Brevet FR3101960A1 — publié le 20210416

Dispositif de mesure pour déterminer la conformité des forages d’eau et son procédé de fonctionnement Dispositif de mesure (10) destiné à être utilisé dans un forage (31) muni d’un tube (32), le dispositif étant composé de deux parties (100) et (200), la première partie (100) comprenant des pièces mobiles (124, 134) adaptées pour venir en appui contre la surface interne du tube selon un premier axe, des moyens adaptés pour mettre en mouvement les pièces mobiles (124, 134) de façon à ce que les pièces exercent une pression sur la surface interne du tube capable de déformer le tube en absence de cimentation dans l’espace annulaire (33) entre la roche (34) et le tube et des moyens (14, 16) pour mesurer la déformation du tube vers l’extérieur selon le premier axe. Selon la caractéristique principale de l’invention, la seconde partie (200) comprend des pièces mobiles (224, 234) en contact avec la surface interne du tube selon un second axe perpendiculaire au premier axe et situé dans un même plan, des moyens adaptés pour mettre en mouvement les pièces mobiles (224, 234) de façon à maintenir ce contact et des moyens (24, 26) pour mesurer la déformation du tube vers l’intérieur selon le second axe. Figure pour l’abrégé : Figure 1 Dispositif de mesure pour déterminer la conformité des forages d’eau et son procédé de fonctionnement La présente invention concerne les dispositifs de mesure et de contrôle de la qualité de la cimentation d’un forage tubé ou d’un puits tubé pour capter l’eau contenu dans les nappes souterraines et concerne en particulier un dispositif de mesure pour déterminer la conformité des forages d’eau. Etat de la technique Lors de la construction d’un forage pour capter l’eau des nappes souterraines, un tube en PVC est placé dans le forage et l’espace annulaire entre le tube et la roche est comblé de ciment afin d’isoler entre elles les différentes strates géologiques qui sont traversées par le forage. En effet, en l’absence de ciment entre le tube et la roche, les eaux de surface souvent polluées peuvent percoler le long de la surface extérieure du tube et atteindre les eaux profondes et ainsi les contaminer. La cimentation annulaire du puits ainsi formé est donc d’une importance capitale pour éviter les risques de contamination des eaux profondes. Les risques de pollution sont les mêmes en cas de remplissage de l’espace annulaire entre le tube et la roche par un matériau non étanche tel que du sable, de la terre ou des gravillons. Bien qu’il existe une réglementation stricte en matière de forage, certains professionnels peu scrupuleux ne respectent pas cette règlementation et il existe des forages dont l’espace annulaire entre la roche nue et le tube n’a pas été comblé de ciment et qui représente un danger potentiel non négligeable de pollution. Des documents publiés décrivent des dispositifs utilisés pour détecter la qualité du ciment par un outil à ultrasons. Ce type d’outil est utilisé sur des forages dont les tubes sont métalliques. Par exemple, le document US2016/0047238 décrit un outil qui émet des ultrasons et comprend un moyen pour analyser et mesurer la signature de l’onde ultra-sonore réfléchie sur la surface du tubage et une interprétation du taux d'atténuation permet de juger de la présence et de la qualité du ciment. L’inconvénient majeur d’un tel outil est qu’il ne fonctionne pas avec un tube non métallique tel qu’un tube en PVC. Le document US 2,672,050 propose une autre solution technique au problème de détection des portions de tube non cimentés. Le dispositif qui y est décrit comporte un ressort hydraulique qui exerce une pression sur deux roues diamétralement opposées qui pressent contre la paroi interne du tube et qui se déplace le long de celui-ci. Un moyen à encre et rouleau papier permet l’impression d’une courbe de variations de section du tube interne lorsque le dispositif se déplace le long du tube. Un des inconvénients d’un tel dispositif est qu’il ne permet pas de faire la distinction entre la présence de gravillons et de ciment dans l’espace annulaire. Par conséquent, ce type de dispositif ne permet pas de statuer de façon certaine sur la conformité du tubage et l’absence de risque de pollution des nappes d'eau souterraines. C’est pourquoi, le but de l’invention est de réaliser un dispositif de mesure à la fois capable de déterminer l’absence de cimentation annulaire d’un forage tubé et de distinguer, en cas d’espace annulaire rempli, le type de matériau entre gravillons/sable et ciment. Un autre but de l’invention est de fournir un procédé pour déterminer l’absence de cimentation annulaire d’un forage tubé et de distinguer, en cas d’espace annulaire rempli, le type de matériau entre gravillons/sable et ciment. L’objet de l’invention est donc un dispositif de mesure destiné à être utilisé dans un forage muni d’un tube, le dispositif étant composé de deux parties, la première partie comprenant des pièces mobiles adaptées pour venir en appui contre la surface interne du tube selon un premier axe, des moyens adaptés pour mettre en mouvement les pièces mobiles de façon à ce que les pièces exercent une pression sur la surface interne du tube capable de déformer le tube en absence de cimentation dans l’espace annulaire entre la roche et le tube et des moyens pour mesurer la déformation du tube vers l’extérieur selon le premier axe. Selon la caractéristique principale de l’invention, la seconde partie comprend des pièces mobiles en contact avec la surface interne du tube selon un second axe perpendiculaire au premier axe et situé dans un même plan, des moyens adaptés pour mettre en mouvement les pièces mobiles de façon à maintenir ce contact et des moyens pour mesurer la déformation du tube vers l’intérieur selon le second axe. Un autre objet de l’invention est un procédé de fonctionnement du dispositif de mesure. Brève description des figures Les buts, objets et caractéristiques de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit faite en référence aux dessins dans lesquels : représente une vue d’ensemble du dispositif de l’invention mis en œuvre, représente une vue de face du dispositif selon l’invention, représente une vue en coupe selon un plan YZ de la première partie du dispositif selon l’invention, représente une vue en coupe selon un plan YZ de la seconde partie du dispositif selon l’invention, représente une vue en coupe selon un plan XY du dispositif selon l’invention, représente une vue en coupe du dispositif selon l’invention en fonctionnement selon une étape, représente une vue en coupe du dispositif selon l’invention en fonctionnement selon une autre étape. Dispositif de mesure (10) destiné à être utilisé dans un forage (31) muni d’un tube (32), ledit dispositif étant composé de deux parties (100) et (200), la première partie (100) comprenant des pièces mobiles (124, 134) adaptées pour venir en appui contre la surface interne du tube selon un premier axe, des moyens adaptés pour mettre en mouvement les pièces mobiles (124, 134) de façon à ce que lesdites pièces exercent une pression sur la surface interne du tube capable de déformer le tube en absence de cimentation dans l’espace annulaire (33) entre la roche (34) et le tube et des moyens (14, 16) pour mesurer la déformation du tube vers l’extérieur selon le premier axe, Caractérisé en ce que la seconde partie (200) comprend des pièces mobiles (224, 234) en contact avec la surface interne du tube selon un second axe perpendiculaire au premier axe et situé dans un même plan, des moyens adaptés pour mettre en mouvement les pièces mobiles (224, 234) de façon à maintenir ce contact et des moyens (24, 26) pour mesurer la déformation du tube vers l’intérieur selon le second axe. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les moyens adaptés pour mettre en mouvement les pièces mobiles (124, 134), comprennent un vérin pneumatique (12) alimenté par au moins un compresseur situé à l’extérieur du puit, la tige dudit vérin étant solidaire d’une chape (110), deux biellettes (120, 130) montées pivotantes autour respectivement d’un axe (121, 131) situés à l’extrémité de la chape (110), deux basculeurs (122, 132) montées pivotants autour respectivement d’un axe (128) et (138) fixe, les basculeurs (122, 132) étant également reliés respectivement aux biellettes (120, 130) par une liaison pivot autour respectivement d’un axe (123) et (133). Dispositif selon la revendication 2, dans lequel les pièces mobiles (124, 134) sont deux molettes reliées chacune respectivement aux basculeurs (122) et (132) par un axe de rotation (125) et (135) de sorte qu’elles peuvent tourner autour de cet axe, lesdits axes étant parallèle entre eux et à l’axe Y et les deux molettes (124, 134) étant diamétralement opposées l’une de l’autre. Dispositif selon l’une des revendications 2 ou 3, dans lequel les moyens pour mesurer la déformation du tube vers l’extérieur selon le premier axe comprennent un capteur de position (16), un aimant (14) couplé audit capteur et fixé à la tige du vérin (12), le déplacement dudit aimant étant proportionnel au déplacement des pièces mobiles (124 et 134) est convertit en un signal électrique par le capteur (16) et transmis à une interface de contrôle et de commande (36) située à l’extérieur du forage par une liaison électrique située dans un câble ombilical (35). Dispositif selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel les moyens adaptés pour mettre en mouvement les pièces mobiles (224, 234), comprennent un vérin pneumatique (22) alimenté par au moins un compresseur situé à l’extérieur du puit, la tige dudit vérin étant solidaire d’une chape (210), deux biellettes (220, 230) montées pivotantes autour respectivement d’un axe (221, 231) situés à l’extrémité de la chape (210), deux basculeurs (222, 232) montées pivotants autour respectivement d’un axe (228) et (238) fixe, les basculeurs (222, 232) étant également reliés respectivement aux biellettes (220, 230) par une liaison pivot autour respectivement d’un axe (223) et (233). Dispositif selon la revendication 5, dans lequel les pièces mobiles (224, 234) sont deux molettes reliées chacune respectivement aux basculeurs (222) et (232) par un axe de rotation (225) et (235) de sorte qu’elles peuvent tourner autour de cet axe, lesdits axes étant parallèles entre eux et à l’axe X et les deux molettes (224, 234) étant diamétralement opposées l’une de l’autre. Dispositif selon l’une des revendications 5 ou 6, dans lequel les moyens pour mesurer la déformation du tube vers l’intérieur selon le second axe comprennent un capteur de position (26), un aimant (24) couplé audit capteur et fixé à la tige du vérin (22), le déplacement dudit aimant proportionnel au déplacement des pièces mobiles (224 et 234) est convertit en un signal électrique par le capteur (26) et transmis à une interface de contrôle et de commande (36) située à l’extérieur du forage par une liaison électrique située dans un câble ombilical (35). Dispositif selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel lesdites pièces mobiles, lesdits moyens pour mettre en mouvement lesdites pièces mobiles et lesdits moyens pour mesurer les déformations du tube, sont reliés entre eux et fixés à une structure rigide composée d’une pluralité de pièces de liaison circulaires (301) et de tirants (309) de sorte que le dispositif de mesure (10) s’inscrit dans un cylindre. Dispositif selon la revendication 8, dans lequel les molettes (124, 134) et (224, 234) peuvent se déplacer entre une première position escamotée et une seconde position ouverte et inversement, lesdites molettes étant en position escamotée lorsque la tige du vérin (12) et respectivement (22) est rentrée au maximum, dans cette position escamotée, les molettes sont situées à l’intérieur du dispositif de mesure c’est-à-dire à l’intérieur du cylindre dans lequel s’inscrit le dispositif. Dispositif selon la revendication 9, dans lequel les axes de rotation (125, 135, 225 et 235) des quatre molettes sont dans un même plan XY perpendiculaire à l’axe longitudinal du dispositif de mesure lorsqu’elles sont dans leur position escamotée. Procédé de fonctionnement d’un dispositif de mesure de mesure (10) comprenant deux pièces mobiles (124, 134) alignées sur un premier axe X et deux pièces mobiles (224, 234) alignées sur un second axe Y perpendiculaire au premier, lesdites quatre pièces mobiles étant adaptées pour venir en appui contre la surface interne du tube selon quatre points d’appui équidistants et situés dans un même plan, des moyens adaptés pour mettre en mouvement les pièces mobiles de façon à ce que lesdites pièces exercent une pression sur la surface interne du tube et des capteurs de position (14, 24) pour mesurer les déformations du tube selon les deux directions perpendiculaires X et Y caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes : Descendre le dispositif de mesure (10) dans le forage, Stopper le dispositif à la hauteur désirée pour effectuer la mesure, Mettre en mouvement les pièces mobiles (124, 134) et (224, 234) pour les mettre en contact avec la surface interne du tube et associer cette position à une déformation nulle et à une mesure de référence Dx0 et Dy0 Mettre en mouvement les pièces mobiles (124, 134) jusqu’à ce que lesdites pièces exercent une pression nominale P1 comprise entre 15 Bars et 30 Bars, sur la surface interne du tube, Capter la position des molettes 124, 224 pour en déduire la mesure de la distance Dx de déformation du tube vers l’extérieur selon le premier axe X à l’aide de la mesure de référence, Capter la position des molettes 224, 234 pour en déduire la mesure de la distance Dy de déformation du tube vers l’intérieur selon le premier axe Y à l’aide de la mesure de référence. Procédé selon la revendication 11, dans lequel si le déplacement mesuré Dx est supérieur ou égal à 1,5 mm et que le déplacement Dx est inférieur ou égal à 3 fois le déplacement Dy, alors on peut en conclure que l’espace annulaire entre le tube et la roche n’a pas été comblé de matériaux tel que du ciment ou des gravillons ou du sable, sinon les étapes d), e) et f) sont répétées avec une pression P2 égale à deux fois la pression nominale P1. Procédé selon la revendication 12, dans lequel si on a répété les étapes d), e) et f) avec une pression P2 égale à deux fois la pression nominale P1, que le déplacement mesuré Dx est supérieure ou égal à 1,5 mm et que le déplacement Dx est supérieur ou égal à 3 fois le déplacement Dy, alors on peut en conclure que l’espace annulaire entre le tube et la roche a été comblé de matériaux non étanche tels que des gravillons ou du sable sinon les étapes d), e) et f) sont répétées avec une pression P3 égale à trois fois la pression nominale P1. Procédé selon la revendication 13, dans lequel si on a répété les étapes d), e) et f) avec une pression P3 égale à trois fois la pression nominale P1 et que le déplacement mesuré Dx est inférieur à 1,5 mm alors on peut en conclure que l’espace annulaire entre le tube et la roche a été comblé d’un matériau étanche tel que du ciment.