Brevet FR2723783A1 — publié le 19960223

i 2723783 L'invention concerne un système à capteurs intégrés pour des mesures souterraines. Elle concerne plus particulièrement des mesures géométriques destinées à déterminer la forme et le volume des creux et/ou des cavités souterrains à des profondeurs allant jusqu'à 2500 mètres, avec des pressions allant jusqu'à 300 bars. Il est connu, pour procéder à de telles mesures souterraines, d'utiliser des sondes introduites dans le trou de forage à l'aide d'un câble armé d'acier. La précision des mesures est essentiellement fonction de la structure et de la disposition des capteurs, d'une part, et de leur accouplement rigide et de la combinaison dans le système global, d'autre part. L'invention a pour objet de proposer un système à capteurs, satisfaisant aux problèmes et aux exigences rencontrés lors de l'exploitation, qui est introduit par l'intermédiaire d'un câble dans le trou de forage d'une profondeur allant jusqu'à 2500 mètres, avec des fluides de remplissage variables, tels que saumure, eau, gaz, pétrole, etc. L'invention a aussi pour objet de proposer un tel système à capteurs qui réalise avec précision une mesure souterraine incorporant des données d'alignement en site. Selon l'invention le système à capteurs intégrés, pour mesurer les dimensions géométriques de creux et cavités souterrains, se caractérise en ce qu'il comprend un support de capteurs inférieur amovible comprenant des capteurs orientés horizontalement et des capteurs orientés verticalement, un support supérieur portant des capteurs, un arbre, et un moyen d'entraînement pour commander la rotation du dit arbre, et un support intermédiaire couplé au dessous du dit support supérieur et entraîné en rotation par le dit arbre, le dit support intermédiaire portant un système d'orientation pour contrôler l'alignement en site des capteurs ainsi qu'un joint pivotant, un moyen d'entraînement en pivotement et un capteur d'inclinaison 2 2723783 disposé à l'extrémité inférieure du support intermédiaire, un joint résistant à la pression disposé entre les dits supports supérieur et intermédiaire, et un dispositif de jonction rapide, résistant à la pression, qui relie le dit joint pivotant au dit support inférieur de capteurs de façon que le dit support inférieur de capteurs soit rigidement relié au joint pivotant. Pour bien faire comprendre l'invention on en décrira ci-après, à titre d'exemple sans caractère limitatif, une forme d'exécution préférée en référence au dessin schématique annexé dans lequel la figure unique est une vue en élévation de côté d'un système de mesure selon l'invention. Le système à capteurs comprend, à l'intérieur d'un carter inférieur, un support de capteurs i amovible équipé de capteurs orientés dans le sens horizontal et dans le sens vertical. Le support de cateurs 1 est relié rigidement, par l'intermédiaire d'un assemblage rapide 2, résistant à la pression, à un joint pivotant 4. Un moteur de basculement 5 télécommandé fait tourner le joint pivotant sur 90 degrés. Un capteur d'inclinaison 3 procure des données de retour au moteur pour surveiller et régler de façon appropriée l'angle du joint pivotant 4. Le capteur d'inclinaison 3 et le joint pivotant 4 sont disposés à la partie inférieure d'un carter intermédiaire dans lequel est aussi logé un système d'orientation 6, 7 qui assure la surveillance de l'orientation des capteurs 1 et 3 en fonction de l'angle de site. Le système d'orientation 6, 7 est relié rigidement aux éléments 1 à 5. La tête de mesure du système est reliée rigidement, par l'intermédiaire d'un moteur de rotation télécommandé 10, au carter intermédiaire. Un joint résistant à la pression entoure un arbre d'entraînement 8, lequel est entraîné en rotation par le moteur 10. Le capteur d'inclinaison 3 saisit, en cas de guidage partiel de la partie supérieure de la sonde par le trou ou par la tubulure de forage, l'inclinaison correspondante en fonction du site par rapport au support de capteurs 1 et transmet ces valeurs pour assurer leur attribution à chaque direction de mesure. Le capteur d'inclinaison 3 est utilisé pour assurer la commande et la régulation sans jeu du moteur de basculement 5. Le capteur d'inclinaison 3 saisit le décalage du centre de gravité provoqué par le basculement du support de capteurs 1 et la déviation de la disposition globale produite par ce décalage, cette déviation étant également utilisée pour la correction de basculement et/ou pour l'attribution des valeurs du support de capteurs 1. Le support de capteurs 1 peut être remplacé au moyen d'un accouplement rapide 2 comprenant des fixations tout en maintenant l'accouplement rigide avec le système à capteurs pour adapter le système aux différentes fonctions requises. Un ou plusieurs systèmes d'orientation de site 6 et 7 peuvent être utilisés pour assurer la commande, la surveillance et, par l'accouplement rigide, l'asservissement sans jeu du système à capteurs. La désignation "système d'orientation en site" implique tous les systèmes actuels et futurs disponibles sur le marché. Les unités électroniques relatives aux capteurs sont disposées dans les zones 1 à 7. Un système à capteurs 9 saisit les accélérations de rotation produites par l'asservissement des ensembles 1 à 8 en suspension libre par le câble 11. Il détecte aussi le décalage du centre de gravité du support de capteurs 1 par basculement et compense ce dernier par des systèmes appropriés (systèmes à gyroscope, contrepoids ajustés etc.). L'asservissement et l'adaptation des capteurs montés sur le support, par rapport à 4 2723783 l'environnement, est assuré par des moyens électroniques, mécaniques et par des moyens de mesure. Alors que le carter supérieur est directement fixé au câble 11, les carters intermédiaire et inférieur peuvent être entraînés en rotation ensemble, par l'arbre d'entraînement 8. Le système d'orientation 6, 7, à l'intérieur du carter intermédiaire, détermine alors l'alignement en site qui suit une rotation contrôlée. Le support de capteurs 1 peut alors subir un pivotement par le moteur 5 pour effectuer une mesure verticale à 90 selon n'importe quel alignement en site, c'est-à-dire horizontalement sur 360 . On comprendra que la description ci-dessus a été donnée à simple titre d'exemple, sans caractère limitatif, et que des adjonctions ou des modifications contructives pourraient y être apportées sans sortir du cadre de l'invention. 2723783 REVENDICATIONS. 1. Système à capteurs intégrés pour mesurer les dimensions géométriques de creux et cavités souterrains, caractérisé en ce qu'il comprend un support de capteurs inférieur (1) amovible comprenant des capteurs orientés horizontalement et des capteurs orientés verticalement, un support supérieur portant des capteurs (9), un arbre, (8) et un moyen d'entraînement (10) pour commander la rotation du dit arbre (8), et un support intermédiaire couplé au dessous du dit support supérieur et entraîné en rotation par le dit arbre (8), le dit support intermédiaire portant un système d'orientation (6, 7) pour contrôler l'alignement en site des capteurs, ainsi qu'un joint pivotant (4), un moyen d'entraînement en pivotement (5) et un capteur d'inclinaison (3) disposé à l'extrémité inférieure du support intermédiaire, un joint résistant à la pression disposé entre les dits supports supérieur et intermédiaire, et un dispositif de jonction rapide (2), résistant à la pression, qui relie le dit joint pivotant (4) au dit support inférieur de capteurs (1) de façon que le dit support inférieur de capteurs (1) soit rigidement relié au joint pivotant (4). 2. Système à capteurs selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur d'inclinaison (3) est fixé rigidement au support de capteurs (1) et est en alignement avec lui, de manière à pouvoir attribuer les valeurs de mesure à chaque direction de mesure. 3. Système à capteurs selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur d'inclinaison (3) saisit, en cas de guidage partiel de la zone supérieure de système à travers le trou et/ou tuyau de forage, l'inclinaison correspondante en fonction de l'angle de site par rapport au support de capteurs (1) et en ce qu'il transmet ces valeurs de mesure pour assurer leur attribution à la direction de mesure. 4. Système à capteurs selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur d'inclinaison (3) 6 2723783 assure une commande et une régulation sans jeu du moteur de basculement (5). 5. Système à capteurs selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur d'inclinaison (3) saisit un décalage du centre de gravité causé par le basculement du support inférieur de capteurs (1) et la déviation du système provoquée par ce décalage, ces valeurs étant utilisées pour effectuer la correction des basculements du support inférieur de capteurs (1). 6. Système à capteurs selon la revendication 1, caractérisé en ce que le support inférieur de capteurs (1) peut être remplacé, au moyen d'un accouplement rapide, en maintenant l'accouplement rigide avec le système à capteurs pour adapter ce dernier aux fonctions requises. rigide, l'asservissement sans jeu du système à capteurs. 8. Système à capteurs selon la revendication 1, caractérisé en ce que les unités électroniques relatives aux capteurs sont attribuées localement aux différentes zones (1 à 7). 9. Système à capteurs selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système est librement suspendu à un câble (11), les dits capteurs (9) portés par le support supérieur détectent une accélération de rotation due à la rotation contrôlée du support intermédiaire, en ce que le dispositif comprend un système de conpensation et en ce qu'un décalage du centre de gravité dû au basculement du système est compensé par le dit système de compensation, constitués par exemple par des systèmes à gyroscope, par des contrepoids ajustés et similaires. 10. système à capteurs selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'asservissement et l'adaptation des capteurs montés sur le support de 1 7 2723783 capteurs (1) sont assurés, en fonction des effets de l'environnement, par des moyens électroniques, mécaniques et de mesure. à s