FR2535468A1 - Generateur d'ondes sismiques periodiques en bas d'un trou - Google Patents

Abstract

LE GENERATEUR D'ONDES SISMIQUES PERIODIQUES EN BAS D'UN TROU DE L'INVENTION 10 EST DESTINE A EMETTRE UNE VIBRATION D'ONDES DE ROTATION D'UNE MANIERE PREDOMINANTE ET DE FREQUENCE VARIABLE DANS DES STRATES TERRESTRES ENTOURANT UN TROU DE FORAGE. IL COMPREND UN CARTER UNITAIRE RELIE EN FONCTIONNEMENT A UN MOYEN DE COMMANDE EN HAUT DU PUITS 16 PAR UN CABLAGE DE SUPPORT ET ELECTRIQUE ET UN MOYEN DE FIXATION 18 POUR FIXER DE FACON SELECTIVE LE CARTER AUX PAROIS DU TROU DE FORAGE. IL COMPREND EN OUTRE UN OSCILLATEUR PNEUMATIQUE DE VITESSE VARIABLE 28 ET UN RESERVOIR PNEUMATIQUE INDEPENDANT 22 POUR PRODUIRE A LA SORTIE DU GENERATEUR DES ONDES SISMIQUES BALAYEES EN FREQUENCE DANS UNE GAMME DE FREQUENCES DISCRETE; APPLICATION AU MATERIEL D'EXPLORATION GEOPHYSIQUE.

Description

La présente invention concerne la génération de

signaux sismiques utilisables pour déterminer les carac-

téristiques structurales de strates terrestres et elle a trait plus particulièrement, sans que ce soit limitatif, à un générateur d'ondes sismiques périodiques au fond

d'un trou pour l'émission de vibrations d'ondes de rota-

tion balayées en fréquence d'une manière prédominante et

variables dans des formations de strates terrestres entou-

rant un trou de forage.

Lés procédés pour mener une exploration par ondes sismiques comprennent la production et l'émission d'ondes sismiques à travers la surface de la terre et la mise en

place de récepteurs de géophone à des endroits stratégi-

ques dans la zone intéressante pour recevoir les signaux

réfléchis Ces signaux réfléchis sont ensuite mis en cor-

rélation avec la source des ondes de choc sismiques pour essayer de déterminer les caractéristiques des strates

terrestres dans la zone intéressante.

On a largement utilisé des charges explosives com-

me source de ces ondes sismiques mais elles ont plusieurs inconvénients dont l'un d'eux est les caractéristiques

imprévisibles des sources explosives.

Avec la mise au point d'un équipement de réception compliqué, on est maintenant en mesure d'induire dans la

terre des signaux de vibrations de basse fréquence et d'é-

tablir électroniquement une corrélation entre le signal réfléchi et le signal de source Un procédé principal pour induire une vibration terrestre a consisté à produire des ondes de rotation en faisant vibrer une plaque de base de surface mise en contact avec la terre Cependant, afin

d'obtenir la force de vibration voulue, il a fallu dispo-

ser de véhicules extrêmement grands pour maintenir la pla-

que de base contre la terre.

Un autre problème associé à ce procédé est l'atté-

nuation du signal quand il traverse les couches superfi-

cielles plus molles de la terre, ce qui limite beaucoup la profondeur effective d'exploration En fait, on a déterminé que les sources d'ondes sismiques périodiques engendrées à la surface perdaient jusqu'aux deux tiers de l'énergie d'entrée des ondes de surface ou de Rayleigh

tandis qu'une partie importante du signal restant consti-

tué d'ondes de pression (p) et d'ondes de rotation (s)

étaient atténuées dans les couches poreuses superficiel-

les de la terre Ces couches poreuses superficielles s'é-

tendent souvent sur des profondeurs allant jusqu'à 915 m.

Quand les ondes de rotation sont au-dessous des couches superficielles, elles se propagent très bien pour produire des informations sismiques évaluables On s'est rendu compte que les ondes de rotation réfléchies à des profondeurs importantes étaient extrêmement utiles pour déterminer des gaz et des liquides souterrains tels que

du magma fondu, des fluides géothermiques, des combusti-

bles fossiles et autres matières analogues.

Afin d'éviter cet inconvénient inhérent, diffé -

rents essais ont été faits pour placer une source d'ondes

sismiques à l'intérieur d'un trou de forage à des profon-

deurs au-dessous des couches poreuses superficielles Des exemples typiques de ces dispositifs sont décrits dans le brevet d'invention des E U A n 3 221 833 de Malmberg, accordé le 7 décembre 1965-et intitulé " Geophysical Bore Hole Apparatus" et dans le brevet des E U A n 3 718 205 de Fair et aliaccordé le 27 février 1973 et intitulé "Bore Hole Seismic Transducer" Cependant, ces dispositifs n'ont joui que d'un succès limité en raison d'un couplage

inefficace avec la paroi de trou de forage et de l'utili-

sation de sources d'entraînement de fluide placées en haut

du puits nécessitant une tuyauterie en bas du trou compli-

quée. Le brevet d'invention des E U A n 3 909 776 de Brooding et al, accordé le 3 septembre 1977 et intitulé "Fluid Oscillator Seismic Source" reconnaît la valeur

d'induire des ondes sismiques de fréquence variable à par-

tir d'une source en bas d'un trou, mais on a encore été goné par la source d'entraînement de fluide placée en haut du puits en ayant à maintenir une pression de fluide

d'un bout à l'autre d'un tuyau allongé ou d'un anneau.

Un autre inconvénient produit avec l'utilisation d'un oscillateur d'ondes sismiques de fréquence variable est que, typiquement quand la fréquence du piston ou du "marteau" d'oscillateur augmente, la puissance de Ilim 2 pulsion sismique diminue, d'o il résulte une diminution non voulue de l'amplitude de l'onde sismique résultante

sur le balayage en fréquence.

Quand on utilise un équipement en haut du puits pour fournir la source d'entraînement de fluide, il faut souvent que l'équipement en surface constitué de pompes et d'éléments analogues soit arrêté pendant le temps o les signaux réfléchis sont reçus pour obtenir un faible

rapport signal/bruit, ce qui complique et gêne encore l'u-

tilisation de générateurs d'ondes sismiques en bas d'un

trou existants.

On a suggéré dans la technique que le problème d'atténuation de signal pouvait être atténué en creusant plusieurs trous de forage à des endroits stratégiques,dans

la zone intéressante Une source d'ondes sismiques pério-

diques est alors abaissée dans un des trous de forage tan-

dis que des récepteurs de géophone sont abaissés dans les

autres trous Bien que ce dispositif semble avoir une va-

leur, le problème concernant les sources d'ondes sismiques en bas du trou existantes tel qu'on l'a mis en évidence

plus haut est encore prédominant.

La présente invention fournit un générateur d'on-

des sismiques en bas d'un trou pour émettre des ondes de

rotation sismiques de fréquence variable dans des forma-

tions de strates terrestres entourant un trou de forage

et qui est conçu pour éviter les inconvénients ci-dessus.

Ce dispositif comprend un carter unitaire allongé qui peut être fixé à la paroi de trou de forage et qui est relié en fonctionnement à un dispositif de commande

électrique situé-en haut du puits par des câbles électri-

ques et des câbles de support Le dispositif est compati-

ble avec un câble d'enregistrement standard commercialisé contenant à la fois des fils électriques et des lignes de

support dans un seul câble.

Le carter contient un générateur d'ondes sismiques qui comprend d'une manière générale un réservoir pneumati- que indépendant qui est chargé avec un gaz tel que de i

l'air avant d'abaisser le générateur dans le trou de fora-

ge Le réservoir est relié en fonctionnement à un piston'

ou un marteau alternatif par l'intermédiaire d'une soupa-

pe commandée électriquement à vitesse variable qui est

commandée du haut du puits.

Un dispositif de fixation est prévu à la partie

inférieure du carter, ce dispositif comportant des élé-

ments de sabot extensibles transversalement et disposés

d'une manière opposée qui peuvent être étendus vers l'ex-

térieur en étant en contact rigide avec la paroi de trou de forage pour conduire une vibration sismique du marteau

alternatif jusque dans les strates terrestres environnan-

tes.

Le réservoir pneumatique comprend un cylindre al-

longé dans lequel est disposé un piston de commande bidi-

rectionnelle Ce piston de commande est relié mécanique-

ment à un moteur électrique capable d'entraîner le piston

dans chaque sens Chaque extrémité du cylindre est pour-

vue de passages d'air qui sont en communication avec le marteau alternatif par l'intermédiaire d'une soupape de commande de marteau La soupape de commande de marteau est elle-meme reliée en fonctionnement au moteur de vitesse

variable mentionné plus haut -

Le marteau alternatif est monté librement dans une chambre allongée disposée longitudinalement dont chaque extrémité est reliée par des orifices et des passages à la soupape de commande de marteau Le marteau est agencé pour vibrer par de l'air comprimé envoyé en force à partir du réservoir et appliqué alternativement à chaque c&té de la chambre de marteau Quand l'air comprimé est

appliqué à une extrémité de la chambre de marteau, l'ex-

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trémité opposée est amenée jusqu'au côté à faible pres-

sion du piston de commande pneumatique Par conséquent, quand le piston de commande pneumatique a parcouru toute la longueur du cylindre, on peut inverser son sens pour obtenir cè-même gaz sous pression pendant une course in- verse. Comme on l'a déjà établi, on s'est rendu compte que, lorsque la fréquence du marteau augmente, il y a une chute de puissance, ce qui réduit l'amplitude de sortie

des ondes sismiques engendrées par le marteau Ce problè-

me est réduit d'une manière importante ou éliminé par la

conception du marteau alternatif et de la chambre de mar-

teau La configuration du marteau et le calibrage des pas-

sages d'air associés à celui-ci sont définis de manière à ce qu'une partie de l'air reste dans le marteau pendant

un échappement pour obtenir un effet amortisseur ou élas-

tique Cette caractéristique est combinée avec la sélec-

tion d'une masse de marteau pour produire une fréquence de résonance juste au-delà de la fréquence de fonctionnement

maximale de l'onde sismique engendrée.

Par conséquent, quand la fréquenced'oscillation du marteau approche l'extrémité supérieure de son intervalle de variation en fréquence, le marteau approche un état

de résonance, d'o il résulte un taux augmenté de léner-

gie de sortie par rapport à l'énergie d'entrée de sorte

que, bien que l'énergie d'entrée soit décroissante, l'é-

nergie de sortie est maintenue à peu près constante.

Le dispositif de fixation comprend d'une manière

générale deux éléments de sabot extensibles vers l'exté-

rieur ayant des surfaces extérieures en dents de scie pour être mises en contact avec la paroi du trou de forage ou avec un élément de carter monté dans celui-ci Les éléments

de sabot sont reliés à des bras de couplage qui sont eux-

memes portés par une tige filetée allongée La tige est couplée à l'arbre d'un servomoteur à mouvement réversible

pour opérer dans chaque sens et être bloquée à toute posi-

tion voulue.

De là-vient que la présente invention fournit un dispositif qui est mécaniquement indépendant en ne nécessitant que des câbles électriques et de support

s'étendant jusqu'en haut du puits.

La présente invention a pour but de fournir un générateur d'ondes sismiques périodiques en bas

d'un trou pour émettre des vibrations d'ondes de ro-

tation dans les gammes de basses fréquences discrètes à l'intérieur d'une formation de strates terrestres entourant un trou de forage, un marteau oscillant agencé pour que la fréquence de résonance du marteau oscillateur soit juste au-dessus de l'intervalle de fréquences de fonctionnement pour augmenter l'efficacité du marteau aux niveaux de fréquence supérieurs, ce qui permet d'obtenir une réponse de sortie relativement uniforme, un réservoir pneumatique indépendant pour entraîner le marteau oscillant, un réservoir pneumatique indépendant qui utilise un piston de commande bidirectionnelle pour fournir de l'air sous pression au marteau oscillant quand il entraîne le piston dans chaque sens en fournissant ainsi une source d'air pouvant être recyclée en bas d'un trou, un générateur d'ondes sismiques périodiques en bas d'un trou comportant un dispositif de fixation de

construction simple et efficace en fonctionnement.

D'autr Eecaractéristiques et avantages de la

présente invention seront mis en évidence dans la des-

cription suivante, donnée à titre d'exemple non limi-

tatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels Figure 1 est une vue en coupe en élévation d'un trou de forage contenant un générateur d'ondes sismiques selon la présente invention; Figure 2 est un schéma fonctionnel du générateur d'ondes sismiques de la Figure 1; Figures 3 A-3 E sont des vues en coupe segmentaires

du générateur d'ondes sismiques en bas d'un trou dans les-

quelles:-Figure 3 A représente l'extrémité de support de

câble du générateur, Figures 3 B et 3 C représentent le seg-

ment de réservoir pneumatique indépendant, Figure 3 D re-

présente la partie de marteau oscillant, Figure 3 E repré -

sente le dispositif de fixation avec les éléments de sabot partiellement étendus; Figures 4 et 5 sont des vues en coupe d'extrémité de la section de réservoir prises le long respectivement des lignes interrompues 4-4 et 5-5 de la Figure 3 C; Figures 6 A et 6 B représentent schématiquement un

exemple de réalisation d'une soupape de commande direc-

tionnelle contenue dans la section de réservoir; Figures 7-11 sont des vues en coupe d'extrémité

de la section de marteau oscillant prises le long des li-

gnes interrompues 7-7, 8-8, 9-9, 10-10 et 11-11, respecti-

vement, de la Figure 3 D; Figures 12 et 13 représentent schématiquement un

exemple de réalisation de la soupape de commande de mar-

teau de la section de marteau oscillant; Figure 14 est une vue en coupe du dispositif de

fixation de la Figure 3 E avec les éléments de sabot com-

plètement rentrés;

Figure 15 est une vue en coupe d'extrémité du dis-

positif de la Figure 14 prise le long de la ligne inter-

rompue 15-15; et Figure 16 est une vue du dispositif de fixation de

la Figure 14 tourné de 90 degrés.

On va se référer maintenant en détail aux dessins o la référence numérique 10 indique dans son ensemble un générateur d'ondes sismiques périodiques en bas d'un trou suspendu dans un trou de forage 12 au moyen d'un ensemble

de câbles 14 qui est relié en fonctionnement à un dispo-

sitif de commande 16 situé en haut du puits.

La Figure 1 représente dans son ensemble un moyen de couplage et de fixation 18 qui sert à fixer rigidement

le générateur d'ondes sismiques 10 en le mettant en con-

tact avec la paroi de trou-de forage 12.

La Figure 2 représente un générateur d'ondes sis- miques 10 qui est commandé électriquement à partir du

haut du puits 16 pour fournir des ondes sismiques engen-

drées périodiquement destinées à être reçues par un ou plusieurs récepteurs de géophone indiqués d'une manière générale par la référence numérique 20 qui peuvent être placés à des endroits stratégiques à la surface ou qui

peuvent être disposés dans des trous de forage voisins.

Le dispositif situé en bas du trou comprend dans

son ensemble un réservoir pneumatique indépendant 22 com-

portant un moteur d'entratnement de piston 24 pour four-

nir un gaz ou de l'air sous pression à une soupape de com-

mande directionnelle 26 La soupape de commande direction-

nelle fournit elle-même le gaz comprimé à un oscillateur pneumatique disposé longitudinalement 28, la fréquence d'oscillation étant contrôlée par un moteur électrique de

vitesse variable 30 On peut renvoyer l'air qui a traver-

sé l'oscillateur 28 du côté à basse pression du réservoir pneumatique par l'intermédiaire de la soupape de commande

directionnelle pour sa réutilisation d'une manière qui se-

ra expliquée dans la suite Le coupleur de fixation 18

est un dispositif électromécanique pour fixer d'une maniè-

re sélective le dispositif en bas du trou 10 pour qu'il soit en contact rigide avec la-paroi de trou de forage, ce qui permet de transmettre l'énergie de l'oscillateur

28 jusqu'aux strates terrestres entourant le trou de fora-

ge 12 Le dispositif de fixation est actionné par un ser-

vomoteur électrique 32.

On va se référer maintenant aux Figures 3 A à 3 E

o le générateur en bas du trou 10 comprend un carter cy-

lindrique allongé 34 qui est physiquement supporté par

l'ensemble de câbles 14 par l'intermédiaire d'un disposi-

tif de couplage de câble indiqué dans son ensemble par

la référence numérique 36 L'ensemble de câbles 14 com-

prend un câblage de support et un câblage électrique, le câblage électrique comprenant les deux lignes de transmission électriques pour faire fonctionner les moteurs électriques en bas du trou en plus des lignes de commande de signaux électriques Le câblage de support est fixé au

carter 34 au moyen du dispositif de couplage 36 bien con-

nu dans la technique tandis que les câbles électriques

traversent un connecteur indiqué par la référence numéri-

que 38 pour faciliter la séparation du dispositif en bas

du trou de l'ensemble de câbles.

Un premier segment de carter 40 contient le moteur électrique à mouvement réversible 24 qui comporte un arbre rotatif de sortie 42 L'arbre de sortie 42 est relié en fonctionnement à une extrémité d'une tige filetée allongée 44 au moyen d'un élément de couplage mécanique 46, ce qui permet à la tige 44 de tourner avec l'arbre de sortie de moteur 42 La tige 44 est tourillonnée dans un deuxième

segment de carter 48 D une extrémité de la tige 44 s'éten-

dant à travers une plaque de séparation 50.

Un troisième segment de carter 52 contient le ré-

servoir pneumatique 22 Un piston pneumatique hermétique 54 est disposé pour avoir un mouvement de va-et-vient dans le réservoir pneumatique 22 et il est porté par une tige de piston creuse allongée 56 L'extrémité supérieure ou

extérieure de la tige de piston 56 est pourvue d'un man-

chon fileté intérieurement 58 qui est monté par filetage autour de la tige allongée 44 Le manchon 58 et la tige

de piston associée 56 sont montés d'une manière coulissan-

te dans un écrou-raccord 60 qui est lui-même porté par une

partie pleine 62 qui sépare les segments de carter 48 et 52.

Le manchon 58 est empêché de tourner avec la tige filetée

44 au moyen d'un guide allongé 64 et d'un doigt associé 66.

Le guide 64 est monté à l'intérieur du segment de carter 48 tandis que le doigt 66 est fixé-au manchon 58 Ainsi, par la rotation de la tige filetée 44,le manchon 58 et la tige de piston associée 56 coulissent longitudinalement dans l'écrou-raccord 60, ce qui imprime un mouvement de

va-et-vient au piston 54.

Un premier passage de pression pneumatique 68 est

prévu dans le segment de carter 52, son extrémité supé-

rieure débouchant sur l'extrémité supérieure du réser-

voir 22 indiquée par la référence numérique 70 L'extré-

mité opposée du passage 68 est reliée à un clapet uni-

directionnel ou de retenue 72 porté par la soupape de commande directionnelle 26 qui est disposée à l'extrémité opposée ou inférieure du réservoir pneumatique 22 Un deuxième passage d'air de retour 74 est prévu dans le segment de carter 52, une de ses extrémités débouchant sur l'extrémité supérieure du réservoir pneumatique 22

indiquée par la référence numérique 76 L'extrémité oppo-

sée du passage 74 est reliée à un deuxième clapet unidi-

rectionnel ou de retenue 78 qui est également porté par

la soupape de commande directionnelle 26.

L'extrémité inférieure du passage pneumatique 22

est en communication avec la soupape de commande direction-

nelle 26 au moyen d'un passage de pression 80 et d'un pas-

sage de retour 82 Le passage de pression 80 est relié à un clapet unidirectionnel ou de retenue 84 tandis que le passage de retour 82 est relié à un clapet de retenue 86,

les deux clapets étant contenus dans la soupape de comman-

de directionnelle 26 L'extrémité inférieure de la soupa-

pe de commande directionnelle 26 est reliée à un passage

de pression 88 et à un seul passage de retour 90.

Par conséquent, si le moteur électrique à mouve-

ment réversible 24 est agencé pour faire tourner la tige d'actionnement 44 dans un premier sens, le piston 54 est

déplacé vers le bas, ce qui provoque le passage d'air com-

primé Par le passage 80, le clapet de retenue 84 et dans

le passage de pression 88 Le clapet de retenue 72 empê-

che l'air de traverser le passage 68 jusqu'à l'extrémité supérieure de la chambre pneumatique 22 En même temps, de l'air de retour provenant du passage 90 peut traverser

le clapet de retenue 78 contenu dans la soupape de comman-

2535468.

-11 de directionnelle 26 et le passage 74 jusqu'à l'extrémité

supérieure de la chambre pneumatique 22.

Pareillement, quand le moteur 24 tourne dans le sens inverse, de l'air comprimé provenant de l'extrémité supérieure du piston traverse le passage 68, le clapet de retenue 72 jusqu'au passage de pression 88 et pareillement, de l'air de retour traverse ensuite le clapet de retenue

78 et le passage de retour 82.

Le passage de pression 88 et le passage de retour 90 sont interrompus par une soupape 91 destinée à bloquer sélectivement les passages En fermant la soupape 91, on

peut déplacer le piston 54 dans un sens de manière à char-

ger effectivement le réservoir pneumatique avec de l'air sous pression qui libère l'air comprimé à l'ouverture de la soupape 91 jusqu'à la section de marteau oscillateur

comme on l'expliquera dans la suite.

Le réservoir pneumatique et le piston associé peu-

vent ainsi fournir de l'air comprimé pendant la course

vers le bas du piston 54-ou pendant sa course en sens in-

verse Le segment de carter 52 contient également un pas-

sage de câble 92 qui est représenté sur les Figures 4 et 5.

Un quatrième segment de carter 94 est fixé à l'ex-

trémité inférieure du segment 52 et contient le moteur

d'oscillateurdevitesse variable 30 Le passage de pres-

sion 88 et le passage de retour 90 sont prévus à travers la paroi du segment de carter 94 Pareillement, le passage

de câble 92 traverse celle-ci.

Un bloc 96 est prévu à l'extrémité infé-

rieure du moteur 30 et sert de tubulure respectivement pour les passages de pression et de retour 88 et 90 Un arbre de sortie rotatif 98 du moteur 30 est prévu avec un prolongement d'arbre 100 qui est tourillonné dans le bloc 96 et qui s J'étend dans celui-ci jusque dans un cinquième segment de carter 102 Un élément de soupape rotatif 104 est tourillonné dans le segment de carter 102 et il est relié au prolongement d'arbre rotatif 100 par une clef 106 représentée sur la Figure 9 L'élément de soupape

rotatif 104 est de forme cylindrique et comporte deux alé-

sages longitudinaux espacés 108 et 110.

L'extrémité inférieure de l'élément ou bloc 96 est pourvue d'alésages longitudinaux disposés d'une manière opposée à sa périphérie extérieure qui sont re-

liés à et font partie respectivement des passages de pres-

sion et de retour 88 et 90 L'extrémité inférieure de l'a-

lésage 88 se termine à l'extrémité inférieure du bloc 96 et elle est ouverte pour être en communication avec une rainure ou cavité s'étendant vers l'intérieur 112 qui se

* termine par une cavité circulaire 114 comme on l'a repré-

sentée sur la Figure 8 Pareillement, l'alésage 90 est en communication avec une rainure ou cavité s'étendant vers l'intérieur 116 semblable qui se termine dans une cavité circulaire 118 Les cavités circulaires 114 et 118 sont

situées des cotés opposés du centre de l'extrémité infé-

rieure du bloc 96 et sont écartées de la même distance que les alésages longitudinaux 108 et 110 de l'élément de soupape rotatif 104 Les alésages 108 et 110 sont en communication intermittente avec les cavités 114 et 118 et

les rainures 112 et 116 quand l'élément 104 est rendu tour-

nant.

Une chambre d'oscillateur disposée longitudinale-

ment 120 est contenue à l'intérieur du segment de carter 102 juste' audessous de l'élément de soupape rotatif 104 Un piston ou marteau oscillant 122 est disposé d'une manière coulissante à l'intérieur de la chambre 120 pour avoir un mouvement oscillant induit d'une manière qui sera

expliquée dans la suite.

Si l'on se réfère aux Figures 3 D et 10, on voit que quatre orifices 124, 126, 128 et 130 sont espacés de

degrés entre eux et qu'ils sont en communication in-

termittente avec les passages longitudinaux 108 et 110 quand l'élément de soupape rotatif 104 tourne Les

orifices 124 et 126 qui sont espacés de 90 degrés sont re-

liés dans un état ouvert de communication avec l'extrémité supérieure de la chambre d'oscillateur 120 L'orifice 124 sert d'orifice de pression tandis que l'orifice 126 sert d'orifice de retour d'une manière qui sera expliquée dans

la suite.

Les orifices 128 et 130 qui sont espacés de 90 de-

grés sont reliés à l'extrémité inférieure de la chambre d'oscillateur 120 respectivement par l'intermédiaire de passages longitudinaux 132 et 134 Le passage 132 sert de

passage de retour tandis que le passage 134 sert de passa-

ge de pression.

En fonctionnement, le mouvement oscillant du mar-

teau 122 est prévu comme suit: la rotation de l'élément de soupape rotatif 104 est effectuée par le moteur

de vitesse variable 30.

Quand l'élément de soupape rotatif est dans

la position représentée sur la Figure 9, de l'air compri-

mé provenant du réservoir pneumatique 22 pénètre dans la rainure 112 à partir du passage 88 dans le bloc 96 La

pression est alors appliquée par l'intermédiaire du passa-

ge 108 de l'élément de soupape rotatif 104 dans l'ori-

fice 130 et à l'extrémité inférieure de la chambre d'oscil-

lateur 120 par l'intermédiaire du passage 134, ce qui a pour effet de déplacer le marteau ou le piston 122 vers

le haut ou vers la droite comme on l'a indiqué sur la Fi-

gure 3 D.

De l'air d'échappement en provenance de l'extrémi-

té supérieure de la chambre d'oscillateur 120 sort par l'orifice 126 et par le passage 110 de l'élément de

soupape rotatif 104, et par la rainure 116 et le passa-

ge de retour 90.

Dans le cas o l'élément de soupape rotatif

se déplace dans le sens contraire des aiguilles d'une mon-

tre comme on l'a représenté sur la Figure 9, quand le pas-

sage 110 vient en alignement avec l'orifice 124, il est aussi en alignement avec la cavité 114 en-recevant de l'air

comprimé du passage 88, ce qui permet d'appliquer une pres-

sion à l'extrémité supérieure de la chambre d'oscillateur

en provoquant le déplacement du piston vers le bas.

L'air d'échappement de l'extrémité inférieure de la cham-

bre d'oscillateur 120 est dirigé dans le passage 132 et l'orifice 128 o il retraverse le passage d'élément de

soupape rotatif 108 pour aller jusque dans le passa-

ge de retour 90 du bloc 96.

Quand l'élément de soupape rotatif 104 con-

tinue à se déplacer dans le sens contraire des aiguilles

d'une montre de 90 degrés, le processus est inversé et ré-

pété, ce qui imprime un mouvement oscillant au marteau 122.

Par conséquent, il est évident que pour chaque rotation de 360 del'élément de soupape rotatif 104, le marteau

122 accomplit deux oscillations.

En outre, on s'est rendu compte qu'avec un cali-

brage approprié des orifices de retour 126 et 128 ou pour celui-ci n'importe o le long des passages de retour, l'air d'échappement tend à être refoulé et à provoquer un effet amortisseur ou élastique à chaque extrémité du parcours du marteau oscillant 122 En contrôlant la masse du marteau

oscillant ainsi quele resserrgnentt de passage d'air de re-

tour, on peut régler la fréquence de résonance du marteau

oscillant entre des limites.

On a également déterminé que, lorsque la vitesse

de rotation de l'élément de soupape rotatif 104 aug-

mente, l'efficacité pour diriger l'air jusqu'au marteau oscillant diminue, ce qui a pour effet dans des conditions ordinaires de diminuer l'énergie sismique_ de sortie

du marteau oscillant quand la fréquence d'oscillation aug-

mente Cependant, en réglant la fréquence de résonance du marteau oscillant légèrement au-dessus de la fréquence maximale d'oscillation, quand le marteau approche de sa fréquence de résonance, l'énergie de sortie est augmentée, ce qui permet de maintenir essentiellement uniforme le taux d'énergie d'entrée par rapport à l'énergie de sortie en produisant ainsi des vibrations sismiques d'amplitude

à peu près constante dans toute la gamme de fréquences.

On notera également que le passage de câble 92

s'étend dans le segment de carter 102 comme on l'a repré-

senté sur les Figures 8 à 11.

Le cinquième segment de carter le plus bas 140

contient un dispositif de fixation 18 et son moteur d'en-

tratnement associé 32 Le moteur 32 est pourvu d'un arbre d'entraînement s'étendant vers le bas 144 qui est lui-ms me relié en fonctionnement à une tige filetée d'entraîne- ment particulièrement allongée 146 par l'intermédiaire

d'un dispositif de couplage 148.

La partie inférieure du segment de carter 140 com-

prend deux fentes allongées disposées d'une manière oppo-

sée dont l'une d'elles est représentée sur la Figure 16

o elle est indiquée par la référence numérique 150 L'ex-

trémité inférieure du carter 34 est pourvue d'une plaque d'extrémité 152 comportant une cavité formée en son centre 154.

La tige d'entraînement 146 comprend une partie fi-

letée d'extrémité inférieure 156 placée au voisinage d'un segment lisse 158 L'extrémité supérieure de la tige 146

comporte une deuxième partie de tige lisse 160 se termi-

nant dans une tête ou élément de torsion polygonal 162.

L'élément-de couplage 148 est pourvu d'un manchon

inférieur 164 qui a une forme de section transversale po-

lygonale compatible avec l'élément de torsion 162 qui sert

à imprimer un mouvement de rotation à la tige d'entraine-

ment 146 tout en permettant un mouvement longitudinal de

la tige d'entraînement par rapport à l'élément de coupla-

ge 148.

Le dispositif de fixation 18 comprend en outre deux éléments de sabot 166 et 168 disposés d'une manière opposée et extensibles vers l'extérieur qui sont mobiles

transversalement dans les fentes allongées 150 Les sur-

faces extérieures des éléments de sabot 166 et 168 sont moletées comme on l'a indiqué par la référence numérique

sur la Figure 16 pour augmenter leur contact de ser-

rage avec la paroi de trou de forage 12 L'extrémité infé-

rieure de l'élément de sabot 166 est relié en fonctionne-

ment à la tige d'entraînement 146 au moyen d'un bras de couplage 172 et d'un manchon 174 Le manchon 174 est monté

par filetage sur la partie filetée 156 de la tige d'en-

trainement 146 et comporte une partie inférieure 176 qui est disposée réciproquement comme un guide dans la cavité 154 de la plaque d'extrémité 152 Le bras de couplage'172 est fixé d'une manière pivotante à chaque extrémité par

des axes 178 et 180.

Pareillement, l'extrémité inférieure de l'élément de sabot 168 est fixée d'une manière pivotante au manchon -174 par un bras de couplage semblable 182, les bras de couplage 172 et 182 étant placés pour former-un angle avec l'axe longitudinal afin de constituer une disposition de levier en ciseaux comme on l'a représenté sur les-Figures

3 E et 14 La partie cylindrique lisse 158 de la tige d'en-

trainement 146 est pourvue d'un manchon 184 qui est espacé au-dessus du manchon 174 La tige d'entraînement 146 est

libre de tourner à l'intérieur du manchon 184 et le man-

chon 184 est maintenu en place sur la tige-d'entrainement par un collier inférieur 186 et un axe associé 187 et par un bouchon coulissant allongé supérieur 188 Le bouchon 188 est alésé pour recevoir la partie de tige 160 de la tige d'entraînement et il comporte une partie à épaulement qui permet de s'assurer que le bouchon 188 se déplace

longitudinalement avec la tige d'entraînement 146.

Des joints étanches aux fluides placés entre l'é-

lément de fixation 18 et le moteur d'entraînement 32 sont constitués par des joints toriques 192 et 194 qui sont

montés sur le bouchon 188 et sur la partie de tige d'en-

tra;nement 160, respectivement.

L'extrémité supérieure de l'élément de sabot 166 est reliée d'une manière pivotante au manchon 184 par un bras de couplage 196 tandis que l'extrémité supérieure de l'élément de sabot 168 est reliée de manière pivotante au manchon 184 par un bras de couplage 198 Les bras de

couplage 196 et 198 sont aussi placés pour former un an-

gle avec la tige d'entraînement 146 dans une disposition de levier en ciseaux opposée aux bras de couplage 172 et 182. La disposition des bras de couplage est telle que,

lorsque les manchons 174 et 184 sont amenés à se rappro-

cher, les bras de couplage forcent les éléments de sabot de fixation 166 et 168 à venir en contact vers l'extérieur avec la paroi de trou de forage D'autre part, quand les

manchons 174 et 184 sont éloignés l'un de l'autre, les é-

léments de sabot de fixation 166 et 168 sont rentrés dans

les fentes allongées 150 pour qu'ils prennent une posi-

tion dans l'alignement de la structure du carter 134 com-

me on l'a représenté sur la Figure 14.

Le moteur d'entraînement 32 est un servomoteur à

mouvement réversible qui peut entraîner les éléments de sa-

bot de fixation jusqu'à une position voulue et maintenir les éléments à cette position jusqu'à ce que le moteur 32

soit à nouveau mis en fonctionnement.

En fonctionnement, on suppose que les éléments de fixation commencent à se déplacer à partir d'une position rentrée comme on l'a indiquée sur la Figure 14 et que la

partie filetée 156 de la tige d'entraînement 146 est cons-

tituée de filets à droite La rotation de la tige d'entrait=

nement 146 dans le sens contraire des aiguilles d'une mon-

tre comme on l'a représenté sur la Figure 15 a pour effet que le manchon 174 commence à se déplacer vers le haut ou vers la droite comme on l'a indiqué sur la Figure 14, ce qui force l'extrémité inférieure des éléments de sabot de

fixation 166 et 168 vers l'extérieur Quand la partie in-

férieure des éléments de sabot ne peut plus étre étendue

ou maintenue en haut, la rotation de la tige d'entraîne-

ment 146 provoque alors le mouvement vers le bas ou vers la gauche de la tige d'entraînement proprement dite et du

manchon supérieur 184 comme on l'a représenté sur la Fi-

gure 14, ce qui force la partie supérieure des éléments de

sabot 166 et 168 à se déplacer vers l'extérieur La rota-

tion de la tige d'entraînement 146 se poursuit jusqu'à ce

que les éléments de sabot soient étendus comme on l'a re-

présenté sur la Figure 3 E. La rotation de la tige d'entrainement 146 dans le sens inverse provoque alors l'éloignement entre eux des manchons 174 et 184 et ainsi la mise en position rentrée

des éléments de sabot 166 et 168.

On va se référer maintenant aux Figures 6 A et 6 B o la référence numérique 26 A indique une disposition sché- matique d'un second exemple de réalisation de la soupape de commande directionnelle 26 qui contient un élément de soupape 200 comportant un passage en T 202 coupé par une soupape actionnée par solénoïde 203 et un second passage

en T 204 coupé par une seconde soupape actionnée par solé-

noïde 205.

Quand l'élément de soupape 200 est dans la posi-

tion représentée sur la Figure 6 A, le passage de retour

est relié en fonctionnement au passage 82 en fournis-

sant ainsi de l'air d'échappement ou de retour au coté in-

férieur du réservoir pneumatique 22 Simultanément, le

passage en T 202 met en communication le passage de pres-

sion 88 et le passage 68 jusqu'à l'extrémité supérieure

de la chambre réservoir 22.

Quand l'élément de soupape 200 est dans la posi-

tion représentée sur la Figure 6 B, le passage longitudinal 204 relie en fonctionnement les passages 88 et 80 tandis

que le passage en T 202 relie en fonctionnement les passa-

ges 90 et 74.

Sur la Figure 12, la référence numérique 28 A indi-

que dans son ensemble un autre exemple de réalisation du

dispositif à marteau oscillant dans lequel la chambre d'os-

cillateur 120 A contenant un marteau 122 A est reliée en fonc-

tionnement par une soupape à deux positions représentée

schématiquement et indiquée par la référence numérique 206.

Dans la position représentée, la pression dans le passage

88 est envoyée à l'extrémité supérieure de la chambre d'os-

cillateur 120 A tandis que son extrémité inférieure est re-

liée au passage d'échappement 90.

Dans la seconde position o les lignes croisées

sont en communication avec les passages, la pression pro-

venant du passage 88 est dirigée vers l'extrémité infé-

rieure de la chambre de l'oscillateur 28 tandis que l'ex-

trémité supérieure est reliée au passage d'échappement.

On notera que dans cette disposition, on prévoit un res-

serrement de passage d'échappement dans le passage 90 quand il est opposé à l'orifice de chambre d'oscillateur. On va se référer maintenant à la Figure 13 o on

a représenté un troisième exemple de réalisation de l'os-

cillateur à marteau oscillant indiqué dans son ensemble par la référence numérique 28 B, le piston ou marteau étant désigné par 122 B tandis que la chambre d'oscillateur est

désignée par 120 B Une autre disposition de soupape d'os-

cillateur est représentée schématiquement et indiquée par

la référence numérique 208 *Dans cette disposition, on.

peut voir que les passages 210 et 212 sont définis comme des passages de pression tandis que les passages 214 et

216 servent de passages d'échappement.

De ce qui précède il ressort que la présente in-

vention fournit un générateur d'ondes sismiques périodi-

ques en bas d'un trou essentiellement indépendant qui ne nécessite que des lignes électriques et de commande et un

câblage de support reliés au haut du puits.

Bien qu'on ait décrit des exemples de réalisation particuliers de la présente invention en relation avec les

dessins annexés, il est évident qu'on'peut prévoir d'au-

tres modifications de la présente invention telle qu'elle a été expliquée ou suggérée sans sortir pour autant du

cadre de celle-ci.

Claims (9)

REVENDICATIONS

1 Source d'ondes sismiques périodiques placée en bas d'un trou pour fonctionner dans un trou de forage afin de produire des ondes de rotation sismiques dans des strates terrestres environnantes, caractérisée en ce qu'elle comprend: un carter allongé ( 34); un moyen de fixation ( 18) porté par le carter pour fixer rigidement et de façon sélective le carter à la paroi du trou de forage ( 12); un moyen à réservoir pneumatique indépendant ( 22) porté par le carter;

un oscillateur pneumatique longitudinal ( 28) por-

té par le carter; et un moyen à soupape ( 26) relié en fonctionnement

entre le réservoir et l'oscillateur pour commander alterna-

tivement l'oscillateur à des fréquences basses afin de produire d'une manière prédominante des ondes de rotation, des ondes sismiques vibratoires étant ainsi émises par le

moyen de fixation dans les strates terrestres environnan-

tes.

2 Source d'ondes sismiques périodiques selon la

revendication 1, caractérisée en ce que le moyen de fixa-

tion ( 18) comprend plusieurs éléments de sabot espacés radialement ( 166, 168) pouvant être mis en contact avec la

paroi du trou de forage, un servomoteur à mouvement réver-

sible ( 32), et un moyen fileté à levier en ciseaux ( 172, 182,196,198-) relié en fonctionnement entre le servomoteur

et les éléments de sabot pour rentrer ou étendre sélecti-

vement ces éléments de sabot afin qu'ils soient en contact

rigide avec la paroi du trou de forage.

3 Source d'ondes sismique périodiques selon la

revendication 1, caractérisée en ce que ledit moyen à ré-

servoir pneumatique indépendant comprend une chambre d'air pneumatique allongée ( 22), un moteur électrique ( 24) porté

par le carter, un arbre tournant ( 42) relié en fonctionne-

ment au moteur et prolongé dans la chambre d'air et incluant 21-

des moyens ( 44,58,56)pour convertir un mouvement de rota-

tion en un mouvement de va-et-vient, un piston à air ( 54)

placé pour avoir un mouvement de va-et-vient dans la cham-

bre et relié en fonctionnement à l'arbre et à des moyens de passage pneumatiques portés par le carter et comportant un passage de pression ( 68,80) relié en fonctionnement entre la chambre d'air ( 22) et le moyen à soupape ( 26) de sorte que le déplacement longitudinal du piston force le passage d'air comprimé par les moyens de passage jusqu'au

moyen à soupape.

4 Source d'ondes sismiques périodiques selon la revendication 3, caractérisée en ce que le piston à air a une double action et en ce que les moyens de passage pneumatiques comprennent en outre un passage de retour

d'air d'échappement ( 82,74) et une soupape de commande di-

rectionnelle ( 26) en communication avec les deux extrémi-

tés de la chambre d'air ( 22) pour relier le passage de re-

tour à un côté à basse pression du piston d'air quel que

soit son sens de déplacement.

5 Source d'ondes sismiques périodiques selon la

revendication 19 caractérisée en ce que l'oscillateur pneu-

matique longitudinal ( 28) comprend une chambre cylindrique allongée ( 120), des premiers moyens de passage d'air ( 124, 126) reliés en fonctionnement entre une première extrémité de la chambre et le moyen à soupape, des seconds moyens de passage d'air ( 128,130) reliés en fonctionnement entre une seconde extrémité opposée de la chambre et le moyen à

soupape, et un marteau à air ( 122) disposé dans la cham-

bre pour avoir un mouvement de va-et-vient, ledit moyen à soupape ( 26) étant agencé pour fournir sélectivement une rafale d'air comprimé alternativement par lesdits premiers et seconds moyens de passage d'air en faisant osciller

ainsi le marteau dans la chambre pour produire une vibra-

tion sismique périodique à l'intérieur du carter.

6 Source d'ondes sismiques périodiques selon la

revendication 5, caractérisée en ce que le moyen à soupa-

pe comprend un moteur électrique ( 30) et une soupape rota-

tive ( 104)reliée à celui-ci, la soupape rotative compor-

tant deux passages ( 108,110) pouvant être reliés alterna-

tivement aux premiers et seconds moyens de passage d'air

( 124,126,128,130) pour fournir alternativement des liai-

sons sous pression et d'échappement jusqu'à la chambre d'air des côtés opposés du marteau, le moteur électrique

étant un moteur de vitesse variable ( 30) pouvant être ré-

glé en vitesse pour produire une oscillation de marteau

dans une gamme de basses fréquences discrète;.

7 Source d'ondes sismiques périodiques selon la revendication 6, caractérisée en ce que lesdits premiers et seconds moyens de passage d'air ( 124,126,128,130) sont à orifices tels que de l'air reste dans la chambre pendant un échappement en fournissant un ressort d'air pendant

chaque course du marteau, la masse du marteau et le res-

sort d'air étant définis pour produire une fréquence de

résonance associée à ceux-ci dont la valeur est située jus-

te au-dessus de la limite supérieure de ladite gamme de

fréquences discrète.

8 Source d'ondes sismiques périodiques en bas d'un trou pour fonctionner dans un trou de forage afin de produire des ondes de rotation sismiques dans des strates

terrestres environnantes, caractérisée en ce qu'elle com-

prend: un carter allongé ( 34) agencé pour être abaissé dans le trou de forage ( 12) par un moyen de câblage ( 14); un moyen de fixation ( 18) porté par le carter pour fixer rigidement et de façon sélective le carter à la paroi de trou de forage; un oscillateur pneumatique ( 28) porté par le carter pour fournir de l'air comprimé; et

un moyen d'entraînement électromécanique de vi-

tesse variable ( 26,30,104) relié en fonctionnement entre la source de pression pneumatique ( 22) et l'oscillateur pneumatique ( 28) pour produire des ondes sismiques dans

une gamme de basses fréquences discrète.

9 Source d'ondes sismiques périodiques selon la

revendication 8, caractérisée en ce que ledit moyen d'en-

trainement électromécanique de vitesse variable comprend

un moteur électrique de vitesse variable ( 30), une soupa-

pe rotative ( 104) reliée à la sortie du moteur électrique et reliée pneumatiquement entre la sourcede pression ( 22)

et l'oscillateur ( 28) de sorte que la quantité d'air four-

nie à la soupape diminue quand la fréquence de l'oscilla-

teur augmente,et en ce qu'elle comprend des moyens ( 120, 122) portés par l'oscillateur pour produire une énergie sismique de sortie essentiellement uniforme dans ladite

gamme de fréquences discrète.

Source d'ondes sismiques périodiques selon la

revendication 9, caractérisée en ce que lesdits moyens por-

tés par l'oscillateur comprennent une chambre d'oscilla-

teur pneumatique ( 120), un marteau à mouvement de va-et-

vient ( 122) disposé dans la chambre, des moyens à orifices ( 124,126,128, 130) portés par la chambre, et en ce que la masse du marteau et le calibrage des moyens à orifices sont définis en combinaison pour produire une fréquence de résonance juste au-dessus de la limite supérieure de

ladite gamme de fréquences discrète.