EP0026706A1 - Procédé et appareil pour la détermination de paramètres de direction d'un puits exploré en continu - Google Patents

Procédé et appareil pour la détermination de paramètres de direction d'un puits exploré en continu Download PDF

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EP0026706A1
EP0026706A1 EP80401361A EP80401361A EP0026706A1 EP 0026706 A1 EP0026706 A1 EP 0026706A1 EP 80401361 A EP80401361 A EP 80401361A EP 80401361 A EP80401361 A EP 80401361A EP 0026706 A1 EP0026706 A1 EP 0026706A1
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EP
European Patent Office
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probe
signal
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signals
determining
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EP80401361A
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Jean Ringot
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Services Petroliers Schlumberger SA
Schlumberger NV
Schlumberger Ltd USA
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Societe de Prospection Electrique Schlumberger SA
Schlumberger NV
Schlumberger Ltd USA
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B47/00—Survey of boreholes or wells
    • E21B47/02—Determining slope or direction
    • E21B47/022—Determining slope or direction of the borehole, e.g. using geomagnetism

Definitions

  • the present invention relates to a method and apparatus for determining direction parameters of a well as a function of depth, and more particularly to a method and apparatus which use the measurement signals of an accelerometer and a magnetometer to three sensitive axes housed in a probe exploring the well.
  • the probe is continuously moved into the well during the measurement.
  • the accelerometer signal is prefiltered, then combined with the magnetometer signal to rid it of the alteration it undergoes due to the displacement of the probe in the well, then subjected to pass filtering. - very selective bottom, and finally again combined with the signal from the magnetometer for the determination of well direction parameters.
  • the crust of the earth is made up of layers of different natures, thicknesses and inclinations, and it has long been apparent that all information concerning the successive layers, and in particular their inclination, is of definite interest in fields such as that of oil research.
  • information on the inclination of the layers is not directly accessible in the current state of the art, it is conventionally used to use probes, which are moved in a well passing through these layers, and which provide information on their orientation in relation to the layers crossed by the well.
  • the three-dimensional topographic orientation of an airplane or a rocket can be determined by using the measurement signals of an accelerometer and a magnetometer with three sensitive axes. . These signals are immediately usable when the aircraft is flying at a constant speed and has a trajectory regular. When there are sudden disturbances or accelerations, the signals from the accelerometer and magnetometer generally lose their interest in this orientation determination.
  • the probe is lowered into the well and stabilized at a certain depth.
  • the signals from an accelerometer and a magnetometer mounted in the probe are recorded while the probe is fixed in the well in the absence of any disturbance.
  • These stationary component signals are combined to obtain two well direction parameters, namely the deflection angle, defined as the angle formed between the longitudinal axis of the well and the vertical, and the azimuth, defined as the angle formed between two vertical planes, one of which contains the longitudinal axis of the well and the other the north direction.
  • the probe is moved into the well and stabilized at another depth. New signals are produced when the probe is fixed, and are combined to obtain new values for the deflection angle and azimuth.
  • the first, immediate, is that the need to stabilize the probe for each measurement causes a detrimental increase in the duration of exploration of the well.
  • the present invention aims to propose a method for determining parameters of a well which is faster than the known method described above.
  • Another object of the present invention is to propose a method making it possible to physically determine variations in the orientation of the well at any point of an explored longitudinal portion of this well.
  • the method of the invention is essentially characterized in that the phases consisting in producing said acceleration and locating signals and in moving the probe are simultaneous and substantially continuous, in that said phase of determining the direction parameters is divided into a virtual stabilization step by which the effects of the displacement of the probe are eliminated, in the components of one of the signals, constituting a signal to be stabilized, by means of the components of the other signal, constituting a stabilizing signal, and by a final step of combining the components of said signals, said phase of determining the parameters comprising an intermediate low-pass filtering operation involving at least stabilized components of said signal to be stabilized and by which frequency variations greater than the maximum frequency of variations due to the acceleration of gravity.
  • said phase of determining the steering parameters further comprises a step preliminary to said step of virtual stabilization, comprising an operation of prefiltering the components of the acceleration signal, by which the variations in these components are substantially attenuated. signal having a frequency greater than the greatest possible frequency of the rotational movement of the probe around its longitudinal axis.
  • an accelerometer and a direction indicator each having a first and a second sensitive transverse axis, perpendicular to each other and to the longitudinal axis of the probe, and a third sensitive axis, of longitudinal direction and coincident with the axis of the probe, said signals each comprising two transverse axial components and a longitudinal axial component and said direction indicator being for example a magnetometer giving in the coordinate system of its three sensitive axes the direction of the earth's magnetic field vector.
  • the preliminary step of the direction parameter determination phase comprises determining a transverse diagonal component of the stabilizing signal from the transverse axial components of this signal and eliminating the effects of rotation, using the axial and diagonal components. transverse of this same signal, in the transverse axial components of the signal to be stabilized to obtain components stabilized in rotation, corresponding to a reference position of the probe around its longitudinal axis.
  • the preliminary step comprises the operations consisting in: determining a transverse diagonal component of the locating signal from the transverse axial components of this signal; determine from this transverse diagonal component and the longitudinal axial component of this same locating signal the sign of the difference between a first angle, formed between said vector of fixed direction and the longitudinal axis of the probe, and a limit angle of predetermined value; defining the stabilizing and stabilizing signals, respectively by the locating and acceleration signals when the sign of said difference is positive, and by the acceleration and locating signals when this sign is negative; and determining a transverse diagonal component of the stabilizing signal from its transverse axial components when said stabilizing signal is defined by said acceleration signal.
  • the final step of combining the components of said signals comprises a preliminary normalization operation consisting in determining at least one standard, a normalized longitudinal component, and a normalized transverse diagonal component of the acceleration signal.
  • the final step of combining the components of the signals comprises an operation of determining a first of said direction parameters, this operation involving the combination of diagonal transverse and longitudinal axial components, filtered and normalized, of said acceleration signal, this first parameter representing the angle formed between the vertical and. the longitudinal axis of the probe.
  • This final step of combining components of the signals also comprises an operation of determining a second of said direction parameters, this operation involving the combination of the three normalized and stabilized axial components of said signal to be stabilized, and of the normalized longitudinal and diagonal transverse components of said stabilizing signal, this second parameter representing the angle formed between the horizontal trace of the vertical plane passing through the longitudinal axis of the probe and the horizontal projection of said fixed direction vector different from the vertical.
  • said final step comprises an operation of reintroducing the effects of rotation of the probe, supplying from the two stabilized transverse axial components of the acceleration signal and the transverse components diagonal and axial of the locating signal rage, two transverse axial components of the acceleration signal which are no longer stabilized again with respect to said reference position of the probe around its longitudinal axis.
  • the final step of combining the components of the signals advantageously comprises an operation of determining a third of said direction parameters, this operation involving the combination of the three unstabilized axial components of said acceleration signal and the three unstabilized axial components of said signal marking, this third parameter representing the angle formed between the horizontal projection of said vector of fixed direction different from the vertical and the horizontal projection of a vector perpendicular to the longitudinal axis and joining this axis to a fixed point of the probe.
  • this final step of combining the components of the signals can also comprise an operation of determining a fourth of said direction parameters, this operation involving the combination of the two non-stabilized transverse axial components of the acceleration signal, this fourth parameter representing the dihedral angle formed between a vertical plane containing the longitudinal axis of the probe and a plane containing the axis of the probe and passing through said fixed point of the probe.
  • the final step of combining the components of the signals comprises, after the operation of determining the first direction parameter, an operation of comparing this parameter with a predetermined minimum value and, when the first parameter is less than this minimum value , an operation consisting in forcing the second and / or fourth parameters to zero.
  • the low-pass filtering eliminates, by a rapidly increasing attenuation from 3 dB, the signal variations having a frequency higher than 8.10 2 Hz and that the pre-filtration consists an attenuation, increasing from 3 dB, of signal variations having a frequency greater than 2.5 Hz.
  • the method of the invention aims to determine different parameters, related to the topographic orientation taken by a well 1 at a given depth.
  • the cable passed over a measuring wheel 5 connected to a counter 6 recording the rotations of the wheel 5.
  • the depth at which the probe is in the well which obviously depends on the length of the cable unwound from the winch, can, in known manner, be deduced from the indication of the counter 6.
  • the probe 2 comprises centering poles 7 enabling it to always adopt a position in the well in which its longitudinal axis 2a is, over: the length of this probe at least, substantially coincident with the longitudinal axis 1a of the well, the orientation of the probe axis thus assimilating to the orientation of the well at the exploration depth.
  • an accelerometer 8 and a magnetometer 9 Inside the probe are housed an accelerometer 8 and a magnetometer 9 firmly attached to the probe.
  • the accelerometer provides a signal with three axial components whose amplitudes represent the lengths of the projections, on three respective sensitive axes, of the vector associated with the set of accelerations undergone by the probe, and the magnetometer provides a signal with three axial components of which the amplitudes represent the lengths of the projections, on three respective sensitive axes, of the vector associated with the magnetic field passing through the probe, that is to say in practice with the terrestrial magnetic field.
  • the magnetometer 9 could be replaced by a gyroscope delivering a three-component signal constituting location information of the probe with respect to the characteristic direction of the gyroscope, or by any other direction indicator, provided on the one hand that the direction of the vector represented by the signal that this indicator would provide is fixed and known and on the other hand that it is different from the vertical.
  • the sensitive axes of the accelerometer and the magnetometer form a fixed rectangular trihedron with respect to the probe, the accelerometer and the magnetometer having a first sensitive axis in. the longitudinal direction of the probe and two transverse sensitive axes.
  • the probe having been lowered into the well to a known depth is raised using the winch and the cable at a substantially constant speed while the accelerometer and the magnetometer produce their respective signals, which are transmitted to the surface by the cable. 3, and recovered at the surface in correlation with the signal from counter 6.
  • the probe 2 is subjected to accelerations which, in addition to the acceleration of gravity, include the acceleration due to the movement of the probe 2 in the well. Indeed, on the one hand the probe undergoes transverse movements and shocks against the wall and on the other hand, despite the fact that the cable is rewound at substantially constant speed, the probe advances in the longitudinal direction by jerky progressions a movement called "yo-yo". In addition, the probe generally undergoes an additional movement of rotation about its longitudinal axis.
  • phase of determining the direction parameters of the well from the signals from the accelerometer and the magnetometer therefore requires different steps and operations aimed in particular at recovering from these signals the information that they would have provided directly if they had been produced while the probe was at rest and had not undergone any rotation around its longitudinal axis.
  • this phase comprises a preliminary step ETO, a virtual stabilization step ET1, itself comprising an operation D 1 or D 2 of elimination of the effects of rotation, and a final step ET2 of combining the processed components of the signals YS and ⁇ S, the step ET1 and the final step ET2 being separated by an intermediate operation OIF of low-pass filtering F 2 13 or F2 47.
  • the operations I 13 and 1 46 consist in changing the sign of the components of the signals Y S and ⁇ S and are only necessary when the ETO step relates to the signals directly supplied by the accelerometer ' and the magnetometer as representative of vectors of directions opposite to those of the acceleration vectors on the one hand and the earth's magnetic field on the other.
  • the pre-filtering operations F 1 and delay R 1 will be explained in detail later.
  • the preliminary ETO stage has two essential purposes.
  • the components of the acceleration and location signals generally carry information coming from a parasitic phenomenon, namely the rotation of the probe around its axis.
  • signal to be stabilized To eliminate the effects of this rotation on the values of the transverse axial components of one of the signals hereinafter called “signal to be stabilized”, use is made, in the subsequent step of virtual stabilization ET1, of the use of the components transverse axial and a transverse component, called diagonal, of the other signal, hereinafter called “stabilizing signal”.
  • the preliminary stage ETO therefore appears to have the function, on the one hand, of making it possible to determine which of the two signals Y S and ⁇ S must play the role of signal to stabilize p S, the other signal obviously having to play the role of signal stabilizer a S, and on the other hand to supply, for the needs of the virtual stabilization step ET1, the diagonal transverse component of the stabilizer signal, that is to say a S according to the notation previously introduced.
  • the operation for determining a S is included in block N 3 or in block N 1 according to, respectively, whether the role of S is held by the signal Y S or by the signal ⁇ S.
  • the blocks N 1 to N 4 , D 1 and D 2 , E 1 , DEV 1, DEV 2, RB 1 and RB 3 AZI1.1 and AZI1.2, AZIM1 and AZIM3 are to be considered as operations in FIG. 2, and as function generators, suitable for carrying out these operations, in FIGS. 3a and 3b.
  • the axial components Y S xo , Y S yo , S and ⁇ S xo , ⁇ S yo , and ⁇ S of the accelerometer and magnetometer output, available at the start of the parameter value determination phase, can be considered as each having on each of the elementary time intervals At, a constant amplitude.
  • ⁇ o represents x o , y o or z for a component before filtering
  • ⁇ represents x, y, z for a component after filtering
  • k and l represent whole numbers and if YS ⁇ , i ⁇ t represents the amplitude of the component ⁇ of the signal Y S during the i th interval of time ⁇ t
  • the role of filters F 1 is to very substantially attenuate, in the filtered components, the signal variations having a frequency greater than the maximum possible frequency of the rotational movement of the probe around its axis. It can be seen in FIG. 4 that the frequencies above 2.5 Hz undergo an attenuation greater than 3 dB.
  • the output signal of the filter F 1 has a certain delay from the input signal.
  • the components ⁇ S x , ⁇ S y , ⁇ S z , ⁇ S xy and the standard ⁇ S xyz of the locating signal, coming from the magnetometer undergo in cells R 1 .1 to R 1 .5 a delay equivalent to that caused by filtering F 1 on the components of the acceleration signal.
  • the divider DV to which the components ⁇ S z and ⁇ S xy are then applied, performs the ratio ⁇ S xy / ⁇ S z , which represents the tangent of the angle a formed between the direction of the earth's magnetic field vector and that of the axis of the probe.
  • the information ⁇ S xy / ⁇ S z is then applied to the comparator COMP 1 which compares to a predetermined value limit L 1 .
  • the output T 1 of the comparator COMP 1 will be deactivated if the angle is greater than or equal to 3 ° (general case).
  • T 1 of the output of the comparator COMP 1 makes it possible to operate a switch, symbolically produced by two relays MT 1 and MT1.
  • T 1 is zero, (general case), i.e. when T 1 is equal to 1 (fig. 3a) the signal ⁇ S of the magnetometer is used as the stabilizing signal a S and the signal Y S of the accelerometer as the signal to stabilize p S, which means that the signal a magnetometer is used to correct the accelerometer signal for the effects of rotation of the probe.
  • the stabilizing signal a S is the signal Y S of the accelerometer, which is used to correct the signal ⁇ S of the magnetometer, constituting the signal to be stabilized p S.
  • the MT 1 and MT relays achieve the definition: for the two values of T 1 .
  • the stabilized components p S x and p S are substantially those which would have been obtained in the absence of rotation of the probe around its longitudinal axis.
  • the role of the filters F 2 is to eliminate, from the filtered components, the variations in the amplitude having a frequency greater than the maximum frequency of the amplitude variations which are attributable to the acceleration of gravity and which essentially derive from the variations the angle formed between the vertical and the longitudinal axis of the probe.
  • frequencies above 8.10 -2 Hz undergo an attenuation greater than 3 dB and very rapidly increasing.
  • the components of the accelerometer signal are normalized.
  • T 1 0 (general case)
  • ⁇ S xo and ⁇ S yo are the components of ⁇ S at the exit of N 2 and ⁇ S x , ⁇ S y , ⁇ S xy the transverse components of ⁇ S at the exit of R 2 .1, R 2 . 2 and R 2. 4, the new components of ⁇ S at the output of E 1 are:
  • these components ⁇ S x and ⁇ S y are not at all identical or proportional to the components of the accelerometer output signal. If, indeed, these new components Y S x and ⁇ S y again contain the information relating to the rotation of the probe around its longitudinal axis with respect to a reference position, on the other hand they are rid of disturbing information originating impacts of the probe against the wall of the well.
  • the final step ET2 of combining the components of the acceleration and locating signals results, by different operations described below, in the determination of different parameters representative of the topographic orientation of the well and of the position of the probe in the well relative to a reference position corresponding to a setting of the probe for the rotational movements around its longitudinal axis.
  • the diagonal transverse components ⁇ S xy and longitudinal Y S z of the accelerometer signal, normalized in N 2 or in N 4 , are combined to obtain the value of a first parameter, DEV, representing the angle ⁇ formed between the vertical and the longitudinal axis of the probe.
  • T 1 1, DEV is obtained in DEV 2, providing the information DEV 2.
  • the function generators DEV 1 and DEV 2 are identical and provide the information defined by
  • the information DEV 1 is, in the comparator COMP 2, compared with an angle L2 of predetermined value, for example equal to 0.5 °; according to the result of this comparison, the value of two other pieces of information RB1 and AZIM 1 is multiplied by 0 or 1, which will be defined later.
  • This is, schematically, represented by the possibility, for the comparator COMP 2, of controlling two relays MT 2 .1 and MT 2 .2 closed or switched to ground.
  • T 2 0
  • T 2 INT 2 v-
  • J (N, D) is equal to: Arctg + ⁇ if D is negative, and to Arctg if D is positive, 2 ⁇ being added if Arctg is negative.
  • AZI 1 representing the angle ⁇ formed between the horizontal projection of the earth's magnetic field vector and the horizontal projection of a vector perpendicular to the longitudinal axis of the probe and joining this axis at a fixed point P of the probe, distant from this same axis.
  • the double contact relay T 1 T 1 controlled by the comparator COMP 1, schematically represents the connection of the phase for determining the value of the parameters to a display operation AFF of these parameters.
  • this relay T 1 T 1 makes it possible to obtain, at the end of the determination phase, the parameters DEV, AZIM, AZI1 and RB which, in an explicit form, are expressed by:
  • the display of quantities such as the norm ⁇ S xyz of the signal of the magnetometer, and the norm ⁇ S xyz of the signal of the accelerometer, after low-pass filtering, makes it possible to exercise control over the meaning actual values obtained for the different parameters.
  • the phase of determining the value of the parameters can, using the preceding indications, be carried out according to various methods, and for example by means of a hardware device specially designed for To this end and responding to the diagram of FIGS. 3a and 3b, it appeared that the most suitable way consisted in resorting to automatic data processing by means of a computer.
  • the blocks in FIGS. 2, 3a and 3b represent subroutines, with the exception of the comparators in FIG. 3a which represent tests, and relays in FIGS. 3a and 3b, which represent conditional connections.

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Abstract

Ce procédé et cet appareil utilisent les signaux de mesure d'un accéléromètre et d'un magnétomètre à trois axes sensibles logés dans une sonde explorant le puits. La sonde est continûment déplacée dans le puits pendant la mesure. Dans le cas le plus courant, le signal de l'accéléromètre est préfiltré, puis combiné au signal du magnétomètre pour le débarrasser de l'altération qu'il subit en raison du déplacement de la sonde dans le puits, puis soumis à un filtrage passe-bas très sélectif, et enfin à nouveau combiné au signal du magnétomètre pour la détermination de paramètres de direction du puits. Ce procédé et cet appareil permettent une exploration rapide du puits et améliorent la qualité des mesures.

Description

  • La présente invention concerne un procédé et un appareil pour la détermination de paramètres de direction d'un puits en fonction de la profondeur, et plus particulièrement un procédé et un appareil qui utilisent les signaux de mesure d'un accéléromètre et d'un magnétomètre à trois axes sensibles logés dans·une sonde explorant le puits. La sonde est continûment déplacée dans le puits pendant la mesure. Dans le cas le plus courant, le signal de l'accéléromètre est préfiltré, puis combiné au signal du magnétomètre pour le débarrasser de l'altération qu'il subit en raison du déplacement de la sonde dans le puits, puis soumis à un filtrage passe-bas très sélectif, et enfin à nouveau combiné au signal du magnétomètre pour la détermination de paramètres de direction du puits.
  • L'écorce terrestre est constituée de couches de natures, d'épaisseurs et d'inclinaisons diverses, et il est depuis longtemps apparu que toute information concernant les couches successives, et en particulier leur inclinaison, présentait un intérêt certain dans des domaines tels que celui de la recherche pétrolière. Cependant, de telles informations sur l'inclinaison des couches n'étant pas directement accessibles dans l'état actuel de la technique, on a classiquement recours à des sondes, que l'on déplace dans un puits traversant ces couches, et qui fournissent des informations sur leur orientation par rapport aux couches traversées par le puits.
  • On comprend aisément que ces informations représentatives d'une orientation de nature relative soient insuffisantes et qu'il soit par conséquent nécessaire, pour connaître l'orientation des couches, de déterminer l'orientation topographique tridimensionnelle du puits et la position prise par la sonde dans le puits à la profondeur d'investigation.
  • Il est aussi bien connu, dans les techniques d'aviation, que l'orientation topographique tridimensionnelle d'un avion ou d'une fusée peut être déterminée en utilisant les signaux de mesure d'un accéléromètre et d'un magnétometre à trois axes sensibles. Ces signaux sont immédiatement utilisables quand l'avion vole à une vitesse constante et qu'il a une trajectoire régulière. Quand il y a des perturbations ou des accélérations soudaines, les signaux de l'accéléromètre et du magnétomètre perdent généralement leur intérêt dans cette détermination d'orientation.
  • C'est dans ce cadre très général que s'inscrivent le procédé décrit dans le brevet des Etats Unis n° 3 862 499 délivré à C.E. Isham et al, ainsi que celui de la présente invention, qui vise à la détermination de paramètres représentatifs de l'orientation topographique du puits et, bien que de façon facultative, à la détermination de la position prise par la sonde dans le puits.
  • Selon le procédé connu, la sonde est descendue dans le puits et stabilisée à une certaine profondeur. Les signaux d'un accéléromètre et d'un magnétomètre montés dans la sonde sont relevés alors que la sonde est fixe dans le puits en l'absence de toute perturbation. Ces signaux à composantes stationnaires sont combinés pour obtenir deux paramètres de direction du puits, à savoir l'angle de déviation, défini comme l'angle formé entre l'axe longitudinal du puits et la verticale, et l'azimut, défini comme l'angle formé entre deux plans verticaux dont l'un contient l'axe longitudinal du puits et l'autre la direction du nord. Puis la sonde est déplacée dans le puits et stabilisée à une autre profondeur. De nouveaux signaux sont produits lorsque la sonde est fixe, et sont combinés pour obtenir de nouvelles valeurs de l'angle de déviation et de l'azimut.
  • Ce procédé, en dépit de ce qu'il permet d'obtenir une précision satisfaisante sur les paramètres mesurés a chaque station de la sonde, présente plusieurs limitations, et notamment les deux inconvénients importants ci-dessous.
  • Le premier, immédiat, est que la nécessité de stabiliser la sonde pour chaque mesure occasionne une augmentation préjudiciable de la durée de l'exploration du puits.
  • Le second est que l'orientation du puits entre deux mesures étant physiquement inobservable, toute variation de l'orientation, qui apparaît et disparaît entre deux mesures successives, augmente de façon critique l'erreur sur la localisation des points du puits situés au-dessous de cette variation d'orientation.
  • Dans ce contexte, la présente invention a pour but de proposer un procédé de détermination de paramètres d'un puits qui soit plus rapide que le procédé connu précédemment décrit.
  • La présente invention a également pour but de proposer un procédé permettant de déterminer physiquement des variations de l'orientation du puits en tout point d'une portion longitudinale explorée de ce puits.
  • Le procédé de l'invention est essentiellement caractérisé en ce que les phases consistant à produire lesdits signaux d'accélération et de repérage et à déplacer la sonde sont simultanées et sensiblement continues, en ce que ladite phase de détermination des paramètres de direction est scindée en une étape de stabilisation virtuelle par laquelle on élimine les effets du déplacement de la sonde, dans les composantes de l'un des signaux, constituant un signal à stabiliser, au moyen des composantes de l'autre signal, constituant un signal stabilisateur, et en une étape finale de combinaison des composantes desdits signaux, ladite phase de détermination des paramètres comprenant une opération intermédiaire de filtrage passe-bas portant au moins sur des composantes stabilisées dudit signal à stabiliser et par laquelle on élimine de ces composantes les variations de fréquence supérieure à la fréquence maximale des variations imputables à l'accélération de la pesanteur.
  • De préférence, ladite phase de détermination des paramètres de direction comprend en outre une étape préliminaire à ladite étape de stabilisation virtuelle, comportant une opération de préfiltrage des composantes du signal d'accélération, par laquelle on atténue sensiblement, dans ces composantes, les variations de signal présentant une fréquence supérieure à la plus grande fréquence possible du mouvement de rotation de la sonde autour de son axe longitudinal.
  • De façon simple, on utilise respectivement, pour produire lesdits signaux d'accélération et de repérage, un accéléromètre et un indicateur de direction, cet accéléromètre et cet indicateur de direction ayant chacun un premier et un second axe sensibles transversaux, perpendiculaires entre eux et à l'axe longitudinal de la sonde, et un troisième axe sensible, de direction longitudinale et confondu avec l'axe de la sonde, lesdits signaux comprenant chacun deux composantes axiales transversales et unè composante axiale longitudinale et ledit indicateur de direction étant par exemple un magnétomètre donnant dans le repère de ses trois axes .sensibles la direction du vecteur de champ magnétique terrestre.
  • L'étape préliminaire de la phase de détermination des paramètres de direction comprend la détermination d'une composante diagonale transversale du signal stabilisateur à partir des composantes axiales transversales de ce signal et l'élimination des effets de rotation, au moyen des composantes axiales et diagonale transversales de ce même signal, dans les composantes axiales transversales du signal a stabiliser pour en obtenir des composantes stabilisées en rotation, correspondant à une position de référence de la sonde autour de son axe longitudinal.
  • L'étape préliminaire comprend les opérations consistant à : déterminer une composante diagonale transversale du signal de repérage à partir des composantes axiales transversales de ce signal ; déterminer à partir de cette composantes diagonale transversale et de la composante axiale longitudinale de ce même signal de repérage le signe de la différence entre un premier angle, formé entre ledit vecteur de direction fixe et l'axe longitudinal de la sonde, et un angle limite de valeur prédéterminée ; définir les signaux stabilisateur et à stabiliser, respectivement par les signaux de repérage et d'accélération lorsque le signe de ladite différence est positif, et par les signaux d'accélération et de repérage lorsque ce signe est négatif; et déterminer une composante diagonale transversale du signal stabilisateur à partir de ses composantes axiales transversales lorsque ce signal stabilisateur est défini par ledit signal d'accélération.
  • L'étape finale de combinaison des composantes desdit signaux comprend une opération préliminaire de normation consistant à déterminer au moins une norme, une composante longitudinale normée, et une composante diagonale transversale normée du signal d'accélération.
  • L'étape finale de combinaison des composantes des signaux comprend une opération de détermination d'un premier desdits paramètres de direction, cette opération impliquant la combinaison de composantes diagonale transversale et axiale longitudinale, filtrées et normées, dudit signal d'accélération, ce premier paramètre représentant l'angle formé entre la verticale et. l'axe longitudinal de la sonde.
  • Cette étape finale de combinaison de composantes des signaux comprend aussi une opération de détermination d'un second desdits paramètres de direction, cette opération impliquant la combinaison des trois composantes axiales normées et stabilisées dudit signal à stabiliser, et des composantes longitudinale et diagonale transversale normées dudit signal stabilisateur, ce second paramètre représentant l'angle formé entre la trace horizontale du plan vertical passant par l'axe longitudinal de la sonde et la projection horizontale dudit vecteur de direction fixe différen1e ie la verticale.
  • Lorsque le signe de la différence déterminé au cours de ladite étape préliminaire est positif, ladite étape finale comprend une opération de réintroduction des effets de rotation de la sonde, fournissant à partir des deux composantes axiales transversales stabilisées du signal d'accélération et des composantes transversales diagonale et axiales du signal de repérage, deux composantes axiales transversales du signal d'accélération qui ne sont à nouveau plus stabilisées par rapport à ladite position de référence de la sonde autour de son axe longitudinal.
  • L'étape finale de combinaison des composantes des signaux comprend avantageusement une opération de détermination d'un troisième desdits paramètres de direction, cette opération impliquant la combinaison des trois composantes axiales non stabilisées dudit signal d'accélération et des trois composantes axiales non stabilisées dudit signal de repérage, ce troisième paramètre représentant l'angle formé entre la projection horizontale dudit vecteur de direction fixe différente de la verticale et la projection horizontale d'un vecteur perpendiculaire à l'axe longitudinal et joignant cet axe à un point fixe de la sonde.
  • En outre cette étape finale de combinaison des composantes des signaux peut aussi comprendre une opération de détermination d'un quatrième desdits paramètres de direction, cette opération impliquant la combinaison des deux composantes axiales transversales non stabilisées-du signal d'accélération, ce quatrième paramètre représentant l'angle dièdre formé entre un plan vertical contenant l'axe longitudinal de la sonde et un plan contenant l'axe de la sonde et passant par ledit point fixe de la sonde.
  • De préférence l'étape finale de combinaison des composantes des signaux comprend, après l'opération de détermination du premier paramètre de direction, une opération de comparaison de ce paramètre à une valeur minimale prédéterminée et, lorsque le premier paramètre est inférieur à cette valeur minimale, une opération consistant à forcer à la valeur zéro les seconds et/ou quatrième paramètres.
  • Dans des conditions courantes d'exploration du puits, il est avantageux que le filtrage passe-bas élimine, par une atténuation croissant rapidement à partir de 3 dB, les variations de signal présentant une fréquence supérieure à 8.10 2 Hz et que le préfiltrage consiste en une atténuation, croissante à partir de 3 dB, des variations de signal présentant une fréquence supérieure à 2,5 Hz.
  • Un mode particulier de réalisation de l'invention sera décrit ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence au dessin annexé, sur lequel :
    • - La figure 1 est une vue schématique représentant, en coupe, un puits exploré par une sonde ;
    • - La figure 2 est un diagramme fonctionnel (flov-chart) représentant les. principales opérations de la phase de détermination de valeurs de paramètres dans le procédé de l'invention ;
    • - Les figures 3a et 3b sont des représentations schématiques de circuits multifilaires pour la circulation et le traitement des composantes des signaux d'accélération et de repérage dans la phase de détermination des paramètres, et sur lesquelles chaque conducteur est assigné à une seule composante d'un des deux signaux ces figures sont raccordées par les faisceaux de conducteurs φ1et φ2;
    • - La figure 4 est un diagramme représentant les caractéristiques du filtre de préfiltrage ;
    • - La figure 5 est un diagramme représentant les caractéristiques du filtre passe-bas.
  • Comme il a précédemment été indiqué, le procédé de l'invention vise à la détermination de différents paramètres, liés à l'orientation topographique prise par un puits 1 à une profondeur donnée.
  • A cette fin, on dispose d'une sonde allongée 2 que l'on descend initialement dans le puits 1 au moyen d'un câble 3 solidaire la sonde et enroulé sur un treuil 4.
  • Entre le treuil et le bord supérieur du puits, le câble passé sur une roue de mesure 5 reliée à un compteur 6 enregistrant les rotations de la roue 5. La profondeur à laquelle la sonde se trouve dans le puits, qui est évidemment fonction de la longueur du câble déroulée du treuil, peut, de façon connue, être déduite de l'indication du compteur6.
  • La sonde 2 comporte des arceaux de centrage 7 lui permettant de toujours adopter dans le puits une position dans laquelle son axe longitudinal 2 a est, sur:la longueur de cette sonde au moins, sensiblement confondu avec l'axe longitudinal 1 a du puits,l'orientation de l'axe de la sonde s'assimilant ainsi à l'orientation du puits à la profondeur d'exploration.
  • A l'intérieur de la sonde sont logés un accélérométre 8 et un magnétomètre 9 fermement solidaires de la sonde.
  • L'accéléromètre fournit un signal à trois composantes axiales dont les amplitudes représentent les longueurs des projections, sur trois axes sensibles respectifs, du vecteur associé à l'ensemble des accélérations que subit la sonde, et le magnétomètre fournit un signal à trois composantes axiales dont les amplitudes représentent les longueurs des projections, sur trois axes sensibles respectifs, du vecteur associé au champ magnétique traversant la sonde, c'est-À-dire en pratique au champ magnétique terrestre.
  • Toutefois, le magnétomètre 9 pourrait être remplacé par un gyroscope délivrant un signal à trois composantes constituant une information de repérage de la sonde par rapport à la direction caractéristique du gyroscope, ou par tout autre indicateur de direction, pourvu d'une part que la direction du vecteur représentéepar le signal que fournirait cet indicateur soit fixe et connue et d'autre part qu'elle soit différente de la verticale.
  • Les axes sensibles de l'accéléromètre et du magnétomètre forment un trièdre rectangle fixe par rapport à la sonde, l'accéléromètre et le magnétomètre ayant un premier axe sensible dans. la direction longitudinale de la sonde et deux axes sensibles transversaux.
  • La sonde ayant été descendue dans le puits à une profondeur connue est remontée à l'aide du treuil et du câble à une vitesse sensiblement constante tandis que l'accéléromètre et le magnétomètre produisent leurs signaux respectifs, qui sont transmis vers la surface par le câble 3, et récupérés en surface en corrélation avec le signal du compteur 6.
  • En raison notamment des irrégularités de la paroi du puits et de l'élesticité du câble 3, la sonde 2 est soumise à des accélérations qui, outre l'accélération de la pesanteur, comprennent l'accélération due au mouvement de la sonde 2 dans le puits. En effet, d'une part la sonde subit des mouvements transversaux et des chocs contre la paroi et d'autre part, en dépit du fait que le câble est réenroulé à vitesse sensiblement constante, la sonde avance dans la direction longitudinale par progressions saccadées en un mouvement dit de "yo-yo". En outre, la sonde subit généralement un mouvement supplémentaire de rotation autour de son axe longitudinal.
  • Si lon peut considérer les composantes du signal de repérage, issu du magnétomètre, comme sensiblement indépendantes des mouvements brusques de la sonde, par contre les composantes du signal d'accélération, issu de l'accéléromètre, sont, dans une très large mesure, représentatives de ces mouvements parasites d'amplitude limitée, qui le perturbent de façon critique.
  • Aussi la phase de détermination des paramètes de direction du puits à partir des signaux de l'accéléromètre et du magnétomètre suppose-t-elle différentes étapes et opérations visant notamment à récupérer de ces signaux les informations qu'ils auraient directement fournies s'ils avaient été produits alors que la sonde était au repos etn'avait subi aucune rotation autour de son axe longitudinal.
  • Dans la description qui est faite ci-dessous de ces différentes étapes et opérations, les définitions suivantes seront utiltsées :
    • - S désigne un signal quelconque de nature vectorielle, de composantes axiales Sx, Sy et Sz;
    • - S désigne la norme partielle ou composante diagonale de ce signal
      Figure imgb0001
    • - Sxyz désigne la norme :
      Figure imgb0002
      du signal S ;
    • - Sζo et Sζ désignent une même composante axiale du signal S, respectivement avant et après une opération modifiant cette composante ; ζo et ζ peuvent respectivement adopter les significations suivantes : xo et x; y0 et y ; zo et z ; xoyo et xy ;
    • - Sζ désigne une composante normée si
      Figure imgb0003
    • - γS et µS désignent respectivement les signaux d'accélération et de repérage, de nature vectorielle, respectivement issus de l'accéléromètre et du magnétomètre et ayant les composantes axiales respectives γSx, γSy, γSz et µSx, µSy et µSz;
    • - aS et pS (a = actif p = passif) désignent respectivement un signal stabilisateur et un signal à stabiliser, la nature de la stabilisation étant expliquée en détail ultérieurement.
  • En se référant à la figure 2, qui représente la phase de détermination des valeurs des paramètres, on voit que cette phase comprend une étape préliminaire ETO, une étape de stabilisation virtuelle ET1, comportant elle-même une opération D1 ou D2 d'élimination des effets de rotation, et une étape finale ET2 de combinaison des composantes traitées des signaux YS et µS,l'étape ET1 et l'étape finale ET2 étant séparées par une opération intermédiaire OIF de filtrage passe-bas F2 13 ou F2 47.
  • L'étape préliminaire ETO comprend, outre d'éventuelles opérations I 13 et I 46 d'inversion du signe des composantes des signaux Y S et µS, des opérations de préfiltrage F1 du signal YS, de retard R1 du signal µS, de normation N1 du signal µS, de choix avec test "T= 0 ?" et, éventuellement de normation N3 du signal YS.
  • Les opérations I 13 et 1 46 consistent à changer le signe des composantes des signaux YS et µS et ne sont nécessaires que lorsque l'étape ETO porte sur les signaux directement fournis par l'accéléromètre'et le magnétomètre comme représentatifs de vecteurs de directions opposéesà celles des vecteurs d'accélération d'une part et de champ magnétique terrestre d'autre part.
  • Les opérations de préfiltrage F1 et de retard R1 seront expliquées en détail ultérieurement.
  • Outre l'obtention de composantes préfiltrées du signal d'accélération, l'étape préliminaire ETO a deux finalités essentielles. En effet, comme cela a été précédemment mentionné, les composantes des signaux d'accélération et de repérage sont généralement porteuses d'une information provenant d'un phénomène parasite, à savoir la rotation de la sonde autour de son axe. Pour éliminer les effets de cette rotation sur les valeurs des composantes axiales transversales de l'un des signaux ci-après dénommé "signal à stabiliser", on a recours, dans l'étape ultérieure de stabilisation virtuelle ET1, à l'utilisation des composantes axiales transversales et d'une composante transversale, dite diagonale, de l'autre signal,ci-après dénommé "signal stabilisateur". Or, suivant l'orientation topographique de l'axe longitudinal de la..sonde, il peut être préférable, soit d'utiliser les composantes du signal du magnétomètre pour corriger les composantes du signal de l'accéléromètre, soit, inversement, d'utiliser les composantes du signal de l'accéléromètre pour corriger les composantes du signal du magnétomètre. L'étape préliminaire ETO apparaît donc avoir notamment pour fonction d'une part de permettre de déterminer lequel des deux signaux YS et µS doit jouer le rôle de signal à stabiliser pS, l'autre signal devant évidemment jouer le rôle de signal stabilisateur aS, et d'autre part de fournir, pour les besoins de l'étape de stabilisation virtuelle ET1, la composante transversale diagonale du signal stabilisateur, c'est-à-dire aS selon la notation précédemment introduite.
  • L'opération de détermination de aS, est incluse dans le bloc N3 ou dans le bloc N1 selon, respectivement, que le rôle de S est tenu par le signal YS ou par le signal µS. Cependant, comme le choix avec test "T1 = 0 ?" suppose, ainsi qu'il apparaîtra ci-dessous, l'utilisation de la composante diagonale de l'un des deux signaux, et très préférablement de µS, on détermine d'abord µSxy au cours de l'opération N1, on utilise ensuite µSxy pour conduire le test "T1 = 0 ?" qui permet de décider lequel des deux signaux doit jouer le rôle de sigral stabilisa - teur a S et on détermine aSxy = YSxy au cours de l'opération N3 si le test "Tl = 0 ?" a conduit à assigner à S le rôle de signal stabilisa- teur S.
  • La description détaillée des différentes opérations de toute la phase de détermination des paramètres se réfère généralement ci-après aux figures 3a et 3b sur lesquelles sont représentées des lignes de circulation matérielle ou virtuelle d'information, affectées chacune, con- trairement au cas de la figure 2, à une seule composante ou norme de signal.
  • Aux blocs I 13, 1 46 ; F1 ; R1, R2.14, R2.59; F2.13 et F2.47 de la figure 2 correspondent respectivement les inverseurs I1 à I13 et I4 à I6, les filtres de préfiltrage F1.1 à F1.3, les cellules-tampons R1.1 à R1.5, R2.1 à R2.4 et R2.5 à R2.9 et les filtres F2.1 à F2.3 et F2.4 à F2.7 des figures 3a et 3b.
  • Les blocs N1 à N4, D1 et D2, E1, DEV 1, DEV 2, RB 1 et RB 3 AZI1.1 et AZI1.2, AZIM1 et AZIM3 sont à considérer comme des opérations sur la figure 2, et comme des générateurs de fonctions, propres à effectuer ces opérations, sur les figures 3a et 3b.
  • Sur les figures 3a et 3b, les notations des composantes des signaux ne tiennent pas compte, pour des raisons de simplification, de ce que ces composantes gardent évidemment, à tous les niveaux, la mémoire des traitements qui leur ont été appliqués dans les blocs qu'elles ont traversés.. antérieurement.
  • Les composantes axiales YSxo, YSyo, S et µSxo, µSyo,et µS de sortie de l'accéléromètre et du magnétomètre, disponibles au début de la phase de détermination des valeurs de paramètres, peuvent être considérées comme ayant chacune sur chacun des intervalles de temps élémentaires At, une amplitude constante.
  • Les composantes axiales du magnétomètre, de signe éventuellement corrigé par les inverseurs I4; I5 et I6, sont appliquées au générateur de fonction N1, qui délivre à sa sortie la norme µSxyz, les composantes axiales normées µSx= µSxo / µSxyz, µSy= µSyo / µSxyz, µSz= µSzo / µSxyz. et la composante diagonale transversale normée
    Figure imgb0004
  • Les composantes axiales de l'accéléromètre, de signe éventuellement corrigé par les inverseurs I1, I2 et I3, sont appliquées aux fil- tres de préfiltrage identiques F1.1 à F1.3·
  • Si ζo représente xo, yo ou z pour une composante avant filtrage, si ζ représente x, y, z pour une composante après filtrage, si k et ℓ représentent des nombres entiers et si YSζ,iΔt représente l'amplitude de la composante ζ du signal YS au cours du ilème intervalle de temps Δt, le caractéristique des filtres F1.1 à F1.3 est de délivrer pour tout ℓ, un signal de sortie tel que :
    Figure imgb0005
    avec. ak = 0,54 - 0,46 cos
    Figure imgb0006
  • La caractéristique de ces filtres F1 est représentée sur la figure 4 qui porte, en abscisse, la fréquence et, en ordonnée, l'atténuation, dans le cas où la valeur de chaque composante du sigrial YS de l'accéléromètre est échantillonnée toutes les 8,3 millisecondes (Δt = 8,3 ms). De nouvelles composantes filtrées apparaissent donc tous les 15.5Δt, soit environ toutes les 1/7,5 secondes. Le rôle des filtres F1 est d'atténuer très sensiblement, dans les composantes filtrées, les variations de signal présentant une fréquence supérieure à la fréquence maximale possible du mouvement de rotation de la sonde autour de son axe. On voit sur la figure 4 que les fréquénces supérieures à 2,5 Hz subissent une atténuation supérieure à 3 dB.
  • Comme l'apparition de la composante filtréeYSζ,15.5Δt suppose l'apparition antérieure de la composante non filtrée YSζo, (15.5)(ℓ+1)Δt le signal de sortie du filtre F1 présente un certain retard par rapport au signal d'entrée. Comme il convient évidemment d'utiliser ensemble les composantes des signaux de l'accéléromètre et du magnétomètre relatives à une même profondeur instantanée de la sonde dans le puits, les composantes µSx, µSy, µSz, µSxy et la norme µSxyz du signal de repérage, issu du magnétomètre, subissent dans les cellules R1.1 à R1.5 un retard équivalent à celui que provoque le filtrage F1 sur les composantes du signal d'accélération.
  • Le diviseur DV, auquel sont appliquées ensuite les composantes µSz et µSxy, effectue le rapport µSxy / µSz, qui représente la tangente de l'angle a formé entre la direction du vecteur de champ magnétique terrestre et celle de l'axe de la sonde. L'information µSxy / µSz est ensuite appliquée au comparateur COMP 1 quip compare à une limite de valeur prédéterminée L1. Si la quantité
    Figure imgb0007
     est positive ou nulle, la sortie du comparateur COMP 1 se met dans l'état T1 = 0 (cas général), et, si u est négatif, dans l'état T1 = 1(cas particulier, le moins fréquent), T1 étant par exemple défini par la fonction explicite T1=1- INT 2 u |u| où "INT" désigne la fonction "partie entière de". Ainsi, pour la valeur, généralement appropriée, de 5.10-2 pour L1, la sortie T1 ducomparateur COMP 1 sera désactivée si l'angle
    Figure imgb0008
     est supérieur ou égal à 3° (cas général).
  • Figure imgb0009
    T1 de le sortie du comparateur COMP 1 permet d'opérer un aiguillage, symboliquement réalisé par deux relais MT1 et MT1. Le relais KT1 ferme ses contacts lorsque T1 = 1 - T1 est égal à 1 et le relais MT1 ferme ses contacts lorsque T1 est égal à 1. Lorsque T1 est nul,(cas général), c'est-à-dire lorsque T1 est égal à 1 (fig.3a) le signal µS du magnétomètre est utilisé comme signal stabilisateur aS et le signal YS de l'accéléromètre comme signal à stabiliser pS, ce qui signifie que le signal du magnétométre est utilisé pour corriger le signal de l'accéléromètre des effets de rotation de la sonde. Inversement lorsque T1 est égal à 1 (cas particulier), c'est-à-dire lorsque T1 est nul, le signal stabilisateur aS est le signal YS de l'accéléromètre, qui sert à corriger le signal µS du magnétomètre, constituant le signal à stabiliser pS.
  • De façon plus concise, les relais MT1 et MT -réalisent la dé'finition :
    Figure imgb0010
    pour les deux valeurs de T1.
  • Dans le. cas=T1= 1 (cas particulier), les composantes YS xo et YSxy provenant de F1.1 et F,.2 sont combinées en N3 pour obtenir la com-posante transversale diagonale
    Figure imgb0011
  • L'étape ET1 de stabilisation virtuelle consiste essentiellement à corriger les composantes axiales transversales dusignal à stabiliser, en éliminant dans ces composantes les effets de la rotation de la sonde, au moyen des composantes transversales diagonale et axiales du signal stabilisateur, dans les blocs D1 ou D2;pour des composantes pSxo, pSyo, aSx, aSy, aSxy d'entréè.D1 et D2 fournissent en sortie les nouvelles composantes pSx et pSy telles que :
    Figure imgb0012
     pSxo et pSyo proviennent de F1.1 et F1.2 si T1 = 0 (cas général) et de R1.1 et R1.2 si T1 = 1 (cas particulier) ; aSx et aSy proviennent de
    Figure imgb0013
     R1.1 et R1.2 si T1= 0 (cas général) et de F1.1 et F 2 si Tl = 1 (cas particulier) et aSxy provient de N1 par R1.4 lorsque T1= 0 (cas général), et de N lorsque T1= 1 (cas particulier). Les composantes pS x et pS stabilisées sont sensiblement celles qui auraient été obtenues en y absence de rotation de la sonde autour de son axe longitudinal. Les composantes pSx et pSy provenant des blocs D1 ou D2, la composante axiale longitudinale S du signal de l'accéléromètre (définissant pS z si T1= 0 et aS2 si T1= 1), et, si T1 =1 (cas particulier), la composante diagonale aSxy du signal stabilisateur, subissent ensuite, dans les blocs F2.1 à F2.7 un filtrage passe-bas dont la caractéristique est donnée par
    Figure imgb0014
    avec bk = 0,54 - 0,46 cos
    Figure imgb0015
  • La caractéristique de ces filtres F2 est représentée sur la figure-5 qui porte, en abscisse,la fréquence et en ordonnée,l'amplitude transmise, dans le cas où la valeur de chaque composante devant être filtrée est échantillonnée toutes les 1/7,5 secondes (Δt = 1/7,5 s). De nouvelles composantes filtrées apparaissent donc tous les 31.5Δt, soit environ toutes les 4.2 secondes.
  • Le rôle des filtres F2 est d'éliminer, des composantes filtrées, les variations de l'amplitude présentant une fréquence supérieure à la fréquence maximale des variations d'amplitude qui sont imputables à l'accélération de la pesanteur et qui dérivent essentiellement des variations de l'angle formé entre la verticale et l'axe longitudinal de la sonde. On voit sur la figure 5 que les fréquences supérieures à 8.10-2 Hz subissent une atténuation supérieure à 3 dB et très rapidement croissante.
  • Comme l'apparition d'une composante filtrée Sξ,(31.5)ℓΔt sup- pose l'apparition antérieure de la composante non filtree Sξo, (31.5Xℓ+1)Δt les composantes à la sortie des filtres F2.1 à F2.7 subissent un retard de 31.5 Δt. Pour éliminer les incidences de ce. retard, les composantes non filtrées subissent des retards équivalents dans les cellules tampons R2.1 à R2.9.
  • Après le filtrage passe-bas, les composantes du signal de l'accéléromètre sont normées. Lorsque T1 = 0 (cas général), les composantes de γS = pS sont normées en N2, qui fournit la norme γSxyz = pSxyz et les composantes normées diagonale γSxy = pSxy et axiales γSx = pSx, γSy =pSy et γSz = pSz. Lorsque T1 = 1 (cas particulier), les composantes de γS = aS sont normées en N4, qui fournit la norme γSxyz = aSxyz et les composantes normées longitudinale γSz = aSz et diagonale γSxy = aSxy.
  • En outre, lorsque T1 = 0 (cas général), de nouvelles compo- santes transversales γSx = pSx et γSy = pSy du signal de l'accéléromètre sont obtenues dans E1, à la sortie de N2, en utilisant les composantes transversales aSx = µSx, aSy = µSy et aSxy = µSxy du signal de repérage issu du magnétomètre. Cette opération E1 constitue l'opération inverse de l'opération D précédemment mentionnée et a pour effet de réintroduire, dans les composantes du signal de l'accéléromètre, l'information relative à la rotation de la sonde autour de son axe longitudinal.
  • Si γSxo et γSyo sont les composantes de γS à la sortie de N2 et µSx, µSy, µSxy les composantes transversales de µS à la sortie de R2.1, R2.2 et R2.4, les nouvelles composantes de γS à la sortie de E1 sont :
    Figure imgb0016
    Figure imgb0017
  • Il convient ici de faire remarquer que ces composantes γSx et γSy ne sont pas du tout identiques ni proportionnelles aux composantes du signal de sortie de l'accéléromètre. Si, en effet, ces nouvelles composantes YSx et γS y contiennent à nouveau l'information relative à la rotation de la sonde autour de son axe longitudinal par rapport à une position de référence, par contre elles sont débarassées des informations perturbatrices provenant des chocs de la sonde contre la paroi du puits.
  • L'étape finale ET2 de combinaison des composantes des signaux d'accélération et de repérage aboutit, par différentes opérations décrites ci-après, à la détermination de différents paramètres représentatifs de l'orientation topographique du puits et de la position de la sonde dans le puits par rapport à une position de référence correspondant à un calage de la sonde pour les mouvements de rotation autour de son axe longitudinal.
  • Les composantes transversale diagonale γSxy et longitudinale YSz du signal de l'accéléromètre, normées en N2 ou en N4, sont combinées pour obtenir la valeur d'un premier paramètre, DEV, représentant l'angle β formé entre la verticale et l'axe longitudinal de la sonde.
  • Si T1 = 0 (cas général), le paramètre DEV est obtenu en DEV 1 qui fournit l'information de même nom DEV 1, et si T1 = 1, DEV est obtenu en DEV 2, fournissant l'information DEV 2. Les générateurs de fonctions DEV 1 et DEV 2 sont identiques et fournissent l'information défi- nie par
    Figure imgb0018
  • Dans le cas T1 = 0 (cas général), l'information DEV 1 est, dans le comparateur COMP 2, comparée à un angle L2 de valeur prédéterminée, par exemple égale à 0.5° ; en fonction du résultat de cette comparaison, on multiplie par 0 ou 1 la valeur de deux autres informations RB1 et AZIM 1, qui seront définies ultérieurement. Ceci est, de façon schématique, représenté par la possibilité, pour le comparateur COMP 2, de commander deux relais MT2.1 et MT2.2 fermés ou commutés à la masse. Le comparateur COMP 2 et les relais MT2.1 et MT2.2 sont équivalents à un test "T2 = 0?" dans lequel T2 est une fonction à valeur 1 si l'angle v défini par .v = DEV 1 - L2 est positif ou nul et à valeur nulle si-v est négatif. La fonction T2 peut par exemple prendre la forme explicite : T2 = INT 2v-|v| où INT désigne la fonction "partie entière de". Pour définir les informations RB1 et AZIM 1, précédemment évoquées, il est avantageux de définir deux fonctions, H et J, de deux variables N et D, telles que :
    Figure imgb0019
    et
    Figure imgb0020
    Autrement dit, J(N,D) est égal à : Arctg
    Figure imgb0021
     + π si D est négatif, et à Arctg
    Figure imgb0022
     si D est positif, 2π étant ajoutés si Arctg
    Figure imgb0023
     est négatif.
  • Les deux composantes transversales axiales du signal à stabiliser pSx, pSy, débarassées des effets de rotation de la sonde et filtrées, provenant de N2 lorsque T1 = 0 (cas général) et de F2.6 et F2.7 lorsque T1 = 1, la composante longitudinale normée pSz de ce même signal, provenant de N2 lorsque T1 = 0 (cas général) et de R2.9 lorsque T1 = 1, et les composantes diagonale et longitudinale S xy et S z du vecteur stabilisateur, provenant de R2.4 et R2.3 lorsque T1 = 0 (cas général) et de N4 lorsque T1 = 1, sont combinées pour obtenir la valeur d'un second paramètre, AZIM, représentant l'angleζ formé entre la trace horizontale du plan vertical passant par l'axe longitudinal de la sonde et la projection horizontale du vecteur de champ magnétique terrestre.
  • Pour T1 = 0 (cas général),le bloc AZIM 1 réalise la fonction élaborant l'information de même nom, AZIM 1, précédemment évoquée et définie par :
    • AZIM 1 = J(N,D) avec
      Figure imgb0024
      Après le test "T2 = 0 ?", l'information AZIM 1 devient AZIM 2 telle que AZIM 2 = T2.AZIM 1.
    • Pour T1 = 1, le bloc AZIM 3 réalise la fonction élaborant l'information AZIM 3, définie par :
    • AZIM 3 = J(N,D) avec
      Figure imgb0025
      Le paramètre AZIM est donc égal à AZIM 2 si T1 = 0 (cas général) et à AZIM 3 si T1 = 1.
  • Les trois composantes axiales γSx, γSy et γSz du signal de l'accéléromètre, contenant les effets de rotation de la sonde, c'est-à-dire provenant, lorsque T1 = 0 (cas général) de F1 en ce qui.concerne γSx et γSy et de N2 pour γSz, et, lorsque Tl = 1, de R2.5 et R2.6 en ce qui concerne γSx et YS , et de N4 pour γSz, et les trois composantes axiales µSx, µSy et µSz du signal du magnétomètre , contenant également les effets de rotation de la sonde, c'est-à-dire provenant, lorsque T1 = 0 (cas général), de R2.1, R2.2 et R2.3 et, lorsque T1 = 1, de R2.7, R2.8 et R2.9, sont combinées pour obtenir la valeur d'un troisième paramètre, AZI 1, représentant l'angle δ formé entre la projection horizontale du vecteur de champ magnétique terrestre et la projection horizontale d'un vecteur perpendiculaire à l'axe longitudinal de la sonde et joignant cet axe à un point fixe P de la sonde, distant de ce même axe. Cette combinaison est faite, lorsque T1 = O (cas général) par AZI1.1 qui fournit l'information AZI1.1 telle que AZI1.1 = J(N,D) avec
    Figure imgb0026
    et
    Figure imgb0027
    Lorsque T1 = 1, la combinaison des six composantes axiales des signaux est réalisée par AZI1.2, de la même façon, c'est-à-dire avec les mêmes expressions pour N et D. Le paramètre AZI 1 est donc égal à AZI1.1 si T1 = 0 et à AZI1.2 si T1 = 1.
  • Les deux composantes axiales transversales YS x et γSy du signal de l'accéléromètre, contenant les effets de rotation de la sonde, c'est-à-dire provenant de El lorsque Tl = 0 (cas général) et de R2.5 et R2.6 lorsque T1 = 1, sont combinées respectivement en RB1 et RB3 pour.obtenir la valeur d'un quatrième paramètre, RB, représentant l'angle maximalθ, ou angle dièdre, formé entre un plan vertical contenant l'axe longitudinal de la sonde et un plan contenant l'axe de la sonde et passant par le point fixe P de celle-ci. Les informations RB1 et RB3 s'expriment par la même combinaison de composantes, à savoir J(N,D) avec N = γSy et D = - γSx. Après le test "T2 = 0 ?", l'information RB1 devient RB2 telle que RB2 = T2.RB1. Le paramètre RB est donc égal à RB2 si T1 = O et à RB3 si T1 = 1.
  • Sur la figure 3b, le relais à doubles contacts T1T1, commandé par le comparateur COMP 1, représente de façon schématique le raccordement de la phase de détermination de la valeur des paramètres à une opération d'affichage AFF de ces paramètres. Ainsi ce relais T1T1 permet d'obtenir, à la fin de la phase de détermination, les paramètres DEV, AZIM, AZI1 et RB qui, sous une forme explicite, s'expriment par :
    Figure imgb0028
    Figure imgb0029
    Figure imgb0030
    Figure imgb0031
  • Il est toutefois possible, et éventuellement avantageux, de déterminer au cours de l'étape finale ET2, la valeur d'autres paramètres tels que Sin i, i étant l'angle d'inclinaison du vecteur de champ magné- .tique terrestre. Cette possibilité est illustrée sur la figure 3b (cas T1 = 1). Le paramètre Sin i est donné par :
    Figure imgb0032
  • D'autre part, l'affichage de grandeurs telles que la norme µSxyz du signal du magnétomètre, et la norme γSxyz du signal de l'accéléromètre, après filtrage passe-bas, permet d'exercer un contrôle sur la signification réelle des valeurs obtenues pour les différents paramètres.
  • Comme il est dit précédemment, la valeur de Ll doit être choisie assez faible. de préférence inférieure ou égale à 5.10-2 (5.10-2= tg 3°). En effet, le signal YS de l'accéléromètre étant très perturbé par les accélérations subies par le sonde en raison de son nouvement, il est avantageux de restreindre au maximum l'utilisation du signal S de l'accéléromètre en tant que signal stabilisateur aS pour débarasser le signal de magnétomètre des effets de rotation de la sonde, donc de restreindre au maximum les cas T1 = 1.
  • Bien que, dans le procédé de l'invention, la phase de détermination de la valeur des paramètres puisse, en utilisant les indications précédentes, être mise en oeuvre selon des modalités diverses, et par exemple au moyen d'un dispositif matériel conçu spécialement à cette fin et répondant au schéma des figures 3a et 3b, il est apparu que la voie la plus adaptée consistait à recourir à un traitement automatique de données au moyen d'un ordinateur. Dans une telle composante, les blocs des figures 2, 3a et 3b représentent des sous-programmes, à l'exception des comparateurs de la figure 3a qui représentent des tests, et des relais des figures 3a et 3b, qui représentent des branchements conditionnels.

Claims (14)

1. Procédé de détermination d'au moins deux paramètres de direction d'un puits en fonction de la profondeur, comprenant les phases consistant à : produire un signal d'accélération à trois composantes représentant un ensemble d'accélérations subies par une sonde qui est déplacée dans le puits et détectées suivant trois axes de référence liés à cette sonde ; produire un signal de repérage à trois composantes représentant un vecteur de direction fixe différente de la verticale, rapporté auxdits trois axes de référence ; déterminer lesdits paramètres de direction par une combinaison des composantes desdits signaux, caractérisé en ce que les phases consistant à produire lesdits signaux d'accélération et de repérage et le déplacement de la sonde sont simultanées et sensiblement continues, en ce que ladite phase de détermination des paramètres de direction est scindée en une étape de stabilisation virtuelle par laquelle on élimine les effets du déplacement de la sonde dans les composantes de l'un desdits signaux, constituant un signal à stabiliser, au moyen des composantes de l'autre signal, constituant un signal stabilisateur.
2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ladite phase de détermination des paramètres comprend en outre une opération intermédiaire de filtrage passe-bas, portant au moins sur des composantes stabilisées dudit signal à stabiliser et par laquelle on élimine de ces composantes les variations de fréquence supérieure à la fréquence maximale des variations imputables à l'accélération de la pesanteur.
3. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ladite phase de détermination des paramètres de direction comprend en outre une étape préliminaire à ladite étape de stabilisation virtuelle, comportant une opération de préfiltrage des composantes du signal d'accélération, par laquelle on atténue sensiblement, dans ces composantes, les variations de signal présentant une fréquence supérieure à la plus grande fréquence possible du mouvement de rotation de la sonde autour de son axe longitudinal.
4. Procédé suivant la revendication 1 ou 3, caractérisé en ce que lesdits signaux d'accélération et de repérage sont rapportés à un premier et un second axe sensibles transversaux, perpendiculaires entre eux et à l'axe longitudinal de la sonde, et à un troisième axe sensible, de direction longitudinale et confondu avec l'axe de la sonde, lesdits signaux comprenant chacun deux composantes axiales transversales et une composante axiale longitudinale.
5. Procédé suivant la revendication 4, dans lequel la phase de détemination desdits paramètres de direction comprend une étape préliminaire à l'étape de stabilisation virtuelle, caractérisé en ce qu'on détermine, dans cette étape préliminaire, une composante diagonale transversale du signal stabilisateur à partir des composantes axiales transversales de ce signal, et en ce qu'on élimine lesdits effets de rotation, au moyen des composantes axiales et diagonale transversales de ce même signal, dans les composantes axiales transversales du signal à stabiliser, pour en obtenir des composantes stabilisées en rotation, correspondant a une position de référence de la sonde autour de son axe longitudinal.
6. Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce que l'étape préliminaire comprend les opérations consistant à : déterminer une composante diagonale transversale du signal de repérage à partir des composantes axiales transversales de ce signal ; déterminer à partir de cette composante diagonale transversale et de la composante axiale longitudinale de ce même signal de repérage le signe de la différence entre un premier angle, formé entre ledit vecteur de direction fixe et l'axe longitudinal de la sonde, et un angle limite de valeur prédéterminée ; définir les signaux stabilisateur et à stabiliser, respectivement par les signaux de repérage et d'accélération lorsque le signe de ladite différence est positif, et par les signaux d'accélération et de repérage lorsque ce signe est négatif ; et déterminer une composante diagonale transversale du signal stabilisateur a partir de ses composantes axiales transversales lorsque ce signal stabilisateur est défini par ledit signal d'accélération.
7. Procédé suivant la revendication 6, caractérisé en ce que ladite étape finale de combinaison des composantes des signaux comprend une opération de détermination d'un premier desdits paramètres de direction, cette opération impliquant la combinaison de composantes diagonale transversale et axiale longitudinale, filtrées et normées, dudit signal d'accélération, ce premier paramètre représentant l'angle formé entre la verticale et l'axe longitudinal de la sonde.
8. Procédé suivant la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que ladite étape finale de combinaison de composantes des signaux comprend une opération de détermination d'un second desdits paramètres de direction, cette opération impliquant la combinaison des trois composantes axiales normées et stabilisées dudit signal à stabiliser et des composantes longitudinales et diagonale transversale normées dudit signal stabilisateur, ce second paramètre représentant l'angle formé entre la trace horizontale du plan vertical passant par l'axe longitudinal de la sonde et la projection horizontale dudit vecteur de direction fixe différente de la verticale.
9. Procédé suivant la revendication ou 5, caractérisé en ce que, lorsque le signe de la différence déterminé au cours de ladite étape préliminaire est positif, ladite étape finale comprend une opération de réintroduction des effets du déplacement de la sonde, fournissant, à partir des deux composantes axiales transversales stabilisées du signal d'accélération et des composantes transversales diagonale et axiales du signal de repérage, deux composantes axiales transversales du signal d'accélération qui ne sont à nouveau plus stabilisées par rapport à ladite position de référence de la sonde.
10. Procédé suivant la revendication'7, caractérisé en ce que ladite étape finale de combinaison comprend, après l'opération de .détermination du premier paramètre de direction, une opération de comparaison de ce paramètre à une valeur minimale prédéterminée et, lorsque le premier paramètre est inférieur à cette valeur minimale, une opération. consistant à forcer a la valeur zéro un second paramètre de direction, représentant l'angle formé entre la trace horizontale du plan vertical passant par l'axe longitudinal de la sonde, et la projection horizontale dudit vecteur de direction fixe différente de la verticale.
11. Appareil pour la détermination de paramètres de direction d'un puits, comprenant :
- une sonde,
- des moyens pour centraliser la sonde dans un puits,
- des premiers moyens, compris dans la sonde, pour produire des signaux représentant les accélérations subies par la sonde quand la sonde est déplacée dans le puits,
- des seconds moyens, compris dans la sonde, pour produire des signaux représentant un vecteur de direction fixe différente de la verticale, et
- des moyens pour déterminer lesdits paramètres de direction par un traitement et une combinaison desdits signaux,

caractérisé en ce que lesdits moyens de traitement et de combinaison comprennent en outre des moyens additionnels pour le traitement et la combinaison des signaux afin'de déterminer les paramètres de direction, représentant la position de la sonde dans le puits a chaque profondeur, de façon que lesdits paramètres soient débarrassés des effets du déplacement de la sonde dans le puits.
12. Appareil suivant la revendication 11, caractérisé en ce que lesdits moyens additionnels de traitement et de combinaison comprennent en outre :
- des moyens pour débarrasser les signaux produits par lesdits premiers moyens des effets du déplacement de la sonde, par une combinaison des composantes des signaux produits par lesdits premiers et seconds moyéns, et
- des. moyens pour déterminer lesdits paramètres de direction par une combinaison des composantes desdits signaux débarrassés des effets du déplacement de la sonde et des signaux produits par lesdits seconds moyens.
13. Appareil suivant la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comprend en outre :
- des moyens pour effectuer le déplacement de la sonde dans le puits, et
- des moyens pour produire des mesures représentant le déplacement de la sonde dans le puits.
14. Appareil suivant la revendication 13, caractérisé en ce qu'il comprend en outre :
- des moyens pour coordonner lesdites mesures de déplacement avec lesdits paramètres de direction.
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