FR2497870A1 - Instrument de determination de la topographie d'un sondage - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE LES TECHNIQUES DE DETERMINATION DE LA TOPOGRAPHIE D'UN SONDAGE. L'INSTRUMENT DE L'INVENTION COMPREND NOTAMMENT UNE SONDE FORMEE D'AU MOINS DEUX PARTIES 20, 22 ACCOUPLEES PAR DES JOINTS FLEXIBLES 26, MAIS RIGIDES EN TORSION, ET EQUIPES DE MOYENS DESTINES A GENERER DES SIGNAUX QUI REPRESENTENT L'INCLINAISON ET L'AZIMUT RELATIFS D'UNE PARTIE DE SONDE PAR RAPPORT A UNE AUTRE. UN DISPOSITIF DE TRAITEMENT DE SIGNAL 34 COMBINE CES SIGNAUX AVEC DES SIGNAUX D'INCLINAISON FOURNIS PAR UN JEU D'ACCELEROMETRES SE TROUVANT DANS L'UNE DES PARTIES DE SONDE, POUR GENERER DES SIGNAUX QUI REPRESENTENT LA DIRECTION ET LA PROFONDEUR DU SONDAGE. APPLICATION A LA PROSPECTION PETROLIERE ET MINIERE.

Description

La présente invention concerne le domaine des instruments de topographie

pour les sondages et elle porte plus particulièrement sur des instruments de topographie

pour sondages qui comportent des sondes utilisant des dis-

positifs de référence inertiels tels que des accéléromètres. La détermination de la topographie de sondages, tels que ceux qu'on utilise en prospection géologique,

dans les travaux miniers et pour le forage de puits de pé-

trole, nécessite une détermination précise des coordonnées

des sondages en azimut et en site, de façon à pouvoir tra-

cer une représentation précise de la direction et de la profondeur du sondage. On détermine souvent la topographie d'un sondage au moyen d'un instrument ou d'une sonde qui

se déplace dans le sondage et mesure les angles d'incli-

naison et d'azimut à des points successifs. L'inclinaison,

c'est-à-dire l'angle duquel le sondage s'écarte de la ver-

ticale, peut être mesurée au moyen d'un pendule ou d'un accéléromètre. L'azimut, c'est-à-dire l'angle du sondage par rapport à une direction de référence, comme le nord, est mesuré de façon caractéristique au moyen d'un compas

magnétique ou gyroscopique. On utilise ces angles, asso-

ciés à la distance le long du sondage, pour déterminer les coordonnées de points le long du sondage, par rapport à

une référence au sol.

Diverses techniques ont été utilisées dans le passé pour déterminer la topographie de sondages, et ces techniques font appel à l'utilisation de magnétomètres, de gyroscopes et d'accéléromètres. A titre d'exemple, un pendule destiné à mesurer l'inclinaison peut prendre la

forme d'un accéléromètre linéaire as-servi qui est sensi-

ble à la gravité. Il existe des accéléromètres asservis qui sont petits, robustes et précis. La mesure précisede l'azimut peut cependant être très difficile. Par exemple', les compas magnétiques ou d'autres dispositifs destinés à mesurer le champ magnétique terrestrxe sont sujet à dûs erreurs produites par les anomalies magnétiques dans le

sol. Les compas gyroscopiques ont également plusieurs in-

convénients, parmi lesquels une taille élevée, l'usure des paliers, la sensibilité aux chocs, les erreurs de dérive et de précession et la nécessité d'une longue période de stabilisation avant de pouvoir effectuer une mesure. Il en résulte que les instruments de topographie de sondages qui utilisent des gyroscopes tendent à être coûteux et comple-

xes, et à nécessiter des sondes de grand diamètre.

On trouve un exemple d'une autre technique dans la demande de brevet U.S. 200 096 déposée le 23 octobre

1980, dans laquelle une sonde comportant deux parties accou-

plées par une pièce rigide en torsion est équipée d'un bol-

tier d'accéléromètre dans chaque partie de sonde. On uti-

lise ces boîtiers d'accéléromètres pour déterminer l'in-

clinaison relative et l'angle d'azimut du sondage au fur et à mesure que la sonde descend dans le sondage. Cette technique présente un avantage important par rapport aux techniques de l'art antérieur pour la détermination de la topographie des sondages, en ce qui concerne la vitesse

et la précision, et elle présente l'avantage supplémen-

taire de ne pas utiliser de compas pour la mesure d'azimut.

De plus, du fait que la sonde utilise des accéléromètres,

elle peut avoir un bottier de diamètre relativement fai-

ble et elle est notablement plus robuste. Cependant, l'un des inconvénients de cette méthode particulière consiste en ce qu'elle est incapable de déterminer l'azimut lorsque

la direction du sondage est très proche de l'horizontale.

L'invention a donc pour but de réaliser un ins-

trument de topographie pour un sondage qui comporte une

sonde comprenant une première partie et une seconde par-

tie qui peuvent être introduites et déplacées dans un son-

dage, avec un joint accouplant de façon flexible la pre-

mière partie à la seconde partie. L'instrument comprend également un dispositif destiné à mesurer les angles entre les première et seconde parties de la sonde au niveau du

joint flexible. L'instrument de topographie pour un son-

dage comporte en outre un dispositif de traitement de signal qui réagit aux signaux d'angles en produisant une

indication de la direction du sondage.

L'invention a également pour but de réaliser un ins-

trument de topographie pour un sondage qui comporte une sonde munie d'une première partie et d'une seconde partie qui sont conçues de façon à être introduites et déplacées dans le sondage, avec un joint accouplant de façon flexible la première partie de sonde à la seconde partie de sonde,

cet instrument comprenant en outre un dispositif à accélé-

romètres dans la première partie de sonde et un dispositif de mesure d'angle qui est destiné à mesurer les angles

entre les axes longitudinaux de la première partie de son-

de et de la deuxième partie de sonde. L'instrument de topo-

graphie comprend en outre un dispositif de traitement de signal qui est destiné à produire à partir des signaux des accéléromètres un signal qui représente l'inclinaison

de la première partie de sonde dans le sondage, et à pro-

duire sous la dépendance du dispositif de mesure d'angle, des signaux qui représentent l'inclinaison de la seconde partie de sonde par rapport à la première, et l'azimut de

la seconde partie de sonde par rapport à la première.

L'instrument de topographie comporte également des moyens destinés à produire un signal de composante horizontale

qui représente le sinus de la combinaison de l'angle d'in-

clinaison de la première partie de sonde et de l'angle d'inclinaison de la seconde partie de sonde par rapport à la première, et destinés également à produire des signaux

qui représentent le sinus et le cosinus de l'angle d'azi-

mut entre les première et seconde parties de sonde. Le cir-

cuit de traitement réagit en outre au signal de composante horizontale et au cosinus du signal d'azimut en produisant une projection horizontale qui représente la projection horizontale incrémentielle du sondage selon une première direction prédéterminée telle que le nord, et des moyens qui réagissent au signal de composante horizontale et au

sinus du signal d'azimut en générant un signal qui repré-

sente la projection incrémentielle du sondage selon une

seconde direction prédéterminée telle que l'est.

Un but supplémnentaire de l'invention est de réa-

liser un instrument de topographie pour un sondage qui comprend une sonde comportant des première et seconde parties conçues de façon à être introduites et déplacées dans un sondage, avec un joint accouplant de façon flexible les parties l'une à l'autre, l'instrument comportant également un ensemble d'accélérorrmètres contenus dans la première partie de sonde. L'invention a également pour but d'offrir un procédé de mesure de l'angle entre les première et seconde parties de sonde précitées. L'instrument comporte également un groupe de circuits de conditionnement de

signal qui sont connectés aux sorties de chacun des accé-

léromètres, et un circuit multiplexeur qui est contenu à l'intérieur de la sonde et qui est connecté aux moyens de

mesure d'angle et aux circuits de conditionnement de signal.

Un circuit convertisseur analogique-numérique est connecté

à la sortie du circuit multiplexeur et un circuit convertis-

seur parallèle-série est connecté à la sortie du circuit convertisseur analogique-num6rique, tandis qu'une ligne de

transmission de données est connectée à la sortie du cir-

cuit convertisseur parallèle-série. Un circuit logique contenu dans la sonde est connecté au circuit multiplexeur, au circuit convertisseur analogique-numérique et au circuit convertisseur parallèle-série, et ce circuit logique fait

en sorte que le circuit multiplexeur multiplexe les si-

gnaux de sortie des accêléromètres et les signaux d'angle, et il fait en outre en sorte que le circuit convertisseur analogique-numérique convertisse sous forme numérique les

signaux de sortie multiplexés des accéléromètres et le si-

gnal d'angle, tandis que le circuit convertisseur parallèle-

série applique au câble de transmission de données les

signaux de sortie numériques des accéléromètres et les si-

gnaux d'angle. Un récepteur de données situé à l'extérieur du sondage est connecté au câble de transmission de données de façon à recevoir les signaux numériques qui proviennent

de la sonde.

L'invention a également pour but de réaliser un instrument de topographie pour un sondage qui comprend une sonde comportant des première et seconde parties, avec un

joint établissant un accouplement flexible entre ces par-

ties, et un dispositif de mesure d'angle qui est incorporé dans le joint et qui comporte un groupe d'extensomètres ayant pour but de générer des signaux qui représentent les angles entre les première et seconde parties de sonde, au

niveau du joint.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de

la description qui va suivre de modes de réalisation et

en se référant aux dessins annexés sur lesquels:

La figure 1 est une représentation d'un instru-

ment correspondant à l'invention et comprend une coupe

d'un sondage qui montre une sonde utilisée avec l'instru-

ment de topographie pour un sondage; La figure 2 est une coupe longitudinale partielle

d'une partie de sonde montrant une disposition des accélé-

romètres dans la sonde; 1s La figure 3 est une coupe longitudinale d'un joint destiné à accoupler ensemble deux part-es de sonde;

La figure 4 est une coupe longitudinale d'un méca-

nisme de centrage qui est destiné à être utilisé avec la sonde;

La figure 5 est une coupe longitudinale qui mon-

tre une autre structure de joint utilisant une barre fle-

xible qui comporte des extensomètres; La figure 6 est un schéma d'un circuit destiné à être utilisé avec la configuration d' extensomètres qui. est représentée sur la figure 5;

La figure 7 est une figure géométrique repré-

sentant l'orientation des accéléromètres dans une partie de sonde; La figure 8 est une figure géométrique montrant l'orientation verticale de l'instrument de topographie pour un sondage par rapport au sol ou à l'axe horizontal; La figure 9 est une figure géométrique montrant l'orientation horizontale de l'instrument de topographie pour un sondage, par rapport à l'azimut; et

La figure 10 est un schéma synoptique d'un dis-

positif de traitement de signal qui est destiné à traiter

les signaux provenant de la sonde pour donner une représen-

tation de la direction du sondage, comprenant l'inclinaison et l'azimut. La figure 1 montre des conditions d'utilisation caractéristiques pour le mode de réalisation préféré de

l'invention. Un sondage désigné globalement par la réfé-

rence 12 s'étend sous le soi 10 et ses parois sont garnies d'un certain nombre d'éléments de cuvelage 14, 15 et 16, conformément à la pratique industrielle générale. Au point 17 auquel le sondage 12 entre dans le sol 10 se trouve un tube de départ 18 qui est accouplé au premier élément de cuvelage 14. Une sonde est introduite dans le sondage 12 pour se déplacer dans ce dernier et elle comprend trois parties de sonde 20, 22 et 24 qui sont accouplées par

des joints flexibles, mais rigides en torsion, 26 et 28.

Les figures 3 et 5 montrent des exemples de joints qui conviennent à l'utilisation avec la sonde. La première partie de sonde 20 est reliée à un touret de câble 30 au

moyen d'un câble 32 qui passe sur une poulie de sol 33.

On utilise le câble 32 pour faire descendre la sonde dans

le sondage 12 et il constitue en outre un support de trans-

mission qui permet de transmettre des données de la sonde

vers un dispositif de traitement de signal 34, par un câ-

ble 36 qui part du touret 30. Une autre ligne de transmis-

sion de signal 37 est branchée entre la poulie 33 et le

circuit de traitement de signal 34 pour donner une indi-

cation de la longueur du câble 32 qui est dévidée dans le sondage 12. Une lunette méridienne 38 est fixée au tube

de départ 18 et on peut l'utiliser pour déterminer l'azi-

mut initial du sondage par rapport à une direction telle que le Nord. En outre, l'angle d'inclinaison initial du sondage par rapport à la verticale, indiqué par le tube

de départ 18, peut être déterminé par des dispositifs clas-

siques de mesure de niveau qui peuvent être fixés à la lu-

nette méridienne 38.

Comme le montre la figure 2, un module d'accélé-

romètres triaxial, comprenant trois accéléromètres 40, 42 et 44, est fixé à l'intérieur de la première partie de sonde 20. On peut employer pour cette application un accéléromètre

linéaire asservi du type décrit dans le brevet U.S. 3 702 0'3.

Le premier accéléromètre 40 est situé à l'intérieur de la première partie de sonde 20 avec son axe sensible ou axe z aligné avec l'axe longitudinal 41 de la partie de sonde , et les deux autres accéléromètres 42 et 44 sont placés avec leurs axes sensibles x et y perpendiculaires à l'axe

z et perpendiculaires entre eux. Il en résulte que lors-

que la première partie de sonde 20 est suspendue vertica-

lement, l'axe z est perpendiculaire à l'horizon et les

axes x et y sont parallèles à l'horizon.

La figure 3 montre sous la forme d'une coupe le mode de réalisation du joint flexible 26 qui comporte une structure comprenant une rotule 45 et un réceptacle 46, pour accoupler la première partie de sonde 20 à la seconde partie de sonde 22 afin de permettre à la seconde partie de sonde 22 de faire un angle par rapport à la première partie de sonde 20. La rotule 45 est fixée au boîtier de

la partie de sonde 22 par une pièce de support 47. Il exis-

te également un soufflet 48 qui, outre le fait qu'il fa-

cilite la flexion de la partie de sonde 22 par rapport à la partie de sonde 20, empêche la partie de sonde 22 de tourner par rapport à la partie de sonde 20, de façon que les parties de sonde 20 et 22 soient rigides en torsion, l'une par rapport à l'autre. On trouve également dans le joint flexible 26 un potentiomètre du type "manche à balai" 50 qui comprend une tige 49 fixée à la rotule 45, ce qui fait apparaître sur des lignes 52 des signaux de tension qui représentent la direction et la valeur de la flexion de la seconde partie de sonde 22 par rapport à la

première partie de sonde 20.

Pour améliorer la précision des signaux générés

par les accéléromètres 40, 42 et 44 dans la première par-

tie de sonde 20 et des signaux générés par les joints fle-

xibles 26 et 28, la partie de sonde supérieure 20 et la partie de sonde inférieure 24 sont munies de mécanismes de centrage 52, 54, 56 et 58 dans le but de maintenir les

parties de sonde 20 et 22 au centre des éléments de cuve-

lage désignés par les références Lzl ut 16. La figure 4 montre en coupe un exemple détaillé d'une structure pour les mécanismes de centrage 52, 54, 56 et 58. Le mécanisme de centrage comprend deux galets 60 et 62 qui sont conçus de façon à rouler à l'intérieur des éléments de cuvelage 14 et 16. Les galets 60 et 62 sont montés sur une paire de bras 63 et 64 et sont écartés du bottier de la sonde 20

au moyen d'un mécanisme qui comprend des barres d'exten-

sion 65 et 66 qui sont soumises à la force exercée par un ressort d'extension 67. Les barres d'extension 65 et 66 sont fixées à une barre de support télescopique 68 au niveau d'un pivot 70. L'autre extrémité de la barre de support télescopique 68 et les bras 63 et 64 sont fixés de façon pivotante sur une embase de support ce. Les barres d'extension 65 et 66 sont fixées aux bras 63 et 64 par

des pivots 72 et 73. Cependant, dans le mode de réalisa-

tion préféré de l'invention, le mécanisme de centrage comporte trois galets, ou davantage, placés sur des bras uniformément espacés, de façon à maintenir la partie de sonde 20 au centre de l'élément de cuvelage. Le mécanisme de la figure 4 est représenté avec deux bras seulement

pour faciliter la compréhension.

Du fait que chaque bras de centrage 63 et 64 re-

présenté sur la figure 4 s'étend nécessairement à partir de la partie de sonde sur une distance égale à celle des autres bras, la sonde se trouve exactement le long de l'axe du sondage, ce qui fait sue le mécanisme de centrage qui est représenté sur la figure 4 présente un avantage de

précision considérable par rapport aux mécanismes de cen-

trage qui utilisent des galets sollicités indépendamment par des ressorts. On peut donner au ressort d'extension 67

une configuration telle que sa force i'emporte sur les for-

ces qui agissent sur n'importe quel bras. Ainsi, le poids de la partie de sonde 20 ou la force du câble 32 ne peuvent pas écarter la sonde du centre du sondage. Si le ressort d'extension 67 n'a pas une force suffisante pour vaincre les forces qui agissent sur las galets, ces forces peuvent vaincre celle du ressort et un bras se sépare alors de la

paroi latérale du sondage 12, ce qui exc,entre la scnde.

Avec des ressorts indépendants, mre la force la plus légère excem-

tre la sonde d'une certaine valeur et provoque également

des oscillations de la sonde par rapport à l'axe du son-

dage lorsque la force est supprimée. Ce problème ne se ma-

nifeste pas lorsque les bras travaillent conjointement et lorsque le ressort a une configuration telle qu'il exerce une force supérieure à la somme des forces qui agissent

sur n'importe quel bras.

La figure 5 montre une variante pour le mécanis-

me représenté sur la figure 3 et destiné à mesurer les angles entre deux des parties de sonde. Dans ce mécanisme de mesure angulaire, une pièce 74 se présentant sous la forme d'une barre flexible à section carrée est fixée à chacune des parties de sonde 20 et 22. Sur chaque face de

la barre se trouve un extensomètre à semiconducteur, dési-

gné par les références 76, 78, 79 et 80. Deux extensomè-

tres placés sur le côté éloigné de la barre flexible 74

ne sont pas visibles sur la figure 5, mais leurs emplace-

ments relatifs sont indiqués par les références 79 et 80.

Les extensomètres à semiconducteur ont un avantage impor-

tant sur les extensomètres métalliques dans cette appli-

cation, du fait qu'ils peuvent générer un signal élevé pour des déviations angulaires faibles, par exemple de 2,50 ou moins, car la constante d'un extensomètre à semiconducteur

est dans un rapport 150/2 par rapport à celle des extenso-

mètres métalliques. En connectant électriquement une paire d'extensomètres situés sur des faces opposées, comme les extensomètres 76 et 80, selon une configuration de circuit en demi-pont, de la manière représentée sur la figure 6, on obtient un signal qui représente la déviation angulaire d'une partie de sonde par rapport à l'autre. L'autre paire d'extensomètres se trouvant sur la barre 74 est connectée d'une manière similaire. Comme le montre le schéma de la figure 6, un extensomètre 76 est connecté à une source de

tension et l'extensomètre 80 qui se trouve sur la face oppo-

sée de la barre flexible 74 este connecté en série avec l'extensomètre 76, tandis qu'un point de prélèvement de la

tension de sortie V0 est établi entre les deux extensomètres.

Dans cette configuratiorn, seule une variation différentielle due à une déviation angulaire entre les parties de sonde

et 24 fait apparaître une tension de sortie VO. Une fle-

xion dans une direction perpendiculaire produit des signaux qui s'annulent du fait que les extensomètres 76 et 80 situés sur des faces opposées génèrent les mêmes signaux de fle- xion perpendiculaire. De plus, cette connexion compense les effets de température et les effets d'étirement ou de compression de la barre de mode commun. On comprend que dans cette configuration la pièce flexible 74 remplace la configuration à rotule qui est représentée sur la figure 3 de façon à accoupler mécaniquement la première partie de

sonde 20 à la seconde partie de sonde 22.

On se référera aux figures géométriques qui sont représentées sur les figures 7, 8 et 9 pour définir les relations géométriques du sondage 12 et des signaux de sortie provenant des accéléromètres 40, 42 et 44, ainsi que

des signaux d'angle provenant des joints 26 et 28 qui effec-

tuent une mesure d'angle. Les angles de joint t et sont définis par rapport aux axes x, y et z des accéléromètres,

et E est défini comme étant la variation d'angle verti-

cal par rapport à l'axe y, en supposant que l'axe y est dans le plan défini par l'axe z et par la verticale vraie,

indiquée par la ligne 82 sur la figure 7. De façon similai-

re, les angles g sont définis par rapport à l'axe x en considérant que l'axe x est horizontal. Les angles ú et les projections horizontales des angles Q peuvent être considérés respectivement comme des angles d'inclinaison

et d'azimut relatifs, du fait qu'ils représentent les varia-

tions relatives d'inclinaison et d'azimut d'une partie de sonde par rapport à une autre partie de sonde. L'angle de roulis de la sonde, 0, indiqué sur la figure 7, représente la rotation des parties de sonde 20, 22, et 24 dans le sondage 12. Dans ce mode de réalisation de l'invention, on mesure les angles et Q par rapport à la partie de sonde précédente et ces mesures sont des mesures directes des angles entre les deux parties de sonde. comme ia partie de sonde 20 et la partie de sonde 2^. Le tableau I -4-dessous

définit les divers symboles stiliés dans la description de

l'invention.

TABLEAU I

A - Angle d'azimut par rapport auNord (0 = Nord, 90 =

Est, 1800 = Sud, 270 = ouest).

I - Inclinaison par rapport à la verticale (0 = verticale

dirigée vers le bas, 90 = horizontale).

ú - Variation en inclinaison (plan vertical) de l'angle de joint de la sonde O - Variation dans le plan xz de l'angle de joint de la

sonde.

0 - Angle de roulis de la sonde (autour de l'axe z).

N - Direction du Nord indiquée par le compas (Nord vrai).

E - Direction de l'Est indiquée par le compas D - Profondeur en direction verticale L - Longueur des parties de sonde C - Longueur de câble déroulée x - Composante horizontale de la sonde (normale à z) y - Composante verticale de la sonde (normale à z) z - Composante longitudinale de la sonde (tangente à l'axe

du sondage).

a - Signal de x lorsque 0 a - Signal de Y lorsque 0 a - Signal de z PxlSignal de gle de joint. Px2-Signal de gle de joint. P -Signal de yl gle de joint. Py2-Signal de gle de joint. sortie de l'accéléromètre x (selon l'axe x

= 00).

sortie de l'accéléromètre y (selon l'axe y

= 0O).

sortie de l'accéiéromètre z selon l'axe z.

sortie du potentiomètre proportionnel à l'an-

la direction de l'accéléromètre x au premier

sortie du potentiomètre proportionnel à l'an-

la direction de l'accéléromètre x au second

sortie du potentiomètre proportionnel à l'an-

la direction de l'accéléromètre y au premier

oortie du potentiomètre proportionnel à l'an-

la direction de l'accéléromètrp y au second

L'équation (1) ci-dessous définit l'angle d'incli-

naison I en fonction des signaux de sortie ax, ay et az des accéléromètres: I = tg- (1) az Du fait que dans ce mode de réalisation l'angle de roulis

de la sonde,0>n'est pas défini mécaniquement dans le son-

dage, la composante verticale de gravité normale à l'axe longitudinal de la sonde sera une combinaison des mesures des accéléromètres x et y. Si l'accéléromètre x 40 était -10 horizontal, I serait égal à tg 1 (ay/az), comme il ressort y z de la représentation faite sur la figure 7. L'équation (1)

définit I dans le cas général.

On décrira tout d'abord une transformation des signaux de sortie des accéléromètres et des signaux de sortie d'angle en coordonnées de surface en considérant le cas simple dans lequel l'azimut A est égal à et 2 qui est lui-même égal à zéro. Comme on peut le voir sur la figure 8, la projection horizontale de la sonde sur le sol, en supposant que le sol est horizontal, peut être décomposée en trois segments, un pour chaque partie de sonde. Les composantes horizontales de chaque partie de sonde No, N1 et N2 sont les suivantes: N = Lo sin I (2) N1 = L1 sin (I + 31) N2 = L2 sin (I + E 1 + E2) On peut considérer que les équations (2), (3) et (4) ci-dessus définissent des projections horizontales du fait qu'elles représentent les projections des parties de

sonde 20, 22 et 24 sur le sol.

De manière similaire, la projection verticale de chacunu des parties de sonde peut être représentée sous la forme suivante: D L cos I o o ( 5) D1 = L1 cos (I + 1) (6) D2 = L2 cos (I + l + 2 (7) Dans le cas général dans lequel l'angle d'azimut

A n'est pas égal à zéro, la longueur de cap N de la sonde, consi-

dérée dans son ensemble, est modifiée par le cosinus de l'angle d'azimut A, de la manière suivante: Q Ni = N os A + coscA N os (A + sin I) 1 o 1si 21 e2 N2 cos (A + sin I + sin(I+ú1) ou Q1 N1 = L sin I cos A + L1 sin (I + 1)cos (A +sin I) + o1 s2 L2 sin (I + 1+ ú2) Cos (A+sin I + sin(I+1)) (9) en désignant par Ni la mesure de rang i dans une série de

mesures,pendant qu'on fait avancer la sonde dans le son-

dage par multiples entiers de la longueur de la sonde. Il convient de noter dans les équations (8) et (9) ci-dessus que Q1 est divisé par le sinus de I et que Q2 est divisé par le sinus de I plus ú1. Ceci est destiné à compenser les effets de l'inclinaison sur les mesures d'azimut,

comme le montre la figure 9.

L'équation (10) ci-dessous donne une mesure de l'azimut ou de la composante Est E: Q1 Ei=L sin I sin A + L1 sin (I + úl) sin (A + sn I) + L1 si0I+ EsI+ 2 (10) L2 sin (I + 1 + 2) sin (A + sinI + sin(I+ú1))

Les mesures de composantes des équations (9) et (10) résul-

tent de valeurs directement indiquées par les instruments de la sonde, pour chaque avance sur une longueur de sonde en descendant dans le sondage, et il est possible de tenir compte de davantage de parAies de sonde en ajoutant simplement

des termes supplémentaires aux équations ci-dessus.

On décrira le fonctionnement de l'instrument de topographie pour un sondage en considérant que la première mesure est effectuée avec la première partie de sonde 20 située dans le tube de départ 18 qui est représenté sur la figure 1. Chaque mesure ou lecture suivante des valeurs fournies par les accéléromètres et les joints coudés

est effectuée après avoir fait avancer la sonde des deux-

tiers de la longueur totale de la sonde, de façon que la première partie 20 contenant les accéléromètres 40, 42 et 44 occupe la partie du cuvelage du sondage qu'occupait la

troisième partie de sonde 24 au moment de la mesure précé-

dente. Les angles d'azimut calculés Q1 et 9g2 peuvent être sommés avec lesangles mesurés précédemment, sans sauter une mesure. Les équations (11),(12), (13) et (14) ci-dessus représentent le calcul des incréments de la

projection des parties de sonde 20, 22 et 24 dans la di-

rection du Nord et dans la direction de l'Est, ainsi que la profondeur et la longueur de câble déroulé lorsque la

sonde est dans le tube de départ 18.

Q1 N1=L0osin I1 cos A1 + L1sin (I1 + E1) cos (A1+ sin I) + fi 01 2 L2 sin (I1 + 1 + ú2) cos (A1 + sin I+ sin(I+ú) (11) 1 E1=Losin I1 sin A1+L1 sin(I1 + ú1)sin (A1 + S- I) +

Q1 902

L2 sin (I1 + ú1 + 62) sin (A1 + sin I +_ _ () 22sin I +sin(I+ (12) D1 = L cos I1 + L1 cos (I1 + 1 + L2 cos (I1 E + 2) (13)

C L L1 + 2 (14)

C1 Lo - L2 L'étape suivante du processus de détermination de la topographie du sondage consiste à faire descendre la sonde dans le sondage de deux-tiers de sa longueur, de façon que la première partie de sonde 20 se trouve dans la position qu'occupait la troisième partie de sonde 24 au cours de la mesure précédente. L'angle d'azimut pour

la seconde mesure est alors défini par l'équation (15) ci-

dessous:

Q 1 Q2

A2 = A1 + sin I + sin(I+ú1) (15) Du fait que les accéléromètres 40, 42 et 44 contenus dans la première partie de sonde 20 peuvent être

* utilisés pour effectuer une mesure directe de l'inclinai-

sion I, il n'est pas nécessaire de calculer 12 = I1 + 1 + 62 mais ceci peut être fait pour permettre un contrôle

supplémentaire de l'exactitude. L'incrément suivant du mou-

vement de la sonde sous le sol, dans le sondage, est cal-

culé au moyen des formules (16), (17), (18) et (19) ci-

dessous: Q1 N2 = N1 + L sin (I2 + ú1) cos (A2 + s) + -N 12 sin(I +sjn

O1 2

L2sin (I2 + 1 + 2)cos(A2 + sin I + sin(I+)) (16) L 2 2+ 1 + IC2 2 sin I + sin(I+C E2 = E L1 + L1 sin (I2 + ú1) sin (Asin sin I +

Q1 2

L2sin (I2 + E1 + ú2)sin(A2+ sin I + sin(I+ç1)) (17) D2 = D1 + L1 cos (I2 + ú1)+ L2 cos(I2 + E ú1+ ú2) (18)

C2 = C1 + L + L2 (19)

Pour la troisième mesure, l'angle d'azimut A3 est à nouveau défini par l'équation (20): A3 A2 sin I + 2 A3 = A2 +'sin + sin(i+ú1) (20) et le troisième incrément du déplacement de la sonde dans le sondage est calculé en utilisant les équations (21),(22), (23) et (24) indiquées ci- dessous: N3 = N2 + L1 sin (I3 + ú1) cos (A3 + sin I) +

Q1 Q2

L2 sin (I3 + 1 + E2)cos (A3 + sin I + sin(I+ú1)) (21) E3 = E2 + L1 sin (I3 + ú1) sin (A3 + sin) + 1 e2 L2sin(I3 + E+ 2) sin (A3 + sin I + sin(I+ ú))(22) sin I + sn(I+L1))(22) D3 = D2 +L1 cos (I3 + úi) + L2 cos (I3 + Cl + 2) (23)

-C3 = C2 + L +L (24)

3 2 1 2

La forme générale de chaque étape dans la pro-

cédure de mesure du sondage est définie par les équations (25), (26), (27) et (28) ci-dessous: Ni = Ni-1 + Llsin (Ii + 1) cos (Ai + si I) + Q Qo

I1 2

L sin (Ii + +2) cos (Ai - - +) -

2i 1 2 i sin I sin(I+E J Lo sin I1 cos A1 (25) Ei=Ei_+Llsin (Ii + +1) sin (Ai+ sin I) +

Q1 Q2

L2sin (Ii + + + ú2)sin (Ai + sinI+ sn() ) -

L0 sin I1 sin A1 (26) D. = Di+ L cos (Ii+1) + Lcos (Ii + l + E2) - L cos I1 (27) Ci = Ci_1 + L1 + L2 - Lo a- i-i 2 o (28)

On a décrit l'exemple ci-dessus de la détermina-

tion de la topographie d'un sondage sans prendre en consi-

dération la rotation possible de la sonde à l'intérieur du sondage, définie par l'angle 0. On peut déterminer l'angle de roulis 0 de la sonde à partir de l'accéléromètre x 42 et de l'accéléromètre y 44, dans la première partie de sonde , au moyen de la relation suivante: 0= tg-1 ( aX) (29) ay y La valeur réelle de 0 en degrés dépend de la polarité des

signaux de sortie de l'accéléromètre x 42 et de l'accélé-

romètre y 44, conformément au tableau II en annexe.

Après avoir déterminé l'angle de roulis 0 de la sonde en utilisant les relations indiquées dans le tableau II, on peut compenser les signaux de sortie d'angle des joints vis-à-vis de l'angle de roulis, de façon que la variation d'angle de joint de la sonde en inclinaison et la variation d'angle de joint de la sonde en azimut, soit respectivement ú et e, représentent les variations réelles d'inclinaison et d'azimut. On accomplit ceci en utilisant

les relations définies par les équations (30) et (31) ci-

dessous: =i Pxi cos 0 - Pyi sin 0 (30) Ci = Pyi cos 0 + Pxi sin 0 (31) Le fonctionnement de l'instrument de topographie d'un sondage tel qu'il est décrit ci-dessus suppose que

la sonde part du sommet du sondage, mais on pourrait éga-

lement mettre en oeuvre le procédé d'utilisation décrit ci-

dessus en laissant descendre la sonde jusqu'au fond du son-

dage et en accomplissant la détermination topographique

depuis le fond jusqu'au sommet. Cependant, il serait néces-

saire dans ce cas de calculer les valeurs réelles de Ni, Ei et Di après que la sonde a atteint le tube de départ,

afin de pouvoir déterminer l'angle d'azimut de départ ini-

tial A o

La fLigure 10 repré(sente sous forme de schéma synop-

tique un dispositif de traitement de signal destiné à géné-

rer des signaux représentant la direction du sondage, à partir des accéléromètres 40, 42 et 44 et des signaux

d'angle E1, 62 et 1, 92 provenant des joints 26 et 28.

Comme le montre la figure 10, les signaux d'angle 1', E2 1 et 2 sont transmis par des lignes 82, 84, 86 et 88 vers

un circuit multiplexeur 90. Les signaux de sortie des accé-

léromètres ax, ay et az sont transmis par des lignes 92, 94 et 96 vers des circuits de filtres 98, 100 et 102. Les signaux de sortie des circuits de filtres 98, 100 et 102 sont ensuite appliqués par des lignes 104, 106 et 108 à des circuits échantillonneurs-bloqueurs 110, 112 et 114 qui sont eux-mêmes connectés au multiplexeur 90 par des lignes 116, 118 et 120. Le signal de sortie du multipiexeur 90

est appliqué à un circuit convertisseur analogique-numéri-

-que 122 par des lignes 124, et le signal de sortie numéri-

que résultant du convertisseur analogique-numérique 122 est transmis par une ligne 128 à un circuit convertisseur parallèle-série 126. La sortie du circuit convertisseur

parallèle-série 126 est connectée à un câble de transmis-

sion de données 130 qui fait partie du câble 32 qui est représenté sur la figure 1. Dans le mode de réalisation

préféré de l'invention, les divers éléments de circuit dé-

crits ci-dessus, comprenant les circuits de filtres 98, 100 et 102, les circuits échantillonneurs-bloqueurs 110, 112 et 114, le circuit multiplexeur 90, le circuit convertisseur

analogique-numérique 122 et le circuit convertisseur paral-

lèle-série 126 sont contenus dans la sonde. Comme les accé-

léromètres 42, 40 et 44, ces éléments de circuit peuvent

être contenus dans la première partie de sonde 20.

En plus des éléments de circuit décrits ci-dessus, la première partie de sonde 20 comporte un circuit logique et d'horloge 131 qui est connecté par des lignes 132, 133,

134 et 136 au multiplexeur 90, aux circuits échantilV.nncurs-

bloqueurs 110, 112 et 114, au circuit convertisseur analogi-

que-inumérique 128 zt au circuit convertisseur paralOlle-

série 126. Le circuit logique 131 fait fonctionner le cir-

cuit multiplî-xeur 90 de façon à mu tiplexer les signaux de sortie des circuits échantillonneurs-bloqueurs 110, 112 et

114, le multiplexeur 90 recevant les signaux de sortie fil-

trés des accéléromètres 40, 42 et 44. Les signaux logiques qui proviennent du circuit logique 131 sont appliqués aux circuits échantillonneurs-bloqueurs 110, 112 et 114 par une

ligne 138. Les signaux multiplexés provenant du multiple-

xeur 90 sont ensuite convertis sous un format numérique par le circuit convertisseur analogique-numérique 122, puis ils sont convertis par le convertisseur parallèle-série en un train de bits série qui est transmis vers le récepteur

de données 34 par la ligne 130.

Un amplificateur différentiel 140 reçoit le train de bits série qui représente les signaux de sortie d'angles et d'accéléromètres provenant de la ligne de transmission de données 130 et il applique ce train de bits à un circuit

convertisseur série-parallèle 142 au moyen d'une ligne 144.

Un circuit de synchronisation 146, associé à un circuit d'horloge et de commande 148 au moyen d'une ligne 150,fait

en sorte que le convertisseur série-parallèle 142 conver-

tisse le train de bits série en un signal parallèle appli-

qué sur des lignes 152. Les données numériques présentes sur les lignes 152 sont ensuite appliquées à un calculateur, qui peut être de type analogique ou de type numérique, de façon à générer des signaux qui représentent la direction du sondage, conformément aux relations décrites dans la

description qui précède. Le dispositif de traitement de

signal 34 comprend également une alimentation 156 qui ali-

mente les divers composants de la sonde par une ligne de transmission d'énergie 158, ainsi que les composants du

dispositif de traitement de signal 34. La ligne de trans-

mission d'énergie 158 fait également partie du câble 32 qui

est représenté sur la figure 1, et elle transmet de l'éner-

gie à un circuit convertisseur d'énergie 160, situé dans la sonde, qui alimente les divers composants de circuit et

instruments tels que les accélérormètres 40, 12 et 44, conte-

nus dans les diverses parties de la sonde.

L'hypothèse selon laquelle la sonde avance ou monte par incréments égaux de façon precise aux deux-tiers de

la longueur de la sonde n'est pas nécessairement une exi-

gence opérationnelle rigide. On peut aisément effectuer des mesures intermittentes avec des incréments plus courts

ou des mesures asynchrones avec la sonde en mouvement conti-

nu, à condition que la longueur du tube de départ 18 soit au moins de 2L., et que l'algorithme-de calcul comporte une certaine forme d'interpolation. On peut utiliser à ce titre le procédé qui est décrit dans la demande de brevet U.S.

096 précitée.

Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté,

sans sortir du cadre de l'invention.

ANNEXE

TABLEAU II

Condition Equation Plage de 0 lax I la y tax I _> layl I axl > layl l ax I L I ayl laxt t layl laxl > 1ay laxI _ layl a 0=tg-1 (\ ax y 0=90o-tg-1 ( ay x 1 ( ay) 0=-900-tg' a 0=180 +tg- 1) 0=-1800+tg-1 ( a 0=90o-tg -1 ax 0=-90 -tgYay ó=-900-g -a

-450 Z 0 4 45

450 Z 0 v 900 -900 L 0 t -45 L 0 t 180 -1800 i 0 4 -135

L 0 L 180

-180 Z 0 t -go0 Polarité a a x y + + + + -- + + - + r'> 4> *DO o -14 -4 o

Claims (8)

REVENDICATIONS

1. Instrument de topographie pour un sondage, caractérisé en ce qu'il comprend: une sonde qui comporte une première partie de sonde (20) et une seconde partie de sonde (22) pouvant être introduites et déplacées dans

un sondage, et un joint (26) qui accouple de façon flexi-

ble la première partie de sonde à la seconde partie de sonde; des moyens de mesure d'angle (50; 74, 76, 78, 79, ) qui sont accouplés fonctionnellement à la sonde de façon à générer des signaux représentant l'angle eoh:re les seconde et première parties de sonde au niveau du joint (26); un dispositif de traitement de signal (34) qui réagit aux signaux d'anjle en générant des signaux qui représentent la direction du sondage; et des moyens

qui réagissent aux signaux d'angle en mesurant la profon-

deur du sondage.

2. Instrument de topographie pour un sondage, caractérisé en ce qu'il comprend: une sonde qui comporte une première partie de sonde (20) et une seconde partie de sonde (22) pouvant être introduites et déplacées dans

un sondage, et un joint (26) qui accouple de façon fle-

xible la première partie de sonde à la seconde partie de sonde; des moyens de mesure d'angle (50; 74,?6, 78, 79, ) qui sont accouplés fonctionnellement à la sonde de façon à générer des signaux représentant l'angle entre les seconde et première parties de sonde au niveau du joint

(26); un dispositif de traitement de signal (34) qui réa-

git aux signaux d'angle en générant des signaux qui repré-

sentent la direction du sondage; des moyens destinées ge-

nérer un signal d'inclinaison qui représente l'inclinaison

de la première partie de sonde (20) par rapport à la direc-

tion verticale; des moyens destinés à générer un premier des signaux d'angle qui représente l'inclinaison relative

de la seconde partie de sonde (2) par rapport à la pre-

mrière partie de.onde (20), er un s',-ond des signaux d'an-

gle qui représcntc i'azimut relatif de la seconde partie de sonde par rapporr à la premièr, partleu de sonde; et des moyens destines A générer à partir du signal d'inclinaison un signal de composante horizontale représentant le sinus de la combinaison du signal d'inclinaison et du signal

d'inclinaison relative.

3. Instrument selon la revendication 2, caracté-

risé en ce que le dispositif de traitement de signal (34) comprend des moyens destinés à générer un signal de sinus d'azimut qui représente le sinus d'un signal comprenant le signal d'azimut relatif et un signal de cosinus d'azimut représentant le cosinus d'un signal comprenant le signal

d'azimut relatif.

4. Instrument selon la revendication 3, caracté-

risé en ce que le dispositif de traitement de signal (34)

comprend des moyens destinés à combiner le signal de pro-

jection horizontale avec le signal de cosinus d'azimut pour générer un signal qui représente un incrément de la

projection horizontale du sondage dans une première direc-

tion.

5. Instrument selon la revendication 4, caracté-

risé en ce que le dispositif de traitement de signal (34)

comprend des moyens destinés à combiner le signal de pro-

jection horizontale avec le signal de sinus d'azimut pour

générer un signal qui représente un incrément de la pro-

jection horizontale du sondage dans une seconde direction.

6. Instrument selon la revendication 2, carac-

térisé en ce que le dispositif de traitement de signal (34) comprend des moyens destinés à combiner le signal d'inclinaison avec le signal d'inclinaison relative, pour

donner un signal d'inclinaison combiné, et des moyens des-

tinés à générer un signal représentant le cosinus du si-

gnal d'inclinaison combiné qui représente un incrément de

la profondeur du sondage.

7. Instrument selon la revendication 5, caracté-

risé en ce que les moyens destinés à générer le signal de

sinus d'azimut et le signal de cosinus d'azimut compren-

nent des moyens destinés à générer un signal représentant

le sinus d'un signal qui comprend au moins en partie le si-

gnal d'inclinaison, et dts moyens destinés à diviser se si-

gnal d'azimut relatif par le signal de sinus d'inclinaison.

8. Instrument selon la revendication 5, caracté-

risé en ce que le joint (26) comprend des moyens (48) des-

tinés à empacher la rotation de la première partie de sonde

(20) par rapport à la seconde partie de sonde (22).