EP1627240A2 - Dispositif et procede de mesure d'ondes sismiques - Google Patents

Dispositif et procede de mesure d'ondes sismiques

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EP1627240A2
EP1627240A2 EP04742530A EP04742530A EP1627240A2 EP 1627240 A2 EP1627240 A2 EP 1627240A2 EP 04742530 A EP04742530 A EP 04742530A EP 04742530 A EP04742530 A EP 04742530A EP 1627240 A2 EP1627240 A2 EP 1627240A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
hydrophone
module
resin
seismic waves
geophone
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP04742530A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Julien Meunier
Jean-François LOYEN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IFP Energies Nouvelles IFPEN
Sercel SAS
Original Assignee
IFP Energies Nouvelles IFPEN
Compagnie Generale de Geophysique SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by IFP Energies Nouvelles IFPEN, Compagnie Generale de Geophysique SA filed Critical IFP Energies Nouvelles IFPEN
Publication of EP1627240A2 publication Critical patent/EP1627240A2/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V1/00—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
    • G01V1/16—Receiving elements for seismic signals; Arrangements or adaptations of receiving elements

Definitions

  • the present invention relates to devices for measuring seismic waves comprising at least one hydrophone.
  • a device for measuring seismic waves intended to be placed permanently in a borehole and comprising at least one module comprising at least one hydrophone.
  • the fluid in which the hydrophone is placed can also be aggressive with respect to the sensor. It is often oil. This poses problems of sealing and / or porosity of the hydrophone vis-à-vis the surrounding fluid. Damage to the hydrophone causes a deterioration in the quality of the measurements, and therefore a misinterpretation of the physical characteristics of the subsoil area that is being explored. ...
  • the devices of the prior art are relatively fragile and difficult to handle due to the presence of the fluid pockets around the hydrophone. It is understood that the above-mentioned problems of tightness and brittleness increase with the number of hydrophones. It is particularly difficult to produce vertical measurement devices, and more particularly devices that have to reach relatively high measurement depths, which include a large number of sensors including hydrophones.
  • the invention proposes to overcome these drawbacks.
  • the invention provides a device for measuring seismic waves placed in a borehole, comprising a module including at least one hydrophone and a coupling agent which fills the space between the module and the wall of the borehole and immobilizes the module, characterized in that the module includes a resin protection element in which the hydrophone is embedded, the resin being capable of transmitting the pressure variations resulting from seismic waves.
  • Such a device suitably comprises at least one geophone embedded in a protective element made of hard resin itself embedded in the protective element of the hydrophone.
  • the invention also relates to a method for measuring seismic waves in an area of the earth's subsoil, in which the measurement is carried out by means of at least one device as defined above.
  • FIG. 2 schematically shows a compact view of a module according to Figure 1;
  • FIG. 3 shows schematically a module according to Figure 2 showing more particularly the electrical conductors;
  • FIG. 4 schematically shows an exterior view of a module as shown in Figures 1-3;
  • FIG. 5 shows schematically a device according to the invention comprising a plurality of modules.
  • FIG. 1 schematically represents an exploded view of the interior of a possible embodiment of a module intended for use in a device for measuring seismic waves as shown in FIG. 5.
  • the measuring device comprises at least one module 1 comprising at least one hydrophone 2.
  • the module comprises at least one geophone 3. It also comprises a transformer 12 connected to the hydrophone 2 Instead of the transformer 12, it is also possible to use a pre-amplifier, which however requires an electrical supply, therefore an additional conductor per hydrophone.
  • the geophone 3 is embedded in a protective element formed by an overmolding of hard resin 4, which can be a two-component polyurethane resin formed from a resin and a hardener and typically having a Shore D hardness of the order of 90.
  • the transformer 12 is embedded in the same resin.
  • the geophone 3 is placed near the hydrophone 2 in order to obtain, as is known, a good correlation between the measurements made by the geophone 3 and the hydrophone 2.
  • the distance between the geophone and the hydrophone is order of magnitude of the decimetre for example.
  • the hydrophone 2 has a substantially cylindrical shape with a circular base.
  • the basics of the cylinder form the sensitive elements which oscillate according to the pressure variations in the environment in which they are placed.
  • the hydrophone 2 transforms the vibrations of the bases into an electrical signal which is applied to processing means, not shown, arranged for example on the surface.
  • the hydrophone 2 is embedded in a protective element consisting of a resin 11.
  • the resin 11 has on the one hand sufficient strength to adequately protect the hydrophone mechanically, and on the other hand an ability to transmit variations, of pressure comparable to that of a liquid.
  • the hydrophone 2 can, thanks to the presence of the resin 11, measure the pressure variations in the surrounding medium.
  • the resin 11 is further characterized by its resistance to external aggressions, in particular of a chemical nature, and protects the hydrophone from the action of chemical agents.
  • a two-component polyurethane resin formed from polyol and isocyanate can be used as resin 11.
  • Such a resin has, as is desirable for transmitting the pressure, a density of 1.1 close to that of water and a Shore A1 / A15 hardness of the order of 80, relatively low.
  • the resin 11 is placed directly in contact with a coupling agent such as cement.
  • FIGS 1 to 3 schematically show a preferred embodiment of the interior of a module 1 according to which each module 1 comprises a tubular frame 5 serving as support for each hydrophone, and a possible geophone.
  • the tubular frame is a hollow tube 5 in which the hydrophone 2 is placed in particular.
  • the geophone 3 and / or the transformer associated with the hydrophone can be placed in the tube 5.
  • the tube 5 is substantially cylindrical in shape with a circular base.
  • the tube 5 advantageously comprises at one of its ends 13 an outer wall which converges towards the longitudinal axis of the tube 5.
  • the tube also has a bore 7 in its wall.
  • the axis of the bore 7 is substantially perpendicular to the longitudinal axis of the tube 5 and substantially located in the middle of the tube 5.
  • the diameter of each tube 5 is reduced to the maximum, so that each module 1 has a minimum diameter.
  • the converging shape placed at the end 13 provides support for the various supply and operating wires of each module, and the bore 7 allows the introduction
  • the tube 5 also includes, near the end 13, at least one substantially circular opening 6.
  • the tube has two openings 6 opposite one another. The axis passing through each center of the openings 6 is perpendicular to the longitudinal axis of the tube 5.
  • the hydrophone 2 is introduced into the tube through one of the openings 6.
  • the openings 6 are thus in line with the hydrophone 2 so that the bases of the hydrophone 2 are exposed to the outside in order to be able to pick up the pressure differences resulting from seismic waves.
  • the tube 5 has one end 14 opposite the end 13. At the end 14, the transformer 12 associated with the hydrophone and then all or part of the geophone 3 is inserted into the tube 5.
  • each module 1 is visible in FIG. 3.
  • N The possible modules placed respectively to the right and to the left of the module N are referenced by N + 1 and N-1 respectively.
  • the various supply and operating wires 9 of each module 1 can be introduced at the level of the hydrophone 2 through the opening 6 and / or at the level of the geophone 3 through the bore 7
  • the wires 9 not used for the module N pass outside the tube 5.
  • the wires 9 arrive via a sheath 10 coming from a module N-1. They then pass around the tube 5 of the module N to go either into the openings 6 and / or the bore 7 of the module N, or directly to a sheath 10 which includes all of the wires 9 from the module N.
  • the sheath 10 from the module N goes towards the module N + 1 and surrounds the wires from the module N.
  • the wires 9 not serving for the module N can for example be pressed against the outside of the tube 5 by adhesive strips 15, or any other means.
  • each module 1 is only in contact with the cement 62 by the overmolding of resin 11 and the sheaths 10 protective of the power supply wires 9.
  • the geophone 3 and the hydrophone 2 are perfectly protected.
  • the overmolding of the resin 11 on the module can be carried out hot or cold.
  • the overmolding of the resin 11 covers the respective protective elements in hard resin.
  • FIG. 5 shows an example of a permanent seismic wave measurement device placed in a hole or borehole 57 formed in an area 60 of the basement.
  • the drilling is suitably substantially vertical.
  • the device comprises at least one cable 50 itself comprising at least one module 1.
  • the measurement device comprises three cables referenced by 50 and arranged along the borehole 57.
  • Each cable 50 comprises at least one measurement module 1 according to Figures 1 to 4.
  • the borehole is filled with a coupling agent 62 such as cement which, once hardened, immobilizes the modules.
  • the first cable 50 comprises eight modules 1
  • the second cable 50 also comprises eight modules 1
  • the third cable 50 comprises six modules 1.
  • the first two cables 50 measure two components of the seismic waves.
  • each module 1 comprises a hydrophone and a vertical geophone.
  • the third cable 50 comprises two types of modules different. It comprises four modules 1 measuring two components of the waves and two modules, measuring four components of the waves, located at the end of the cable 50.
  • the two-component modules comprise a hydrophone and a vertical geophone.
  • the two modules 1 measuring four components are represented diagrammatically in FIG. 5, in a magnifying glass referenced by 16.
  • the last two modules 1 located at the end of the third cable 50 comprise a module referenced by 1 and comprising a hydrophone and a vertical geophone, and a module comprising a geophone "X" and a geophone "Y” horizontal along perpendicular X and Y axes.
  • the modules 1 and l' are thus close to each other without forming a single module.
  • Sockets 56 make it possible to interface between the cables 50 and the surface acquisition device 61.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif de mesure d'ondes sismiques placé dans un forage, comportant un module incluant au moins un hydrophone (2), 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.
ETAT DE L'ART.
On connaît des dispositifs de mesure d'ondes sismiques comportant un ou plusieurs modules comportant un hydrophone sensible aux variations de pression et avantageusement au moins un géophone sensible aux déplacements, placé à proximité de l'hydrophone. L'association de ces deux types de capteurs différents a notamment pour but l'élimination des réflexions multiples dans les signaux enregistrés. Dans un dispositif connu (demande de brevet français 2 805 050), l'hydrophone est placé dans une poche contenant un fluide qui transmet les variations de pression du milieu vers l'hydrophone. Un agent de couplage tel que du ciment remplit l'espace entre la poche et la paroi du forage.
Les dispositifs selon l'art antérieur n'apportent cependant pas totalement satisfaction.
En effet, le fluide dans lequel l'hydrophone est placé peut être également agressif vis-à-vis du capteur. 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 là qualité des mesures, et par conséquent une mauvaise interprétation des caractéristiques physiques de la zone du sous-sol que l'on explore. .. .
De plus, les dispositifs de l'art antérieur sont relativement fragiles et difficiles à manipuler du fait de la présence des poches de fluide autour de l'hydrophone. 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 relativement élevées, qui comportent un grand nombre de capteurs incluant des hydrophones.
Enfin, dans les dispositifs de l'art antérieur, du fait de la présence de la poche de fluide contenant l'hydrophone, il est difficile de placer le géophone à proximité de l'hydrophone. La corrélation entre les mesures de l'hydrophone et celles du géophone n'est donc pas totalement satisfaisante.
PRESENTATION DE L'INVENTION.
L'invention propose de pallier ces inconvénients. A cet effet, l'invention propose un dispositif de mesure d'ondes sismiques placé dans un forage, comportant un module incluant au moins un hydrophone et un agent de couplage qui remplit l'espace entre le module et la paroi du forage et immobilise le module, caractérisé en ce que le module comprend un élément de protection en résine dans lequel est noyé l'hydrophone, la résine étant apte à transmettre les variations de pression résultant d'ondes sismiques.
Un tel dispositif comporte de façon appropriée au moins un géophone noyé dans un élément de protection en résine dure lui-même enrobé dans l'élément de protection de l'hydrophone.
L'invention concerne également un procédé en vue de la mesure d'ondes sismiques dans une zone du sous-sol terrestre, dans lequel la mesure est effectuée au moyen d'au moins un dispositif tel que défini ci- dessus.
PRESENTATION DES FIGURES. D'autres 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 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 peut être une résine polyurethane bi-composant formée d'une résine et d'un durcisseur et ayant typiquement une dureté Shore D de l'ordre de 90. Le transformateur 12 est noyé dans la même résine. Le géophone 3 est placé à proximité de l'hydrophone 2 afin d'obtenir comme il est connu une bonne corrélation entre les mesures effectuées par le géophone 3 et l'hydrophone 2. La distance entre le géophone et l'hydrophone est de l'ordre de grandeur du décimètre par exemple.
On aperçoit également sur la figure 1 que l'hydrophone 2 comporte une forme sensiblement cylindrique à base circulaire. Les bases du cylindre forment les éléments sensibles qui oscillent en fonction des variations de pression dans le milieu dans lequel elles sont placées. L'hydrophone 2 transforme les vibrations des bases en signal électrique qui est appliqué à des moyens de traitement, non représentés, disposés par exemple en surface.
Comme le montre la figure 4, l'hydrophone 2 est noyé dans un élément de protection constitué d'une résine 11. La résine 11 présente d'une part une résistance suffisante pour protéger convenablement l'hydrophone sur le plan mécanique, et d'autre part une capacité à transmettre les variations, de pression comparable à celle d'un liquide. Ainsi, l'hydrophone 2 peut, grâce à la présence de la résine 11 , mesurer les variations de pression dans le milieu environnant. La résine 11 est en outre caractérisée par sa résistance aux agressions extérieures, notamment de nature chimique, et protège l'hydrophone de l'action des agents chimiques. A titre d'exemple, on peut utiliser en tant que résine 11 une résine polyurethane bi-composant formée de polyol et d'isocyanate. Une telle résine présente, comme il est souhaitable pour transmettre la pression, une densité de 1,1 voisine de celle de l'eau et une dureté Shore A1/A15 de l'ordre de 80, relativement basse. La résine 11 est placée directement en contact avec un agent de couplage tel que le ciment.
Les figures 1 à 3 montrent schématiquement un mode préféré de réalisation de l'intérieur d'un module 1 selon lequel chaque module 1 comporte une armature tubulaire 5 servant de soutien pour chaque hydrophone, et un éventuel géophone. Avantageusement, l'armature tubulaire est un tube 5 creux dans lequel est placé notamment l'hydrophone 2. Selon une variante, le géophone 3 et/ou le transformateur associé à l'hydrophone peuvent être placés dans le tube 5.
La majeure partie du tube 5 est sensiblement de forme cylindrique à base circulaire. Le tube 5 comporte avantageusement à une de ses extrémités 13 une paroi extérieure qui converge vers l'axe longitudinal du tube 5. Le tube comporte également un alésage 7 dans sa paroi. L'axe de l'alésage 7 est sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal du tube 5 et sensiblement situé au milieu du tube 5. Le diamètre de chaque tube 5 est réduit au maximum, de sorte que chaque module 1 ait un diamètre minimal.
Comme on le verra dans la suite de la description, la forme convergente placée à l'extrémité 13 assure le soutien des différents fils d'alimentation et de fonctionnement de chaque module, et l'alésage 7 permet l'introduction
(ou la sortie) de certains fils d'alimentation et de fonctionnement dans le (ou du) tube 5.
Le tube 5 comporte également près de l'extrémité 13, au moins une ouverture 6 sensiblement circulaire. Avantageusement, le tube comporte deux ouvertures 6 opposées l'une à l'autre. L'axe passant par chaque centre des ouvertures 6 est perpendiculaire à l'axe longitudinal du tube 5.
L'hydrophone 2 est introduit dans le tube par une des ouvertures 6. Les ouvertures 6 sont ainsi au droit de l'hydrophone 2 de façon que les bases de l'hydrophone 2 soient exposées à l'extérieur pour pouvoir capter les différences de pression résultant d'ondes sismiques.
Le tube 5 comporte une extrémité 14 opposée à l'extrémité 13. A l'extrémité 14, on insère dans le tube 5 le transformateur 12 associé à l'hydrophone puis tout ou partie du géophone 3.
Une fois que l'insertion du géophone 3 et du transformateur 12, munis chacun de leur protection 4 en résine dure, et de l'hydrophone 2 dans le tube 5 est effectuée, on obtient un module 1 tel que 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 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 ainsi au moins une zone au droit de chaque ouverture 6. Elle forme avantageusement une enveloppe visible à la figure 4 recouvrant l'ensemble du tube 5. Ainsi, chaque module 1 n'est en contact avec le ciment 62 que par le surmoulage de résine 11 et les gaines 10 protectrices des fils d'alimentations 9. Le géophone 3 et l'hydrophone 2 sont parfaitement protégés. Le surmoulage de la résine 11 sur le module peut s'effectuer à chaud ou à froid. En ce qui concerne le géophone 3 et le transformateur 12, le surmoulage de la résine 11 recouvre les éléments de protection respectifs en résine dure.
La figure 5 montre un exemple d'un dispositif de mesure d'ondes sismiques permanent placé dans un trou ou forage 57 ménagé dans une zone 60 du 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 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 50 comportent un module référencé par 1 et comportant un hydrophone et un géophone vertical, et un module l' comportant un géophone "X" et un géophone "Y" horizontaux selon des axes X et Y perpendiculaires.
L'ensemble des modules 1 et l' peut être surmoulé dans une résine 11 englobant les deux modules. Selon une variante, chaque module 1 ou l' peut être moulé dans un surmoulage de résine 11. Les modules 1 et l' sont ainsi proches l'un de l'autre sans former un seul module. Des prises 56 permettent de faire l'interface entre les câbles 50 et le dispositif de d'acquisition de surface 61.

Claims

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 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) lui- même enrobé dans l'élément de protection (11 ) de l'hydrophone.
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 1à 4, dans lequel l'agent de couplage est du ciment.
6. Procédé en vue de la mesure d'ondes sismiques dans une zone du sous- sol, caractérisé en ce que la mesure est effectuée au moyen d'au moins un dispositif selon l'une des revendications 1 à 5.
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