Brevet FR2762872A1 — publié le 19981106

L'invention se rapporte & un dispositif pour l'injection locale d'un fluide dans la paroi d'un forage. L'invention s'applique particulièrement, mais non exclusivement à une sonde "dite de perméabilité", c'est à dire, une sonde destinée à équiper une installation permettant de déterminer la perméabilité d'un matériau, telle une roche dans laquelle un forage a été réalisé. Pour déterminer la perméabilité d'une roche "in situ" il est connu de réaliser, depuis une surface accessible de la roche, au moins un forage d'axe sécant à cette surface et, d'une part, d'injecter un fluide sous pression dans ce perçage et, d'autre part, de mesurer les variations de la pression du fluide en fonction du temps. Les dispositifs connus à cet effet ne permettent pas de d'étudier la perméabilité du matériau testé en relation avec la situation de l'injection par rapport à la surface d'accès. Un résultat que l'invention vise à obtenir est un dispositif qui, notamment, permet de remédier à cet inconvénient. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif pour l'injection locale d'un fluide dans la paroi d'un forage, lequel dispositif est caractérisé en ce que, d'une part, le dispositif d'injection comprend au moins un autre moyen d'appui étanche qui est situé entre l'orifice de sortie et l'extrémité libre de corps dudit dispositif d'injection et, d'autre part, ces moyens d'appui étanche sont, selon l'axe longitudinal du corps espacés d'une valeur déterminée de manière à délimiter longitudinalement sur le corps une chambre d'injection périphérique. L'invention sera bien comprise à l'aide de la description ci-après faite à titre d'exemple non limitatif, en regard du dessin ciannexé qui représente schématiquement: - figure 1: une vue latérale d'un dispositif selon l'invention, - figure 2: & plus grande échelle, une vue partielle en coupe axiale du dispositif de la figure 1. En se reportant au dessin, on voit un dispositif 1 pour l'injection locale d'un fluide 2 dans la paroi 3 d'un forage 4 de section transversale sensiblement circulaire. Ce dispositif 1 est destiné à équiper une installation 5 permettant de déterminer la perméabilité d'un matériau 6, telle une roche 6. Plus particulièrement, mais non exclusivement, le dispositif 1 est destiné à être utilisé "in situ", c'est à dire sur un site géologique sur lequel se trouve une roche 6 dont on souhaite déterminer la perméabilité. Par exemple, le forage 4 est réalisé directement dans la roche, depuis une surface 7 de cette roche 6 qui est accessible sur le site géologique sur lequel se trouve ladite roche 6. La surface 7 depuis laquelle le forage 4 est réalisé est, par exemple, la surface latérale 7 d'une galerie (non représentée) creusée dans la roche 6. L'installation 5 met notamment en oeuvre une pompe 5A à très haute pression ainsi qu'au moins une canalisation 5B pour l'alimentation du dispositif 1 d'injection et un moyen 5C de mesure des variations de la pression du fluide en fonction du temps. Le dispositif 1 d'injection comprend un corps 1A qui, inscrit dans un volume d'enveloppe approximativement cylindrique de révolution et de section circulaire quant à elle inscrite dans celle du forage 4, d'une part, présente deux extrémités opposées lB, 1C, dont une extrémité libre lB et, une extrémité lC au moins indirectement reliée à la canalisation 5B d'arrivée de fluide sous pression et, d'autre part, comprend: - situé entre les deux extrémités lB, lC, un moyen 8 d'appui étanche sur la face latérale 4A du forage, - situé entre le moyen 8 d'appui étanche et l'extrémité libre lB, au moins un orifice 9 de sortie du fluide sous pression. De manière remarquable, d'une part, le dispositif 1 d'injection comprend au moins un autre moyen 10 d'appui étanche qui est situé entre l'orifice 9 de sortie et l'extrémité libre lB de corps lA dudit dispositif 1 d'injection et, d'autre part, ces moyens 8, 10, d'appui étanche sont, selon l'axe longitudinal du corps 1A, espacés d'une valeur V déterminée de manière à délimiter longitudinalement sur le corps 1A, une chambre 11 d'injection périphérique. Le respect de cette caractéristique technique permet la construction d'un dispositif 1 d'injection qui autorise la réalisation de mesures de perméabilité chacune à une distance D déterminée de la surface 7 depuis laquelle le forage 4 a été réalisé. De manière remarquable, au niveau de la chambre 11 d'injection, le corps lA comprend une gorge 11A annulaire, c'est à dire une dépression de largeur et de profondeur déterminées, réalisée dans une face cylindrique d'une portion P cylindrique de ce corps 1A qui est de diamètre D1 voisin du diamètre interne D2 du forage 4. Le respect de cette caractéristique technique permet d'assurer la distribution périphérique du fluide 2 à injecter. De manière également remarquable, le dispositif de l'invention comprend, situé au moins entre une extrémité lB, 1C de son corps 1A et le moyen 8, 10 d'appui étanche qui est le plus près de cette extrémité lB, lC, un moyen 12 de collecte d'un fluide 2. De manière spécialement remarquable, le dispositif 1 d'injection comprend deux moyens 12 de collecte qui encadrent chaque groupe de deux moyens 8, 10 d'appui étanche qu'elle comprend, de manière à recueillir le fluide 2 qui, issu de la chambre 11 d'injection, aurait migré entre la surface 4A du forage et au moins l'un des moyens 9, 10 d'appui étanche contre cette surface 4A. Ces particularités techniques permettent, le cas échéant, de récupérer le fluide 2 qui franchit le moyen 9, 10 d'appui étanche sur la face 4A latérale du forage 4 et donc de faire intervenir le volume de fuites de fluide 2 dans le calcul de la perméabilité du matériau 6 testé. Le moyen 12 de collecte comprend, d'une part, une chambre 12A annulaire réalisée dans la paroi du corps cylindrique du dispositif 1 et, d'autre part, raccordée à cette chambre 12A par une conduite 12B, au moins un moyen 12C d'aspiration du fluide le cas échéant contenu dans la chambre 12A annulaire. Le moyen 12 de collecte est relié à un réservoir de stockage du fluide collecté. Chaque moyen 8, 10 d'appui étanche comprend: - un manchon 81 tubulaire qui, réalisé en matériau élastiquement déformable, d'une part, est disposé approximativement coaxialement au corps 1A de manière à présenter une face interne 82 et deux faces 83 extrêmes opposées chacune orientée vers l'une des extrémités lB, 1C du corps 1A, - d'autre part, un moyen 84 d'expansion radiale du manchon 81 par action sur au moins l'une de ses faces 83 extrêmes et interne 82. Le moyen 84 d'expansion radiale comprend, d'une part, un premier élément 84A moteur disposé pour, par action sur au moins l'une de ses faces 83 extrêmes, solliciter axialement le manchon 81 en compression et, d'autre part, un second élément 84B moteur disposé pour, par action sur la face interne 82 du manchon solliciter radialement ledit manchon au moins de manière à participer à son action d'expansion radiale. De préférence, le second élément 84B moteur comprend un fluide et un moyen 86 d'injection sous pression de ce fluide entre la face 82 interne du manchon 81 et une face 87 en vis à vis du corps 1A. Par exemple, le moyen 86 d'injection sous pression de ce fluide entre la face 82 interne du manchon 81 et une face 87 en vis à vis du corps lA, comprend une conduite 86A de circulation de fluide interne au corps 1A et une source 86B de fluide sous pression. De manière remarquable: - chaque manchon 81 tubulaire appui au moins indirectement l'une de ses faces 83 extrêmes sur une face extrême P1, P2 de la portion P cylindrique dans laquelle est réalisée la gorge 11 annulaire, - le premier élément 84A moteur comprend un piston 88 annulaire qui, monté coulissant axialement au corps 1A, sur une face 87 d'un arbre 90 au moins indirectement porteur de la portion P cylindrique dans laquelle est réalisée la gorge 11 annulaire, d'une part, s'appuie au moins indirectement sur celle des faces extrême du manchon 81 opposée à celle placée en appui sur la portion P cylindrique et, d'autre part, est logé dans un alésage 91 annulaire aménagé dans le corps lA autour de l'arbre 90 qui le supporte à coulissement, et ce, de manière à scinder ledit alésage 91 en deux chambres 92, 93 annulaires, - chacune des chambres 92, 93 annulaires est, via une conduite de circulation 91A de fluide interne au corps lA et un organe de contrôle 91B du passage de ce fluide, reliée à une source 91C de fluide sous pression externe au dit corps lA. De préférence: - la portion cylindrique P du corps lA dans laquelle la gorge 11 annulaire est réalisée consiste en une pièce P tubulaire, - l'arbre 90 qui, par sa face 87, supporte le piston annulaire 88 de chaque élément 84A moteur, consiste en un arbre unique qui traverse la pièce tubulaire P et sur lequel sont fixées des pièces 94 dans lesquelles sont réservées les chambres 92, 93 annulaires abritant chaque piston 88 annulaire. Le respect de ces particularités permet de donner une compacité certaine au premier élément moteur. REVENDICATIONS 1. Dispositif (1) pour l'injection locale d'un fluide (2) dans la paroi (3) d'un forage (4) de section transversale sensiblement circulaire, ce dispositif (1) d'injection comportant un corps (1A) qui, inscrit dans un volume d'enveloppe approximativement cylindrique de révolution et de section circulaire quant à elle inscrite dans celle du forage (4), d'une part, présente deux extrémités opposées (lB, 1C), dont une extrémité libre (lB) et, une extrémité (lC) au moins indirectement reliée à la canalisation (5B) d'arrivée de fluide sous pression et, d'autre part, comprend: - situé entre les deux extrémités (lB, lC), un moyen (8) d'appui étanche sur la face latérale (4A) du forage, - situé entre le moyen (8) d'appui étanche et l'extrémité libre (lB), au moins un orifice (9) de sortie du fluide sous pression, ce dispositif (1) d'injection étant CARACTERISB en ce que, d'une part, il comprend au moins un autre moyen (10) d'appui étanche qui est situé entre l'orifice (9) de sortie et l'extrémité libre (lB) de corps (1A) dudit dispositif (1) d'injection et, d'autre part, ces moyens (8, 10), d'appui étanche sont, selon l'axe longitudinal du corps (1A), espacés d'une valeur (V) déterminée de manière à délimiter longitudinalement sur le corps (1A), une chambre (11) d'injection périphérique. 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'au niveau de la chambre (11) d'injection, le corps (1A) comprend une gorge (11A) annulaire, c'est à dire une dépression de largeur et de profondeur déterminées, réalisée dans une face cylindrique d'une portion (P) cylindrique de ce corps (1A) qui est de diamètre (D1) voisin du diamètre interne (D2) du forage (4). 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce qu'il comprend, situé au moins entre une extrémité (lB, 1C) de son corps (1A) et le moyen (8, 10) d'appui étanche qui est le plus près de cette extrémité (lB, lC), un moyen (12) de collecte d'un fluide (2). 4. Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce qu'il comprend deux moyens (12) de collecte qui encadrent chaque groupe de deux moyens (8, 10) d'appui étanche de manière à recueillir le fluide (2) qui, issu de la chambre (11) d'injection, aurait migré entre la surface (4A) du forage et au moins l'un des moyens (8, 10) d'appui étanche contre cette surface (4A). 5. Dispositif selon la revendication 3 ou 4 caractérisé en ce que le moyen (12) de collecte comprend, d'une part, une chambre (12A) annulaire réalisée dans la paroi du corps cylindrique du dispositif (1) et, d'autre part, raccordée à cette chambre (12A) par une conduite (12B), au moins un moyen (12C) d'aspiration du fluide le cas échéant contenu dans la chambre (12A) annulaire. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que chaque moyen (8, 10) d'appui étanche comprend: un manchon (81) tubulaire qui, réalisé en matériau élastiquement déformable, d'une part, est disposé approximativement coaxialement au corps (1A) de manière à présenter une face interne (82) et deux faces (83) extrêmes opposées chacune orientée vers l'une des extrémités (lB, lC) du corps (1A), et - d'autre part, un moyen (84) d'expansion radiale du manchon (81) par action sur au moins l'une de ses faces (83) extrêmes et interne (82). 7. Dispositif selon la revendication 6 caractérisé en ce que le moyen (84) d'expansion radiale comprend, d'une part, un premier élément (84A) moteur disposé pour, par action sur au moins l'une de ses faces (83) extrêmes, solliciter axialement le manchon (81) en compression et, d'autre part, un second élément (84B) moteur disposé pour, par action sur la face interne (82) du manchon solliciter radialement ledit manchon au moins de manière à participer à son action d'expansion radiale. 8. Dispositif selon la revendication 7 caractérisé en ce que le second élément (84B) moteur comprend un fluide (F) et un moyen (86) d'injection sous pression de ce fluide entre la face (82) interne du manchon (81) et une face (87) en vis à vis du corps (1A). 9. Dispositif selon la revendication 8 caractérisé en ce que: - chaque manchon (81) tubulaire appui au moins indirectement l'une de ses faces (83) extrêmes sur une face extrême (P1, P2) de la portion (P) cylindrique dans laquelle est réalisée la gorge (11) annulaire, - le premier élément (84A) moteur comprend un piston (88) annulaire qui, monté coulissant axialement au corps (1A), sur une face (87) d'un arbre (90) au moins indirectement porteur de la portion (P) cylindrique dans laquelle est réalisée la gorge (11) annulaire, d'une part, s'appuie au moins indirectement sur celle des faces extrême du manchon (81) opposée à celle placée en appui sur la portion (P) cylindrique et, d'autre part, est logé dans un alésage (91) annulaire aménagé dans le corps (1A) autour de l'arbre (90) qui le supporte à coulissement, et ce, de manière a scinder ledit alésage (91) en deux chambres (92, 93) annulaires, et - chacune des chambres (92, 93) annulaires est, via une conduite de circulation (91A) de fluide interne au corps (1A) et un organe de contrôle (91B) du passage de ce fluide, reliée à une source (91C) de fluide sous pression externe au dit corps (1A). 10. Dispositif selon la revendication 9 caractérisé en ce que: - la portion cylindrique (P) du corps (1A) dans laquelle la gorge (11) annulaire est réalisée consiste en une pièce (P) tubulaire, et - l'arbre (90) qui, par sa face (87), supporte le piston annulaire (88) de chaque élément (84A) moteur, consiste en un arbre unique qui traverse la pièce tubulaire (P) et sur lequel sont fixées des pièces (94) dans lesquelles sont réservées les chambres (92, 93) annulaires abritant chaque piston (88) annulaire.