Brevet FR2730005A1 — publié le 19960802

La présente invention concerne une sonde inclinométrique destinée à mesurer l'inclinaison des différentes parties d'un puits et notamment d'un puits de forage. Les sondes inclinométriques utilisées, notamment en génie civil, sont habituellement de deux types, à savoir d'un premier type, dit torpille inclinométrique, qui est constitué d'un module inclinométrique que l'on descend dans un puits de façon à constituer, de proche en proche, la déformée dudit puits, et d'un second type, constitué d'un train de modules inclinométriques, qui sont réunis bout à bout, et qui sont introduits dans un forage pour y demeurer en permanence et permettre d'assurer ainsi le contrôle de sa déformation dans le temps. Les modules constituant les différents types de sondes sont introduits dans un tube inclinométrique qui est scellé dans le forage à contrôler ou à surveiller. Ils sont guidés dans le tube inclinométrique par des galets, qui prennent appui dans des rainures longitudinales prévues dans celui-ci. Les modules sont reliés à des moyens de lecture et d'enregistrement, disposés en surface. Avec les torpilles inclinométriques, les mesures se font point par point, en fonction de la position du module dans le tube inclinométrique, si bien qu'en déplaçant la sonde dans ce dernier et en procédant par intégration, on est en mesure d'établir la déformée du forage à un instant donné. On peut ainsi en effectuant régulièrement des relevés, suivre l'évolution dans le temps de la forme du puits. Dans les trains de modules inclinométriques permanents chacun des modules inclinométriques utilisé est habituellement relié aux moyens de lecture et d'enregistrement par des câbles de liaison électrique propres, si bien que ces câbles sont contraints de passer entre la paroi externe de chaque module et la paroi interne du tube inclinométrique. Une telle disposition restreint le nombre de modules inclinométriques utilisables en raison de l'espace limité utilisé pour le passage. Par ailleurs, l'existence de câbles de liaison entre la face interne du tube inclinométrique et les modules est source de problèmes de fonctionnement en raison d'une part des risques de coincement des modules par les câbles de liaison et, d'autre part, des risques de détérioration des câbles par les modules eux mêmes, au cours de leur déplacement. La présente invention a pour but de proposer une sonde inclinométrique de type permanent, susceptible d'éviter les coincements dans le puits, qui est constituée d'un nombre quelconque de modules interchangeables, chaque module étant en mesure de réaliser des mesures de paramètres physiques différents, cette sonde ne possédant aucun câble externe de liaison entre ses différents modules. La présente invention a ainsi pour objet une sonde inclinométrique, de forme externe globalement cylindrique, constituée d'une série de modules de mesure, qui sont liés bout à bout et qui sont destinés à être introduits dans un tube inclinométrique, caractérisée en ce que chacun des modules est lié aux modules qui lui sont adjacents d'une part mécaniquement par une liaison articulée, cette liaison étant traversée, dans le sens longitudinal, par un passage, et d'autre part par au moins une ligne de communication qui emprunte le susdit passage. Dans un mode de mise en oeuvre de l'invention la liaison articulée est de type cardan. Dans un autre mode de mise en oeuvre de l'invention la ligne de communication est du type bus et est notamment constituée par une ligne électrique. Dans un autre mode de mise en oeuvre de l'invention chacun des modules comporte des moyens de guidage rétractables constitués de deux bras articulés, diamétralement opposés, qui, lorsque les modules sont dans le tube inclinométrique, sont appliqués dans des rainures de guidage diamétralement opposées de celui-ci. Dans une variante de ce mode de mise en oeuvre de 1 invention les bras de guidage sont articulés autour d'un axe amont, la longueur de chaque bras étant telle, qu'en position de guidage, le bras forme un angle d'environ 30 par rapport à l'axe longitudinal du module, et présente une forme de V renversé. On décrira ci-après, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de la présente invention, en référence au dessin annexé sur lequel La figure 1 est une vue en coupe axiale et longitudinale d'une sonde inclinométrique suivant l'invention représentée en position de mesure dans un puits de forage. La figure 2 est une vue de détail à plus grande échelle, en coupe axiale et longitudinale, d'un module inclinométrique de la sonde représentée sur la figure 1, dont l'un des bras de guidage est représenté en position repliée, et l'autre bras de guidage est représenté en position déployée, ou position de guidage. La figure 3 est une vue en coupe transversale suivant la ligne III-III du module inclinométrique représenté sur la figure 2. La figure 4 est une vue schématique en coupe axiale et longitudinale d'une variante de mise en oeuvre de l'invention, montrant les moyens d'articulation des bras de guidage. On a représenté sur la figure 1 un forage 1 dont on souhaite contrôler les déformations dans le temps, à l'intérieur duquel on a scellé un tube inclinométrique 3. A l'intérieur du tube 3 on a introduit une sonde suivant l'invention. Cette sonde est constituée, dans le mode de mise en oeuvre illustré sur les figures, d'un élément de tête 5 et d'une série de modules inclinométriques 7, dont deux seulement sont représentés, d'un élément terminal 9 et d'un élément poids 11. L'élément de tête 5 est pourvu de moyens d'accrochage, non représentés sur le dessin, et d'une ligne 4 assurant sa liaison électrique avec des moyens d'analyse 6, disposés à l'extérieur du forage 1. Les modules inclinométriques 7 et l'élément terminal 9 sont reliés électriquement à l'élément de tête 5 ainsi qu' exposé ci-après. Comme représenté sur la vue de détail de la figure 2, les modules 7 sont constitués d'éléments cylindriques creux qui sont mécaniquement reliés bout à bout les uns aux autres par des moyens d'articulation de type cardan. A cet effet les extrémités amont et aval de chaque module 7 sont usinées de façon à former chacune une paire de branches opposées d'une fourche, à savoir respectivement des branches amont 13a et des branches aval 13b. Les branches 13a et 13b sont décalées angulairement de 90 , de façon à pouvoir recevoir entre elles, un élément cubique 15. Les branches amont et aval 13a, 13b d'un module 7 s'articulent ainsi respectivement autour d'axes 14a, 14b perpendiculaires à deux faces adjacentes de l'élément cubique 15, de façon à constituer, de façon connue, une articulation à cardan.L'élément cubique 15 est, suivant 1 invention, traversé par un passage longitudinal 17. Chacun des modules 7 est creusé d'une cavité interne 19, à l'intérieur de laquelle est disposé un capteur de mesure 21, tel que notamment un inclinomètre. Chaque capteur 21 comporte une borne d'entrée 23 et une borne de sortie 25. La borne de sortie 25 d'un capteur amont est réunie à la borne d'entrée 23 d'un capteur aval d'un module adjacent, par une ligne de communication 27 qui traverse le passage 17 de l'élément cubique 15 de la liaison à cardan. Ainsi, deux modules 7 adjacents sont libres de s'orienter l'un par rapport à l'autre suivant deux degrés de liberté, ce qui d'une part facilite la mise en place de la sonde et d'autre part, dans le cas d'une sonde restant en permanence dans un tube inclinométrique 3, évite à la sonde de se coincer dans ce dernier, dans le cas de mouvements de terrain importants, et permet également de suivre et mesurer les mouvements de terrain dans n'importe quelle direction. Des moyens d'étanchéité 28 sont prévus entre la ligne de liaison 27 et le module 7. Bien entendu chacun des modules inclinométriques pourra recevoir plusieurs capteurs et notamment des capteurs de types différents. Chaque module 7 comporte des moyens destinés à assurer son guidage dans le tube inclinométrique 3. Suivant l'invention, ces moyens de guidage sont constitués de deux bras 31 qui sont terminés à leur partie amont par un méplat 33. Sur la figure 2, on a représenté l'un des bras 31 (le bras gauche) en position déployée, ou position de guidage, et l'autre bras 31 (le bras droit) en position repliée. Comme représenté sur les figures 2 et 3, les tubes inclinométriques 3 sont habituellement pourvus de quatre rainures internes de guidage longitudinales 37 disposées à angle droit les unes par rapport aux autres. Chaque méplat 33 prend place dans un logement 35 creusé dans le module 7, à proximité de l'extrémité aval de celui-ci, où il est articulé autour d'un axe 36 perpendiculaire à l'axe longitudinal yy' du module 7. Des moyens élastiques, non représentés sur le dessin, agissent sur les bras 31 pour les faire passer de la position repliée, dans laquelle ils sont sensiblement appliqués contre le flanc du module 7, à une position déployée, dans laquelle chacune de leurs extrémités libres est appliquée dans le fond de la rainure de guidage 37. Chaque méplat 33 étant disposé à l'extrémité amont des bras de guidage 31, ces derniers ont la forme d'un V renversé lorsqu'ils sont en position déployée ou position de guidage. Une telle disposition est intéressante en ce qu'elle permet de retirer facilement la sonde du tube inclinométrique 3, même lorsque celui-ci a subi des déformations importantes. Dans un mode de mise en oeuvre de l'invention, la longueur des bras 31 et la disposition de leur axe d'articulation 36 sont telles que, lorsqu'ils sont, en position de guidage, en contact avec le tube inclinométrique 3, une ligne AA joignant leur points de contact avec le tube inclinométrique 3 passe par le centre d'articulation 0 du cardan. Dans un autre mode de mise en oeuvre de l'invention, la partie supérieure du module inclinométrique 7 est constituée de deux éléments, à savoir une tête 16a et un tube 16b. Le tube 16b est encastré sur une réserve circulaire 16c creusée à la base de la tête 16a sur laquelle il est fixé au moyen de quatre vis 18 diamétralement opposées, vissés dans quatre trous filetés correspondants 22 de la tête 16a. I1 est ainsi possible de faire tourner la tête 16a de quatre vingt dix degrés autour de son axe longitudinal yy', par rapport au tube 16b de façon que les plans des bras 31 de deux modules adjacents puissent être orientés perpendiculairement l'un à l'autre. Une telle disposition est intéressante dans certaines configurations de puits où elle assure un meilleur positionnement des modules par rapport au tube inclinométrique 3. La ligne de communication peut être constituée d'une ligne électrique mais également d'une ligne de transmission de données par voie optique et notamment par fibres optiques. La sonde suivant l'invention, en autorisant le passage de la ligne de communication reliant des modules consécutifs à travers ces derniers, favorise particulièrement la mise en place d'une ligne de bus, ce qui permet de mettre en oeuvre facilement, dans les sondes de ce type, des dispositifs capteurs spécifiques autres que des inclinomètres, tels que par exemple des capteurs de pression ou de température. De plus, il est possible de disposer des modules équipés de capteurs spécifiques différents ou non en tout point d'une chaîne de modules. On a représenté sur la figure 4 une variante de mise en oeuvre de l'invention dans laquelle les bras de guidage 31 sont articulés autour d'un même axe 36' perpendiculaire à l'axe longitudinal yy' du module 7. Les deux bras 31 sont sollicités par un ressort 39 qui les applique contre le fond de la rainure 37 du tube inclinométrique 3. Un tel dispositif assure un autocentrage de chacun des modules inclinométriques 7. REVENDICATIONS 1. Sonde inclinométrique, de forme externe globalement cylindrique, constituée d'une série de modules (7) de mesure qui sont liés bout à bout et qui sont destinés à être introduits dans un tube inclinométrique (3), caractérisée en ce que chacun des modules (7) est lié aux modules (7) qui lui sont adjacents d'une part mécaniquement par une liaison articulée, cette liaison étant traversée, dans le sens longitudinal, par un passage (17), et d'autre part par au moins une ligne de communication (27) qui emprunte le susdit passage (17). 2. Sonde suivant la revendication 1 caractérisée en ce que la liaison articulée est de type cardan. 3. Sonde suivant l'une des revendications 1 ou 2 caractérisée en ce que la ligne de communication (27) est du type bus. 4. Sonde suivant l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que chacun des modules (7) comporte des moyens de guidage comprenant deux bras (31) articulés à l'une de leurs extrémités et dont l'autre extrémité est appliquée par des moyens élastiques en position de guidage dans des rainures de guidage (37) diamétralement opposées du tube inclinométrique (3). 5. Sonde suivant la revendication 4 caractérisée en ce que les bras de guidage (31) sont articulés autour d'un axe amont (36), la longueur de chaque bras (31) étant telle, qu'en position de guidage, chaque bras (31) forme un angle d'environ 30 par rapport à l'axe longitudinal (yy') du module (7), et présente une forme de V renversé. 6. Sonde suivant la revendication 5 caractérisée en ce que les deux bras de guidage sont articulés autour d'un axe commun (36'). 7. Sonde suivant l'une des revendications 4 à 6 caractérisée en ce que, en position de guidage, les points de contact des bras de guidage (31) avec le tube inclinométrique (3) et le centre (0) de la liaison articulée sont alignés. 8. Sonde suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que chaque module (7) comporte des moyens permettant d'orienter l'une par rapport à l'autre chacune de ses extrémités autour de son axe longitudinal (yy'). 9. Sonde suivant l'une quelconque des revendications 3 à 8 caractérisée en ce que le module aval est réuni à un élément terminal (9) qui comporte des moyens de connexion permettant de fermer la ligne de bus. 10. Sonde suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que la sonde est terminée à sa partie aval, ou inférieure, par un élément poids (11).