulaires de plus de %. Le dispositif de l'invention procure des avan- tages notables sur les dispositifs actuels Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au10 dispositif décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Dispositif de suppression d'ondes acoustiques destiné à supprimer des ondes tubulaires, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens définissant un trou de sonde ayant une paroi intérieure, une matière solide compressible et absorbante ( 20, 21) ayant une surface extérieure destinée à être placée dans le trou de sonde pour supprimer les ondes tubulaires, et des moyens ( 24) reliés à la surface extérieure de la matière pour suspendre cette dernière dans le trou de sonde. 2 Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce qu'il comporte plusieurs amortisseurs acousti- ques ( 20, 21) comprenant la matière compressible et absorbante qui possède une compressibilité limitée. 3 Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce qu'il comporte plusieurs sections modulaires de forme globalement tubulaire formées de cette matière compres- sible et absorbante, qui sont liées les unes aux autres et qui constituent la matière compressible et absorbante. 4 Dispositif de suppression d'ondes acoustiques destiné à supprimer des ondes tubulaires dans un trou de sonde, caractérisé en ce qu'il comporte un boîtier tubulaire non métallique ( 22) destiné à contenir une matière compres- sible absorbante et ayant une surface extérieure et deux extrémités, une matière solide compressible et absorbante ( 20, 21) contenue dans le boîtier et destinée à absorber des ondes tubulaires, et des moyens ( 24) reliés à la surface extérieure du boîtier pour suspendre dans un trou de sonde la matière compressible et absorbante contenue dans le boîtier. 5 Dispositif selon la revendication 4, carac- térisé en ce que le boîtier est formé d'une matière capable de conserver sa forme et son intégrité et capable de réduire la compressibilité de la matière absorbante sous des tempéra- tures et des pressions élevées. 6 Dispositif selon la revendication 4, carac- térisé en ce que le boîtier est perforé de façon à présenter une matière moins homogène à la propagation d'ondes tubu- laires à travers le boîtier. 7 Dispositif selon la revendication 4, carac- térisé en ce qu'il comporte en outre une matière absorbante solide ( 34) recouvrant la surface extérieure du boîtier pour réduire la propagation d'ondes tubulaires entre le boîtier non métallique et la paroi du trou de sonde. 8 Dispositif selon la revendication 4, carac- térisé en ce que le boîtier destiné à contenir la matière absorbante comprend plusieurs sections de boîtier modulaires de forme globalement tubulaire qui sont liées entre elles. 9 Dispositif selon la revendication 8, carac- térisé en ce qu'il comporte en outre une matière solide absorbante ( 34) recouvrant la surface extérieure du boîtier pour réduire la propagation d'ondes tubulaires entre le boîtier non métallique et la paroi du trou de sonde. Dispositif de suppression d'ondes tubulaires en fond de trou, caractérisé en ce qu'il comporte un boîtier non métallique perforé ( 22) ayant une surface extérieure et traversé par une lumière longitudinale, une matière solide compressible ( 20, 21) placée dans la lumière du boîtier pour absorber des ondes tubulaires, une matière compressible solide ( 34) recouvrant la surface extérieure du boîtier, et des moyens ( 24) reliés à la surface extérieure du boîtier pour suspendre ce dernier dans le trou de sonde. 11 Procédé pour supprimer des ondes tubulaires dans un trou de sonde, caractérisé en ce qu'il consiste à choisir une matière ( 20, 21) ayant une compressibilité limitée et la capacité d'absorber des signaux acoustiques, pour la placer dans un trou de sonde, à relier à la matière un moyen ( 24) destiné à suspendre la matière dans le trou de sonde, et à placer la matière dans le trou de sonde en un emplacement situé entre au moins un récepteur et toutes ondes tubulaires prévues. 12 Procédé selon la revendication 11, carac- térisé en ce qu'il consiste en outre à positionner la matière dans le trou de sonde en un emplacement proche d'une source et dans une direction dans laquelle toutes ondes tubulaires prévues parcoureraient le trou de sonde. 13 Procédé selon la revendication 11, carac- térisé en ce qu'il consiste en outre à déterminer la direc- tion dans laquelle toutes ondes tubulaires prévues par- coureraient le trou de sonde. 14 Procédé selon la revendication 13, carac- térisé en ce qu'il consiste en outre à placer la matière dans le trou de sonde en un emplacement proche d'une source et dans une direction dans laquelle toutes ondes tubulaires prévues parcoureraient le trou de sonde. Dispositif de suppression d'ondes acoustiques destiné à supprimer des ondes tubulaires, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen de détection destiné à détecter des ondes acoustiques et destiné à être placé dans un élément tubulaire ( 22), des moyens de positionnement ( 30) reliés au moyen de détection pour le positionner dans l'élément tubulaire, et une matière solide compressible ( 20, 21) reliée au moyen de positionnement en un emplacement tel que, lorsque le moyen de positionnement est placé dans l'élément tubu- laire, la matière compressible et solide se trouve entre le moyen de détection et les ondes tubulaires que l'on souhaite supprimer. 16 Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un élément tubu- laire contenant le moyen de détection, le moyen de suspension et la matière solide compressible. 17 Dispositif selon la revendication 16, caractérisé en ce que l'élément tubulaire est formé d'une matière du type polymère pouvant être enroulée sur un serpentin à courant hydraulique. 18 Dispositif selon la revendication 16, caractérisé en ce que l'élément tubulaire est un trou de sonde.