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CA 02522406 2005-10-13
WO 2004/095075 PCT/FR2004/000950
DISPOSITIF ET PROCEDE DE MESURE D'ONDES SISMIQUES
DOMAINE TECHNIQUE
La présénte invention concerné les dispositifs de mesure d'ondes
sismiques compôrtant au moins un hydrophone.
Plus précisément, elle concerne un dispositif de mesure d'ondes
sismiques destiné à être placé de façon permanente dans un forage et
comportant au moins un module comportant au moins un hydrophone.
ETAT DE L'ART.
On connaît des dispositifs de mesure d'ondes sismiques comportant
un ou plusieurs modules comportant un hydrophone sensible aux variations
de~pression et avantageusement au moins un géophone sensible aux
déplacements, placé à proximité de l'hydrophone. L'association de ces deux
types de capteurs différents a notamment pour but l'élimination des
réflexions multiples dans les signaux enregistrés. Dans un dispositif connu
(demande de brevet français 2 805 050), l'hydrophone est placé dans une
poche contenant un fluide qui transmet les variations de pression du milieu
vers l'hydrophone. Un agent de couplage tel que du ciment remplit l'espace
entre la poche et la paroi du forage.
Les-dispositifs selon l'art antérieur n'apportent cependant pas
totalement satisfaction.
En effet, le fluide dans lequel l'hydrophone est placé peut être
également agressif vis-à-vis du capteur. II s'agit en effet souvent d'huile.
II
se pose ainsi des problèmes d'étanchéité et/ou de porosité de l'hydrophone
vis-à-vis du fluide l'entourant. Un endommagement de l'hydrophone
provoque une détérioration de 1â qualité des mesures, et par conséquent
une mauvaise interprétation des caractéristiques physiques de la zone du
sous-sol que l'on explore. ..
De plus, les dispositifs de l'art antérieur sont relativement fragiles et
difficiles à manipuler du fait de la présence des poches de fluide autour de
l'hydrophone.
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On comprend que les problèmes susmentionnés d'étanchéité et de
fragilité augmentent avec le nombre d'hydrophones. II est notamment '
délicat de réaliser des dispositifs de mesure verticaux, et plus
particulièrement des dispositifs devant atteindre des profondeurs de mesure
relativement élevées, qui comportent un grand nombre de capteurs incluant
des hydrophones.
Enfin, dans les dispositifs de l'art antérieur, du fait de la présence de
la poche de fluide contenant l'hydrophone, il est difficile de placer le
géophone à proximité de l'hydrophone. La corrélation entre les mesures de
l'hydrophone et celles du géophone n'est donc pas totalement satisfaisante.
PRESENTATION DE L'INVENTION.
L'invention propose de pallier ces inconvénients.
A cet effet, l'invention propose un dispositif de mesure d'ondes
1'5 sismiques placé dans un forage, comportant un module incluant au moins
un hydrophone et un agent de couplage qui remplit l'espace entre le module
et la paroi du forage et immobilise le module, caractérisé en ce que le
module comprend un élément de protection en résine dans lequel est noyé
l'hydrophone, la résine étant apte à transmettre les variations de pression
résultant d'ondes sismiques.
Un tel dispositif comporte de façon appropriée au moins un
géophone noyé dans un élément de protection en résine dure lui-mëme
enrobé dans l'élément de protection de l'hydrophone.
L'invention concerne également un procédé en vue de la mesure
d'ondes sismiques dans une zone du sous-sol terrestre, dans lequel la
mesure est effectuée au moyen d'au moins un dispositif tel que défini ci-
dessus.
PRESENTATION DES FIGURES.
D'autres caractëristiques, buts et avantages de l'invention
ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non
limitative et qui doit étre lue en regard des dessins annexés sur lesquels
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- la figure 1 représente schématiquement une vue éclatée de l'intérieur d'un
module destiné à être utilisé dâns un dispositif selon l'invention;
- la figure 2 représente schématiquement une vue compacte d'un module
selon la figure 1;
- la figure 3 représente schématiquement un module selon la figure 2 en
montrant plus particulièrement les conducteurs électriques;
- la figure 4 représente schématiquement une vue extérieure d'un module
tel que représenté aux figures 1-3 ; et
- la figure 5 représente schématiquement un dispositif selon l'invention
comportant une pluralité de modules.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION.
La figure 1 représente schématiquement une vue éclatée de
l'intérieur d'un mode de réalisation possible d'un module destiné à être
utilisé dans un dispositif de mesure d'ondes sismiques tel que représenté à
la figure 5.
Selon la figure 1, le dispositif de mesure comporte au moins un
module 1 comportant au moins un hydrophone 2. Selon une forme de
réalisation avantageuse, le module comporte au rïioins un géophone 3. II
comporte également un transformateur 12 relié à l'hydrophone 2. Au lieu du
transformateur 12, on peut aussi utiliser un pré-amplificateur, quï requiert
toutefois une alimentation électrique, donc un conducteur supplémentaire
par hydrophone. On aperçoit sur la figure 1 que le géophone 3 est noyé
dans un élément de protection formé d'un surmoulage en résine dure 4, qui
peut être une résine polyuréthane bi-composant formée d'une résine et d'un
durcisseur et ayant typiquement une dureté Shore D de l'ordre de 90. Le
transformateur 12 est noyé dans la même résine. Le géophone 3 est placé
à proximité de l'hydrophone 2 afin d'obtenir comme il est connu une bonne
corrélation entre les mesures effectuées par le géophone 3 et l'hydrophone
2. La distance entre le géophone et l'hydrophone est de l'ordre de grandeur
du décimètre par exemple.
On aperçoit également sur la figure 1 que l'hydrophone 2 comporte
une forme sensiblement cylindrique à base circulaire. Les bases du cylindre
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forment les éléments sensibles qui oscillent en fonction des variations de
pression dans le milieu dans lequel elles sont placées. L'hydrophone 2
transforme les vibrations des bases en signal électrique qui est appliqué à
des moyens de traitement, non représentés, disposés par exemple en
surface.
Comme le montre la figure 4, l'hydrophone 2 est noyé dans un
élément de protection constitué d'une résine 11. La résine 11 présente
d'une part une résistance suffisante pour protéger convenablement
l'hydrophone sur le plan mécanique, et d'autre part une capacité à
. , 10 transmettre les variations. de pression comparable à celle d'un
liquide. Ainsi,
l'hydrophone 2 peut, grâce à la présence de la résine 11, mesurer les
variations de pression dans le milieu environnant. La résine 11 est en outre
caractérisée par sa résistance aux agressions extérieures, notamment de
nature chimique, et protège l'hydrophone de l'action des agents chimiques.
A titre d'exemple, on peut utiliser en tant que résine 11 une résine
polyuréthane bi-composant formée de polyol et d'isocyanate. Une telle
résine présente, comme il est souhaitable pour transmettre la pression, une
densité de 1,1 voisine de celle de l'eau et une dureté Shore A1/A15 de
l'ordre de 80, relativement basse.
La résine 11 est placée directement en contact avec un agent de
couplage tel que le ciment.
Les figures 1 à 3 montrent schématiquement un mode préféré de
réalisation de l'intérieur d'un module 1 selon lequel chaque module 1
comporte une armature tubulaire 5 servant de soutien pour chaque
hydrophone, et un éventuel géophone. Avantageusement, l'armature
tubulaire est un tube 5 creux dans lequel est placé notamment l'hydrophone
2. Selon une variante, le géophone 3 et/ou le transformateur associé à
l'hydrophone peuvent être placés dans le tube 5.
La majeure partie du tube 5 est sensiblement de forme cylindrique à
base circulaire. Le tube 5 comporte avantageusement à une de ses
extrémités 13 une paroi extérieure qui converge vers l'axe longitudinal du.
tube 5. Le tube comporte également un alésage 7 dans sa paroi. L'axe de
l'alésage 7 est sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal du tube 5 et
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sensiblement situé au milieu du tube 5. Le diamètre de chaque tube 5 est
réduit au maximum, de sorte que chaque module 1 ait un diamètre minimal.
Comme on le verra dans la suite de la description, la forme convergente
placée à l'extrémité 13 assure le soutien des différents fils d'alimentation
et
de fonctionnement de chaque module, et l'alésage 7 permet l'introduction
(ou la sortie) de certains fils d'alimentation et de fonctionnement dans le
(ou
du) tube 5.
Le tube 5 comporte également près de l'extrémité 13, au moins une
ouverture 6 sensiblement circulaire. Avantageusement, le tube comporte
deux ouvertures 6 opposées l'une à l'autre. L'axe passant par chaque
centre des ouvertures 6 est perpendiculaire à l'axe longitudinal du tube 5.
L'hydrophone 2 est introduit dans le tube par une des ouvertures 6. Les
ouvertures 6 sont ainsi au droit de l'hydrophone 2 de façon que les bases
de l'hydrophone 2 soient exposées à l'extérieur pour pouvoir capter les
différences de pression résultant d'ondes sismiques.
Le tube 5 comporte une extrémité 14 opposée à l'extrémité 13. A
l'extrémité 14, on insère dans le tube 5 le transformateur 12 associé à
l'hydrophone puis tout ou partie du géophone 3.
Une fois que l'insertion du géophone 3 et du transformateur 12,
munis chacun de leur protection 4 en résine dure, et de l'hydrophone 2 dans
le tube 5 est effectuée, on obtient un module 1 tel que reprësenté à la figure
2.
Le câblage de chaque module 1 est visible à la figure 3. Pour Ia
clarté de la description, on référence également par N le module 1 visible à
la figure 3. Les éventuels modules placés respectivement à droite et à
gauche du module N sont référencé par N+1 et N-1 respectivement.
Selon la figure 3, on voit que les différents fils 9 d'alimentation et de
fonctionnement de chaque module 1 peuvent être introduits au niveau de
l'hydrophone 2 par l'ouverture 6 et/ou au niveau du géophone 3 par
l'alésage 7. Les fils 9 ne servant pas pour le module N 'passent à l'extérieur
du tube 5. Ainsi, comme on l'aperçoit sur la figure 3, les fils 9 arrivent par
une gaine 10 issue d'un module N-1. Ils passent ensuite autour du tube 5 du
module N pour aller soit dans les ouvertures 6 et/ou l'alésage 7 du module
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N, soit directement vers une gaine 10 qui regroupe l'ensemble des fils 9
issus du module N. La gaine 10 issue du module N se dirige vers le module
N+1 et entoure les fils issus du module N.
Les fils 9 ne servant pas au module N peuvent par exemple étre
plaqués confire l'extérieur du tube 5 par des bandes adhésives 15, ou tout
autre moyen.
Une fois que les branchements des fils 9 sont réalisés pour chaque
module 1, on réalise un surmoulage de résine 11. La résine 11 s'introduit
dans le tube 5 par exemple par une des ouvertures 6. La résine 11 couvre
ainsi au moins une zone au droit de chaque ouverture 6. Elle forme
avantageusement une enveloppe visible à la figure 4 recouvrant l'ensemble
du tube 5. Ainsi, chaque module 1 n'est en contact avec le ciment 62 que
par le surmoulage de résine 11 et les gaines 10 protectrices des fils
d'alimentations 9. Le géophone 3 et l'hydrophone 2 sont parfaitement
protégés. Le surmoulage de la résine 11 sur le module peut s'effectuer à
chaud ou à froid. En ce qui concerne le géophone 3 et le transformateur 12,
le surmoulage de la résine 11 recouvre les éléments de protection
respectifs en résine dure.
La figure 5 montre un exemple d'un dispositif de mesure d'ondes
sismiques permanent placé dans un trou ou forage 57 ménagé dans une
zone 60 du soûs-sol. Le forage est de façon appropriée sensiblement
vertical. Le dispositif comporte au moins un câble 50 comportant lui-même
au moins un module 1. Avantageusement, le dispositif de mesure comporte
trois câbles référencés par 50 et disposés le long du forage 57. Chaque
câble 50 comporte au moins un module 1 de mesure selon les figures 1 à 4
Le forage est empli d'un agent de couplage 62 tel pue du ciment qui une
fois durci immobilise les modules.
Dans l'exemple représentë, le premier câble 50 comporte huit
modules 1, le deuxième câble 50 comporte également huit modules 1, et
le troisième câble 50 comporte six modules 1.
Les deux premiers câbles 50 mesurent deux composantes des
ondes sismiques. Ainsi, chaque module 1 comporte un hydrophone et un
géophone vertical. Le troisième câble 50 comporte deux types de modules
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différents. II comporte quatre modules 1 mesurant deux composantes des
ondes et deux modules, mesurant quatre composantes des ondes, situés
en extrémité du câble 50. Comme précédemment, les modules à deux
composantes comportent un hydrophone et un géophone vertical. Les deux
modules 1 mesurant quatre composantes sont représentés
schëmatiquement à la figure 5, dans une loupe référencée par 16. On voit
ainsi que les deux derniers modules 1 situés à l'extrémité du troisième câble
50 comportent un module référencé par 1 et comportant un hydrophone et
un géophone vertical,.et un module 1' comportant un géophone "X" et un
géophone "Y" horizontaux selon des axes X et Y perpendiculaires.
L'ensemble des modules 1 et 1' peut être surmoulé dans une résine 11
englobant les deux modules. Selon une variante, chaque module 1 ou 1'
peut étre moulé dans un surmoulage de, résine 11. Les modules 1 et 1' sont
ainsi proches l'un de l'autre sans former un seul module. Des prises 56
permettent de faire l'interface entre les câbles 50 et le dispositif de
d'acquisition de surface 61.
