Brevet FR2795450A1 — publié le 20001229

La présente invention concerne les outils d'analyse d'un sol à partir de sa surface au moyen d'une sonde permettant d'analyser les roches contenues dans ce sol, et plus particulièrement les outils d'analyse des roches qui entourent un puits, par exemple les outils qui permettent de déterminer la distribution de la porosité des roches pétrolifères et leur perméabilité associée. On connaît déjà des sondes d'analyse de la distribution de la porosité des roches pétrolifères et de leur perméabilité associée. 'Ces sondes ont généralement un temps de résolution d'environ une seconde à trois secondes. Elles sont disposées en regard des roches à analyser et doivent théoriquement être maintenues en regard de celles-ci pendant une durée au moins égale à leur temps de résolution. Quant à la hauteur du volume investi de roches analysées, volume ci-après désigné par lobe , elle peut varier dans des proportions importantes selon la structure de ces sondes, par exemple de quelques centimètres à plus d'un mètre. En conséquence, pour pouvoir analyser une grande hauteur de roches, il faut déplacer la sonde le long de la paroi du puits et effectuer un grand nombre de mesures successives. Or, notamment dans le cas des puits pétroliers qui sont toujours de grande profondeur, la longueur des câbles nécessaires pour entraîner les outils portant ces sondes ne permet pas un déplacement pas à pas des outils. Dans le cas où les sondes ont une hauteur de lobe importante, il est possible de les animer d'un mouvement de translation continu à une vitesse déterminée sans les maintenir stationnaires pendant leur temps de résolution, les résultats obtenus étant ensuite corrigés par calculs. On conçoit donc que la précision de la mesure dépend de la hauteur des lobes. Aussi, les techniciens ont-ils tenté de réaliser des sondes d'analyse ayant des lobes de hauteur la plus faible possible. Mais, notamment dans le domaine pétrolier, l'analyse d'un sol doit impérativement être effectuée en un temps le court possible. Les sondes doivent donc être animées d'un mouvement de translation continu à une vitesse qui est généralement imposée et qui a une valeur généralement trop importante par rapport au temps de résolution des sondes et la hauteur des lobes, pour que les corrections par calculs effectuées sur les mesures puissent conduire à des résultats fiables. Aussi, la présente invention a-t-elle pour but de réaliser un outil d'analyse d'un sol au moyen d'une sonde permettant d'analyser les roches contenues dans ce sol, qui permette d'utiliser des sondes ayant un temps de résolution donné et un lobe d'une hauteur relativement faible, et d'entraîner ces sondes à une vitesse moyenne relativement importante, tout en donnant des résultats d'analyse fiables et parfaitement acceptables. Plus précisément, la présente invention a pour objet un outil d'analyse d'un sol à partir de sa surface au moyen d'une sonde ayant un lobe d'analyse déterminé et un temps de résolution égal à T, caractérisé par le fait qu'il comporte : - une tête d'entraînement animée d'un mouvement de translation continu à une vitesse V par rapport à la surface du sol et suivant une direction donnée parallèle à cette surface, - un patin, - des moyens pour associer la sonde et lic patin de façon que la sonde puisse analyser les roches contenues dans ledit lobe, et - des moyens pour coupler la tête d'entraînement et le patin de façon que ces deux éléments puissent se déplacer l'un par rapport à l'autre suivant ladite direction sur une distance d'une valeur égale à D. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante donnée en regard des dessins annexés à titre illustratif mais nullement limitatif, dans lesquels La figure 1 représente le schéma de principe d'un outil d'analyse d'un sol selon l'invention, La figure 2 représente sous forme schématique un mode de réalisation particulier de. l'outil dont le schéma de principe est donné sur la figure 1, dans une application à l'analyse du sol entourant la paroi d'un puits de pétrole ou analogue, et La figure 3 représente quatre vues référencées 3AI à 3A4 d'un schéma permettant d'expliciter le fonctionnement de l'outil selon l'invention illustré sur la figure 2. La figure 1 représente le schéma de principe d'un outil d'analyse d'un soi 1 à partir de sa surface 2 au moyen d'une sonde 3 ayant un lobe d'analyse 4 déterminé et un temps de résolution égal à T. De telles sondes sont bien connues en elles-mêmes, par exemple celles qui permettent de mesurer la distribution de la porosité d'un milieu rocheux ou analogue et/ou sa perméabilité associée. Les lobes d'analyse 4 peuvent présenter différentes formes, par exemple sensiblement des tores, des portions de tores, des ellipsoïdes, etc. Quant au temps de résolution T, c'est le temps nécessaire à la sonde pour effectuer une mesure sur les roches contenues dans son lobe d'analyse. Bien entendu, le temps de résolution dépend de la nature de la sonde. Dans le cas des sondes données à titre d'exemple ci-dessus, le temps de résolution T est de l'ordre de la seconde. L'outil selon l'invention permettant d'effectuer ces analyses comporte, par référence à la figure 1, une tête d'entraînement 10 animée d'un mouvement de translation à une vitesse V par rapport à la surface 2 du sol 1, suivant une direction donnée 11 parallèle à cette surface, L'outil comporte en outre un patin 12, des moyens 13 pour associer la sonde 3 et le patin de façon que, lorsque le patin est en regard du sol analyser, la sonde puisse effectuer des mesures sur les roches contenues dans son lobe 4, et des moyens 14 pour coupler la tête d'entraînement 10 et le patin 12 de façon que ces deux derniers éléments puissent se déplacer l'un par rapport à l'autre suivant la direction donnée 11 sur une distance d'une valeur égale à D. La tête d'entraînement 10 peut être de tout type, comme un chariot motorisé ou analogue apte à se déplacer sur la surface 2 du sol 1. Un exemple particulier de réalisation de cette tête d'entraînement sera donné ci-après en regard de la figure 2 dans une application particulièrement avantageuse de l'outil, à l'analyse des roches pétrolifères entourant la paroi d'un puits. Les moyens 13 peuvent être, eux aussi, de tout type. Ils seront généralement constitués par des moyens de fixation de la sonde dans un logement latéral réalisé dans la paroi du patin 12. Selon une caractéristique de l'invention, la valeur D est une fonction de la largeur L du lobe définie suivant la direction donnée 11, de la vitesse V et du temps de résolution T. Ces valeurs D, L, V et T définies ci-avant sont avantageusement liées par les relations suivantes D >_ Let D >_ VT. Quant aux moyens 14 pour coupler la tête d'entraînement 10 et le patin 12, ils comportent avantageusement, comme illustré sur la figure 2, des premiers moyens 21 pour commander le déplacement du patin 12 par rapport à la tête d'entraînement 10 dans un premier sens et pendant une première période fonction des valeurs D, L et T de façon que, pendant cette première période, le patin 12 reste fixe par rapport à la surface 2 du sol 1 lorsque la tête d'entraînement 10 se déplace en translation continue par rapport à la surface 2, et des seconds moyens 22 pour commander le déplacement du patin et de la tête d'entraînement l'un par rapport à l'autre dans un second sens opposé au premier et pendant une seconde période d'une durée inférieure à la première période. De façon préférentielle, la première période est sensiblement égale à la tête d'entraînement 10 effectuant, pendant cette première période, un déplacement sensiblement égal à la valeur D, et la seconde période a une valeur la plus faible possible. L'outil schématiquement illustré sur la figure 1 fonctionne de la façon suivante On suppose tout d'abord, par référence à la figure 1, que la tête d'entraînement 10 se déplace dans le sens indiqué par la flèche 15 et que le patin 12 est à l'arrière de la tête d'entraînement, le plus proche possible de cette tête et en regard d'un premier point 16 de la surface 2 du sol. La tête d'entraînement 10 est animée d'un mouvement de translation continu sur la surface 2 du sol 1, à une vitesse V. Les premiers moyens 21 commandent le déplacement du patin 12 par rapport à la tête 10 de façon qu'il reste fixe en regard du premier point 16. Cette commande est effectuée pendant la première période sensiblement égale à T. La sonde est commandée pour effectuer la mesure uniquement lorsque le patin est immobile par rapport au sol, ce qui permet à cette sonde d'effectuer une analyse fiable du milieu rocheux contenu dans son lobe. A la fin de cette première période, les seconds moyens 22 commandent le déplacement en translation du patin par rapport à la tête, pour lui faire subir instantanément une translation d'une distance D et le ramener à sa position origine par rapport à la tête. Le patin se trouve alors en regard d'un deuxième point 17 de la surface distant du premier point 16 d'une valeur D, et donc de la largeur L. Les premiers moyens 21 commandent à nouveau le déplacement du patin 12 par. rapport à la tête 10 de façon qu'il reste fixe en regard du deuxième point 17 et pendant un temps égal à la première période pour permettre à la sonde d'effectuer une mesure fiable dans le lobe 4 représenté en traits interrompus sur la figure 1, contigu au lobe précédent représenté en traits continus. Les seconds moyens 22 sont à leur tour commandés, et ainsi de suite pour effectuer des mesures successives sur une grande distance le long de la surface 2 . Dans l'exemple donné ci-dessus, le patin 12 est situé à l'arrière de la tête d'entraînement 10. Mais il est bien évident qu'il pourrait être situé à l'avant de la tête d'entraînement. Dans ce cas, l'outil aurait la même configuration que celle représentée sur la figure 1, mais la tête d'entraînement 10 se déplacerait dans le sens indiqué par la flèche 18. Dans sa position origine par rapport à la tête d'entraînement, le patin serait alors le plus éloigné possible de cette tête. Pendant la première période, le patin et la tête d'entraînement se rapprochent, pendant la seconde période, ils s'éloignent.. L'outil décrit ci-dessus trouve une application particulièrement avantageuse pour l'analyse des roches pétrolifères entourant la paroi 30 d'un puits de pétrole 31. Un mode de réalisation de l'outil pour cette application est illustré sur la figure 2. Dans un souci de simplification, les mêmes références utilisées pour les figures 1 et 2 désignent les mêmes éléments. Seule, la surface sur laquelle se déplace l'outil, référencée 2 sur la figure 1, est dénommée paroi du puits et référencée 30 sur la figure 2. Dans le mode de réalisation selon la figure 2, l'outil présente la même structure générale que celle décrite ci-avant en regard de la figure 1. Cependant, dans ce mode de réalisation, la tête d'entraînement 10 est constituée par un sabot 32 apte à être monté librement coulissant dans le puits 31 parallèlement à l'axe 33 du puits, un câble de traction 34 dont une extrémité 35 est solidaire du sabot 32 et dont l'autre extrémité 36 est apte à être reliée à un organe d'entraînement à une vitesse constante de valeur V, par exemple un arbre moteur, et des moyens 37 pour tendre à plaquer le sabot 32 contre la paroi 30 du puits 31. Ces moyens 37 peuvent être de tout type. Comme illustré, ils peuvent être constitués par un bras monté rotatif à une de ses extrémités sur le sabot 32 et par un ressort qui tend à faire subir au bras une rotation de façon que son autre extrémité vienne se plaquer contre la partie de paroi du puits opposée à celle contre laquelle doit tendre à se plaquer le sabot, et par conséquence le patin 12. Dans ce mode de réalisation, les moyens 14 pour coupler la tête d'entraînement 10 et le patin 12 de façon que ces deux éléments puissent se déplacer l'un par rapport à l'autre suivant la direction 11 sur une distance d'une valeur égale à D, comportent des moyens d'arbre 40 montés en coopération avec le sabot 32 et le patin 12 de façon que le sabot et le patin coulissent l'un par rapport à l'autre le long de ces moyens d'arbre. Comme illustré sur la figure 2, ces moyens d'arbre 40 sont avantageusement constitués par deux tiges cylindriques solidaires du sabot 32 et montées coulissantes dans deux orifices complémentaires réalisés dans le patin 12. Le patin peut donc se déplacer par rapport au sabot sans subir de rotations parasites par rapport à ce dernier. Les moyens 14 comportent en outre des premiers moyens moteurs 41 pour commander la translation du patin 12 et du sabot 32 l'un par rapport à l'autre dans un premier sens le long des moyens d'arbre et à une première vitesse déterminée. Dans ce mode de réalisation, quand le sabot est disposé en avant du patin, ces premiers moyens moteurs 41 sont avantageusement constitués par un moteur dont l'arbre de sortie est couplé au patin via un engrenage à roue libre, ce moteur étant commandé à une vitesse de rotation telle que la vitesse relative d'éloignement du patin par rapport au sabot soit égale à la vitesse à laquelle le sabot est entraîné en translation par le câble de traction 34. En outre, l'engrenage à roue libre est réalisé de façon que, lorsque le patin et le sabot se sont éloignés de la distance D, la roue libre soit débrayée. Les moyens 14 comportent enfin des seconds moyens moteurs 42 pour commander la translation du patin 12 et du sabot 32 l'un par rapport à l'autre dans un second sens opposé au premier, le long des moyens d'arbre 40 et à une seconde vitesse supérieure à la première vitesse. Dans ce cas, les seconds moyens moteurs 42 peuvent par exemple être constitués par un ressort de traction qui rapproche de façon quasi instantanée le patin du sabot dès que la roue libre a été débrayée comme mentionné ci-dessus. On sait qu'un puits de pétrole contient essentiellement des fluides de fomge dont la pression hydrostatique est relativement élevée et augmente au ftir et à mesure que l'on se déplace vers le fond du puits. Aussi, pour que le patin soit, selon la terminologie des techniciens, en équipression avec le milieu 52 dans lequel se trouve l'outil, l'outil comporte des moyens 50 pour maintenir au moins la partie interne 51 du patin 12 dans laquelle se déplacent les moyens d'arbre 40 en équilibre de pression avec la pression qui règne le puits 31. - Ces moyens 50 sont constitués par*au moins une première enveloppe étanche 53 à paroi souple reliant le patin et le sabot pour former un premier volume étanche 54 entourant les moyens d'arbre 40, seconde enveloppe étanche 55 à paroi souple pour former un, second volume étanche 56, une percée traversante 57 réalisée dans le patin 12 pour mettre en communication fluidique les premier 54 et second 56 volumes étanches et la partie interne 51 du patin dans laquelle se déplacent les moyens d'arbre 40, et un fluide incompressible 58 remplissant les premier et second vo- lumes étanches, la partie interne du patin dans laquelle se déplacent les moyens d'arbre et la percée traversante 57. Dans une réalisation avantageuse, les première 53 et seconde 55 enveloppes étanches à paroi souple sont constituées par des souÉflets et le fluide incompressible 58 est constitué par un liquide huileux. Dans le cas de cette réalisation, lorsque les seconds moyens moteurs 42 sont constitués par un ressort de traction, ce ressort de traction est constitué par le soufflet définissant la, première enveloppe étanche 53. Le fonctionnement de l'outil décrit ci-dessus et tel qu'illustré sur la figure 2 est globalement identique à celui décrit ci-avant pour l'outil selon la figure 1. Cependant, la figure 3 représente de façon schématique quatre vues référencées 3A, à 3A4 de l'outil selon la figure 2, mettant en évidence les spécificités de son fonctionnement. La figure 3AI représente une première phase pendant laquelle le patin 12 reste immobile par rapport à la paroi 30 du puits 31 en un premier point de cette paroi, alors que le sabot 32 est entraîné en translation par le câble 34, la sonde 3 effectuant une première mesure. Pendant cette phase le premier volume 54 augmente, cette augmentation étant compensée par la diminution du second volume étanche 56. La figure 3A2 représente une deuxième phase subséquente à la première, pendant laquelle le patin 12 remonte presque instantanément au contact du sabot 32 sur une distance D. Pendant cette deuxième phase, le premier volume étanche 54 diminue, cette diminution étant compensée par l'augmentation du second volume étanche 56. La figure 3A3 représente une troisième phase, subséquente à la deuxième, pendant laquelle le patin 12 reste à nouveau immobile par rapport à la paroi du puits, mais en un second point décalé de la distance D par rapport au premier point, le sabot étant toujours entraîné en translation de façon continue par le câble 34, la sonde effectuant une deuxième mesure pendant cette troisième phase. Le volume étanche 54 augmente à nouveau, cette augmentation étant compensée par la diminution du second volume étanche 56. La figure 3A4 représente la configuration de l'outil à la fin de la troisième phase, lorsque la deuxième mesure est terminée. L'outil est alors prêt à subir une phase identique la deuxième décrite ci-dessus, et ainsi de suite tant que le sabot sera translaté le long de la paroi latérale du puits. Pendant toute sa translation, le sabot, et en conséquence le patin, est maintenu sensiblement plaqué contre la paroi du puits grâce au bras 37 qui glisse sur cette paroi en faisant réaction. Il est précisé que les sondes et les moyens pour transmettre en surface du puits les signaux élaborés par ces sondes sont bien connus en eux-mêmes. L'homme du métier les connaissant parfaitement, ils ne seront pas décrits ici. REVENDICATIONS 1. Outil d'analyse d'un sol (1) à partir de sa surface (2) au moyen'd'une sonde (3) ayant un lobe d'analyse (4) déterminé et un temps de résolution égal à T, caractérisé par le fait qu'il comporte : - une tête d'entraînement (10) animée d'un mouvement de translation continu à une vitesse V par rapport à la surface (2) du sol (1) et suivant une direction donnée (11) parallèle à cette surface (2), - un patin (12), - des moyens (13) pour associer la sonde (3) et le patin (12) de façon que la sonde puisse analyser les roches contenues dans ledit lobe (4), et - des moyens (14) pour coupler la tête d'entraînement (10) et le patin (12) de façon que ces deux éléments puissent se déplacer l'un par rapport à l'autre suivant ladite direction (11) sur une distance d'une valeur égale à D. 2. Outil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la valeur D est une fonction de la largeur L du lobe définie suivant ladite direction, de la vitesse V et du temps de résolution T. 3. Outil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les valeurs D, L, V et T sont liées par les relations suivantes D #: L et D #: VT. 4. Outil selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé par le fait que les moyens (14) pour coupler la tête d'entraînement (10) et le patin (12) comportent des premiers moyens (21) pour commander le déplacement du patin (12) par rapport à la tête d'entraînement (10) dans un premier sens pendant une première période fonction des valeurs D, L et T de façon que, pendant cettedite première période, ledit patin (12) reste fixe par rapport à la surface (2) du sol (1) lorsque la tête d'entraînement (10) se déplace en translation continue par rapport à ladite surface (2), et des seconds moyens (22) pour commander le déplacement du patin (12) et de la tête d'entraînement (10) l'un par rapport à l'autre dans un second sens opposé au premier pendant une seconde période d'une durée inférieure à la première période. 5. Outil selon la revendication 4, caractérisé par le fait que la première période est sensiblement égale à ladite tête d'entraînement (10) effectuant, pendant cette première période, un déplacement sensiblement égal à la valeur D, et que ladite seconde période a une valeur la plus faible possible. 6. Outil selon l'une des revendications précédentes, dans une application à l'analyse du sol entourant la paroi (30) d'un puits (3 1) notamment de pétrole, caractérisé par le fait que ladite tête d'entraînement (10) est constituée par : - un sabot (32) apte à être monté librement coulissant dans ledit puits (31) parallèlement à l'axe (33) du puits, - un câble de traction (34) dont une extrémité (35) est solidaire dudit sabot (32) et dont l'autre extrémité (36) est apte à être reliée à un organe d'entraînement à une vitesse constante de valeur V, et - des moyens (37) pour tendre à plaquer ledit sabot (32) contre la paroi (30) dudit puits (3 1 ). 7. Outil selon les revendications 1 et 6, caractérisé par le fait que les moyens pour coupler la tête d'entraînement (10) et le patin (12) de façon que ces deux éléments puissent se déplacer l'un par rapport à l'autre suivant ladite direction (11) sur une distance d'une valeur égale à D, comportent : - des moyens d'arbre (40) montés en coopération avec le sabot (32) et le patin (12) de. façon que le sabot et le patin coulissent l'un par rapport à l'autre le long de ces moyens d'arbre, _ des premiers moyens moteurs (41) pour commander la translation du patin (12) et du sabot (32) l'un par rapport à l'autre dans un premier sens le long des moyens d'arbre et à une première vitesse déterminée, et - des seconds moyens moteurs (42) pour commander la translation du patin (l 2) et du sabot (32) l'un par rapport à l'autre dans un second sens opposé au premier, le long des moyens d'arbre (40) et à une seconde vitesse supérieure à ladite première vitesse. 8. Outil selon la revendication 7, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens (50) pour maintenir au moins la partie interne (5 1) du patin (l 2) dans laquelle se déplacent les moyens d'arbre (40) en équilibre de pression avec la pression du milieu (52) apte à régner dans ledit puits (3 1). 9. Outil selon la revendication 8, caractérisé par le fait que les moyens (50) pour maintenir au moins la partie interne (51) du patin (12) dans laquelle se déplacent les moyens d'arbre en équilibre de pression avec la pression du milieu (52) apte à régner dans ledit puits (3 1) sont constitués par au moins : - une première enveloppe étanche (53) à paroi souple reliant ledit patin et ledit sabot pour former un premier volume étanche (54) entourant lesdits moyens d'arbre (40), - une seconde enveloppe étanche (55) à paroi souple pour former un second volume étanche (56), - une percée traversante (57) réalisée dans ledit patin (12) pour mettre en communication fluidique les premier (54) et second (56) volumes étanches et la partie interne (5 1) du patin (1 2) dans laquelle se déplacent les moyens d'arbre (40), et - un fluide incompressible (58) remplissant les premier (54) et second (56) volumes étanches, la partie interne (51) du patin (12) dans laquelle se déplacent les moyens d'arbre (40) et la percée traversante (57). 10. Outil selon la revendication 9, caractérisé par le fait que les deux première (53) et seconde (55) enveloppes étanches à paroi souple sont constituées par des soufflets et que le fluide incompressible (58) est constitué par un liquide huileux.