Brevet FR2903496A1 — publié le 20080111

DÉTECTION DE FUITE DE TENSION POUR NOEUDS ÉLECTRIQUES MONTÉS EN SÉRIE DANS UN SYSTÈME D'ÉTUDE SISMIQUE La présente invention se rapporte à la détection de fuites de tension dans des systèmes électriques sismiques, et plus particulièrement la détection de fuites dans des systèmes d'études sismiques comprenant des noeuds montés en série. i0 Les études sismiques constituent une méthode pour déterminer la structure des formations souterraines. Les études sismiques se reposent généralement sur l'utilisation de sources d'énergie sismiques qui génèrent des ondes sismiques et des récepteurs sismiques qui détectent ces ondes. Les ondes sismiques se 15 propagent dans les formations terrestres, dans lesquelles une partie des ondes est réfléchie à partir des interfaces entre les formations souterraines. Les récepteurs sismiques détectent les ondes sismiques réfléchies et les convertissent en signaux électriques représentatifs. Les signaux sont généralement transmis de manière électrique, optique, radio ou autre à des 20 dispositifs qui les enregistrent. Grâce à l'analyse des signaux enregistrés (ou des traces), il est possible de déterminer la forme, la position et la composition des formations souterraines. Une des inquiétudes existant lors d'une étude sismique terrestre est la fuite à 25 la terre , une situation susceptible d'exposer une personne ou un animal à des niveaux de tension élevés. Un système d'étude sismique est généralement composé de plusieurs unités connectées entre elles par un câble sismique. Les câbles, connecteurs et unités transférant ou relayant l'électricité dans un système d'étude sismique peuvent créer des situations de fuite à la terre. Il peut 2903496 2 y avoir plusieurs centaines d'unités dans chaque domaine électrique, et des dizaines de mètres de câble entre elles, engendrant ainsi un domaine électrique s'étendant sur plusieurs kilomètres. De ce fait, non seulement les emplacements où une fuite à la terre est susceptible de se produire sont très nombreux, mais ils s'étendent généralement sur de très grandes distances. Localiser une fuite à la terre et y remédier peut donc constituer une tâche très longue et difficile. Les systèmes d'études sismiques comprennent donc généralement un certain io type de détection automatique ou de protection des fuites à la terre. Les systèmes de détection/de protection de fuites à la terre traditionnels comportent un fil de mise à la terre et forcent la tension de sortie à s'équilibrer autour de la terre. Le courant dans le fil de mise à la terre doit être nominalement proche de zéro ou égal à zéro. Ce courant est surveillé et, s'il augmente au-delà d'une is certaine limite, des interrupteurs éteignent la tension dans la totalité du domaine électrique. Les systèmes traditionnels de détection et de protection de fuite à la terre, bien qu'utiles et souhaitables, présentent plusieurs inconvénients. En cas de fuite à 20 la terre, l'intégralité de la ligne d'unités du domaine électrique affecté perd son alimentation. Il n'existe aucun moyen de diagnostiquer directement l'emplacement de la fuite à la terre dans la ligne, ce qui signifie qu'il faudra longtemps pour trouver le segment défectueux. Des problèmes intermittents, récurrents et des problèmes de courte durée sont encore plus difficiles à trouver 25 à moins que le système ne soit ramené à la base et testé dans une cuve à eau ou un autre dispositif similaire. Ainsi, bien que de tels systèmes conviennent à l'utilisation qui leur est destinée, il serait souhaitable de pouvoir les améliorer. 20 2903496 3 La présente invention est destinée à résoudre, ou au moins à limiter, une partie ou l'ensemble des problèmes mentionnés ci-dessus. Dans ses différents aspects et concrétisations, l'invention comprend un dispositif 5 d'étude sismique et une méthode d'utilisation dans le cadre d'une étude sismique. Le dispositif d'étude sismique comprend plusieurs noeuds électriques montés en série, une alimentation électrique capable d'alimenter les noeuds électriques et de détecter une fuite de tension parmi les noeuds électriques et un composant logiciel capable de localiser la fuite une fois celle-ci détectée. La lo méthode d'utilisation dans le cadre d'une étude sismique comprend l'alimentation de plusieurs noeuds électriques montés en série dans un système d'étude sismique, la détection automatique d'une fuite de tension parmi les noeuds électriques dans le domaine électrique et la localisation automatique de la fuite de tension détectée. 15 L'invention peut être comprise en référence à la description suivante faite en conjonction avec les schémas correspondants, dans lesquels des numéros de références identiques se réfèrent aux mêmes éléments, et dans lesquels : La figure 1 présente une portion d'une étendue d'étude sismique dans laquelle est appliquée la présente invention ; La figure 2 illustre de manière conceptuelle l'un des capteurs sismiques positionnés comme dans une étude sismique ; 25 Les figures 3A et 3B illustrent de manière conceptuelle des portions sélectionnées d'une unité de collecte de données telle qu'elle peut être utilisée 2903496 4 pour mettre en place l'alimentation électrique dans la concrétisation de la figure 1; Les figures 4A et 4B présentent un circuit de détection de fuite tel qu'il peut être utilisé dans l'alimentation électrique de la figure 1 ; 5 La figure 5 présente une technique appliquée par logiciel utilisée pour localiser une fuite détectée dans la concrétisation de la figure 1 ; La figure 6 présente une seconde portion d'une étendue d'étude sismique dans laquelle peut être appliquée la présente invention ; La figure 7 présente une technique appliquée par logiciel utilisée pour localiser io une fuite détectée dans la concrétisation de la figure 6 ; et Les figures 8 et 9 illustrent respectivement une étude de flûte remorquée et une étude des fonds marins dans lesquelles peut être appliquée la présente invention. is Bien que l'invention puisse connaître diverses modifications et des formes alternatives, les schémas illustrent des concrétisations spécifiques décrites ici en détails en guise d'exemple. Il doit toutefois être clair que la présente description des concrétisations spécifiques n'est pas destinée à limiter l'invention aux formes particulières indiquées, mais au contraire, à couvrir toutes 20 les modifications, tous les équivalents et toutes les alternatives s'inscrivant dans l'esprit et dans l'objectif de l'invention, tels que définis par les revendications en annexe. Des concrétisations illustratives de l'invention sont décrites ci-dessous. Par 25 souci de clarté, toutes les caractéristiques d'une application réelle ne sont pas décrites dans cette spécification. Il doit bien entendu être compris que dans le 2903496 5 développement d'une telle concrétisation réelle, de nombreuses décisions propres à la mise en oeuvre doivent être prises afin d'atteindre les objectifs du développeur, comme se conformer aux contraintes liées au système et au domaine, lesquels objectifs varient fortement selon les concrétisations. Il doit 5 également être compris qu'un tel effort de développement, même s'il est complexe et long, constituerait un acte routinier pour les gens du métier ayant accès aux présentes informations. La figure 1 illustre une portion 100 d'une étendue d'étude sismique (non io illustrée autrement) dans laquelle est appliquée la présente invention. La portion 100 comprend une alimentation électrique 103 et un domaine électrique 106 recevant l'alimentation de l'alimentation électrique 103. Généralement, une étendue d'étude sismique peut comprendre et comprend plusieurs domaines d'alimentation 106. Le domaine d'alimentation 106 comprend un câble sismique is 109 comportant plusieurs capteurs sismiques 112 (un seul indiqué) reliés par les segments de ligne 115 (un seul indiqué). Chaque capteur sismique 112 représente un noeud dans le domaine d'alimentation 106. Chaque segment de ligne 115, dans la concrétisation illustrée, peut comprendre un connecteur 118 (un seul indiqué) à l'une des extrémités. Les capteurs sismiques 112 sont 20 montés en série sur le câble 109. Les segments de ligne 115 et les connecteurs 118 peuvent être utilisés de manière traditionnelle. La concrétisation particulière peut varier en fonction du contexte dans lequel elle est employée. Par exemple, dans une étude des fonds marins, les connexions électriques doivent être étanches en profondeur, ce qui n'est pas forcément le cas dans une étude 25 terrestre. La figure 2 illustre de manière conceptuelle l'un des capteurs sismiques 112 positionné sur une surface 200 du sol 203. Les capteurs sismiques 112 de la 2903496 6 concrétisation illustrée sont construits pratiquement de la même manière, bien que cela ne soit pas requis par l'invention. Le capteur sismique 112 comprend généralement un élément capteur 206 et un ensemble d'éléments électroniques 209 situé dans un logement 212. Le logement 212 comprend une pointe 215 5 destinée à garantir un couplage adéquat entre l'élément capteur 206 et le sol 203. Il faut remarquer que l'invention n'est pas limitée par la structure ou la conception du logement 212. L'élément capteur 206 peut par exemple être appliqué dans un géophone traditionnel, procédure commune et bien connue dans le domaine. i0 Les éléments électroniques 209 sont traditionnels, hormis l'inclusion d'un interrupteur 218. L'interrupteur 218 est conceptuellement montré comme un interrupteur bipolaire à une direction. L'interrupteur 218 est un interrupteur bipolaire de tel sorte que le terminal positif et le terminal négatif sont tous deux is déconnectés en cas de fuite à la terre. L'interrupteur 218 contrôle le flux électrique de l'alimentation 103 vers les capteurs 112 en aval, c'est-à-dire le long du câble sismique 115 dans la direction contraire à l'alimentation 103. L'invention accepte des variations dans la mise en place de l'alimentation 218. L'alimentation 103 est une source d'électricité isolée, c'est-à-dire isolée de la 20 terre, équilibrée de manière lâche autour de la terre ; par exemple, si l'alimentation 103 est une alimentation 100 V, elle fait sortir 50 V en fonction du potentiel de la terre. L'alimentation 103 est mise en place, dans la concrétisation illustrée, dans l'unité de collecte des données pour l'étude sismique. Les spécialistes de la technique savent qu'une étude sismique 25 comprend généralement une unité de collecte des données qui remplit plusieurs fonctions. Elle envoie des signaux de commande et de contrôle, par exemple pour contrôler le fonctionnement des composants dans le système de l'étude sismique. L'unité de collecte des données fournit une alimentation, reçoit des 2903496 7 données générées par les capteurs sismiques et parfois traite ou retraite les données. Dans cette concrétisation, l'unité de collecte des données est utilisée pour alimenter le domaine électrique 106. Toutefois, dans d'autres concrétisations, l'alimentation 103 peut être mise en place, par exemple, dans 5 une source d'alimentation ne faisant pas partie de l'unité de collecte des données. Les figures 3A et 3B illustrent des portions sélectionnées de l'architecture de matériel et de logiciel de l'une des concrétisations spécifiques de l'unité d'alimentation 103. L'alimentation 103 comprend un processeur 305 io communiquant avec le système de stockage 310 via un système bus 315. Le système de stockage 310 peut comprendre un disque dur, une clé USB et/ou une mémoire vive ( RAM ) et/ou un dispositif de stockage mobile tel qu'une disquette magnétique 317 et un disque optique 320. Le stockage 310 est codé dans une application d'interface 311, une application 312, un système is d'exploitation 313 et des pilotes d'équipement 314. Le processeur 305 fonctionne sous le contrôle du système d'exploitation 313, qui peut en pratique être tout système d'exploitation connu dans le domaine. L'application 312 est appelée par le système d'exploitation 313 lors du démarrage, de la réinitialisation ou des deux, selon l'installation du système d'exploitation 313. 20 L'alimentation 103 communique avec une interface utilisateur 320 (par exemple un PC ou une station de travail UNIX) sur un port 325. L'alimentation 103 est équipée d'un circuit de détection de fuite de tension 400, montré dans la figure 4A. Le circuit de détection de fuite de tension 400 25 comprend un pont 403 à travers lequel est transmise la tension 406 sur le câble sismique 109 vers les capteurs sismiques 112, montré sur la figure 1. Le pont 403 comprend quatre résistances 409 ù 412 à impédance élevée (1 MO par exemple) et est relié à la terre tel que montré. Tant qu'il n'existe pas de fuite à 2903496 8 la terre, le pont 403 est symétrique est la tension d'erreur Ve est zéro. L'alimentation 406 elle-même est en frottement libre par rapport au potentiel de la terre, de telle sorte que la paire de résistances gauche 409, 410 divise la tension d'alimentation 406 en deux moitiés de polarités opposées vues à partir s de la référence de la terre. Lorsque l'un des fils d'alimentation 415, 416 touche la terre conductrice, un déséquilibre est introduit dans le pont 403. Dans la figure 4A, la résistance inférieure gauche du pont 410 est mise en parallèle par la fuite 415 en cas de fuite, comme montré dans la figure 4B. io Plus particulièrement, supposons que le système de la figure 1 fonctionne correctement sans fuite à la terre. Supposons qu'il existe n capteurs sismiques 112 sur le câble sismique 109, c'est-à-dire des capteurs sismiques 1121 û 112e. Puisqu'il n'existe pas de fuite à la terre, l'alimentation 103 s'équilibre autour de la terre et la tension d'erreur Ve est proche de 0. Puis une fuite à la terre se is produit le long du domaine électrique 106. Cela signifie qu'un terminal touche la terre conductrice ou toute chose avec une faible résistivité à la terre. Il en résulte la création d'un déséquilibre dans le pont de détection 403, tel qu'indiqué ci-dessus, ce qui conduit à une tension d'erreur Ve. 20 La tension d'erreur Ve déclenche une recherche par logiciel 500, illustrée dans la figure 5, par l'application 312, montrée dans la figure 3B. L'alimentation 103 envoie une commande (à 503) au capteur sismique 11217_1, lui disant d'ouvrir son interrupteur 218,7_4, interrompant ainsi le relais d'alimentation au capteur sismique 112,,. La commande est envoyée sous forme d'une commande 25 électronique et d'un signal électronique par le câble sismique 109. Le capteur sismique 112ä n'est alors plus alimenté. Si la fuite à la terre disparaît (à 506) lorsque l'interrupteur 218171 est ouvert, la fuite à la terre est située (à 509) entre le capteur sismique 11211 et le capteur sismique 112,,. 2903496 9 Si l'erreur de tension Ve persiste après l'ouverture de l'interrupteur 218ä4, la fuite à la terre ne se situe pas entre les capteurs sismiques 112ä4 et 112,,. L'alimentation 103, par le biais de l'application 312, demande alors (à 503) au 5 capteur sismique 112i_2 d'ouvrir son interrupteur 218i_2. Si l'erreur de tension Ve passe à 0 (à 506), la fuite à la terre est située (à 509) entre le capteur sismique 112i_2 et le capteur sismique 112ä4. Si l'erreur de tension Ve persiste, l'alimentation 103 recommence le processus (à 512), remontant ainsi le câble sismique 109 à travers chacun de ses capteurs sismiques 112 jusqu'à la io localisation de la fuite à la terre. La fuite à la terre est à présent localisée et doit être modifiée avant que les capteurs sismiques 112 puissent être à nouveau alimentés en aval . Les capteurs sismiques 112 se trouvent en aval de l'alimentation 103 dans la mesure où le courant se dirige vers eux à partir de la source d'alimentation 103. (De même, le capteur sismique 122, se trouve en is aval du capteur sismique 122ä4 dans la mesure où le courant se dirige de l'alimentation 103 vers le capteur sismique 122, en passant par le capteur sismique 122ä4.) De même, l'alimentation 103 se trouve en amont des capteurs sismiques 112. 20 Comme précédemment mentionné, l'invention accepte diverses applications. Prenons par exemple la concrétisation de la figure 6. Une portion 600 d'une étendue d'étude sismique (non montrée) comprenant deux alimentations 103m, 103s, une à chaque extrémité du câble sismique 109. Un circuit de détection de fuite 400, montré dans la figure 4A, est placé entre les deux alimentations 103. 25 Dans cette concrétisation spécifique, une erreur de tension Ve détectée dans l'une des alimentations 103 déclenche une recherche par logiciel 700, illustrée dans la figure 7, par l'application 312, montrée dans la figure 3B. 2903496 Dans cette concrétisation spécifique, les capteurs sismiques 112 sont alimentés des deux côtés et une recherche binaire est réalisée. L'une des alimentations 103M est désignée comme l'alimentation principale . Supposons encore qu'il existe n capteurs sismiques 1121 ù 112n et n+1 segments de ligne 1151 ù 5 115,7+1. Dans la discussion suivante, ouvrir l'interrupteur i signifie ouvrir l'interrupteur 218 dans le capteur sismique 112 à droite du segment de ligne 115;. L'alimentation principale 103M commande au capteur sismique 112(n+1),2 d'ouvrir son interrupteur 218(n+1y2 (à 703). (Il faut remarquer que si i est impair, et donc non divisible par deux, la concrétisation illustrée l'arrondit vers le bas). 10 Puisque le système est alimenté des deux côtés, tous les capteurs sismiques 112 continuent d'être alimentés à partir de la gauche ou de la droite, mais seule l'une des alimentations 103 connaît désormais la fuite à la terre. La fuite à la terre est alors localisée entre le capteur sismique 112(n+1)/2 et l'alimentation 103 connaissant la fuite à la terre. L'alimentation principale 103M commande au capteur sismique 112(n+1),2 de fermer à nouveau son interrupteur 218(n+1)/2 (à 706). Le segment de ligne 115 contenant la fuite à la terre est à nouveau divisé en deux au moyen d'une recherche binaire. Ainsi, si la fuite à la terre a eu lieu entre l'alimentation principale 103M et le capteur sismique 112(n+1)/2, l'alimentation principale 103M commande au capteur sismique 112(n+1)/4 d'ouvrir son interrupteur 218(n+1)/4. D'un autre côté, si la fuite à la terre est située entre l'alimentation principale 103s et le capteur sismique 112(n+1)/2, l'alimentation principale 103M commande au capteur sismique 1123n/4 d'ouvrir son interrupteur 218(3n+1)/4. Une fois encore, tous les capteurs sismiques 112 sont alimentés soit par la gauche soit par la droite tandis qu'une seule des alimentations 103 connaît la fuite à la terre. Le processus se répète jusqu'à la localisation et la déconnexion de la fuite à la terre (à 709). Le segment de ligne 115 sur lequel est localisée la fuite à la terre 2903496 11 n'est désormais pas alimenté. Le fonctionnement demeure possible, même si le segment de ligne 115 est modifié. Ainsi, l'impact opérationnel de la fuite à la terre est minimal. 5 Plus spécifiquement, en référence avec la figure 7, si VeM> O ou Ves>O (à 710), alors les indices i, j sont déterminés (à 711) de telle sorte que i = (n+1)/2 et j = (n+1)/2. L'interrupteur i (arrondi à la valeur inférieure si nécessaire) est alors ouvert (à 703). Si (à 712) j n'est pas 0,5, alors j=j/2 (à 713). Si (à 714) VeM>O, alors i=i -j (à 715); sinon i=i+j (à 716). L'interrupteur ouvert est alors fermé (à io 706) et l'interrupteur i suivant est ouvert (à 703) et le processus se répète. Si (à 712) j_ REVENDICATIONS 1. Dispositif d'études sismiques comprenant : plusieurs noeuds électriques (112, 112a, 103) montés en série ; une alimentation (103) capable d'alimenter les noeuds électriques et de détecter une fuite de tension parmi les noeuds électriques ; et un composant logiciel capable de localiser la fuite après sa détection. 2. Dispositif d'études sismiques de la revendication 1, dans lequel les noeuds électriques comprennent au moins un capteur sismique (112), une io alimentation et un routeur de données. 3. Dispositif d'études sismiques de la revendication 1, dans lequel l'alimentation (103) est l'un des noeuds électriques. 4. Dispositif d'études sismiques de la revendication 1, dans lequel les noeuds électriques comprennent un interrupteur (218) qui peut être ouvert sur 15 demande du composant logiciel. 5. Dispositif d'études sismiques de la revendication 1, dans lequel l'alimentation comprend un circuit de détection de fuite (400) lui permettant de détecter une fuite de tension. 6. Dispositif d'études sismiques de la revendication 5, dans lequel le circuit 20 de détection de fuite (400) comprend un pont à travers lequel la fuite engendre une tension d'erreur. 7. Dispositif d'études sismiques de la revendication 1, dans lequel l'alimentation comprend une portion de l'unité de collecte de données. 2903496 17 8. Dispositif d'études sismiques de la revendication 7, dans lequel le composant logiciel se repose sur un stockage de l'unité de collecte de données. 9. Dispositif d'études sismiques de la revendication 1, dans lequel le composant logiciel réalise une recherche linéaire ou binaire de la fuite de 5 tension. 10. Dispositif d'études sismiques de la revendication 1 comprend également une deuxième alimentation capable d'alimenter les noeuds électriques et de détecter la fuite de tension. 11. Méthode d'utilisation dans le cadre d'une étude sismique comprenant : l'alimentation de plusieurs noeuds électriques montés en série dans un système d'études sismiques ; la détection automatique d'une fuite de tension parmi les noeuds électriques dans le domaine électrique ; et is la localisation automatique de la fuite de tension détectée. 12. Méthode de la revendication 11, dans laquelle l'alimentation des noeuds électriques comprend l'alimentation des noeuds électriques à partir d'un côté unique. 13. Méthode de la revendication 11, dans laquelle l'alimentation des noeuds 20 électriques comprend l'alimentation des noeuds électriques à partir des deux côtés. 14. Méthode de la revendication 11, dans laquelle les noeuds électriques comprennent l'alimentation d'au moins un des capteurs sismiques, une alimentation et un routeur de données. 2903496 18 15. Méthode de la revendication 11, dans laquelle la détection automatique de la fuite de tension comprend la demande automatiquement faite aux noeuds électriques d'ouvrir un interrupteur respectif. 16. Méthode de la revendication 11, dans laquelle la détection automatique 5 de la fuite de tension comprend la détection automatique d'une fuite à la terre. 17. Méthode de la revendication 11, dans laquelle la détection automatique de la fuite de tension comprend la détection d'une erreur de tension générée par la fuite de tension. 18. Méthode de la revendication 11, dans laquelle la localisation automatique ~o de la fuite de tension détectée comprend la réalisation d'une recherche linéaire ou binaire. 19. Dispositif pouvant être utilisé dans le cadre d'une étude sismique comprenant : des moyens d'alimentation de plusieurs noeuds électriques montés en ls série (212,212a, 103) dans un système d'études sismiques ; des moyens de détection automatique d'une fuite de tension parmi les noeuds électriques dans le domaine électrique ; et des moyens de localisation automatique de la fuite de tension détectée. 20. Dispositif de la revendication 19, dans laquelle les moyens d'alimentation 20 comprennent des moyens d'alimentation des noeuds électriques à partir d'un côté unique. 21. Dispositif de la revendication 19, dans laquelle les moyens d'alimentation comprennent des moyens d'alimentation des noeuds électriques à partir des deux côtés. 2903496 19 22. Dispositif de la revendication 19, dans laquelle les moyens d'alimentation comprennent des moyens d'alimentations d'au moins un capteur sismique, une alimentation et un routeur de données. 23. Dispositif de la revendication 19, dans laquelle les moyens de détection s automatique de la fuite comprennent des moyens pour demander automatiquement aux noeuds électriques d'ouvrir un interrupteur respectif. 24. Dispositif de la revendication 19, dans laquelle les moyens de détection automatique comprennent des moyens de détection automatique d'une fuite à la terre. io 25. Dispositif de la revendication 19, dans laquelle les moyens de détection automatique comprennent des moyens de détection d'une erreur de tension générée par la fuite de tension. 26. Dispositif de la revendication 19, dans laquelle les moyens de localisation automatique comprennent des moyens de réaliser une recherche linéaire ou 15 binaire.