Brevet FR2742872A1 — publié le 19970627

La présente invention concerne une sonde magnétométrique de type triaxial. On sait que, pour effectuer certaines mesures magnétométriques dans des forages, on utilise des sondes de forme cylindrique qui sont déplacées dans ces derniers et qui, en conséquence, doivent posséder un diamètre particulièrement réduit. La mise en oeuvre, dans de telles sondes, d'éléments récepteurs triaxaux pose des problèmes techniques de réalisation particulièrement ardus. On a proposé, dans l'état antérieur de la technique, de réaliser des récepteurs magnétométriques triaxaux essentiellement constitués de deux cadres métalliques allongés dans le sens longitudinal de la sonde, qui sont disposés dans des plans perpendiculaires et qui permettent de réaliser des mesures suivant deux axes orthogonaux. Au centre de ces deux cadres métalliques on dispose un solénoïde, à l'aide duquel on effectue une mesure suivant un troisième axe orthogonal aux deux premiers, à savoir l'axe longitudinal de la sonde. Dans les sondes de ce type, on est habituellement confronté à des contraintes de mise en oeuvre apparemment contradictoires. En effet, la qualité de la réception du signal par les deux cadres métalliques orthogonaux est fonction du volume des branches des cadres longitudinaux, de l'éloignement entre elles des branches de ces cadres, de leur éloignement avec le solénoïde central et du diamètre de celui-ci. Or, le choix d'une valeur optimale de ces différents paramètres a pour effet de donner à la sonde un diamètre interne tel qu'il ne pourrait être introduit dans la majorité des forages. Les valeurs de chacun de ces paramètres résultent en conséquence d'une série de compromis. C'est pourquoi, afin d'augmenter la section droite des branches longitudinales des cadres, on est contraint d'étendre l'épaisseur de celles-ci en direction de l'axe de la sonde. Cette extension est limitée par la présence du solénoïde de mesure axiale qui contraint de réserver entre chaque surface interne du cadre et ce solénoïde une distance suffisante permettant d'éviter les couplages électromagnétiques entre les cadres et le solénoïde central. La présente invention a pour but de proposer une forme optimisée particulière de la section droite de chacune des branches des cadres de mesure. Par ailleurs les sondes de mesure de ce type comportent une série de modules électroniques destinés à piloter les capteurs. Aussi bien pour faciliter la maintenance de ces modules électroniques que pour assurer la fiabilité de leurs mesures, il est important qu'ils soient solidement maintenus dans le corps de la sonde. La présente invention a ainsi également pour but de proposer un moyen permettant d'assurer, de façon simple et peu onéreuse une solidarisation des modules électroniques avec les capteurs de façon que, même après le retrait de ceux-ci du corps de la sonde, les modules restent liés aux capteurs, ce qui a pour effet de prévenir la destruction des moyens de liaison entre modules et capteurs et de permettre une intervention facile, aussi bien sur le capteur que sur les modules. La présente invention a ainsi pour objet une sonde magnétométrique triaxiale cylindrique destinée à prendre place dans un corps de sonde cylindrique tubulaire comprenant deux cadres rectangulaires sensiblement identiques dont les plans sont perpendiculaires, et au centre desquels est disposé, suivant leur axe longitudinal, un solénoïde récepteur, caractérisée en ce que - chaque cadre rectangulaire est constitué de deux branches longitudinales, respectivement réunies, au voisinage de leurs extrémités, par une branche transversale l'une de ces branches formant avec les branches longitudinales une pièce unique, et l'autre branche étant amovible, - la section droite de chacune des deux branches longitudinales est telle que la ligne définissant la surface externe de chacune des deux branches longitudinales est en forme d'arc de cercle.De préférence, le diamètre dudit arc de cercle est voisin de celui du diamètre interne du corps de sonde tubulaire. Dans un mode de mise en oeuvre de l'invention les branches longitudinales des cadres se prolongent, au-delà d'une branche transversale, par un élément support qui est destiné à assurer le maintien de modules, notamment de modules électroniques, disposés dans le prolongement des cadres orthogonaux. Dans un autre mode de mise en oeuvre de l'invention, les cadres sont supportés par un noyau central cylindrique amagnétique, qui est creusé de rainures externes longitudinales dans lesquelles sont encastrées les branches longitudinales des cadres et d'une cavité centrale et longitudinale dans laquelle est logé ledit solénoïde. Dans une variante de mise en oeuvre de l'invention, le noyau support est constitué de deux demi-noyaux encastrables l'un dans l'autre. On décrira ci-après, à titre d'exemples non limitatifs, diverses formes d'exécution de la présente invention, en référence aux dessins annexés sur lesquels La figure 1 est une vue en coupe axiale et longitudinale d'une sonde suivant l'invention destinée à effectuer des mesures magnétométriques. La figure 2 est une vue en coupe transversale suivant la ligne II-II, du dispositif représenté sur la figure 1. La figure 2a est une vue en coupe transversale d'une branche d'un cadre de la sonde représentée sur les figures l et 2. La figure 3 est une vue en perspective du noyau support de cadres de la sonde suivant l'invention. La figure 4 est une vue en plan d'un cadre assurant le maintien d'un module électronique. La figure 5 est une vue de face du cadre et du module électronique représenté sur la figure 4. La figure 6 est une vue en coupe suivant la ligne VI-VI de la sonde représentée sur la figure 5. La figure 7 est une vue en coupe suivant la ligne VII VII de la sonde représentée sur la figure 5. On a représenté sur les figures l à 3 une sonde suivant l'invention destinée à prendre place dans une enveloppe l formée d'un élément tubulaire cylindrique. La sonde est constituée d'un noyau support cylindrique 2 à l'intérieur duquel est disposé un solénoïde axial 4. Ce noyau 2 assure le maintien de deux cadres longitudinaux rectangulaires 3 et 3' dont les plans sont orthogonaux. Le noyau support cylindrique 2 est creusé d'une cavité cylindrique centrale et longitudinale à l'intérieur de laquelle est disposé le solénoïde 4 qui constitue un capteur longitudinal effectuant une mesure dans une direction orthogonale à celle effectuée par chacun des cadres 3 et 3'. Les cadres 3 et 3' et le solénoïde 4 sont positionnés de façon que leurs centres soient confondus. Afin de faciliter la mise en place du solénoïde 4, comme représenté sur la figure 3, le noyau support 2 peut être réalisé en deux parties 2a et 2b. La partie 2a comporte un manchon il, qui prend place à coulissement dans un logement cylindrique de dimensions correspondantes 12 de la partie 2b, et quatre rainures longitudinales, diamétralement opposées deux à deux, 5,5' dont les plans de symétrie radiaux sont orthogonaux. Deux rainures opposées 5 du noyau 2 sont réunies, à une extrémité de celui-ci, par une rainure diamétrale 7 et les deux autres rainures longitudinales opposées 5' sont réunies, à l'autre extrémité du noyau 2, par une seconde rainure diamétrale 7', si bien que ces rainures diamétrales 7 et 7' se trouvent situées dans des plans orthogonaux. Chacun des cadres 3,3' est formé d'un premier élément en forme de U, constitué de deux branches longitudinales 8,8' réunies à l'une de leurs extrémités par une branche transversale 9,9' qui fait corps avec ces dernières, soit que les trois branches soient usinées dans la masse ou qu'elles soient soudées. Comme représenté sur la figure 2a, la section droite de chacune des branches 8,8' est telle que la ligne 9 définissant la surface externe de celles-ci est en forme d'arc de cercle. De préférence le diamètre D de cet arc de cercle est égal au diamètre interne du corps de sonde 1. Les extrémités libres des branches longitudinales 8,8' sont réunies à une distance d de leurs autres extrémités par une seconde branche transversale amovible 10,10' maintenue sur les branches longitudinales 8,8' par des vis 14. Les branches longitudinales 8,8' des cadres 3,3' prennent place dans les rainures longitudinales 5,5' correspondantes du noyau support 2 et les branches transversales fixes 9,9' prennent place dans les rainures diamétrales 7,7'. Les branches longitudinales 8,8' ont une longueur supérieure à celle du noyau support 2, si bien qu'elles dépassent de celui-ci d'une longueur E. On dispose autour des branches transversales amovibles 10,10' des bobines cylindriques 16,16', constituées d'un matériau isolant, qui comportent chacune une rainure centrale annulaire 17,17' qui sert de support à un bobinage 19,19' formé d'un nombre de spires N déterminé qui est fonction des caractéristiques techniques que l'on veut conférer à chacun des cadres. Chacune des branches longitudinales 8,8' des cadres se prolonge au-delà de la branche transversale amovible 10,10' par une portion support 21. Cette portion support sert à assurer le maintien d'un boîtier 23 qui est disposé dans le prolongement du noyau support cylindrique 2, et qui est destiné à supporter des cartes électroniques 25 (une seule ayant été représentée sur le dessin) nécessaires au fonctionnement de la sonde. Pour des raisons de clarté du dessin, on a représenté sur les figures 4 à 7 une partie de la sonde constituée seulement du cadre 3, de son enroulement associé 19, du boîtier 23 et de la carte 25. Le boîtier 23 est constitué d'un élément cylindrique qui est ouvert transversalement de façon à constituer deux chambres 27 et 29 délimitées par des parois transversales, à savoir une paroi interne 31 en contact avec le noyau 2, une paroi médiane 33 et une paroi externe 35. La chambre 27 reçoit la bobine 16 et son enroulement 19 et la chambre 29 reçoit la carte électronique 25. Les parois 31,33,35 sont de section globale circulaire de même diamètre que celui du noyau 2. Toutefois les parois interne 31 et médiane 33 sont pourvues de chanfreins latéraux 32 et 34 permettant de ramener leur écartement à celui des branches longitudinales 8,8'. Le maintien du boîtier sur les branches longitudinales est assuré par des vis radiales. En utilisant suivant l'invention les branches longitudinales 8,8' des cadres 3,3' pour fixer de part et d'autre du noyau 2 les boîtiers 23 supportant les cartes électroniques 25, on assure un maintien positif et rigide de celles-ci, maintien qui est assuré aussi bien lorsque la sonde est en fonctionnement que lorsque celle-ci est démontée et que le capteur est sorti de son enveloppe. Ce maintien est assuré sans que, pour autant, on ait besoin d'adjoindre à la sonde des moyens annexes qui, outre l'encombrement supplémentaire qu'ils nécessiteraient, augmenteraient également la complexité et le coût de l'appareil. Le capteur ainsi réalisé présente, en plus de sa bonne rigidité d'ensemble, une excellente accessibilité qui permet d'intervenir facilement et rapidement, et notamment sur un site d'intervention, sur chacun de ses composants principaux. REVENDICATIONS 1. Sonde magnétométrique triaxiale cylindrique destinée à prendre place dans un corps de sonde cylindrique tubulaire comprenant deux cadres rectangulaires sensiblement identiques (3,3') dont les plans sont perpendiculaires, et au centre desquels est disposé, suivant leur axe longitudinal, un solénoïde récepteur (4), caractérisée en ce que - chaque cadre rectangulaire (3,3') est constitué de deux branches longitudinales (8,8'), respectivement réunies, au voisinage de leurs extrémités, par une branche transversale (9,9'), l'une de ces branches formant avec les branches longitudinales une pièce unique, et l'autre branche (10,10') étant amovible, - la section droite de chacune des deux branches longitudinales (8,8') est telle que la ligne (9) définissant la surface externe de chacune des deux branches longitudinales est en forme d'arc de cercle. 2. Sonde suivant la revendication 1 caractérisée en ce que le diamètre (D) dudit arc de cercle (e) est voisin de celui du diamètre interne du corps de sonde tubulaire (1). 3. Sonde suivant l'une quelconques des revendications précédentes caractérisée en ce que les cadres (3,3') sont supportés par un noyau central cylindrique (2) amagnétique, qui est creusé de rainures externes longitudinales (5,5') dans lesquelles sont encastrées les branches longitudinales (8,8') des cadres (3,3') et d'une cavité centrale et longitudinale dans laquelle est logé ledit solénoïde (4). 4. Sonde suivant la revendication 3 caractérisée en ce que le noyau support (2) est constitué de deux éléments (2a,2b) encastrables l'un dans l'autre. 5. Sonde suivant la revendication 4 caractérisée en ce que les branches longitudinales (8,8') des cadres (3,3') se prolongent, au-delà d'une branche transversale, par une portion (21) formant support, qui assure le maintien de modules, notamment de modules électroniques (23), disposés dans le prolongement des cadres orthogonaux (3,3').