Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
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L'invention a pour objet une source sismique de pt:~its qui
peut étre associêe à une garniture de forage. La source selon
l'invention est particulièrement adaptée pour communiquer à un
outil de 'forage dans un puits dos ébranlement;, pêrïodïques et les
appliquer aux formations environnantes.
Il existe de nombreuses méthodes pour faire de la
prospection sismique de terrains traversés par un puits qui
comporte l'émission de signaux sismiques irnpulsionnels ou de
signaux vibratoires par une source descendue dans le puits, peur
éviter notamment les perturbations apportées par la zone altérée
quand les ondes sent émises en surface, la réception des ondes
renvoyées par les discontinuités du sous-sol au moyen d'un
dispositif de réception placé dans le puits, dans un autre puits ou
en surface, et leur enregistrement. De nombreux traitements sont
en général appliqués aux enregistrements pour les rendre plus
lisibles pour l'interprétateur.
Parmi les nombreux dispositifs d'émission pour puits,
certains ont êté étudiés spécialement peur fonctionner en relation
au en combinaison avec un outil de forage. Ces opérations dites
2 0 de M~7JD permettent de réaliser des opérations de prospection
sans avoir à interrompre le forage d'un puits et Banc de diminuer
ies coûts d'exploration.
On connaît par exemple des dispositifs d'émission où les
vibrations appliquées aux terrains sont les "bruits" engendrés par
Z 5 un outil de forage en fonctionnement à l'extrémité d'un train de
tiges ou garniture de forage. L'amplitude de ces ébranlements
peut varier dans une large mesure selon la dureté des terrains
traversés par l'outil. Les méthodes de traitement classiques sont
en général très difficiles à mettra en oeuvre avec les
3 0 enregistrements obtenus avec ce type d'émission car ïes
caractéristiques de la source restent mal connues. Le signal est
émis en permanence sans que 1°on puisse fixer d'instant de
référence. En outre le spectre de fréquence émis dépend de la
vitesse de rotation de l'outil et de la nature des couches forées.
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four connaître à tout instant la phase des signaux émis, il faut
disposer d'un capteur localïsé au voisinage de l'outil de forage et
d'une voie de transmission quelconque permettant de
transmettre à un équipement ele traitement en surface, un signal
en phase avec les signaux émis. 11 peut s'agir par exemple d'une
transmission d'ondes acoustiques modulées en fonction des
signaux à transmettre, le long du fluide contenu dans le puits,
comme décrit par exemple dans le brevet ~JS 4 675 X52 ou bien
encore éventuellement le long des tiges d'une garniture de
forage.
Parmi les sources de puits, on peut citer encore celles qui
transmettent aux terrains traversés, des ïmpulsions sismïques
créées par des chocs de l'outil de forage en fond de trou, ces chocs
étant isolés ou bien encore répêtés avec une pérïode déterminée.
Pour créer ces chocs on peut utilïser le dispositïf de rraanoeuvre
en surface pour exercer une traction momentanée sur la
garniture et faire varier momentanément Ia force de pesanteur
appliqué à l'outil. Les chocs de la tête de forage en fond de trou
peuvent encore être créés par un outil de forage à percussïon
2 0 constitué en interposant entxe la tête de forage et la garniture, un
dispositif hydraulique télescopique que l'on peut contracter par
une pression momentanée sur la garniture et quï, en se
détendant avec un certain retard quand on relâche cette pression
applique un choc à l'outil. On peut aussi provoquer des chocs sur
2 5 l'outil de forage en déclenchant des "coups de bélier" par une
brusque interruption du flux de boue circulant à l'intérieur de la
garniture. Des dispositifs de ce type ont pour inconvénient
majeur qu'étant intercalés entre l'outil de forage et la garniture,
ils oblïgent à modifier l'équïpement usuel de forage et ils ont à
3 0 supporter la totalité du poids exercé sur l'outil, ce qui peut être
une cause de fragilité.
La source sismique de puïts selon l'invention permet de
communiquer à un outil de forage relïé à une installatïon de
surface par un train de tiges tubulaïres ou garniture, une force
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alternative de fréquence contrôlée, et de la communiquer
aux formations au fond d'un puits, et ceci sans avoir à
modifier sensiblement la géométrie habituelle des
équipements de forage.
La présente invention vise une source sismique de
puits pour communiquer une force alternative de fréquence
contrôlée à un outil de forage relié par un train de tiges
tubulaires à une installation de surface, comprenant une
enceinte close allongée fixée à l'intérieur d'une tige au
voisinage de l'outil de forage, ladite enceinte étant de
section inférieure à une section intérieure du train de
tiges de façon à laisser un passage à un fluide de forage
autour de l'enceinte vers l'outil de forage, une masse
réactive déplaçable à l'intérieur de l'enceinte et suivant
une direction d'allongement de ladite enceinte, des moyens
moteurs disposés dans ladite enceinte pour communiquer à la
masse réactive une force alternative d'amplitude et de
fréquence contrôlées, ladite enceinte étant espacée de la
tige et lesdits moyens moteurs incluant un convertisseur
d'énergie pour convertir une énergie reçue du fluide de
forage circulant à l'extérieur de ladite enceinte en
énergie appliquée à ladite masse réactive et à des moyens
d'absorption intercalés sur ledit train de tiges au-dessus
de ladite enceinte afin d'amortir des vibrations transmises
le long du train de tiges.
Suivant un mode de réalisation préférentiel, les
moyens pour engendrer ladite force comportent par exemple
au moins un vérin avec un corps fixe par rapport à
l'enceinte et une tige qui est fixée à la masse, ainsi
qu'un système hydraulique communiquant avec le corps du
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vérin pour appliquer la force alternative à la tige de
celui-ci et à la masse rëactive.
Suivant un autre mode de réalisation
préférentiel, les moyens pour engendrer ladite force
comportent un corps creux fixé à l'intérieur de l'enceinte,
la masse réactive étant adaptée à coulisser de façon
sensiblement étanche à l'intérieur du corps, et un système
hydraulique communiquant avec le corps de part et d'autre
de la masse réactive, pour appliquer à celle-ci la force
alternative requise.
Le système hydraulique peut comporter des
circuits hydrauliques contenant un fluide, une pompe pour
porter le fluide dans les circuits à une pression
déterminée, des moyens moteurs disposés dans l'enceinte
pour entraîner la pompe et des moyens de distribution pour
distribuer le fluide sous pression de façon à appliquer à
la masse réactive la force alternative d'entraînement.
Suivant un autre mode de réalisation préfé
rentiel, on utilise des moyens électro-mécaniques pour
engendrer ladite force et des
2o~~sss
moyens de liaison pour transmettre les vibrations engendrées
par les moyens électro-mécaniques à la masse réactive. Ces
moyens peuvent comporter par exemple des éléments piézo
électriques pilotés par un ensemble d'émission Olr bien encore un
S vibrateur électro-dynamique.
Suivant un mode de réalisation avantageux, la source selon
l'invention comporte des moyens actionnés par un courant de
fluide circulant dans le train de tiges pour produire de l'énergie
pour le fonctionnement des moyens rrroteurs, ces moyens
comportant par exemple un générateur de courant électrique ou
bien encore un génërateur d'énergie hydraulique.
De préférence, la source comporte un ensemble électronique
de pilotage pour contrôler lesdits moyens moteurs.
On peut utiliser des moyens de communication entre
l'enceinte et une installation de surface, tels que des éléments de
liaison par ondes de pression modulées.
i.,a source selon l'invention est simplement rapportée à
l'intérieur d'une tige de garniture et elle n'intervient pas dans la
transmission du poids applïqué à l'outil. Elle est enfermée dans
2 0 une enceinte close dont la section est inférieure à la section
intérieure de la tige où elle est fixée. Elle n'affecte pratiquement
pas le courant de fluide de forage circulant à l'intérieur de la
garniture et donc ne modifie pas les paramètres du forage. Elle
peut fonctionner en permanence, à intervalles déterminés ou
2 5 bien encore sur commande, en communiquant une force
puissante à la masse réactive à l'intérieur, force qui est transmise
à l'outil par la garniture. La source peut en outre étre
entiérement autonome et prélevea (au moyen d'un générateur à
hélice par exemple) 1'ënergie nécessaire à son fonctionnement
3 0 dans le courant de fluide de forage. Dans l'enceinte close, on peut
disposer des moyens de communication permettant de recevoir
de l'installation de surface, des ordres de déclenchement et de
commande de la fréquence des ébranlements appliqués et en
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S
retour, de communiquer à celle-ci des signaux de contrôle de
fonctionnement.
On intercale de préférence des moyens d'absorption sur la
garniture pour éviter la transmission à celle-ci d'au moins une
. 5 partie de l'énergie créée par le fonctionnement de la source.
L'invention porte aussi sur une méthode de mise en oeuvre
de la source sismique qui est caractérisée en ce qu'elle Wclut
- la mise en place de capteurs sismiques en surface et/ou dans
au moins un puits;
1 0 - la mise en place de la source intercalée sur un élément la
garniture au voisinage de l'outil de forage;
- le forage d'un puits au moyen dudit outil de forage; et
- l'enregistrement des modes reçus par les capteurs sismiques en
réponse aux ébranlements appliqués aux formations environnant
1 5 le puits en cours de forage.
La méthode peut, oompor~ter marre la tzansmission de signaanc
entre la source et une installation de surface par exemple pour
communiquer à celle-ci une référence de temps relative au
fonctionnement de la source.
2 0 D'autres caractéristiques et avantages de la source selon
l'invention apparaîtront à la lecture de la description ci-après de
modes de réalisation décrits à titre d'exemples non limitatifs, en
se référant aux dessins annexés où .
- la Fig.l montre schématiquement une installation de forage à
2 5 laquelle on peut adjoindre la source sismique selon l'invention;
- la Fig.2 montre schématiquement un premier mode de
réalisation de la source avec une masse réactive et un vérin;
la Fig.3 montre un deuxième mode de réalisation de la source
avec une masse réactive coulissant dans un corps clos placé dans
3 0 l'enceinte; et
- la Fig.4 montre un autre mode de réalisation où la force
appliquée à la masse réactive est d'origine piézo-électrique.
La source sismique selon l'invention peut être associée
(Fig.l ) à un train de tiges tubulaires (garniture de forage) 1
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reliant un outil de forage 2 à une installation de surface
comprenant une tour de forage 3. lElle est incluse par exemple
(Fig.2) à l'intérieur d'une masse-tige tubulaire (ou drill collar) 4
de la garniture proche de l'outil de forage. La. source sismique 5
est incluse dans une enceinte rigide allongée 6 qui. est fixëe à la
paroi intérieure de la tige 4 par des brides 7. La section
extérieure de l'enceinte 6 est inférieure à la section intérieure de
la tige et les brides 7 sont agencées pour permettre ie passage du
fluide de forage que l'on fait circuler depuis la surface vers 1°outil
de forage. A l'intérieur de l'enceinte qui est close, est disposée
une masse réactive 8 pouvant se déplacer parallèlement à l'axe
de l'enceinte et de la tige entre des rails de guidage longitudinaux
9. dette masse réactive 8 est solidaire de moyens d'entraînement
capables de lui imprimer une force alternative d'amplitude et de
fréquence contrôlées. des moyens comportent par exemple un
vérin 10 pourvu d'un corps cylindrique 11 orienté suivant l'axe
de l'enceinte, d'un piston 12 coulissant de façon étanche dans le
corps I1 et une tige 13 pour solidariser le piston avec la masse
réactive. ~n utilise par exemple un système hydraulique pour
2 0 appliquer la force alternative au piston 12 et donc à la masse
rëactive 8. Ce systême comporte un accumulateur hydraulique
14, une pompe hydraulique I5 pour charger du fluide sous
pression dans l'accumulateur 14, un moteur électrique 16
d'entraânement de la pompe, une vanne de distribution 17 et des
2 5 canalisations 18 permettant d'appliquer le fluide sous pression de
l'accumulateur 14 dans Ie cylindre 11 alternativement d'un côté
ou du côté opposé du piston 12 de façon à crëer une force
alternative importante qlll est communiquée à la masse réactive
8. Un ensemble électronique 19 est disposé aussi à l'intérieur de
3 0 l'enceinte pour piloter la distribution de fluide par la vanne 17 ~de
façon que la fréquence de la force alternative appliquëe à chaque
instant à la masse soït bien définie ou bien que cette fréquence
suive au cours tiu temps une loi de variation bien définie. Dans
l'enceinte, est disposé par exemple un générateur électrique tel
~~~ss
qu'un alternateur 20. Son axe 21 est orienté ç~arallf',lement 1 celui
de la tige de forage et il traverse la paroi de 1"enceinte. I1 est relié
à une hélice 22 qui est entraînée en rotation par le fluide de
forage que l'on fait circuler 1 l'intérieur vers l'outil de forage.
S Des moyens d'absorption (du type connu des spécialistes
sous le nom de shock absorber par exemple) sont intercalés sur la
garniture au-dessus de la source pour empêcher la transmission à
la garniture de l'énergie sismique créée par Ig; fonctionnement de
la source.
La communication entre ia source et l'installation de surface
peut être réalisée par une technique connue au moyen d'ondes
acoustiques modulées ou codée qui se propagent le long du puits
dans le fluide de forage. A cette fin, l'ensemble électronique 19
est relié à un ensemble d'émission-réception de signaux
acoustiques (non représentés) comportant des moyens
transducteurs disposés à l'extérieur de l'enceinte.
Cependant, la source peut fonctionner aussï
automatiquement soit de façon permanente suivant un
enchaînement ininterrompu de séquences d'émission où la
2 0 fréquence émise varie suivant une loi de variation prêdêfinie,
soit de façon discontinue avec des périodes d'émission
successives où la fréquence d'émission est fixe ou encore
variable, séparées par des intervalles de temps d'interruption
d'ëmission.
2 5 On sélectionne les moyens d'application de la force et la
masse réactive, de façon à développer et transmettre à l'outil une
force suffisamment puissante. Par une sélection convenable, on
peut obtenir une force alternative bien proportionnée au poids de
la garniture pesant sur l'outil de forage de façon à générer en
3 0 conséquence un ëbranlement alternatif puissant dans les texrains
en contact avec l'outil. Si la masse de la garniture est de l'ordre
de 104 kg, on adapte le système hydraulique pour qu'il gênére
une force alternative de l'ordre de 2.104 ~ e w t o n .
~~~'~f~
Suivant un autre mode de réalisation (Fig.3), la masse
réactive 8 est adaptée ~ coulïsser de façan étanche dans une
cavité cylindrique a l'intérieur d'un corps creux 23 solidaire de
l'enceinte 6 et les circuïts hydrauliques connectent les deux
S extrémités apposées du corps creux 23 de part et d'autre de la
masse, avec la vanne de distribution 17.
Suivarst un autre mode de réalisation, la masse réactive
(Fig.4) est au contact d'un ensemble 24 cle pastilles pié~o-
êlectriques empilées et connectées en série ou en parallèle selon
les cas aux bornes d'un générateur électrique approprié 25, La
transmission de la force peut s'effectuer par couplage mécanique
direct entre le bloc et la masse réactive ou bien encore par
l'intermédiaire de moyens de liaison hydrauliques comportant
des circuits hydrauliques et un vérin de couplage (non
1 S représentés).
Suivant un autre mode de réalisation on peut remplacer le
générateur électrique 20 par un générateur hydraulique
directement entraîné par I"hélice 22 dans le but de charger
l'accumulateur 14 et d'actionner la masse réactive.
2 0 On ne sortirait pas du cadre de l'invention en remplaçant
les moyens orateurs hydrauliques ou piézo-électriques
précédents par tous les autres mayens de création d°une force
alternative.
Avec la source sismique décrite ci-dessus on peut réaliser
2 5 des opérations d'exploration sismique durant le forage d'un puits.
On dispose en surface et/ou dans un autre puits un ensemble de
capteurs sismiques et l'an enregistre les ondes qu'ils reçoivent en
réponse aux ébranlements appliqués aux formations environnant
le fond du trou forê par le fonctionnement de !a source.
3~
