FR2563862A1 - Dispositif et procedure pour determiner le point auquel une tige de forage est coincee dans un trou de sondage. - Google Patents

Abstract

APPAREIL POUR LA DETERMINATION DU POINT DE COINCEMENTS D'UNE TIGE DE FORAGE18 DANS UN SONDAGE12, COMPORTANT UN OUTIL DESCENDU PAR CABLE QUI PORTE DES BOBINES EXCITATRICE ET RECEPTRICE AXIALEMENT ESPACEES L'UNE DE L'AUTRE; LA BOBINE EXCITATRICE EST PILOTEE A UNE FREQUENCE BASSE PREFIXEE ET LA TENSION INDUITE DANS LA BOBINE RECEPTRICE EST LIEE A LA PERMEABILITE MAGNETIQUE DE LA TIGE DANS LAQUELLE ON DESCEND L'OUTIL; ON ETABLIT D'ABORD UNE DIAGRAPHIE DE TENSION DE BOBINE RECEPTRICE DE LA SECTION DE TIGE 15A SITUEE DANS LA REGION DU COINCEMENTS PENDANT QUE CETTE REGION EST SOUS CONTRAINTE MECANIQUE SENSIBLEMENT NULLE; ON ETABLIT UNE SECONDE DIAGRAPHIE DE LA MEME REGIONPENDANT QUE LA TIGE EST SOUS CONTRAINTE MECANIQUE; UNE COMPARAISON DES DEUX DIAGRAPHIES PERMET DE DETERMINER LE POINT DE COINCEMENT D'APRES LA DIFFERENCE DE PERMEABILITE MAGNETIQUE ENTRE LA PARTIE DE TIGE SOUS CONTRAINTE SITUEE AU-DESSUS DU POINT DE COINCEMENTS ET LA PARTIE DE TIGE NON CONTRAINTE SITUEE AU-DESSOUS DE CE POINT.

Description

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La présente invention concerne un dispositif et un procédé pour déterminer le point auquel une tige de forage est coincée dans un trou de sondage et, plus particulièrement, un système permettant de déterminer magnêtiquement le point de coincement de la tige sans avoir à fixer l'appareil à la

paroi de la tige.

Pendant le forage de puits de pétrole et de gaz dans des formations terrestres il arrive souvent que la tige

de forage se coince dans le trou de sondage en cours de per-

cement. Ceci peut arriver en raison d'un effondrement ou ébou-

lement de la formation souterraine entourant le trou de son-

dage. Un tel coincement peut aussi être dû à ce que certaines

formations du fond du sondage absorbent du liquide et gon-

flent, ce qui entrave le déplacement de la tige de forage

dans le trou de sondage, ainsi qu'aà de nombreuses autres rai-

sons. Quand ce phénomène se produit, la tige de forage se trouve coincée, l'exploitation cesse et l'on ne peut continuer à approfondir le trou de sondage tant queon n'a pas retir' la tige de forage coincée,

La première phase du dégagement d'une tige de fo-

rage coincée dans un trou de sondage consiste à localiser le point de la longueur du trou de sondage, souvent situé à des centaines de mètres audessous de la surface, auquel la tige est coincée. On a mis au point au cours des ans de nombreuses techniques permettant de localiser le point de coincement de la tige de forage dans le trou de sondage de façon à pouvoir retirer la partie de la tige de forage située au-dessus de la région coincée. La technique la plus populaire consiste à

descendre un outil dans le passage central de la tige de fo-

rage et à fixer à la paroi intérieure de celle-ci deux 616-

ments détecteurs mobiles l'un par rapport à l'autre. On tend

ensuite la tige de forage soit longitudinalement soit en tor-

sion de façon qu'un mouvement relatif éventuel entre les deux éléments indique que ceux-ci sont fixés à la paroi de la tige de forage au-dessus du point de coincement. Bien entendu, les efforts appliqués depuis la surface à la tige de forage ne se manifestent que dans la partie de la tige de forage située au-dessus du point de coincement. Dès que l'on fixe les deux

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détecteurs à la paroi de la tige de forage au-dessous du

point de coincement, des efforts appliqués à la tige de fora-

ge ne provoquent pas de mouvement relatif entre les deux dé-

tecteurs. Ainsi, par une série de mesures et de déplacements des détecteurs le long de l'intérieur de la tige de forage, on localise le point de coincement. Toutefois, des systèmes de ce type ne sont guère satisfaisants parce que la pose et la dépose des éléments détecteurs prend du temps et que, dans l'exploitation d'une installation de forage, le temps revient très cher. En outre, le fait que les détecteurs de coincement fonctionnent par contact oblige à avoir recours à

des moyens mécaniques ou magnétiques très étudiés pour la fi-

xation des éléments détecteurs à la paroi de la tige de fo-

rage.

Une caractéristique connue des conduites ferroma-

gnétiques est que la perméabilité magnétique du matériau va-

rie en fonction des efforts subis par ce dernier. Un autre système détecteur de point de coincement selon la technique

antérieure utilisait ce principe plutôt que l'allongement mé-

canique de la conduite. La mise en oeuvre de cette technique permet de réaliser et d'utiliser un détecteur de coincement

fonctionnant sans contact qui n'a pas à porter contre la pa-

roi de la tige de sondage. Come décrit dans le brevet US 2 686 039, on accorde un oscillateur haute fréquence 10 sur une fréquence de l'ordre de 20 à 50 kHz par une bobine 12 et

on le descend dans l'alésage axial de la tige de forage coin-

cée. On met la bobine en couplage inductif avec la paroi de la tige de forage en acier qui charge la bobine et fait ainsi partie du circuit résonnant accordé de l'oscillateur 10. La perméabilité magnétique de la tige de forage détermine le

degré de charge de la bobine 12, et donc l'inductance du cir-

cuit résonnant et la fréquence de l'oscillateur. Lorsque la bobine franchit le point de coincement d'une tige de forage soumise à un effort, la fréquence de l'oscillateur se décale

du fait que la tige de forage a au-dessous du point de coin-

cement une perméabilité magnétique autre qu'au-dessus du point de coincement. Bien que le système selon US 2 6836 039 soit apte à détecter le point de coincement sans fixation

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matérielle de détecteurs à la paroi de la tige de forage, il présente un certain nombre d'inconvénients propres. Le plus

grand de ceux-ci est sans doute que l'incorporation par cou-

plage inductif de la tige de forage à un circuit résonnant d'oscillateur oblige à avoir recours à des fréquences rela-

tivement élevées. La profondeur de pénétration d'ondes élec-

tromagnétiques à haute fréquence est limitée par l'effet Kelvin et, donc, la précision et la fiabilité d'ensemble de la méthode sont limitées. La sensibilité du système selon US

2 686 039 est aussi restreinte par l'adoption d'une seule sé-

rie d'opérations de diagraphie pour la détection du point de

coincement, ce qui ne laisse pas une marge de tolérance suf-

fisante pour couvrir les écarts de perméabilité magnétique

entre tiges en matériaux différents et de grandeurs différen-

tes. Bien que certains autres outils selon la technique

antérieure comportent des moyens de mesure de la perméabili-

té de la tige ou colonne de production, ceux-ci ne sont géné-

ralement prévus que dans les outils de mesure pour la déter-

mination des épaisseurs et du diamètre intérieur de la tige non contrainte. Par exemple, selon GB 2 037 439 et US

2 992 390, on utilise divers aspects de la perméabilité ma-

gnétique pour des mesures sur tige de production.

Par exemple, GB 2 037 439 décrit un outil pour la mesure de l'épaisseur de paroi d'une tige de production au moyen de flux magnétique. On utilise trois paires de bobines

émettrices-réceptrices, l'une pour la mesure du diamètre in-

térieur, l'autre pour la mesure de l'épaisseur du tubage et la troisième pour la mesure de la perméabilité de la paroi

du tubage. Les variations de chacun de ces paramètres s'af-

fectent l'une l'autre de sorte que des mesures simultanées

des trois paramètres peuvent servir à se corriger l'une l'au-

tre et à fournir une mesure d'épaisseur de haute précision.

Bien que GB 2 037 439 décrive une méthode à deux bobines et à deux diagraphies de mesure de perméabilité magnétique,

cette description n'est donnée qu'à propos d'un outil de dia-

métrage et aucune des méthodes proposées n'a abouti à un dé-

tecteur de coincement industriellement satisfaisant.

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Bien que la technique antérieure soit riche de procédés et d'appareils pour la mesure de la perméabilité de

la tige de forage en profondeur, le problème que pose la lo-

calisation précise du coincement d'une tige de forage dans un trou de sondage demeure non résolu. Le système selon la pré- sente invention triomphe des inconvénients rencontrés selon

la technique antérieure dans la réalisation d'un outil haute-

ment satisfaisant en proposant un détecteur de point de coin-

cement magnétique fonctionnant sans contact qui utilise une fréquence relativement faible pour déceler des variations de perméabilité apparaissant dans une tige de forage soumise à un effort dans un trou de sondage. De cette manière, il est

prévu un système et un procédé efficaces pour la localisa-

tion, sur la longueur du trou de sondage, du point auquel une

section de la tige de forage est coincée.

Ltinvention propose un dispositif permettant de déterminer le point de coincement d'une tige de forage dans un trou de sondage en prévoyant deux bobines placées sur un meme axe et séparées par une distance prescrite. La bobine excitatrice est excitée-à une fréquence préfixée relativement basse pendant que les bobines sont descendues dans le trou de sondage alors que la tige de forage est dans l'ensemble à l'état non contraint. On établit une diagraphie du signal de

sortie de la bobine réceptrice. Ensuite, on met sous con-

trainte la paroi de la tige de forage et l'on répète le pro-

cessus pour établir une seconde diagraphie. On procède à une comparaison des deux diagraphies pour obtenir une indication

sur l'emplacement du point de coincement dans le trou de son-

dage, du fait de la modification du signal reçu par la bobi-

ne. La modification de signal découle de ce que la perméabi-

lité magnétique de la tige de forage change entre la partie sous contrainte située au-dessus du point de coincement et

celle non contrainte située au-dessous de ce point.

Suivant un autre aspect, l'invention concerne un procédé pour la détection du point de coincement d'une tige de forage logée dans un trou de sondage du type selon lequel on descend un outil à travers des sections de tige de forage

ferromagnétique pour y déceler des variations de perméabili-

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té. Ce procédé comporte les opérations consistant à prévoir

un outil comportant deux bobines espacées qu'on peut descen-

dre au moyen d'un câble dans la tige de forage pour détecter la perméabilité de celle-ci. Un flux magnétique primaire à fréquence alternative est engendré dans l'une des bobines de

l'outil et induit dans la paroi de la tige de forage. Le si-

gnal de flux secondaire engendré par des courants de Foucault

induits dans la tige de forage est détecté par la bobine ré-

ceptrice de l'outil en tant qu'indice de perméabilité. On dé-

place l'outil le long de la tige de forage, dans le trou de

sondage, ladite tige étant à l'état non contraint, pour éta-

blir une première diagraphie de perméabilité de la tige de

forage. On déplace ensuite l'outil le long de la tige de fo-

rage, dans le sondage, ladite tige étant à l'état contrainst pour établir une seconde diagraphie de perméabilité de la tige de forage. On compare ensuite les première et econde

diagraphies pour localiser la variation de perméabilité indi-

quant le point de coincement de la tige de forage dans le

so ndage.

Suivant un autre aspect encore, le procédé précité

d'établissement de la première diagraphie comporte les opéra-

tions consistant à estimer la profondeur dui point de coince-

ment dans le sondage, à calculer Je poids approximatif de la

tige de forage au-dessus du point de coincement, et à appli-

quer à la tige de forage, dans le sondage, une force dirigée vers le haut pour supprimer pratiquement l'application de forces de compression à la tige de forage dans la région du

coincement. L'opération d'établissement de la seconde dia-

graphie ccmporte alors l'opération d'application à la lige de forage, dans le sondage, d'une force de compression en vue d'augmenter l'effort subi par la tige de forage dans la

région de coincement. L'opération d'établissement de la se-

conde diagraphie peut aussi comporter l'opération d'applica-

tion d'une charge de torsion i la tige de forage, dans le sondage, pour faire subir i la tige de forage un grand effort de torsion dans la rtgion du coincement. Le procédé peut

aussi comporter l'opération consistant à séparer les premiè-

re et seconde bobines l'une de l'autre, dans l'outil, d'une

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distance prescrite de l'ordre de 15 cm et à exciter la pre-

mière bobine à une fréquence de l'ordre de 130 Hz.

Pour mieux faire comprendre la présente invention, ainsi que d'autres de ses buts et avantages, on va maintenant en décrire en détail le mode de réalisation préféré en se référant aux dessins annexés, sur lesquels:

Fig. 1 est une vue latérale en élévation, partiel-

lement en coupe, d'un appareil de forage en train de ménager un sondage; Fig. 2A-2E sont, à plus grande échelle, des vues latérales en élévation, partiellement en coupe longitudinale,

d'un outil de détection de coincement réalisé selon les prin-

cipes de la présente invention; Fig. 3 est un schéma synoptique du système selon la présente invention; Fig. 4 est une série de diagrammes des tensions de sortie de la bobine réceptrice en fonction de la distance séparant les bobines dans l'outil selon la figure 2 et de la fréquence d'excitation; et Fig. 5A et 5B sont des schémas simplifiés d'une réalisation de circuit utilisé conjointement avec le système

selon la présente invention.

On se réfère.d'abord à la figure 1, qui représente une tour de forage 11 disposée en haut d'un sondage 12. La tour 11 comporte un treuil de manoeuvre comportant un moufle fixe 13 monté au sommet de la tour et un moufle baladeur 14

auquel est accrochée l'extrémité supérieure d'une tige de fo-

rage 18. La tige de forage 18 est composée d'une série de sec-

tions de tige montées en succession 15, vissées bout à bout de manière classique. Un trépan 22 est monté à l'extrémité inférieure de la tige de forage 18 par une masse-tige 19. Le trépan 22 sert à creuser le sondage 12 à travers les couches de terrain 24. De la boue de forage 26 est refoulée à partir d'une fosse-réservoir 27, voisine de la tête de puits 28, de haut en bas d'un passage axial passant par le centre de chacune des sections de tige 15 constituant la tige de forage 18, ressort par les orifices du trépan et revient en surface à travers la région annulaire 16. Un tubage métallique 29

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est représenté placé dans le sondage 12 près de la surface pour maintenir l'intégrité du tronçon supérieur du sondage 12.

On se réfère encore à la figure 1; l'espace annu-

laire 16 défini entre la tige de forage 18 et la paroi laté- rale 20 du sondage 12 constitue le trajet de retour de la

boue de forage. La boue est refoulée, à partir de la fosse-

réservoir 26 voisine de la tête de puits 28, par un groupe de pompage 30. La boue traverse un conduit d'amenée de boue 31 qui est accouplé au passage central s'étendant sur toute la longueur-de la tige de forage 18. La boue de forage est ainsi refoulée de haut en bas à travers la tige 18 et émerge

dans le sondage à travers les orifices du trépan 22 pour re-

froidir et lubrifier ce dernier et pour ramener en surface

les débris de forage produits au cours des opérations de fo-

rage. Un conduit de sortie de fluide 32 part du passage an-

nulaire 16, au niveau de la tête de puits, pour canaliser le courant de boue de retour du sondage 12 jusqu'à la fosse à

boue 26.

Comme représenté aussi sur la figure 1, la paroi du sondage peut s'affaisser autour de la tige de forage 18 de sorte qu'une section de tige 15a se trouve coincée dans le sondage comme indiqué en S. Le système selon l'invention fonctionne pour localiser ce point S situé, sur la longueur

du sondage 12 et de la tige de forage 18, à une distance me-

surée de la tête de puits, de façon qu'on puisse retirer tou-

tes les sections libres 15 de la tige de forage situées au-

dessus de la section 15a, immobilisée par coincement dans le sondage 12. Après avoir retiré toute la partie de la tige de forage située au-dessus du point de coincement S, on peut descendre du matériel dans le sondage 12 pour décoincer la

section 15a et reprendre ensuite l'opération de forage.

Le système selon la présente invention comporte un outil à descendre au moyen d'un câble à travers l'alésage central ménagé dans chacune des sections de tige de forage, par des moyens non représentés. Les chariots porte-câble, poulies de guidage et analogues nécessaires sont disposés audessus du sondage au niveau de la tête de puits de manière

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classique pour manoeuvrer l'outil tout en réglant encore le

poids appliqué au trépan 22 et à la tige de forage 18 au mo-

yen des moufles fixe 13 et baladeur 14.

On se réfère toujours à la figure 1; on descend un outil 10 réalisé selon les principes de la présente inven- tion dans le sondage 12 à travers le passage central de la tige de forage 18, au moyen d'un câble (non représenté). Le câble est classique et est constitué par un câble coaxial

blindé à deux conducteurs qui établit une liaison tant méca-

nique qu'électrique entre l'outil 10 et le matériel de com-

mande et de surveillance de câble situé en surface. L'outil descend i travers le trou central de la tige de forage 18 à partir de la tête de puits en vue de localiser le point de

coincement S grâce à des modifications mesurables des carac-

téristiques physiques de la section de tige intéressée.

Il est bien connu que lorsqu'un élément ferroma-

gnétique tel que tige de forage subit une tension, une com-

pression ou un couple, la perméabilité magnétique du matériau se modifie. De plus, si un champ magnétique est induit dans la paroi de la tige de forage, des courants de Foucault sont engendrés dans cette paroi. La distribution et l'intensité

des courants de Foucault sont liées à la perméabilité du ma-

tériau constituant la tige. Le mode préféré de mesure des courants de Foucault liés à la perméabilité dans une tige de forage consiste à prévoir une bobine réceptrice pour déceler les champs électromagnétiques engendrés par ces courants de Foucault dans le matériau de la tige. D'une manière générale,les paramètres de mesure sont définis par l'équation de courants de Foucault classique: f _ f/l - 2 ' ai A x 103 B= B t SIN 2lrft- 2wd /ax 103 L'équation ci-dessus définit la densité de flux magnétique B existant dans le matériau à une profondeur d avec: B = densité de flux magnétique en surface; d = profondeur en centimètres;

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f fréquence en Hz; u= perméabilité magnétique; = résistivité en microohms centimètres; et

t = temps en secondes.

La variation d'amplitude de la densité de flux ma- gnétique avec la profondeur dans le matériau est: 2 T difxO 21Y d p x 103

AMPLITUDE B = B C

o Le déphasage avec la profondeur d est indiqué par l'équation suivante: 0= 2 1Y d / x 1Q Le flux magnétique induit dans la tige de forage

par un signal d'entrée engendrera ainsi des courants de Fou-

cault qui établiront eux-mêmes un champ électromagnétique. Ce

champ magnétique secondaire engendré par le passage de cou-

rants de Foucault dans la tige peut être décelé par une bo-

bine réceptrice. Si l'on maintient constants le signal d'en-

trée ainsi que d'autres variables, le signal appliqué à la

bobine réceptrice variera en amplitude et en phase en fonc-

tion de la perméabilité magnétique de la tige.

On continue de se référer i la figure 1; le procé-

dé selon la présente invention comporte plusieurs opérations

destinées à améliorer la précision et la fiabilité des mesu-

r:-s critiques opérées au fond du sondage. Un foreur se trou-

int en présence d'une tige coincée utilisera l'outil 10 en estimant approximativement la profondeur à laquelle la tige O e.t coinr.cée dans le sondage 12. On peut obtenir ce résultat en appiiquant de bas en haut à la tige de forage, au moyen des moufles fixe 13 et baladeur 14, une traction d'intensité préfixée. Par exemple, une force de 9 t dirigée vers le haut

provoque un degré mesurable d'allongement de la tige de fo-

rage 18. Connaissant le degré d'allongement qu'une tige de

forage de type connu subit sous l'action d'ur:e force préfi-

xée, l'opérateur peut alors estimer la longueur de la sur-

face au point de coincement S. sur laquelle la tige subit

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l'allongement. De cette manière, il est possible d'estimer l'emplacement approximatif du point S de coincement de la tige de forage 18 à une centaine de mètres près. D'après la longueur approximative de tige allant de la tête de puits au point de coincement S, on peut calculer le poids de la tige jusqu'à cette profondeur et la force dirigée vers le haut nécessaire pour que le poids de la tige cesse pratiquement

de porter sur la section 15a située au point de coincement.

On met ainsi sous contrainte nulle la section de tige 15a si-

tuée au point de coincement S. Une fois la section de tige 15a située au niveau du point de coincement S mise sous tension dans l'ensemble

nulle, on procède à une première diagraphie de la perméabili-

té de la tige de forage. Cette diagraphie porte sur la per-

méabilité de la tige de forage le long de la région approxi-

mative et l'on estime la tige coincée. Ensuite, le foreur met la tige sous une contrainte préfixée dans la région du point

de coincement. On peut mettre la tige de forage 18 sous con-

trainte dans la région de la section 15a soit en la mettant par traction sous une forte tension, soit en la mettant sous

compression en laissant le poids de la tige porter sur la ré-

gion intéressée, soit en faisant subir une torsion à la tige.

Une fois la tige de forage 18 mise sous contrainte mécanique dans la région de la section 15a et du point de

coincement S, on procède à une seconde diagraphie de perméa-

bilité de la tige de forage au moyen de l'outil 10. On com-

pare ensuite la diagraphie sous contrainte à la diagraphie en l'absence de contrainte de la même région. La comparaison indique clairement le point du sondage auquel la contrainte appliquée à la tige de forage disparaît soudain, c'est-à-dire le point situé au-dessous du point de coincement S. L'outil utilisé conjointement avec le système selon la présente

invention peut aussi comporter près de son extrémité infé-

rieure des moyens de montage d'un cordon explosif, d'un cou-

poir chimique ou analogue destiné à desserrer ou à section-

ner la tige de forage immédiatement au-dessus de la section a et du point de coincement S de façon à pouvoir retirer la partie de tige de forage située dans le tronçon supérieur

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du sondage.

On se réfère maintenant aux figures 2A à 2E qui sont une série de vues en coupe longitudinale d'un outil 10

réalisé conformément aux principes de la présente invention.

En considérant d'abord les figures 2C-2E, on voit une partie

du tronçon de logement d'instrument de l'outil 10 qui com-

prend une enveloppe ou coque cylindrique extérieure 41 en ma-

tériau non magnétique tel qu'acier allié inoxydable non ma-

gnétique. Les parois extérieures de l'enveloppe sont relati-

vement épaisses de façon à protéger les bobines et montages électroniques internes de l'outil 10. L'enveloppe 41 est, de plus, réalisée de façon à résister aux chocs engendrés par des charges explosives du type servant à défaire des joints de tige dans le sondage 12 une fois le point de coincement S

localisé. Comme représenté sur la figure 2B, l'extrémité su-

périeure de l'enveloppe cylindrique 41 est accouplée à une

tige cylindrique 42 traversée par une ouverture centrale 43.

La tige centrale 42 est vissée dans une douille 44 ménagée dans l'extrémité supérieure de l'enveloppe d'outil 41. Comme

représenté sur la figure 2A, l'extrémité supérieure de la ti-

ge 42 présente une douille de raccordement mécanique et élec-

trique 45 destinée à recevoir en s'accouplant avec elle l'ex-

trémité inférieure d'un câble coaxial (non représenté) ser-

vant à descendre l'outil 10 dans l'ouverture centrale de la tige de forage et à établir une communication entre l'outil

et le matériel d'alimentation et de commande nécessaire si-

tué en surface. Près de la douille 45 est situé un tronçon guide-ressort 46 présentant une série de fentes de guidage

47 réparties en azimut qui reçoivent une extrémité d'un res-

sort de centrage 48. Comme représenté sur la figure 2B, l'au-

tre extremité du ressort de centrage 48 est montée dans une fente de guidage inférieure 49 d'un manchon inférieur 51. Il

est prévu, de préférence, trois ressorts de centrage 48 espa-

* cés de 1200 autour de l'axe de l'outil. Un ensemble de res-

sort hélicoïdal 52 fait en sorte que les trois ressorts de centrage 48 centrent l'outil 10 sur l'axe de l'ouverture de

la tige de forage.

En considérant la partie de l'outil 10 représen-

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tée sur les figures 2A et 2B, on voit que l'ouverture centra-

le 43 contient un conducteur coaxial 50 électriquement isolé de la paroi de l'ouverture centrale 43 et qui transmet de l'énergie électrique et des signaux du conducteur central du câble coaxial à la partie instruments de l'outil par l'inter- médiaire d'un montage de connecteur 53. Le conducteur 50 est monté entre le câble et le montage électronique prévu dans l'enveloppe 54 (figure 2D) o le courant continu provenant de la surface parvient au montage électronique de l'outil 10

et à partir de laquelle un signal de données à tension alter-

native est renvoyé de bas en haut du câble jusqu'à la surfa-

ce.

Comme représenté sur les figures 2C et 2D, l'en-

veloppe extérieure non magnétique 41 de l'outil 10 contient une bobine excitatrice 61 comportant de multiples spires de fil enroulé autour d'un noyau 62 en matériau magnétique. Une bobine réceptrice 63 est séparée par une distance préfixée

d de la bobine excitatrice 61 et comprend aussi une multipli-

cité de spires de fil enroulé autour d'un noyau de bobine isolante 64. Les deux bobines 61 et 63 sont maintenues à la distance préfixée l'une de l'autre par un écarteur de bobines qui est fixé aux rebords d'extrémité situés en vis-à-vis

des noyaux de bobine 62 et 64 respectivement. L'ensemble é-

lectronique disposé dans la chambre 54 comprend un montage

qu'on décrira ci-après devant servir à la génération du si-

gnal d'excitation et à la mesure du signal reçu conformément

aux enseignements de la présente invention.

La partie inférieure de l'outil 71 représenté sur

la figure 2E comporte des moyens 72 pour la fixation à l'ex-

trémité inférieure d'une charge d'explosif ou d'un coupoir chimique selon ce qu'exigent les conditions particulières existant en bas du sondage. En outre,l'extrémité inférieure

71 présente un connecteur 73 destiné à coupler un signal ar-

rivant par le câble de la surface pour faire détonner la

charge explosive ou mettre en action le coupoir chimique.

Cette action est nécessaire pour séparer la section de tige coincée 15a voisine du point de coincement du reste de la tige de forage située plus haut de façon à pouvoir remonter

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la tige. Ainsi, on peut manipuler convenablement la partie de tige coincée pour l'extraire ou la franchir en dérivation

selon des techniques connues.

On se réfère maintenant au schéma synoptique de la figure 3 qui illustrele mode de conduite de l'ensemble du système. Comme représenté, la bobine excitatrice 61 est

pilotée par un oscillateur 81 par l'intermédiaire d'un ampli-

ficateur d'excitation 82 pour provoquer une variation alter-

native de flux magnétique. Cette variation de flux sert à engendrer des courants de Foucault dans la paroi de la tige de forage indiquée schématiquement et i titre d'exemple en 15. Une tension est induite dans la bobine réceptrice 63 par le flux magnétique présent dans la paroi de tige auquel elle est exposée du fait du passage des courants de Foucault. La sortie de la bobine réceptrice 63 est couplée à travers un

amplificateur récepteur 83 à un détecteur de crête 84 qui me-

sure la tension de crête i crête du signal de sortie de l'am-

plificateur 83. La sortie du détecteur de crate 84 est cou-

plée à travers un convertisseur tension-fréquence 85 qui fournit une série d'impulsions de sortie. La fréquence des impulsions émanant de l'oscillateur sodulable en fréquence est commandée par la valeur du signal émanant du détecteur

de crête 84. Le signal de sortie du convertisseur 85 est ren-

voyé par le câble 86 en surface o il est appliqué i un fré-

quencemètre 87. Un signal représentati.2 de la fréquence de

fond de sondage est engendré par le frSquencemètre 87 et sou-

nis à une diagraphie en fonction de l'emplacement de l'outil par l'enregistreur 88. Une source d'alimentation à courant

continu 89 envoie une tension continue de haut en bas du câ-

ble 86 pour alimenter l'ensemble électronique et la bobine excitatrice 61 et recevoir le signal de la bobine réceptrice 63. L'enregistreur 88 peut être un enregistreur à bande de

type classique pour l'établissement de diagraphies de perméa-

bilité magnétique de tige de forage en fonction de l'emplace-

ment occupé par l'outil à descente par câble sur la longueur du sondage. On peut donc établir des graphiques mécaniques aux fins de comparaison. En variante, l'enregistreur 88 peut comporter des moyens de mise en mémoire et de traitement de

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données qui enregistrent, analysent et comparent des diagra-

phies successives pour fournir un signal de sortie directe-

ment représentatif des écarts de l'une à l'autre.

Dans la mise en oeuvre du procédé et de l'appareil selon l'invention, on a constaté qu'il existe divers paramè-

tres importants auxquels il faut satisfaire pour que le fonc-

tionnement du système soit satisfaisant. Par exemple, la

fréquence de pilotage de la bobine excitatrice 61 est impor-

tante en vue d'un maximum de sensibilité et de précision

dans la mesure de la perméabilité magnétique au fond du son-

dage. On a aussi constaté que la distance d séparant les bo-

bines excitatrice 61 et réceptrice 63 est particulièrement importante et est aussi liée à la fréquence d'excitation à laquelle apparaît dans le système une sensibilité maximale

aux variations de perméabilité.

On se réfère maintenant à la figure 4, qui repré-

snete une série de trois diagrammes superposés de tension de sortie pour un signal d'entrée constant en fonction de la

fréquence d'excitation pour chacune de trois distances diffé-

rentes entre les bobines excitatrice 61 et réceptrice 63. La courbe inférieure 91 indique des valeurs de tension reçue

normalisées pour une distance d'environ 13 cm entre les ex-

trémités se faisant face des bobines excitatrice 61 et récep-

trice 63. La sensibilité de pointe pour-cette distance appa-

rait à une fréquence de l'ordre de 130 Hz. D'une manière ana-

logue, la courbe 92 indique la tension de bobine réceptrice

pour une distance d'environ 18 cm entre les bobines, une sen-

sibilité de crête analogue apparaissant dans l'intervalle de

à 150 Hz. La courbe supérieure 93 montre que la sensibi-

lité maximale à la tension de bobine réceptrice est obtenue

pour une distance d'environ 15 cm entre les bobines excita-

trice et réceptrice et pour une fréquence de l'ordre de 130 Hz. On voit donc qu'une fréquence d'excitation opératoire de l'ordre de 130 Hz et une distance d'environ 15 cm entre les bobines excitatrice et réceptrice fournissent les meilleurs résultats quant à l'obtention de la sensibilité maximale

pour la détection d'une modification de la perméabilité ma-

gnétique d'une tige ferromagnétique en fonction de la con-

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trainte appliquée à cette tige.

Comme on l'a exposé ci-dessus d'une manière géné-

rale, on pourrait aussi munir le système selon l'invention, comme indiqué à titre d'exemple dans le montage représenté sur la figure 3, d'un détecteur de phase situé à la sortie de l'amplificateur 83 et non du détecteur d'amplitude 84. Un détecteur de phase exigerait bien entendu d'être relié à la

sortie de l'amplificateur 82 pour recevoir une phase de réfé-

rence en vue de détecter le déphasage du signal de la bobine réceptrice 63 par rapport au signal de pilotage de la bobine excitatrice 61. Le déphasage pourrait servir à détecter la variation de perméabilité magnétique apparaissant dans une

tige sous contrainte au niveau de la région de coincement.

On se réfère maintenant aux figures 5A et 5B, qui

donnent un schéma simplifié du montage représenté sur la fi-

gure 3. En particulier, la bobine excitatrice 61 est pilotée

au moyen d'un circuit oscillateur 81 qui comprend un oscil-

lateur à cristal 101 connecté à travers un compteur diviseur 102. L'oscillateur à cristal 101 fonctionne à une fréquence de l'ordre de 1 MHz, divisée par l'intermédiaire du compteur

102 entre des conducteurs de sortie 103, 104 et 105 desser-

vant un circuit déclencheur de sélection ET/OU 106. La porte de sélection ET/OU 106 est d'un type tel que CD4019B qui

assure l'excitation convenable d'un circuit à pont de pilota-

ge de bobine 107.

Le circuit de pilotage 107 est composé de quatre transistors à effet de champ (FET) 108, 109, 110 et 111. Les FET 108 et 109 sont montés en tandem et les FET 110 et 111 agissent aussi en tandem. Le circuit de porte de sélection 106 agit en sorte que les FET 108 et 109 sont mis à l'état

passant pendant un laps de temps préfixé puis à l'état blo-

quant pendant un laps de temps fini préfixé avant la mise à l'état passant des FET 110 et 111. De cette manière, les transistors sensibles 108-110 sont protégés contre le risque

de surcharge et d'endommagement. La commutation à onde rec-

tangulaire opérée par les FET est transformée en un signal

d'excitation sinusoidal régulier au moyen de bobines d'im-

pédance 112 et 113 agissant par l'intermédiaire de condensa-

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teurs 114 et 115. La bobine excitatrice 61 est ainsi pilotée

à une fréquence alternative préfixée par un signal sinusoïdal.

On se réfère encore aux figures 5A et 5B; la bobi-

ne réceptrice 63 est reliée à l'entrée de l'amplificateur 83 et couplée au moyen de condensateurs 121 à un amplificateur

de premier étage 122 dont la sortie est reliée à un amplifi-

cateur de second étage 123. La sortie du second amplifica-

teur 123 est reliée à deux amplificateurs en série 124 et montés en détecteur crête-crête. La sortie du détecteur 84 est reliée à travers une résistance de couplage 126 au

convertisseur tension-fréquence 85. Le convertisseur 85 com-

prend un amplificateur intégrateur 127 et un amplificateur comparateur 128 monté de manière à commander la fréquence de

fonctionnement d'un générateur d'impulsions 131 par l'inter-

médiaire d'un commutateur 132. La sortie du convertisseur tensionfréquence 85 est couplée à travers un amplificateur opérationnel 133 à une commande de ligne 134 qui émet une série d'impulsions de tension de ligne sur le câble 9, pour

transmission au matériel de surface. Le câble 9 achemine aus-

si, entre le blindage 9b et le conducteur d'âme central 9a,

une tension continue qui est couplée à une source d'alimenta-

tion 89 comprenant un premier régulateur de tension 141, qui ramène à 15 volts le signal d'entrée de 30 volts. Un second régulateur de tension 142 est couplé au régulateur 141 pour fournir une tension d'alimentation plus faible, de 7,5 volts, convenant pour exciter les amplificateurs opérationnels du

présent montage.

Comme exposé plus haut, l'oscillateur 81 sert à

piloter la bobine excitatrice 61 au moyen du circuit de pilo-

tage en pont 107. Ceci provoque une variation alternative de

flux magnétique dans la bobine excitatrice 63 à une fréquen-

ce de l'ordre de 128-130 Hz. Le signal induit dans la bobine réceptrice 63 est amplifié à la traversée de l'amplificateur 83 puis mesuré dans le détecteur crête-crête 84. La sortie

du détecteur crête-crête 84 est reliée au convertisseur ten-

sion-fréquence 85 qui fournit une série d'impulsions de sor-

tie dont la fréquence est représentative de la tension d'en-

trée. Les impulsions de sortie vont traverser la commande de

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ligne 134 puis remontent par le câble 9 à la surface o elles

sont reçues par le fréquencemètre et enregistrées.

Pour résumer le fonctionnement, on procède à une première diagraphie de la perméabilité magnétique des parois en acier des sections 15 de la tige de forage dans la région

du coincement en soulageant la tige de forage de toute con-

trainte comme décrit plus haut. Ensuite, on met la tige de forage sous contrainte en lui appliquant en surface une force de traction longitudinale, de compression ou de torsion et

l'on procède à une seconde diagraphie le long de la même r6-

gion de la tige. Une comparaison des. deux diagraphies révèle

une brusque variation de la valeur de la perméabilité magné-

tique au point de coincement S du fait de la différence entre les contraintes existant au-dessus et au-dessous du point de coincement. Cette variation de perméabilité ressortant de la comparaison des deux diagraphies permet de localiser précisêe

ment la section de tige 15A qui est coincée dans le sondage.

On peut alors faire détonner, directement de la surface, une charge explosive portée par l'extrémité inférieure de l'ouï til 10 pendant qu'on applique un couple à la tige et libérer au niveau de la section intéressée la partie supérieure de la tige de forage. En variante, on peut aussi faire agir le coupoir chimique porté par l'extrémité inférieure de l'outil pour couper la section de tige de façon-à pouvoir extraire

du sondage la partie supérieure de la tige.

Bien entendu, la description qui précède n'est pas

limitative et l'invention peut être mise en oeuvre suivant

des variantes sans que l'on sorte de son cadre.

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Claims (15)

REVENDICATIONS.

1. Dispositif pour la détection, par mesure de perméabilité magnétique, de l'endroit auquel une section (15a) de tige de forage électromagnétique (18) est coincée dans un sondage, caractérisé en ce qu'il comprend: des mo- yens pour établir une diagraphie de perméabilité magnétique de ladite tige, ces moyens d'établissement comportant une première bobine (61) devant engendrer un flux magnétique à fréquence alternative dans ladite tige et une seconde bobine (63) devant recevoir de ladite tige un signal de flux; des

moyens pour établir et interrompre l'application d'une con-

trainte à ladite tige dans la région de coincement (S); des

moyens pour enregistrer une première et une seconde diagra-

phies de perméabilité de ladite tige alors que celle-ci est en premier lieu à l'état non contraint et en second lieu à

l'état contraint; et des moyens pour comparer lesdites pre-

mière et seconde diagraphies pour localiser la variation de perméabilité due à une variation de la contrainte subie par ladite tige et définir par là l'emplacement dans le sondage

(12) du coincement (S).

2. Dispositif selon la revendication 1, caractéri-

sé en ce que ladite première bobine (61) est séparée de la

seconde bobine par une distance de l'ordre de 15 cm.

3. Dispositif selon la revendication 2, caractéri-

sé en ce que ladite fréquence alternative est de l'ordre de Hz.

4. Dispositif selon la revendication 1, caracté-

risé en ce que lesdits moyens pour établir et interrompre l'application d'une contrainte à ladite tige comportent un

moufle fixe (13) de tour de forage disposé au-dessus du son-

dage (12).

5. Procédé de détection de l'emplacement de coin-

cement dans un sondage d'une tige de forage du type dans le-

quel des sections de tige ferromagnétiques sont disposées dans un sondage pour le forage de celui-ci et se trouvent coincées dans ce dernier sur un certain point de sa longueur, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations consistant

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prévoir un outil destiné à être descendu par câble dans

la tige de forage disposée dans, le sondage et propre à déce-

ler la perméabilité magnétique de ladite tige; engendrer dans cet outil un flux magnétique à fréquence alternative et induire ce flux magnétique dans la tige de fo- rage; recevoir au moyen de la bobine réceptrice dudit outil un signal de flux magnétique émanant de la tige de forage sous

forme de courants de Foucault représentatifs de la perméabi-

lité de la tige; déplacer l'outil le long de la tige de forage dans ledit sondage pour établir une première diagraphie de perméabilité magnétique alors que ladite tige est à l'état non contraint; déplacer l'outil le long de la tige de forage dans le

sondage pour établir une seconde diagraphie de perméabilité.

magnétique alors que ladite tige est à l'état contraint; et comparer lesdites première et seconde diagraphies de

perméabilité pour localiser la variation de perméabilité re-

présentative du coincement de ladite tige dans le sondage.

6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé

en ce que l'opération d'établissement de ladite première dia-

graphie comporte l'opération d'estimation de la profondeur à laquelle le coincement se situe dans le sondage, de calcul du poids approximatif de la partie de tige de forage située au-dessus du point de coincement et d'application à la tige de forage, dans le sondage, d'une force dirigée vers le haut pour supprimer sensiblement tous les efforts de compression

subis par la tige de forage au-dessus du point de coincement.

7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'opération d'établissement de la seconde diagraphie comporte l'opération d'application à la tige de forage, dans le sondage, d'une force de compression destinée à augmenter la contrainte subie par la section de tige de forage située

au point de coincement pour faciliter la détection des con-

centrations de contraintes apparaissant au-dessus de ce point.

8. Procédé selon la revendication 6, caractérisé

en ce que l'opération d'établissement de la seconde diagra-

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phie comporte l'opération d'application à la tige de forage, dans le sondage, d'une charge de torsion destinée à faire

subir une forte contrainte de torsion à ladite section de ti-

ge de forage située au point de coincement pour faciliter la détection des concentrations de contraintes apparaissant au-

dessus de ce point.

9. Procédé selon la revendication 5, caractérisé

en ce que l'opération consistant à prévoir ledit outil com-

porte l'opération consistant à prévoir une première et une

seconde bobines logées dans une enveloppe extérieure non ma-

gnétique et propres à engendrer et à recevoir du flux magné-

tique dans lesdites sections de tige de forage et des moyens pour engendrer en réponse aux variations de flux apparaissant

dans la tige de forage un signal représentatif de la perméa-

bilité de celle-ci.

10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé

en ce que l'opération consistant à prévoir une première et u-

ne seconde bobines dans l'outil comprend encore l'opération consistant à placer lesdites bobines à une distance l'une de l'autre de l'ordre de 15 cm et à exciter la première bobine

à une fréquence de l'ordre de 130 Hz.

11. Outil descendu par cable (10) pour détecter l'emplacement (S) auquel une tige de forage (18) est coincée dans un sondage (12), du type dans lequel une première et une seconde diagraphies de perméabilité de la tige de forage sont établies à l'aide d'un outil descendu à travers cette tige,

caractérisé en ce qu'il comprend: une première bobine, exci-

tatrice (61) disposée dans l'outil pour engendrer un flux ma-

gnétique à fréquence alternative devant être induit dans la

paroi de ladite tige, dans le sondage, et y générer des cou-

rants de Foucault; une bobine réceptrice (63), espacée de la bobine excitatrice, destinée à recevoir un signal de flux fourni par les courants de Foucault passant dans la tige de sondage; des moyens pour engendrer un signal de diagraphie représentatif d'une caractéristique des courants de Foucault

induits dans la paroi de la tige de forage et du flux magné-

tique qu'ils engendrent; des moyens pour comparer lesdites première et seconde diagraphies pour localiser la variation

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de perméabilité magnétique dans la paroi de ladite tige et

définir par là l'emplacement du coincement (S).

12. Appareil selon la revendication 11, caracté-

risé en ce que les première et seconde bobines sont séparées l'une de l'autre par une distance de 15 cm et en ce que la première bobine est excitée à une fréquence de l'ordre de Hz.

13. Appareil selon la revendication 11, caractéri-

sé en ce que lesdits moyens générateurs de signal de diagra-

phie fournissent un signal caractéristique de la grandeur du

flux magnétique reçu engendré par passage de courants de Fou-

cault dans la paroi de la tige.

14. Appareil selon la revendication 11, caractéri-

s6 en ce que lesdits moyens générateurs de signal de diagra-

phie engendrent un signal caractéristique du déphasage entre le flux magnétique reçu engendré par passage de courants de Foucault dans la paroi de la tige et le flux engendré par la

bobine excitatrice.

15. Appareil selon la revendication 12, caractéri-

sé en ce qu'il comporte des moyens pour séparer des sections de tige de forage à l'intérieur d'un sondages ces moyens étanit disposes près dudit outil pour détacher la tige de forage au

voisinage du point de coirncement.

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