Brevet FR2757950A1 — publié le 19980703

PROCEDE ET DISPOSITIF POUR LA DETERMINATION DE L'ETAT DE CORROSION D'UN OBJET EN MATERIAU MAGNETIQUE La présente invention concerne un procédé pour la détermination de l'état de corrosion d'un objet en matériau magnétique, en particulier pour la détermination de l'état de corrosion d'un tubage en matériau magnétique, notamment d'un tubage de puits hydraulique. L'invention concerne également un dispositif permettant la mise en oeuvre d'un tel procédé. Afin de maintenir la paroi interne d'un trou de. forage on revêt cette paroi d'un tubage constitué par des tubes en acier disposés bout à bout. Ce tubage est fixé par cimentation de l'espace annulaire compris entre la paroi du trou et le tubage. Le tubage subit, avec le temps, une corrosion due à de nombreux phénomènes liés à la composition de l'eau et du terrain. Cette corrosion se traduit par une destruction, localisée ou non, des tubes. Ceci est bien sûr préjudiciable au bon fonctionnement du puits. Si un tube du tubage devient trop corrodé, il faut procéder à son remplacement. Cette opération peut entre très perturbatrice et onéreuse. La détermination réelle de l'état d'un tube présente donc un intérêt certain pour décider de son éventuel remplacement. La corrosion d'un tube se traduit par une transformation d'une partie du fer entrant dans la composition du tube en des composés présentant une mauvaise tenue mécanique. Par ailleurs, ces composés présentent des propriétés électriques et magnétiques très différentes de celles du fer ou de l'acier de départ. En particulier, ces composés présentent une conductivité électrique et une perméabilité magnétique très réduite. Plusieurs techniques de contrôle non destructif ont été élaborées pour déterminer l'état de corrosion d'un tubage. Ces techniques sont basées sur les modifications de conductivité électrique et de perméabilité magnétique présentées par les tubes corrodés. Parmi les méthodes développées, on peut citer celles qui sont relatives aux mesures électriques. La résistance électrique d'un tube peut être mesurée par une méthode de contact, méthode cependant difficile à mettre en oeuvre en particulier du fait de la présence de dépôts sur la paroi interne du tube. On peut effectuer une mesure de la conductance du tube par induction mais la résolution spatiale de cette mesure est difficile à maîtriser. La conductance peut également être mesurée par l'exploitation de courants de Foucault comme cela a été annoncé à la Sixième Conférence Européenne sur les Contrôles Non Destructifs qui s'est tenue à Nice (France) du 24 au 28 Octobre 1994, dans "Crack and pitting detection on the inside of buried pipelines with an impulse eddy current technique" (Détection par courants de Foucault de fissures et de la corrosion par piqûre à l'intérieur des pipelines enterrés) par G. Bach, J. Voigtlander et B. Wunderllch. On peut également mettre en oeuvre des mesures de la force d'attraction entre la masse magnétique que représente le tube et une source magnétique. Le document GB-A-2 180 649 décrit ainsi la détection er la mesure de défauts dans des objets en fer. Selon ce document, des défauts (par exemple dus à la corrosion) dans des objets tels que des tubes peuvent être localisés par la détection d'une anomalie magnétique dans la région d'un défaut en mesurant la force d'attraction entre un aimant et l'objet concerné. Le dispositif permettant la mise en oeuvre de ce procédé comprend un aimant et un détecteur de la force d'attraction exercée par l'objet sur l'aimant. Selon les variantes de réalisation, l'aimant peut être mis directement en contact avec l'objet concerné ou à sa proximité immédiate. Un défaut de l'objet peut être détecté par la mesure de la réduction de la force d'attraction magnétique entre l'aimant et l'objet. Cependant, certains inconvénients existent pour la mise en oeuvre du procédé décrit dans le document GB-A-2 180 649. En effet, la mesure de cette force magnétique peut être perturbée par les mouvements du dispositif mettant en oeuvre le procédé décrit. Cette grande sensibilité aux vibrations se traduit par la dégradation du rapport signal sur bruit de la mesure. Il en résulte une instrumentation assez complexe pour exploiter les signaux transmis par le dispositif. La présente invention, afin de remédier à cet inconvénient, propose un procédé et un dispositif de mise en oeuvre de ce procédé permettant d'augmenter ce rapport signal sur bruit. Il est proposé de maintenir constant l'effort d'attraction magnétique entre la masse magnétique constituée par l'objet (par exemple un tube) dont on veut déterminer l'état de corrosion et une source magnétique disposée dans un capteur, par action sur la valeur de l'induction magnétique fournie par la source magnétique. A partir de la variation de la valeur de l'induction magnétique, il est possible de déterminer les variations de la masse magnétique de l'objet et donc les variations de la quantité de matériau sain de l'objet, voire d'en déterminer la quantité. Un premier objet de l'invention consiste en un procédé pour la détermination de l'état de corrosion d'un objet présentant des propriétés électromagnétiques, entre une première zone et une deuxième zone de l'objet, par déplacement, à proximité dudit objet et entre la première et la deuxième zone, d'au moins un capteur comportant une source magnétique, l'état de corrosion étant déterminé à partir de la force d'attraction magnétique existant entre ledit objet et ladite source magnétique, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations consistant à : - déplacer ledit capteur le long de la paroi de l'objet entre la première et la deuxième zone tout en maintenant la source magnétique à une distance prédéterminée de la paroi de l'objet, - détecter la variation de la force d'attraction magnétique existant entre la source magnétique et l'objet au cours du déplacement du capteur, - compenser les variations de cette force d'attraction magnétique par variation de l'induction magnétique fournie par la source magnétique, - évaluer l'état de corrosion de l'objet entre la première et la deuxième zone à partir des variations de l'induction magnétique entre la première et la deuxième zone. Cette évaluation de l'état de corrosion se fait, généralement, en tenant compte d'un état initial, non corrodé, de l'objet. Avantageusement, la source magnétique comprenant un électro-aimant, la variation de l'induction magnétique est obtenue par variation de la valeur du courant d'alimentation de l'électro-aimant. Un second objet de l'invention consiste en un dispositif pour la détermination de l'état de corrosion d'un objet présentant des propriétés électromagnétiques, le dispositif comprenant au moins un capteur comportant une source magnétique et destiné à être déplacé le long de la paroi de l'objet entre une première zone et une deuxième zone de l'objet, le dispositif comprenant également des moyens de détection des variations de la force d'attraction magnétique existant entre la source magnétique et l'objet, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de maintien de la source magnétique du capteur à une distance prédéterminée de la paroi de l'objet, des moyens pour faire varier l'induction magnétique fournie par la source magnétique de façon à compenser les variations de ladite force d'attraction magnétique au cours du déplacement du capteur et des moyens pour évaluer l'état de corrosion de l'objet entre la première et la deuxième zone à partir des variations de l'induction magnétique entre la première et la deuxième zone. Les moyens de détection des variations de la force d'attraction magnétique peuvent être constitués par un système de type dynamométrique (système élastique, piézoélectrique. . Avantageusement la source magnétique comprend un électro-aimant constituant les moyens pour faire varier l'induction magnétique fournie par la source magnétique. De préférence, ledit électro-aimant comporte un noyau magnétique en forme de C dont les extrémités font face à la paroi de l'objet. La source magnétique peut comprendre un électro-aimant associé à un aimant permanent. Ceci permet de limiter la puissance électrique à fournir pour maintenir constante la force d'attraction magnétique. Les moyens de maintien de la source magnétique à une distance prédéterminée de la paroi de l'objet peuvent être constitués par un ou plusieurs espaceurs ou centreurs. Si l'objet dont on veut déterminer l'état de corrosion est un tube et si le dispositif est destiné à se déplacer à l'intérieur du tube, ce dispositif peut comprendre au moins deux capteurs disposés sy,métriquement par rapport à l'axe du tube et placés au même niveau. Dans les mêmes conditions que ci-dessus, le dispositif peut comprendre deux niveaux de détection, chaque niveau de détection comportant au moins un capteur, les moyens pour évaluer l'état de corrosion de l'objet faisant cette évaluation à partir de la différence des courants d'alimentation circulant dans les deux niveaux de détection. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages et particularités apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, accompagnée des dessins annexés parmi lesquels - la figure 1 représente un dispositif pour la détermination de l'état de corrosion d'un tube selon la présente invention, le dispositif comportant un seul capteur et étant montré en position dans le tube - la figure 2 représente un dispositif comportant deux capteurs selon la présente invention et montré en position dans un tube - la figure 3 est une vue de dessus d'un autre dispositif selon la présente invention, comportant trois capteurs, et montré en position dans un tube - la figure 4 est une vue d'un autre dispositif selon la présente invention, comportant deux niveaux de capteurs, et montré en position dans un tube. La suite de la description portera sur la détermination de l'état de corrosion d'un tube en fer ou en acier. Plus précisément, il s'agira de déterminer l'état de corrosion des tubes d'un tubage de puits hydraulique et, en conséquence, le dispositif selon l'invention doit pouvoir être descendu à l'intérieur du tubage. Cependant, l'invention peut s'appliquer à des objets possédant une autre configuration. La force d'attraction F s'exerçant entre une source magnétique et un objet en un matériau présentant des propriétés électromagnétiques et disposé à proximité s'exprime à partir de la formule générale F = V.X.B.dB/dx V étant le volume de matériau magnétique, X sa susceptibilité magnétique, B l'induction magnétique produite par la source magnétique dans le matériau et dB/dx le gradient de l'induction magnétique dans le matériau. Le matériau constituant le tube à vérifier étant connu, on connaît également sa susceptibilité magnétique. On connaît également l'épaisseur initiale du tube, donc le volume soumis à l'induction magnétique. Les caractéristiques de la source magnétique sont connues. Si on utilise un électro-aimant, la valeur de l'induction magnétique peut être déduite de la valeur du courant d'alimentation de la bobine de l'électro-aimant. La force d'attraction F étant maintenue constante, on peut déterminer le volume V de matériau magnétique, à chaque zone examinée, à partir de la valeur de l'induction magnétique (ou du courant d'alimentation de l'électro-aimant le cas échéant) et en déterminer la proportion de volume métallique corrodé. Un calculateur peut être utilisé à cet effet A la figure 1, on a représenté un dispositif selon l'invention installé dans un tube 1 dont on veut déterminer l'état de corrosion. Le dispositif est monté sur un support 2 descendu à la profondeur voulue au moyen d'un câble 3. La détermination de la profondeur correspondant au volume examiné est obtenue par un système de détection sur câble, par exemple grâce à un codeur optique. Le dispositif selon l'invention comprend une source magnétique 4 et un organe 5 de détection des variations de la force d'attraction magnétique existant entre la source magnétique 4 et le tube 1. La source magnétique 4 est de préférence un électro-aimant constitué d'un noyau magnétique 41 en forme de C sur lequel est bobinée une bobine d'induction 42 reliée à une source d'alimentation électrique non représentée. Le noyau magnétique 41 a par exemple une section de 1 cm2 pour une longueur de. 7 cm. La bobine d'induction 42 a une longueur de 5 cm et comprend 100 spires traversées par un courant de 5 A. La forme en C du noyau permet d'obtenir un circuit magnétique dont le flux est canalisé par les extrémités du C. Pour un tube de 1 cm d'épaisseur et un entrefer noyau magnétique-paroi du tube de 0,5 cm, la force d'attraction est de l'ordre de 10 N. La puissance d'alimentation du dispositif peut être d'environ 100 W. Il faut faire un compromis : la puissance dissipée doit être suffisamment faible (de l'ordre du watt) pour éviter l'échauffement du dispositif de mesure et suffisamment élevée pour distinguer le signal de mesure de celui induit par les vibrations du système occasionnées par le déplacement du capteur le long de la paroi du tube. La valeur du courant électrique d'alimentation de la bobine d'induction 42 est réglée pour compenser les variations de la force, détectée par l'organe 5. L'organe 5 de détection des variations de la force d'attraction magnétique est par exemple un système élastique du type ressort, par exemple une lame travaillant en flexion, dont la déformation est maintenue constante. Cette déformation est détectée par un système électrique (résistance variable par exemple) Afin de limiter la puissance électrique à fournir pour compenser les variations de la force d'attraction magnétique, la source magnétique 4 peut comprendre, en plus de l'électro-aimant, un aimant permanent 43. Le contrôle de l'induction magnétique est alors également obtenu par contrôle du courant d'alimentation de l'électro-aimant. En présence du tube 1, pour une force d'attraction constante donc une déformation déterminée de la lame ressort de l'organe 5, l'induction est aussi fonction de la distance entre le capteur magnétique et la paroi du tube. Cette distance doit être maintenue constante si on veut que les variations du courant dans l'électro-aimant traduisent bien les variations de la quantité de matériau magnétique du tube. La distance entre la paroi du tube et le capteur magnétique peut être contrôlée par un ou plusieurs espaceurs circulaires. La figure 1 montre des espaceurs 6 fixés sur les ressorts 2. Le contrôle de cette distance peut être rendu délicat par la présence de dépôts sur la paroi interne du tube 1. Pour lever cette difficulté, une solution consiste à utiliser plusieurs capteurs comme le montre la figure 2 où deux capteurs 4 sont utilisés. Les capteurs 4 sont placés au même niveau et sont diamétralement opposés. Dans cet exemple de réalisation, des centreurs 7 sont supportés par le câble 6. A partir de l'analyse des variations, en considérant un diamètre de tube quasiment constant, il est possible de calculer les variations de courant attribuables aux variations de matériau sain. Une configuration à plus de deux capteurs permet de tenir compte d'effets de décentrage du dispositif par rapport au tube 1. La figure 3 montre une telle configuration pour trois capteurs 4 disposés régulièrement par rapport à l'axe du tube, c'est-à-dire par rapport au câble 3. Le support 2 supporte également des centreurs 8, répartis également de manière régulière par rapport à l'axe du tube. Alors que pour les dispositifs représentés aux figures 2 et 3, les capteurs étaient disposés à un même niveau, le dispositif illustré par la figure 4 présentent deux niveaux de capteurs magnétiques. Le niveau supérieur et le niveau inférieur comprennent chacun deux capteurs magnétiques 4 avec leurs organes 5 de mesure de la force d'attraction respectifs. Chaque niveau de capteurs est fixé au support 20 soutenu par le câble 3. Des centreurs circulaires 17 sont supportés par le câble 3. Ce dispositif permet d'effectuer des mesures différentielles des courants d'alimentation pour chaque niveau. On peut ainsi avoir une image directe de la variation de quantité de matériau du tube 1. La résolution du dispositif s'en trouve augmentée. REVENDICATIONS 1. Procédé pour la détermination de l'état de corrosion d'un objet (1) présentant des propriétés électromagnétiques, entre une première zone et une deuxième zone de l'objet, par déplacement, à proximité dudit objet et entre la première et la deuxième zone, d'au moins un capteur comportant une source magnétique (4), l'état de corrosion étant déterminé à partir de la force d'attraction magnétique existant entre ledit objet (1) et ladite source magnétique (4), caractérisé en ce qu'il comprend les opérations consistant à - déplacer ledit capteur le long de la paroi de. l'objet (1) entre la première et la deuxième zone tout en maintenant la source magnétique (4) à une distance prédéterminée de la paroi de l'objet (1), - détecter les variations de la force d'attraction magnétique existant entre la source magnétique (4) et l'objet (1) au cours du déplacement du capteur, - compenser les variations de cette force d'attraction magnétique par variation de l'induction magnétique fournie par la source magnétique (4), - évaluer l'état de corrosion de l'objet (1) entre la première et la deuxième zone à partir des variations de l'induction magnétique entre la première et la deuxième zone. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite évaluation est faite en tenant compte d'un état initial, non corrodé, de l'objet (1). 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que, la source magnétique (4) comprenant un électro-aimant (41, 42), la variation de l'induction magnétique est obtenue par variation de la valeur du courant d'alimentation de l'électro-aimant. 4. Dispositif pour la détermination de l'état de corrosion d'un objet (1) présentant des propriétés électromagnétiques, le dispositif comprenant au moins un capteur comportant une source magnétique (4) et destiné à être déplacé le long de la paroi de l'objet (1) entre une première zone et une deuxième zone de l'objet, le dispositif comprenant également des moyens de détection des variations (5) de la force d'attraction magnétique existant entre la source magnétique (4) et l'objet (1), caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de maintien (6, 7, 8, 17) de la source magnétique (4) du capteur à une distance prédéterminée de la paroi de l'objet (1), des moyens pour faire varier l'induction magnétique fournie par la source magnétique (4) de façon à compenser les variations de ladite force d'attraction magnétique au cours du déplacement du capteur et des moyens pour évaluer l'état de corrosion de l'objet (1) entre la première et la deuxième zone à partir des variations de l'induction magnétique entre la première et la deuxième zone. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de détection des variations (5) de la force d'attraction magnétique sont constitués par un système de type dynamométrique. 6. Dispositif selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que la source magnétique (4) comprend un électro-aimant (41, 42) constituant les moyens pour faire varier l'induction magnétique fournie par la source magnétique (4). 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit électro-aimant comporte un noyau magnétique (4) en forme de C dont les extrémités font face à la paroi de l'objet. 8. Dispositif selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que la source magnétique (4) comprend en outre un aimant permanent (43). 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que les moyens de maintien de la source magnétique à une distance prédéterminée de la paroi de l'objet comprennent au moins un espaceur (6) ou un centreur (7, 8, 17). 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 9, caractérisé en ce que l'objet (1) étant un tube et -le dispositif étant destiné à se déplacer à l'intérieur du tube, le dispositif comprend au moins deux capteurs disposés symétriquement par rapport à l'axe du tube et placés au même niveau. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que, l'objet (1) étant un tube et le dispositif étant destiné à se déplacer à l'intérieur du tube, le dispositif comprend deux niveaux de détection, chaque niveau de détection comportant au moins un capteur, les moyens pour évaluer l'état de corrosion de l'objet faisant cette évaluation à partir de la différence des courants d'alimentation circulant dans les deux niveaux de détection.