Brevet FR2903782A1 — publié le 20080118

B07-2722FR Société dite : GENERAL ELECTRIC COMPANY DISPOSITIFS POUR DIAGRAPHIE GEOPHYSIQUE Invention de : WILLIAMS James Richard PALMER Brian M. Priorité d'une demande de brevet déposée aux Etats-Unis d'Amérique le 17 juillet 2007 sous le n 11/457.999 2903782 2 DISPOSITIFS POUR DIAGRAPHIE GEOPHYSIQUE La présente invention concerne d'une façon générale des détecteurs de rayonnement et, plus particulièrement, des scintillateurs utilisés dans des détecteurs de rayonnement. En raison de la nature des forages géophysiques, les trous de forage utilisés pour la diagraphie géophysique et la production de pétrole et de gaz ont généralement une section transversale circulaire. Par conséquent, les outils utilisés pour réaliser une diagraphie de ces trous de forage sont sensiblement cylindriques pour s'adapter aux dimensions du trou de forage. Les outils utilisés dans le trou de forage, notamment pour étudier le rayonnement du trou de forage, subissent des pressions et des températures élevées par rapport aux conditions régnant en surface. Du fait des pressions subies lorsque le trou de forage est rempli de fluide, une grande partie de la section transversale de l'outil sert à résister à cette pression, ce qui laisse relativement peu de place disponible pour l'instrumentation. Il importe que l'espace restant soit utilisé de manière optimale. Les détecteurs de rayonnement à scintillation selon la technique antérieure utilisés pour l'étude des trous de forage sont des objets de révolution rectilignes cylindriques ou très similaires. De telles formes, bien qu'elles soient simples à usiner, font perdre une grande quantité de forme utilisable et limitent par conséquent la sensibilité de l'outil tout entier. Pour faciliter l'amélioration de la sensibilité des détecteurs, on a utilisé de multiples détecteurs de dimensions plus petites. Cependant, ces solutions nécessitent que chaque scintillateur soit couplé à un photomultiplicateur, ce qui accroît fortement le coût du détecteur. Dans une forme de réalisation, un instrument d'étude de trou de forage comprend un photodétecteur, et un scintillateur à couplage optique avec le photodétecteur, le scintillateur se présentant sous la forme d'au moins un segment cylindrique et/ou ayant une forme tronconique. Dans un mode de réalisation, ledit scintillateur est couplé à un seul photodétecteur. Dans un mode de réalisation, ledit scintillateur est couplé à un seul photodétecteur à l'aide d'un conduit de lumière. Dans un mode de réalisation, ledit scintillateur est couplé à un seul photodétecteur à l'aide d'un conduit de lumière asphérique. 2903782 3 Dans un mode de réalisation, ledit scintillateur est constitué par un scintillateur semi-cylindrique, ledit scintillateur étant couplé audit photodétecteur à l'aide d'un conduit de lumière asphérique. Dans un mode de réalisation, ledit scintillateur est constitué par un 5 scintillateur en quart de cylindre couplé audit photodétecteur. Dans un mode de réalisation, ledit scintillateur est constitué par au moins un segment cylindrique désaxé, un segment comportant une surface concave, un segment comportant une surface convexe et une combinaison de segments. Dans une autre forme de réalisation, un détecteur de rayonnement comprend 10 un photodétecteur, et un scintillateur à couplage optique avec le photodétecteur, le scintillateur se présentant sous la forme d'une plaque rectangulaire. Dans un mode de réalisation, ledit scintillateur est constitué d'une pluralité de scintillateurs en forme de plaque rectangulaire à couplage optique avec ledit photodétecteur, un axe longitudinal de chacun desdits différents scintillateurs en 15 forme de plaque rectangulaire étant sensiblement parallèle à un axe longitudinal dudit détecteur de rayonnement. Dans encore une autre forme de réalisation, un outil de diagraphie de trou de sondage comprend un boîtier agencé pour isoler de manière sensiblement étanche un environnement de diagraphie de fond de trou par rapport à l'intérieur du boîtier, et un 20 instrument d'étude enfermé dans le boîtier, l'instrument d'étude comprenant un photodétecteur, et un scintillateur à couplage optique avec le photodétecteur, le scintillateur se présentant sous une forme circulaire cylindrique non droite. L'invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple non limitatif et illustré par les dessins 25 annexés, sur lesquels : la Fig. 1 est une vue latérale écorchée d'un exemple d'outil de diagraphie de trou de forage comprenant un détecteur de rayonnement selon une forme de réalisation de la présente invention ; la Fig. 2 est une vue en perspective d'un exemple de forme de réalisation 30 d'un scintillateur utilisable avec l'outil de diagraphie de trou de forage représenté sur la Fig. 1 ; la Fig. 3 est une vue en perspective d'un autre exemple de forme de réalisation d'un scintillateur utilisable avec l'outil de diagraphie de trou de forage représenté sur la Fig. 1 ; 2903782 4 la Fig. 4 est une vue en perspective d'encore un autre exemple de forme de réalisation d'un scintillateur utilisable avec l'outil de diagraphie de trou de forage représenté sur la Fig. 1 ; la Fig. 5 est une vue en perspective d'un nouvel autre exemple de forme de 5 réalisation d'un scintillateur utilisable avec l'outil de diagraphie de trou de forage représenté sur la Fig. 1 ; la Fig. 6 est une vue en perspective d'un autre exemple de forme de réalisation d'un scintillateur utilisable avec l'outil de diagraphie de trou de forage représenté sur la Fig. 1 ; et 10 la Fig. 7 est une vue en perspective d'encore un nouvel autre exemple de forme de réalisation d'un scintillateur utilisable avec l'outil de diagraphie de trou de forage représenté sur la Fig. 1. La Fig. 1 est une vue latérale écorchée d'un exemple d'outil de diagraphie 100 de trou de forage comprenant un détecteur 101 de rayonnement selon une forme 15 de réalisation de la présente invention. Dans l'exemple de forme de réalisation, l'outil de diagraphie 100 de trou de forage est utilisé pour la diagraphie géophysique et la production de pétrole et de gaz. Comme les trous de forage ont généralement une section transversale circulaire, les outils servant à la diagraphie de ces trous de forage sont sensiblement cylindriques pour s'adapter aux dimensions du trou de forage. Les 20 outils utilisés dans le trou de forage, notamment pour l'étude du rayonnement du trou de forage, subissent des pressions et des températures élevées en comparaison des conditions régnant en surface. Du fait des pressions subies lorsque le trou de forage est rempli de fluide, une grande partie de la section transversale de l'outil sert à résister à cette pression, ce qui laisse relativement peu de place disponible pour 25 l'instrumentation. Dans l'exemple de forme de réalisation, le détecteur 101 de rayonnement comprend par exemple un photodétecteur 102, mais sans se limiter à un tube photomultiplicateur ou une photodiode, et un scintillateur 104 à couplage optique avec le photodétecteur 102. Au sens de la présente description, un scintillateur est un cristal transparent 30 dans la gamme de longueurs d'onde de scintillation qui réagit à un rayonnement incident en émettant une impulsion de lumière. Lorsque le scintillateur est couplé à un moyen de détection de lumière, la lumière émise par le cristal produit un signal électrique proportionnel au nombre d'impulsions de lumière reçues et à leur intensité. Les cristaux à l'état solide d'un scintillateur servent de composants de détecteurs de rayonnement dans des dispositifs de détection radiographiques utilisés dans le 2903782 5 domaine de la diagraphie des puits de pétrole. Les cristaux de scintillateur connus comprennent l'iodure de sodium dopé au thallium, le fluorure de baryum, le germinate de bismuth (BGO), l'orthosilicate de gadolinium (GSO) activé au cérium, l'oxyorthosilicate de lutétium (LSO) activé au cérium, et le tellurure de zinc et de 5 cadmium (CZT). D'autres matériaux cristallins pour scintillateur se présentant sous la forme décrite ici sont également envisagés pour servir dans le scintillateur 104. Dans l'exemple de forme de réalisation, le scintillateur 104 se présente sous la forme d'un segment cylindrique. Un segment cylindrique, parfois également appelé cylindre tronqué, est un solide découpé dans un cylindre circulaire par un ou plusieurs plans. 10 Dans l'exemple de forme de réalisation, le scintillateur 104 se présente sous la forme d'un élément cylindrique biseauté dans lequel deux plans de coupe définissent la forme finale du scintillateur 104, un premier plan perpendiculaire à un axe longitudinal 106 du scintillateur 104 et un second plan incliné par rapport à l'axe horizontal 106. Le scintillateur 104 comporte respectivement une extrémité 108 de 15 forme circulaire et une extrémité 110 de forme elliptique. Dans diverses autres formes de réalisation, le scintillateur 104 est couplé à un seul photodétecteur 102, de manière directe ou à l'aide d'un conduit de lumière 112, par exemple un conduit de lumière à section transversale circulaire ou un conduit de lumière asphérique. Le scintillateur 104 peut également avoir une forme 20 semi-cylindrique et peut être couplé au photodétecteur 102 à l'aide d'un conduit de lumière asphérique 112. Le scintillateur 104 peut également avoir d'autres formes qui ne sont pas des objets de révolution, par exemple, mais de manière nullement limitative, une forme de quart de cylindre, un segment cylindrique désaxé, un segment comportant une surface concave, un segment comportant une surface 25 convexe ou une combinaison de segments. Dans une autre forme de réalisation possible, le scintillateur 104 se présente sous la forme d'une plaque rectangulaire. Le scintillateur 104 peut comporter plusieurs scintillateurs en forme de plaque rectangulaire espacés sur le pourtour intérieur de l'outil de diagraphie 100. Chacun des différents scintillateurs peut être 30 couplé à un photodétecteur respectif à l'aide d'un conduit de lumière correspondant. Dans une autre forme de réalisation possible, chacun des différents scintillateurs peut être couplé à n'importe quel nombre de photodétecteurs à l'aide d'un conduit de lumière agencé pour transmettre le signal optique des scintillateurs 104 aux photodétecteurs correspondants 102. Un axe longitudinal d'au moins certains des 35 scintillateurs 104 est parallèle à l'axe longitudinal 106. 2903782 6 La Fig. 2 est une vue en perspective d'un scintillateur utilisable avec l'outil de diagraphie 100 de trou de forage (représenté sur la Fig. 1). Dans l'exemple de forme de réalisation, le scintillateur 104 a une section transversale semi-cylindrique. La Fig. 3 est une vue en perspective d'un scintillateur 304 utilisable avec 5 l'outil de diagraphique 100 de trou de forage (représenté sur la Fig. 1). Dans l'exemple de forme de réalisation, le scintillateur 304 a une section transversale en forme de quart de cylindre. La Fig. 4 est une vue en perspective d'un scintillateur 404 utilisable avec l'outil de diagraphie 100 de trou de forage (représenté sur la Fig. 1). Dans l'exemple 10 de forme de réalisation, le scintillateur 404 a une forme de cylindre tronqué, le plan de coupe oblique ne s'étendant pas sur la totalité du diamètre 406 du cylindre. Une partie 408 d'une extrémité 410 est sensiblement perpendiculaire à un axe longitudinal 412 du scintillateur 404 et une partie 414 de l'extrémité 410 est orientée de manière oblique par rapport à l'axe 412. 15 La Fig. 5 est une vue en perspective d'un scintillateur 504 utilisable avec l'outil de diagraphie 100 de trou de forage (représenté sur la Fig. 1). Dans l'exemple de forme de réalisation, le scintillateur 504 comporte une extrémité convexe 506 et une extrémité concave 508. Dans une autre forme de réalisation possible, les deux extrémités peuvent être concaves ou convexes. 20 La Fig. 6 est une vue en perspective d'un scintillateur 604 utilisable avec l'outil de diagraphie 100 de trou de forage (représenté sur la Fig. 1). Dans l'exemple de forme de réalisation, le scintillateur 604 est un segment cylindrique placé dans l'outil de diagraphie (non représenté sur la Fig. 6) de manière décalée par rapport à un axe longitudinal 606 de l'outil de diagraphie. 25 La Fig. 7 est une vue en perspective d'un scintillateur 704 utilisable avec l'outil de diagraphie 100 de trou de forage (représenté sur la Fig. 1). Dans l'exemple de forme de réalisation, le scintillateur 704 se présente sous la forme d'une plaque rectangulaire. Bien que le scintillateur soit décrit dans le cadre d'un outil de diagraphie de 30 trou de forage, d'autres applications comme détecteurs de rayonnement sont susceptibles de bénéficier des formes de réalisation décrites ici, comme par exemple un détecteur de rayonnement pour applications médicales ou sécuritaires. De tels scintillateurs trouvent une application dans des dispositifs d'imagerie médicale utilisant des détecteurs numériques de rayons x et des tubes photomultiplicateurs. 35 Dans le domaine de la sécurité, de tels scintillateurs peuvent être utilisés dans des 2903782 7 dispositifs d'inspection de personnes, d'équipements et de fret afin de détecter, par exemple, un rayonnement émis par des substances de bombes radiologiques. Le scintillateur décrit ci-dessus, destiné à un détecteur de rayonnement, est rentable et très fiable. L'ensemble de scintillateur est constitué en prenant un ou 5 plusieurs segments dans la direction longitudinale d'un scintillateur cylindrique. Le scintillateur cylindrique en plusieurs éléments est ensuite réuni à un seul photomultiplicateur de manière directe ou à l'aide d'un conduit de lumière asphérique. Le scintillateur permet à des formes de réalisation ayant d'autres configurations d'être couplées à un seul photodétecteur ou à une pluralité de 10 détecteurs. 5 REVENDICATIONS 1. Détecteur (101) de rayonnement, comprenant : un photodétecteur (102) ; et un scintillateur (104) à couplage optique avec ledit photodétecteur, ledit scintillateur se présentant sous la forme d'un segment de cylindre et/ou d'un cylindre tronconique. 2. Détecteur (101) de rayonnement selon la revendication 1, dans lequel ledit scintillateur (104) est couplé à un seul photodétecteur (102). 3. Détecteur (101) de rayonnement selon la revendication 1, dans lequel ledit scintillateur (104) est couplé à un seul photodétecteur (102) à l'aide d'un conduit de lumière (112). 4. Détecteur (101) de rayonnement selon la revendication 1, dans lequel ledit scintillateur (104) est couplé à un seul photodétecteur (102) à l'aide d'un conduit de lumière asphérique. 5. Détecteur (101) de rayonnement selon la revendication 1, dans lequel ledit scintillateur (104) est constitué par un scintillateur semi-cylindrique, ledit scintillateur étant couplé audit photodétecteur (102) à l'aide d'un conduit de lumière asphérique. 6. Détecteur (101) de rayonnement selon la revendication 1, dans lequel ledit scintillateur (104) est constitué par un scintillateur en quart de cylindre couplé audit photodétecteur (102). 7. Détecteur (101) de rayonnement selon la revendication 1, dans lequel ledit scintillateur (104) est constitué par au moins un segment cylindrique désaxé, un segment comportant une surface concave, un segment comportant une surface convexe et une combinaison de segments. 8. Détecteur (101) de rayonnement, comprenant : un photodétecteur (102) ; et un scintillateur (104) à couplage optique avec ledit photodétecteur, ledit scintillateur se présentant sous la forme d'une plaque rectangulaire. 9. Détecteur (101) de rayonnement selon la revendication 8, dans lequel ledit scintillateur (104) est constitué d'une pluralité de scintillateurs en forme de plaque rectangulaire à couplage optique avec ledit photodétecteur (102), un axe longitudinal (106) de chacun desdits différents scintillateurs en forme de plaque 9 2903782 10 rectangulaire étant sensiblement parallèle à un axe longitudinal dudit détecteur de rayonnement. 10. Outil de diagraphie (100) de trou de forage, comprenant : un boîtier agencé pour isoler de manière sensiblement étanche un 5 environnement de diagraphie en fond de trou par rapport à un intérieur du boîtier ; et un instrument d'étude enfermé dans le boîtier, ledit instrument d'étude comportant : un photodétecteur (102) ; et un scintillateur (104) à couplage optique avec ledit photodétecteur, ledit Io scintillateur se présentant sous la forme d'un cylindre circulaire non droit.