FR 2126981 A1 19721013 FR 7140421 A 19711110 71 40421 i 2126981 L'invention se rapporte au forage dirigé de trous de sonde et a pour objet des procédés et des dispositifs perfectionnés permettant de déterminer l'orientation d'une tête de forage dans un trou de sonde pour permettre de diriger 5 plus facilement l'outil de forage. L'invention s'applique notamment, mais non pas exclusivement, aux forages à grande profondeur au moyen d'un outil de forage entraîné par turbine, connu sous le nom de "moteur à boue", qui peut être dirigé pour suivre un chemin dé-10 siré, pourvu que le chemin existant du trou de sonde soit connu et que l'orientation du "moteur à boue" puisse être constatée. Afin d'obtenir des informations sur le chemin existant du trou de sonde, on emploie divers procédés pour mesurer les angles d'azimut et d'inclinaison du trou de sonde. 15 Dans un de ces procédés, connu sous le nom de procédé de l'inclinomètre à orientation, on prend des mesures d'azimut et d'inclinaison à l'extrémité inférieure du trou de sonde pendant les intervalles entre les phases de forage. Dans la technique antérieure, la mesure de l'orien-20 tation de la tête de forage dans le trou de sonde nécessitait l'insertion, dans la sonde (électrique) de trous de sonde de l'instrument, de détecteurs du cha&p de la pesanteur pour déterminer l'angle de déviation. Pour les trous de forte inclinaison, c'est-à-dire les trous de sonde qui s'écartent large-25 ment de la verticale parce que leur angle d'inclinaison est grand, il est de pratique courante d'utiliser,pour diriger l'outil de forage, un angle de déviation mesuré par rapport à une référence gravitationnelle, les mesures d'angle de déviation étant appelées "relevés de côté haut" (en anglais 30 "high-side readings'O. Pour les trous de faible inclinaison ou proches de la verticale, d'autre part, on utilise habituellement, pour diriger l'outil de forage, des lectures de relèvements magnétiques dans un système de coordonnées gravitationnelles et appliquant directement ou indirectement l'angle 35 de "côté haut". Un des buts de la présente invention est de fournir une lecture continue de l'orientation pendant l'exécution du forage d'un trou de sonde, que celui—ci ait une forte inclinaison ou une faible inclinaison et sans qu'il soit nécessaire de mesurer le champ de la pesanteur pendant le 40 forage. 71 40421 a 2126981 Sous -on de ses aspects, l'invention a pour objet un procédé pour déterminer à la station de forage l'orientation d'une tête de forage dans un trou de sonde, consistant à détecter à l'emplacement de l'outil dans le trou de sonde les 5 composantes d'intensité du champ magnétique terrestre dans deux des trois axes principaux de l'outil, le troisième de ces axes étant l'axe du trou de sonde, à signaler les intensités détectées de ce champ à la station de forage, et à rattacher lesdites composantes d'intensité de champ détectées 10 à l'inclinaison et à l'orientation de l'extrémité inférieure du trou de sonde. Pour mettre en oeuvre l'invention, on transfère les composantes détectées selon la direction et l'inclinaison de l'axe du trou de sonde . Le transfert est effectué de préfé-15 rence en rattachant les composantes détectées aux composantes du champ magnétique terrestre dans les axes principaux ayant subi une iDtation de l'angle d'azimut du trou de sonde à partir du nord magnétique, et de l'angle d'inclinaison de l'axe de ce trou à partir de la verticale. 20 Le procédé implique le transfert (ou changement de coordonnées) d'angles et de vecteurs entre deux systèmes d'axes, à savoir les axes fixes de l'outil et les axes fixes de la terre. Les éléments permettant de transférer les composantes du champ magnétique terrestre à la station de forage dans 25 les coordonnées ayant subi la rotation angulaire peuvent être calculés et mis en mémoire dans des graphiques ou dans des tables, ou autrement, et appliqués sélectivement au calcul de l'orientation de l'outil à partir d'ensembles particuliers d'intensités de champ détectées, signalées à la station de 30 forage. De cette façon, le calcul devient très simple et peut être effectué au moyen d'un traducteur électromécanique ou d'un dispositif équivalent, en additionnant un angle convenablement calculé ou choisi à sa lecture d'angle indiqué. L'invention a aussi pour objet un procédé pour di-35 riger un outil de forage dans un trou de sonde par commande à distance à partir d'une station de forage, procédé dans lequel l'orientation de la tête de forage est déterminée comme on l'a dit plus haut et indiquée périodiquement ou continuellement pendant une phase du forage. 40 L'invention comprend aussi des moyens pour déter— 71 40421 3 2126981 miner l'orientation de la tête de forage par le procédé ci-dessus. Dans une forme de réalisation particulière, l'invention fournit un dispositif de mesure comprenant un appareil 5 de forage pourvu de deux détecteurs statiques pour mesurer l'intensité du champ magnétique dans deux directions perpendiculaires fixes par rapport au corps de l'appareil, et des moyens pour transmettre cette mesure à un indicateur de surface comportant un circuit d1 exploitation de signaux pour 10 calculer et afficher des informations de direction et des moyens pour injecter dans lesdits circuits d'exploitation des informations d'angle basées sur les valeurs locales du champ magnétique terrestre. de L'invention fournit des paramètres/direction pendant 15 l'exécution du forage, lesquels paramètres sont tirés seulement de détecteurs magnétiques et de mesures à l'inclinomètre à orientation disponibles, relatives au trou de sonde. On évite ainsi la nécessité de prévoir des détecteurs de pesanteur dans l'équipement servant à déterminer l'orientation. 20 Un compas (boussole) comprenant des détecteurs sta tiques fixés à la tête de forage pour indiquer à distance l'orientation de l'outil lorsque celui-ci est vertical, c'est-à-dire dans un trou de sonde vertical, indiquera, quand l'outil est incliné, une orientation de forage dans un système de 25 référence différent. Lorsque l'outil est vertical, le système de référence est défini par les trois axes principaux Y (Vertical), N (Nord) et E (Est). La direction de données magnétiques est le Nord magnétique, au site géographique et constitue en fait le zéro d'un indicateur ou rapporteur sur une carte 30 topographique. L'axe primaire de l'outil est vertical et l'orientation de l'outil est l'angle de déviation 0 de chacun des deux autres axes fixes de l'outil dans le plan horizontal et par rapport à N et E respectivement. Quand l'outil est incliné, le système de référence a ses axes principaux inclinés 35 respectivement sur V, N et E, un de ces axes particuliers étant encore l'axe primaire de l'outil et les mesures étant effectuées dans les deux autres axes fixes de l'outil, mais par rapport aux composantes du champ magnétique terrestre dans la direction de ces deux axes, lesquelles composantes ne 40 sont pas reliées géométriquement de façon simple aux composan 71 40421 4 2126981 tes Nord et Est du champ magnétique. On se heurte donc à des complications du fait qu'en raison de la non uniformité du champ magnétique terrestre, l'inclinaison dans le champ de la pesanteur, c'est-à-dire par rapport à la verticale, implique 5 un changement des paramètres de champ magnétique, le changement dépendant non seulement du site géographique, mais aussi de l'amplitude de l'inclinaison. On montrera que l'angle d'orientation mesuré dans le système de référence différent peut néanmoins être traduit soit en une orientation par rapport au 10 Nord magnétique (utilisable quand l'inclinaison est faible), soit en une orientation autour de l'axe.de l'outil et du trou de sonde c'est-à-dire l'angle de déviation 0 (utilisable pour les trous de forte inclinaison), c'est-à-dire en un angle d'orientation utile dans le système de référence V, N, E ou dans 15 le système de référence défini par les axes principaux de l'outil, par la simple introduction d'un élément angulaire calculé, et par conséquent en permettant de calculer ou de prédéterminer le réglage du zéro du compas. On décrira ci-dessous en regard des dessins annexés, 20 donnés à titre d'exemple non limitatif, la détermination selon l'invention de l'orientation d'un outil de forage, plus précisément d'un "moteur à boue", et des formes de réalisation particulières d'un équipement selon l'invention. la figure 1 est un diagramme montrant les axes fi-25 xes de la terre et les axes fixes de l'outil ; les figures 2, 3 et 4- illustrent trois rotations successives reliant les axes de la terre aux axes de l'outil ; la figure 5 est un diagramme représentant le fond du trou de sonde ; 30 la figure 6 montre schématiquement un servo-traduc- teur à lecture directe auquel sont appliqués les signaux de détecteurs magnétiques croisés ; la figure 7 est le schéma de principe du système préféré ; 35 la figure 8 montre un équipement convenant au sys tème de la figure 7 ; les figures 9 et 10 montrent des dispositions successives de traducteur dans le système de la figure 7 j - les figures 11, 12 et 13 sont des schémas de principe 40 illustrant un autre procédé pour calculer des angles de pré- 71 40421 5 2126981 affichage ; la figure 14 est le schéma de principe du calcul analogique d'angles de correction nécessaires ; la figure 15 est une vue analogue à la figure 8, 5 illustrant une variante de l'équipement. Le procédé suppose qu'on dispose de" lectures à l'in-clinomètre à orientation relatives au trou de sonde, immédiatement avant une phase de travail de l'outil, et fournit pendant la phase de travail de l'outil des lectures de "côté 10 haut", et/ou magnétiques de l'orientation de la face de l'outil, à partir de signaux de sortie de deux détecteurs magnétiques seulement. L'équipement décrit est efficace pour les directions de trous s'écartant de plus de 5° environ de la direction du champ magnétique terrestre résultant à l'empla-15 cernent du trou. Pour des angles plus faibles, on peut utiliser un outil de "côté haut" complémentaire, mais puisque les occasions d'une telle utilisation sont peu nombreuses, il suffit de tenir en réserve un petit nombre de tels outils de "côté haut" pour les mettre en place et les utiliser sur le chan-20 tier lorsque c'est nécessaire. Des considérations géométriques comportent des rotations des axes fixes de la terre vers les axes fixes de l'outil, comprenant l'angle azimut 4/, l'angle d'inclinaison 0 et l'angle de déviation 0. 25 Sur la figure 1, sur laquelle la référence 10 dési gne le trou de sonde, les axes fixes de la terre sont définis comme suit : ON axe horizontal dirigé vers le Word, OE axe horizontal dirigé vers l'Est, 30 OV axe vertical dirigé vers le bas. Les axes fixes de l'outil sont définis comme suit : OZ axe perpendiculaire à l'axe du trou et définissant la direction du T de la tête de forage, OY axe perpendiculaire à l'axe du trou et perpendiculaire à la 35 direction du T de la tête de forage, OZ axe du trou. En partant du système d'axes fixés à la terre, on aboutit au système d'axes fixés à l'outil par les rotations suivantes dans le sens du mouvement des aiguilles d'une 40 montre : 71 40421 6 2126981 a) rotation de l'angle d'azimut ^autour de OV comme le montre la figure 2. Un vecteur ayant les composantes Vjj sur ON, V-g sur OE et Vy sur OV aura les composantes VN1 sur ON^, VE1 sur OE^ et V^ sur OV, avec 5 VN1 = VN cos ^ sin , VE1 = s±n^ + VE cos^ • b) rotation de l'angle de décalage © autour de OE^ comme le montre la figure 3, le vecteur Y"* ayant les composantes VN1 sur ON^, VE1 sur OE^ et Vy sur OV aura les compo- 10 santés V^ sur ON^, VE1 sur OE^j et Vz sur OZ, avec ^N2- = vnicos ® ~ VySin 0 = VNcos©.cos y" +VEcos ô. sinyv -Vy-sin© ^2 = s in© + VyCosÔ = V^sin ©. cos^p+VEsin ©.sin ^ + Vy-cos© c) rotation de l'angle de "côté haut" 0 comme le ^ montre la figure 4. Le vecteur Y"'* ayant les composantes V^ sur ONg, Vg,j sur OE^ et Vz sur OZ aura les composantes V^ sur OZ, Vy sur OX et V^ sur OZ, avec Vx = V^cos 0 + V^sin 0 = Vjj(cos0cos©cos V - sin0sin V^) + Vj,(cos0cosôsin y + sin0 20 - Vycos0sinô, cos / ^ Vy = -VN2sin0 + Vgvjcos 0 = Vw(-sin0cos©cos y - cos0sin V ) + Vn,(-sin0eos© sin f + cos0cos ) + Vysin0sin©, 25 V^ = Vjjsinôcos y + V^sin ©sin ^ + Vy-cosô. Si © et^ sont connus par une mesure préalable à 1'inclinomètre à orientation et ne varient pas sensiblement au cours d'une phase de travail de l'outil, les mesures de V^. et Vy peuvent donner soit le paramètre de "côté haut" 0 requis 30 pour les trous de forte inclinaison, soit le paramètre magnétique ^ + 0 requis pour les trous de faible inclinaison, puisque B^/B^ sera connu pour tout emplacement particulier. La manière d'extraire ces paramètres sera décrite en regard de la figure 5» qui représente une coupe transversale du fond du 35 trou, la direction du trou avant un nouveau forage étant vue sous l'angle d'inclinaison © et l'angle d'azimut ^. L'angle £ entre la direction de "côté haut" et la direction de la composante dans ce plan du champ magnétique terrestre ïï"7* est une fonction de ©,vf et l'inclinaison magnétique S à l'empla- 71 40421 7 2126981 cernent du trou. Cette fonction peut être calculée avant la phase de travail de l'outil. Les détecteurs magnétiques dirigés selon les axes fixés à l'outil indiquent des valeurs K.Bx et K.By, Bx et étant les composantes de B~^ dans les 5 directions des axes fixes de l'outil et K étant une constante. Si on fait entrer K.B et K.B dans le servo-calculateur ^ x y a lecture directe représenté sur la figure 6, l'aiguille de lecture donne sur l'éclielle m angle r tel que : sin r "*By 10 cos r~ = On a donc r = - / . L'angle de "côté haut" requis 0 - i - ^ = £ + r peut être obtenu de l'une quelconque des trois façons suivantes ï 15 (ja.) 011 l'angle r sur l'échelle de lecture et on ajoute c à cette lecture pour obtenir 0 (b) on fait tourner de l'angle £ l'échelle extérieure de lecture, en sens inverse des mouvements d'une aiguille d'une montre, avant le forage. La lecture de l'aiguille sur 20 l'échelle donne alors directement 0 (c) on fait tourner l'aiguille de lecture de l'angle 1 par rapport à l'échelle extérieure, dans le sens du mouvement des aiguilles d'une montre, avant le forage. La lecture de l'aiguille sur l'échelle donne alors directement 0. Dans 25 le système préféré qui sera décrit ci-dessous, on met en oeuvre le procédé (c) en faisant tourner de l'angle £ les composantes K.B et K.B du vecteur avant de les faire entrer dans x y le servo-traducteur à lecture directe. Le paramètre magnétique de direction peut être obte-30 nu de façon similaire en ajoutant une correction i , qui est aussi une fonction de ô, ^ et g . Le dispositif représenté sur la figure 6 est un dispositif servo—traducteur électromécanique comprenant un moteur 61 alimenté par un traducteur 62 par l'entremise d'un amplifi-35 cateur 63 et accouplé au traducteur par un engrenage réducteur 64 et un accouplement 65 de manière à faire tourner le traducteur 62 d'un angle indiqué sur une échelle 66 par une aiguille 67 lorsque des signaux électriques représentant le sinus et le cosinus de cet angle sont appliqués aux connexions 40 d'entrée appropriées 68 et 69 des traducteurs. 71 40421 a 2126981 Un schéma de principe du système préféré est représenté sur la figure 7» et un croquis montrant une disposition convenable des éléments du système est représenté sur la figure 8. Les détecteurs 71 de OX et 72 de OY à l'emplacement 5 de l'outil de forage dans le trou de sonde envoient les .signaux VBX et Vgy au dispositif de transmission 73, de sorte que ces signaux parviennent à un traducteur 74 placé en surface à la station de forage et appliquant les signaux modifiés VBX1 et VBY1 à un appareil à lecture directe 75 qui indique 10 l'angle requis r. Dans la forme de réalisation préférée de l'équipement directeur d'outil, c'est—à—dire de l'équipement servant à déterminer l'orientation pour aider la direction, représentée sur la figure 8, le dispositif 81 se trouve au fond du 15 trou et maintenu par des guidages 82 dans une attitude fixe par rapport à la tête 83, munie d'une fente en T, du "moteur à boue", et contient deux portes à flux magnétique 84-, 85 montées (habituellement en alignement avec la fente en ï) de façon telle que leurs axes de sensibilité sont les axes OX 20 et OY définis plus haut- Ce dispositif 81 renferme aussi un circuit d'exploitation de signaux 86 permettant la transmission, par une technique classique de modulation d'impulsions, par un simple conducteur 87 placé dans une gaine protectrice 88 formant un passage de retour à la terre. L'équipement de 25 surface comprend un dispositif 89 contenant un sous-ensemble d'alimentation en énergie 90, un circuit de réception des impulsions et de rétablissement des signaux formant un sous-ensemble 91» et un circuit calculateur formant un sous-ensemble 92. Les angles t et 0 sont affichés sur des cadrans 93 30 et 94- respectivement, pour fournir au circuit calculateur les informations d'angles. Le dispositif 89 comprend en outre un appareil à lecture directe 96 sous la forme d'un servo-traduc-teur 97 et d'un cadran indicateur 98. Un appareil de mesure 99, qui indique l'intensité du champ magnétique terrestre dans le 35 plan de mesure BOXY, est situé dans le dispositif 89. Cet appareil de mesure 99 indique la valeur du champ calculée fournie par le sous-ensemble de circuits calculateurs 92, et en outre, simultanément ou alternativement pour permettre la comparaison, la valeur du champ mesurée fournie par le servo-40 traducteur 97 sur une connexion 100. 71 40421 9 2126981 PBIHCIPE DE gQNCTIOKHEHENT Les composantes du champ magnétique terrestre dans les directions des axes fixes de la terre définis ci-dessus sont les suivantes s 5 Bjj en direction ON (Nord), Zéro en direction OE (Est), By en direction OY (verticalement vers le bas). Les composantes du champ magnétique terrestre dans les directions OX et Oï des axes fixes de l'outil définis 10 plus haut sont les suivantes : BX ~ BH Ccos0cos©cos h* -sin0sin - Bycos 0sin© (l) en direction OX, By =-Bg (sin0cos©cos y + cos0sin^f ) + Bysin 0sin ©.... (2) en direction OT 15 Comme on l'a représenté sur la figure 9, les tensions analogues Vg^- = K.B^. et = K.By, qui sont tirés des détecteurs situés au fond du. trou, sont appliquées au traducteur qui est pré-réglé à angle £ défini par : sin £- = -P.sin H1 (3) 20 cos £ = P(cos©cosvV - tg £ sin ô) (4) P et K étant des constantes positives et tg & étant égale à BY 25 La valeur de £ est indépendante de B^- et By et est dérivée de la connaissance des mesures à l'incHnomètre à orientation de et © lues immédiatement avant la phase de travail de l'outil, ainsi que la valeur de l'angle d'inclinaison L à l'emplacement du forage. Il est évident que : . ç - sin ^ fcA ^ ® = cos0cos y - tg é sin Ô Les signaux de sortie du traducteur sont Y-gyrt et qui, du fait de la rotation de VBX et Vg-^ de l'angle 6 en sens inverse du mouvement des aiguilles d'une montre, sont donnés par les formules : 35 vBY, = VBYcos t - VBXsin t (6) VBX, = Y-gysin £ + YB2cos t (7) VBX' ""VBT* soirfc les signaux d'entrée appliqués à un servo-traducteur représenté sur la figure 10 et comprenant un tra 71 40421 10 2126981 ducteur 101, l'amplificateur 102, le moteur 103 et l'engrenage réducteur 104 qui fait tourner l'aiguille de lecture 105, dans le sens du mouvement des aiguilles d'une montre, de l'angle r donné par la formule : 5 sin r VBX« (8) Les signaux de sortie du traducteur de cet appareil sont zéro et vBoxr' esi; ^onné par la formule : VB0XT = -VBÏ'-Sin r + VBZ'*cos r = (VBX + VBY^ ^ 10 On tire des équations (6), (7) et (8) : sin r -V-g-yCos t+Vg^. sin £ cos r = VgySin g H-V-g-gCos £ * Par conséquent, en utilisant les équations (l) et (2) s 15 g-jy, r cos fc sin0cos©-cos Y+ cos 6cos0sin "f-cost tg ^"sin0sin© = +sin^cos0cos6cos H* -sin € sin0sin Y -sin £ tg f cos0sin© -sin € sin0cos©cos H» -sin t cos0sinH; +sin 6 tg «T sin0sin© +cost cos0cos0cos'4' -cosê sin0sinV -cos6 tg ifcos0 sin© sin0 /~cos£ (cos©cosvF- tg sin ô) - sintsin^yj^ 20 +cos0 /sin t (cosôcosh'- tg S sin ©} + cos£ sin^_7 cos0 /cos £ (cosôcosh' - tg tT sin ©) - sin t sin^_/ -sin0 /""sin S (cosôcos M' - tg O p 25 sin r _ sin 0 (cos S+sin £) + C9S0 (sin £ cos 6--cos S sin £ ) cos r = cos0 (cos* ç +sin^ £ - sin0 (.sinfccosfc- cosç. sine; = sin 0 cos 0 L'angle r lu sur l'appareil est donc évidemment l'angle de "côté haut" 0. 30 Si l'angle pré-affiché du traducteur est 6 ' tel que : sin £ * = - P.sin© sin^tg £ (11) cos 6 ' = P.(l - sin© cos y "kg £ ) (12) et si P est une constante positive, le système donnera, pour 35 de petits angles ©, un angle de lecture r égal au paramètre de direction magnétique m = 0+ vV « On a évidemment : . -V^-cos £ ' + V-r,Ysin 8 ' £Ï£L_£ = --BY _££ r (13) cos r VgySin ç ' + Vg^cos g ' 10 71 40421 11 2126981 Dans le cas du petit angle ô, les équations (1) et (2) deviennent : = ®hcos m "" Bvsin©cos y cos m - Bysinôsin m sin^.... (14) By = - Bg-sin m + BySinOsin m cos ¥ + B^sinOcos m sinH',- . (15) Par conséquent : sin m /cosÇ' (l-sin©cos Y tg £)-sin£sin©sin "^tg ^ J sinr +cos m/sinfc'(l - sinScosS'tg cosr cos m /cost '(1-sinOcos ^tg c! ) - sin £ 'sinQsin ^f'tg £7 -sin m /sin€'(l-sin©cos y tg c = sin m(cos S'+sin €') + cos m (sinÉ'cosE'-cost'sint*) ~ sid. m cos mCcos^t'+sin^Ç') - sin m (sinç'cost'-cos^'sin^') cos m de sorte que l'angle de lecture r est évidemment égal au paramètre de direction magnétique m. 15 CALCUL DES ANGLES PEE-AFPICHES S et £ ' Les valeurs de £ et £ * sont indépendantes des signaux de sortie Vet V^y des détecteurs et sont seulement des fonctions de la géométrie connue du trou existant antérieurement à la plias e de travail de l'outil, et du cîiamp ma-20 gnétique terrestre à l'emplacement du site. Il existe trois manières fondamentales d'obtenir les valeurs d' £et d* £' et de les utiliser pour le pré-réglage du fonctionnement du traducteur. Toutes ces manières impliquent directement ou indirectement le calcul d'fc par la formule : 25 tg 6 = - sin ^ (16) cos© cos ^ - tgcTsin © et le calcul d* 6' par la formule : tg £ ' = - sinQsinH'tg ^ 1 - sin©cosY"kg *-r Ces calculs pourraient être effectués en une seule 50 fois pour tout ensemble de valeurs de V , ô et et les résultats pourraient être mis en tableaux et enregistrés pour être utilisés par la suite à chaque occasion (méthode a ci-dessous). En variante, on peut aussi calculer t et g ' pour r* l'ensemble de valeurs de ^ i ô et t) selon les circonstances 35 qui se présentent. Les calculs peuvent être effectués séparément avant chaque phase de travail de l'outil, par exemple en se reportant à un centre de calcul (méthode b ci-dessous) ; ils peuvent aussi être effectués dans le dispositif calculateur incorporé à l'équipement même qui sert à déterminer l'o— 71 40421 12 2126981 rientation (méthode _c ci-dessous). Un schéma de principe illustrant le procédé a est représenté sur la figure 11. L'opérateur reçoit l'ensemble ( Y » ©) £ ' propres à l'emplacement de forage pour chaque ensemble ( > ©)• L'opérateur règle alors le traducteur sur E ou E ' 10 selon que le paramètre "côté haut" ou le paramètre magnétique doit être utilisé pour la direction. Un schéma de principe illustrant la méthode b est représenté sur la figure 12. L'ensemble ( ©) donné par la mesure à 1'inclinomètre à orientation avant la phase de 15 travail de l'outil est envoyé soit directement, soit par l'opérateur à un centre de calcul où' est effectué le calcul des valeurs correspondantes d' 6" et &' (ou bien ces valeurs sont détemnées d'après les résultats de calculs préalables). Le centre de calcul informe alors l'opérateur de la valeur 20 6 (ou Ç ') à afficher sur le calculateur. Un schéma de principe de la méthode ç est représenté sur la figure 13. Dans cette méthode, le dispositif de calcul d' £r, £ ' fait partie de l'équipement directeur de l'outil. L'opérateur n'a à effectuer que le travail relative-23 ment simple d'afficher directement dans l'équipement placé à l'emplacement du forage l'information ( 4-* , ô) donnée par la mesure à 1'inclinomètre à orientation. Les calculs d' S et £ * et l'opération de pré-réglage du traducteur sont effectués à l'intérieur de l'équipement de direction de l'outil. 30 Bien que cette méthode _c exige un équipement de direction de l'outil sensiblement plus complexe et donc sensiblement plus coûteux, il présente l'avantage très important de simplifier considérablement la tâche' de l'opérateur par rapport aux méthodes (a) ou (b-). 35 CALCULATRICES DE € ou £ ' Il est évident qu' € et 6 * pourraient être calculés à partir des équations (16) et (1?) en utilisant une calculatrice digitale convenablement programmée. Cependant, £ et 6 ' sont essentiellement liés à des rotations de vecteurs et 40 peuvent être avantageusement calculés par une technique analo 71 40421 13 2126981 gique. Les particularités essentielles de la calculatrice analogique d' £ , E* sont illustrées sur la figure 14. Les angles y et © sont affichés respectivement sur les. traducteurs 141 et 142 dont les produits tels que -B sin © sin V 5 peuvent être tirés pour être appliqués à un servo-traducteur 143, dont le traducteur 144 se règle de lui-même sur l'angle £ ou E1 requis et donne aussi confie signal de sortie. Les principaux avantages de ce système sont les suivants : "10 (a) les paramètres de direction de "côté haut" ou magnétique peuvent être choisis en manoeuvrant un interrupteur à cinq pôles et à deux voies. . (b) Les signaux de sortie £ et £ 1 de la calculatrice sont donnés sous la forme de la rotation d'un arbre entraî-15 né, rotation qui peut être utilisée pour pré-régler directement le traducteur. (c) Le système donne aussi la valeur attendue de B0ZI peut être comparée à la valeur mesurée de Bç^y (voir l'équation 9), ce qui permet de contrôler le système. 20 La valeur Bq^j peut aussi être utilisée pour avertir l'opérateur s'il essaie de faire fonctionner l'outil dans la zone interdite. (Un fonctionnement satisfaisant ne sera pas obtenu par les géométries de trou dans lesquelles la direction du trou est très proche de la direction du champ magnétique ter-25 restre, puisque dans ce cas V-g^- et YBY seront très petits. Cela se produira sans doute très rarement). Dans la disposition d'équipement représentée sur la figure 15, on emploie la méthode a ou b pour obtenir l'angle de pré-réglage 6 ou t 1, et le réglage du zéro en regard 30 d'une échelle appropriée de l'indicateur est utilisé pour introduire l'angle de pré-réglage dans la lecture. Le dispositif se trouvant au fond du trou 151 est semblable à celui qui a été décrit en regard de la figure 8. L'équipement de surface comprend tin dispositif 152 contenant 35 un circuit de réception et de rétablissement des signaux, un dispositif à lecture directe 153 et un appareil de mesure 154-qui indique l'intensité du champ magnétique terrestre dans le plan de mesure OXÏ. Le servo-traducteur 155 est placé dans le dispositif à lecture directe. L'aiguille 156 de ce, dernier 40 se déplace devant une graduation 157 qu'on peut faire tourner 71 40421 14 2126981 d'un angle donné autour de l'axe de rotation de l'aiguille. Le processus de fonctionnement est le suivant : (a) L'opérateur est informé des angles de perçage et d'azimut d'après la plus récente mesure à 1'inclinomètre 5 à orientation, et reçoit des instructions du chef sondeur pour utiliser soit le paramètre de direction de "côté haut", soit le paramètre magnétique de direction. (b) A l'aide de cette information et des valeurs 6 (ou £ ') mises en tableaux pour l'emplacement géographique du 10 forage, l'opérateur détermine la valeur appropriée de £ (ou £ ') et la valeur attendue du paramètre d'intensité de champ magnétique bqxï* (c) L'opérateur règle l'échelle tournante de lecture 157 sur la valeur déterminée de £ (ou £ '). 15 (d) L'outil est alors mis en marche dans le trou et arrêté à plusieurs reprises jusqu'à ce qu'on ait obtenu trois orientations identiques consécutives de la face de l'outil. L'opérateur contrôle en outre la lecture de l'appareil de mesure de l'intensité de champ magnétique avec la valeur 20 attendue (e) Si l'opération (d) est accomplie de façon satisfaisante, on peut procéder au forage et, pendant le forage, le paramètre de direction nécessaire (l'angle de déviation 0 ou l'angle magnétique m = 0) est continuellement présen- 25 té à l'opérateur. (f) Lorsque le forage se poursuit, la valeur £, (ou £ ') est mise à jour à mesure qu'on obtient des lectures à 1'inclinomètre à l'orientation. Dans un exemple typique de fonctionnement, une in-30 formation "côté haut" est requise pour une phase de travail de l'outil sur un emplacement de forage où les paramètres de champ magnétique terrestre sont B^ = 0,187 et = 0,434 (en unités c.g.s.). Les mesures à 1'inclinomètre à orientation effectuées immédiatement avant la phase donnent des angles 35 d'azimut et de perçage^ = 54-5°W et © = 15° respectivement. Donc, les paramètres "fixés" au moment de l'opération de forage sont-^ = 225°, ô = 15° et £ = arctg Bv = 66° 42'. Pour cet ensemble de paramètres "fixés", on trouve que la valeur 40 correspondante d* t donnée par les tableaux tirés de l'équa 71 40421 15 2126981 tion (5) est £ = 151°• Cette valeur d' £ est affichée sur l'échelle E de l'appareil de lecture. La composante de champ magnétique donnée par les équations (1) et (2) est : Boxr ^ / Bx + By /- * —- - 5 =y (cos^Gcos^Y +sin^ ) + B^sin^ô-ZB^B-^sinGcosGcos f et à l'aide des tables de Bnyy basées sur cette équation, on trouve que la valeur de BnTY- correspondant à l'ensemble de paramètres "fixes" est BnYY- = 0,274. Les opérations (a), (b) et (c) étant ainsi terminées, on peut procéder aux opéra-10 tions (d), (e) et (f). 71 40421 16 2126981 REVENDICATIONS !• Procédé pour déterminer l'orientation de la tête d'un outil de forage dans un trou de sonde, consistant à détecter, à l'emplacement de l'outil dans le trou de sonde, les 5 composantes vectorielles du champ magnétique terrestre dans des directions invariablement liées à un axe primaire de l'outil aligné avec le trou de sonde, à signaler lesdites composantes vectorielles à partir de l'emplacement de l'outil, et à rattacher les composantes signalées à la direction connue, *10 dans l'espace, de l'axe primaire de l'outil. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel les composantes vectorielles détectées sont dirigées suivant deux des trois axes principaux de l'outil, le troisième axe principal de l'outil étant celui qui est aligné avec l'axe du 15 trou de sonde à l'emplacement de l'outil. 3» Procédé selon une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel les composantes signalées sont transférées selon la direction et l'inclinaison de l'axe du trou de sonde à l'emplacement de l'outil. 20 4. Procédé selon la revendication 2, dans lequel les composantes signalées sont transférées en rattachant lesdites composantes aùg- composantes du champ magnétique terrestre dans le système d'axes principaux ayant subi une rotation de l'angle d'azimut de l'axe du trou de sonde à partir du 25 Nord magnétique et de l'angle d'inclinaison du trou de sonde à partir de la verticale. 5. Procédé selon une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la direction, dans l'espace, de l'axe primaire de l'outil est la direction du trou de sonde 30 déterminée avant une phase de forage. 6. Procédé selon une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les éléments permettant de transférer les composantes du champ magnétique terrestre à la station de forage dans les coordonnées ayant subi une rotation angu- 35 laire sont calculés et appliqués au calcul de l'orientation de l'outil, à partir d'ensembles de composantes détectées de l'intensité du champ signalées à partir de l'emplacement de l'outil. 7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel ces 40 éléments sont calculés à làvance, mis en mémoire et appliqués 71 40421 17 2126981 sélectivemeut. 8. Procédé selon la revendication 6, dans lequel les éléments sont calculés et appliqués automatiquement pour modifier l'orientation indiquée de l'outil. 5 9. Procédé selon une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel l'orientation peut être obtenue, au choix, soit sous la forme de l'angle 0, paramètre de "côté haut", soit de l'angle y + 0, paramètre magnétique. 10. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon 10 la revendication 1, comprenant des détecteurs d'intensité de champ magnétique et un transmetteur de signaux associé auxdits détecteurs dans un boîtier pouvant être attaché dans une position fixe prédéterminée par rapport à une tête de forage, et un dispositif calculateur comprenant un récepteur 15 qui coopère avec le transmetteur, un traducteur accouplé fonctionnellement à ce récepteur pour indiquer un angle dépendant des informations venant des détecteurs, et des moyens permettant de changer l'indication angulaire du traducteur d'une quantité réglée à l'avance. 20 11. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, comprenant des détecteurs d'intensité de champ magnétique et un transmetteur de âgnaux associé à ces détecteurs dans un boîtier pouvant être attaché dans une position fixe prédéterminée par rapport à une tête de forage, 25 et un dispositif calculateur oomprenant un récepteur qui coopère avec le transmetteur, un traducteur accouplé fonctionnellement à ce récepteur pour indiquer un angle dépendant des informations venant des détecteurs, des moyens pour calculer une donnée angulaire dépendant de l'emplacement du trou 30 de sonde et de l'inclinaison de l'extrémité inférieure du trou de sonde, et des moyens pour présenter l'angle indiqué par rapport à la donnée angulaire. 12. Equipement pour indiquer l'orientation d'une tête de forage dans un trou de sonde, comprenant un compas à lec-35 ture à distance pourvu d'un organe détecteur pouvant être attaché dans une position prédéterminée à une tête de forage, et un dispositif calculateur et indicateur propre à être relié au dispositif détecteur pour fournir à la station de forage des indications angulaires tirées de signaux venant 40 du dispositif détecteur attaché à la tête de forage dans le 1 40421 18 2126981 trou de sonde, ce dispositif détecteur comprenant des détecteurs électromagnétiques statiques disposés par rapport aux axes de l'outil pour fournir au dispositif calculateur et indicateur l'angle définissant l'orientation de l'outil dans le système de coordonnées de référence des axes de l'outil, et des moyens pour régler le zéro de l'indicateur d'angle selon une donnée angulaire dépendant de l'emplacement de la station de forage et de l'inclinaison du trou de sonde à l'emplacement de l'outil de forage.