CA2087666C - Source sismique de puits - Google Patents
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Abstract
- La source sismique selon l'invention est associée à une garniture reliant à une installation de surface un outil de forage, au voisinage de celui-ci. Elle comporte une enceinte close fixée à l'intérieur d'une masse-tige de la garniture. Sa section est inférieure à la section intérieure de la garniture de façon à permettre une libre circulation du fluide de forage. Dans cette enceinte et suivant l'axe de la garniture peut se déplacer une masse réactive. Des moyens hydrauliques ou électro-mécaniques permettent d'appliquer à cette masse une force alternative importante de fréquence et de durée contrôlées. L'énergie nécessaire à son fonctionnement est prélevée dans le courant de fluide. Cette source ne nécessite aucune modification substantielle des équipements de forage habituels et l'on peut grâce à elle réaliser en même temps le forage d'un puits et des mesures sismiques en disposant des capteurs en surface et/ou dans un ou plusieurs puits voisins. - Application à la prospection sismique durant l'avancement d'un forage, par exemple.
Description
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
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
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.
~0~~~~6 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 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 3a 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 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 ~~~~i'~
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~
~0~~~~6 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 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 3a 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 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 ~~~~i'~
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~
Claims (17)
1) 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.
2) Source sismique selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens moteurs pour engendrer ladite force comportent 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 vérin pour appliquer à la tige du vérin ladite force alternative.
l'enceinte et une tige qui est fixée à la masse, ainsi qu'un système hydraulique communiquant avec le vérin pour appliquer à la tige du vérin ladite force alternative.
3) Source sismique selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens moteurs 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 ladite force alternative.
4) Source sismique selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que le système hydraulique comporte des circuits hydrauliques contenant un fluide, une pompe pour porter le fluide dans les circuits à une pression determinée, 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.
5) Source sismique selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens électro-mécaniques pour engendrer ladite force et des moyens de liaison pour transmettre les vibrations engendrées par les moyens électro-mécaniques à
ladite masse réactive.
ladite masse réactive.
6) Source sismique selon la revendication 5, caractérisée en ce que les moyens électro-mécaniques comportent des éléments piézo-électriques pilotés par un ensemble d'émission.
7) Source sismique selon la revendication 5, caractérisée en ce que les moyens électro-mécaniques comportent un vibrateur électro-dynamique.
8) Source sismique selon une des revendications 1 a 7, caractérisée en ce qu'il 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 moteurs.
9) Source sismique selon la revendication 8, caractérisée en ce que les moyens pour produire de l'énergie comportent un générateur de courant électrique.
10) Source sismique selon la revendication 8, caractérisée en ce que les moyens pour produire de l'énergie comportent un générateur d'énergie hydraulique.
11) Source sismique selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisée en ce qu'elle comporte un ensemble électronique de pilotage pour contrôler lesdits moyens moteurs.
12) Source sismique selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens de communication entre ladite enceinte et une installation de surface.
13) Source sismique selon la revendication 1 2 , caractérisée en ce que les moyens de communication comportent des éléments de liaison par ondes de pression modulées.
14) Source sismique selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens d'absorption interposés pour éviter la transmission à la garniture d'au moins une partie de l'énergie créée par le fonctionnement de la source.
15) Méthode pour la mise en oeuvre de la source sismique selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisée en ce qu'elle inclut:
- la mise en place de capteurs sismiques en surface ou dans au moins un puits;
- la mise en place de la source dans la tige intercalée sur la garniture au voisinage de l'outil de forage;
- le forage d'un puits au moyen dudit outil de forage; et - l'enregistrement des ondes reçues par les capteurs sismiques en réponse aux ébranlements appliquées aux formations environnant le puits en cours de forage.
- la mise en place de capteurs sismiques en surface ou dans au moins un puits;
- la mise en place de la source dans la tige intercalée sur la garniture au voisinage de l'outil de forage;
- le forage d'un puits au moyen dudit outil de forage; et - l'enregistrement des ondes reçues par les capteurs sismiques en réponse aux ébranlements appliquées aux formations environnant le puits en cours de forage.
16) Méthode pour la mise en oeuvre de la source sismique selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisée en ce qu'elle inclut:
- la mise en place de capteurs sismiques en surface et dans au moins un puits;
- la mise en place de la source dans la tige intercalée sur la garniture au voisinage de l'outil de forage;
- le forage d'un puits au moyen dudit outil de forage; et - l'enregistrement des ondes reçues par les capteurs sismiques en réponse aux ébranlements appliquées aux formations environnant le puits en cours de forage.
- la mise en place de capteurs sismiques en surface et dans au moins un puits;
- la mise en place de la source dans la tige intercalée sur la garniture au voisinage de l'outil de forage;
- le forage d'un puits au moyen dudit outil de forage; et - l'enregistrement des ondes reçues par les capteurs sismiques en réponse aux ébranlements appliquées aux formations environnant le puits en cours de forage.
17) Méthode selon la revendication 15 ou 16, caractérisée en ce qu'elle comporte la transmission de signaux entre la source et une installation de surface.
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