FR2853968A1 - Dispositif et procede de mesure d'ondes sismiques - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un dispositif de mesure d'ondes 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 (11) dans lequel est noyé l'hydrophone, la résine étant apte à transmettre les variations de pression résultant d'ondes sismiques.

Description

DISPOSITIF ET PROCEDE DE MESURE D'ONDES SISMIQUES

DOMAINE TECHNIQUE

La présente invention concerne les dispositifs de mesure d'ondes sismiques comportant 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. 10 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), I'hydrophone est placé dans une poche contenant un fluide qui transmet les variations de pression du milieu 20 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. Il s'agit en effet souvent d'huile. Il 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 la qualité des mesures, et par conséquent une mauvaise interprétation des caractéristiques physiques de la zone du 30 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.

On comprend que les problèmes susmentionnés d'étanchéité et de fragilité augmentent avec le nombre d'hydrophones. Il est notamment délicat de réaliser des dispositifs de mesure verticaux, et plus particulièrement des dispositifs devant atteindre des profondeurs de mesure 5 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 10 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 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 20 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-même enrobé dans l'élément de protection de l'hydrophone.

L'invention concerne également un procédé en vue de la mesure 25 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 cidessus.

PRESENTATION DES FIGURES.

D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 représente schématiquement une vue éclatée de l'intérieur d'un module destiné à être utilisé dans 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 10 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 moins un géophone 3. Il comporte également un transformateur 12 relié à l'hydrophone 2. Au lieu du transformateur 12, on peut aussi utiliser un pré-amplificateur, qui 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 25 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 30 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 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 'hydrophone sur le plan mécanique, et d'autre part une capacité à 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. 15 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 AI/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 25 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 30 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 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 10 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 15 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 représenté à la figure 2.

Le câblage de chaque module 1 est visible à la figure 3. Pour la clarté de la description, on référence également par N le module 1 visible à 25 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 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 être plaqués contre 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 10 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 20 sismiques permanent placé dans un trou ou forage 57 ménagé dans une zone 60 du sous-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 que du ciment qui une fois durci immobilise les modules.

Dans l'exemple représenté, le premier câble 50 comporte huit modules 1, le deuxième câble 50 comporte également huit modules 1, et 30 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 différents. Il 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 schématiquement 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 comportent un module référencé par 1 et comportant un hydrophone et un géophone vertical, et un module 1' comportant un géophone "X" et un 10 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 être 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 15 permettent de faire l'interface entre les câbles 50 et le dispositif de d'acquisition de surface 61.

Claims (6)

REVENDICATIONS.

1. Dispositif de mesure d'ondes 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 (11) dans lequel est noyé l'hydrophone, la résine étant apte à transmettre les variations de pression résultant d'ondes 10 sismiques.

2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel il est prévu au moins un géophone (3) noyé dans un élément de protection en résine dure (4) luimême enrobé dans l'élément de protection (11) de l'hydrophone. 15

3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel l'hydrophone (2), le géophone (3) et un transformateur (12) associé à l'hydrophone (3) sont placés dans cet ordre selon un axe du module.

4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel il est prévu une armature tubulaire (5) dans laquelle est placé l'hydrophone (2), l'armature (5) comportant au moins une ouverture (6) au droit de l'hydrophone (2) et étant recouverte au moins au droit de chaque ouverture de la résine (11).

5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel l'agent de couplage est du ciment.

6. Procédé en vue de la mesure d'ondes sismiques dans une zone du sous30 sol, caractérisé en ce que la mesure est effectuée au moyen d'au moins un

dispositif selon l'une des revendications 1 à 5.