FR2564208A1 - Procede et dispositif de diagraphie acoustique - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE LES TECHNIQUES DE DIAGRAPHIE ACOUSTIQUE. UN GENERATEUR D'ONDES ACOUSTIQUES POUR UNE SONDE DE DIAGRAPHIE COMPREND NOTAMMENT QUATRE BARREAUX CYLINDRIQUES 66, 68, 70, 72, EXCITES PAR MAGNETO-STRICTION, QUI GENERENT DES ONDES DIRIGEES PARALLELEMENT A L'AXE CENTRAL 28 DE LA SONDE. CHAQUE BARREAU VIBRE EN OPPOSITION DE PHASE PAR RAPPORT AUX DEUX BARREAUX ADJACENTS. LES ONDES PRODUITES SONT REFLECHIES VERS LA FORMATION PAR UN REFLECTEUR 76 AYANT LA FORME D'UNE PYRAMIDE RENVERSEE DONT LES FACES RESPECTIVES DIRIGENT LES ONDES REFLECHIES SOUS UN CERTAIN ANGLE 34 PAR RAPPORT A LA NORMALE A L'AXE CENTRAL. LES ONDES REFLECHIES SE COMBINENT DANS LA FORMATION POUR PRODUIRE UNE ONDE DE CISAILLEMENT. APPLICATION A LA PROSPECTION PETROLIERE.

Description

La présente invention concerne de façon générale

la diagraphie acoustique et elle porte plus particulière-

ment sur des procédés et des dispositifs destinés à géné-

rer et à détecter des ondes acoustiques dans une formation souterraine, en particulier des ondes acoustiques de cisaillement. On sait depuis longtemps dans le domaine de

l'étude de formations souterraines traversées par un son-

dage que des mesures portant sur de l'énergie acoustique introduite dans une formation de terrain peuvent donner une information extrêmement utile au sujet de divers

paramètres et caractéristiques de la formation. La techni-

que classique consiste donc à introduire dans le sondage une sonde de diagraphie contenant une certaine forme de

générateur et de récepteur d'ondes acoustiques, pour diri-

ger dans la formation de l'énergie acoustique issue du générateur, en position adjacente au niveau intéressant du sondage, et enregistrer ensuite avec le récepteur les

ondes acoustiques résultantes qui retournent de la forma-

tion.

Une onde acoustique présentant un intérêt parti-

culier est connue dans la technique sous le nom d'onde de "cisaillement" ou onde "S", et cette onde peut apparaître dans une formation sous l'effet d'un mouvement vibratoire dans la formation, perpendiculairement à la direction de propagation de l'onde. On peut trouver une étude générale de ce phénomène et de phénomènes associés relatifs à des ondes de "compression" (ou de "pression") dans l'article "The Full Acoustic Wave Train In A Laboratory Model Of A Borehole" par S. T. Chen, Geophysics, Volume 47, N 11,

novembre 1982.

La diagraphie par ondes acoustiques de cisaille-

ment est devenue de plus en plus utile dans la détection

de fractures de formations, ainsi que dans la détermina-

tion de propriétés lithologiques de formations, etc.

Cependant, plusieurs problèmes ont rendu difficile l'utili-

sation satisfaisante de cette technique.

A titre d'exemple, on a souvent trouvé que l'amplitude de l'onde de cisaillement était insuffisante pour un traitement et une analyse efficaoes. De façon caractéristique, l'onde de cisaillement exige un temps de propagation plus long que celui de l'onde de compression

pour parcourir la distance longitudinale entre le généra-

teur acoustique et le détecteur, à travers la formation.

De ce fait, il s'est souvent avéré difficile de discrimi-

ner entre cette onde de compression arrivant en premier et l'onde de cisaillement arrivant ultérieurement (qui peut

arriver avant que l'onde de compression se soit complète-

ment atténuée).

On a tenté d'augmenter l'amplitude de l'onde S qui atteint la formation afin d'augmenter l'amplitude de l'onde S reçue par rapport aux autres signaux, ce qui a pour effet d'augmenter le rapport signal à bruit. Une telle recherche a produit certains résultats utiles, comme la découverte du.fait que l'angle sous lequel l'énergie acoustique est introduite dans la formation pouvait favoriser la formation d'ondes S, ainsi que la découverte du fait que des sources acoustiques multip3les, comme. des sources quadrup6les (décritesdans la demande de brevet des E.U.A. n 379 684), pouvaient produire plus efficacement les ondes S désirées et procurer un moyen pour effectuer une diagraphie directe par ondes S. On utilise ici l'expression "source multipôle" pour désigner des sources d'ondes acoustiques dipôles, quadrupôles ou d'ordre supérieur; mais non pour désigner des sources

monopoles à symétrie axiale.

La génération satisfaisante de telles ondes S présente cependant toujours des problèmes importants. A

titre d'exemple, on sait que des sources multipôles cons-

tituent des éléments rayonnants acoustiques moins effica-

ces que des sources monopoles. Par conséquent, l'obtention des avantages de sources multipôles pour la diagraphie

directe par ondes S, avec des rapports signal à bruit amé-

liorés par rapport au "bruit" de l'onde de compression et à d'autres bruits, a nécessité l'utilisation de sources

multipôles plus puissantes.

Il est apparu un certain nombre de contraintes de conception qui ont gêné la réalisation de sources d'ondes S plus puissantes. En particulier, pour effectuer des opérations de diagraphie acoustique par ondes S dans

des formations tendres, il est souvent nécessaire d'utili-

ser des sources puissantes d'ondes S ayant des fréquences

inférieures à 3 kHz. Ceci a de façon générale conduit à en-

visager des sources ayant de grandes dimensions physiques,

pour obtenir les fréquences de résonance basses nécessai-

res. Cependant, l'utilisation d'alimentations de grande taille à tension élevée pour alimenter de telles sources

ayant des grandes dimensions physiques constitue un incon-

vénient du fait qu'il est alors nécessaire d'utiliser des circuits électriques de conception complexe, et du fait de problèmes de perturbation par du bruit à tension élevée

qui sont associés à de telles alimentations à tension éle-

vée. Le procédé et le dispositif de l'invention sont

destinés à la génération et à l'émission d'ondes acousti-

ques dans une formation souterraine traversée par un son-

dage. Le procédé de l'invention comprend de façon générale la génération d'une ou de plusieurs paires d'ondes de pression par l'utilisation de paires de barreaux vibrants, dans lesquelles un élémenc d'une paire donnée vibre en phase avec un élément de chacune des autres paires (et de manière déphasée avec l'autre élément de chacune des

autres paires), de façon que les ondes de pression se pro-

pagent initialement à l'intérieur d'une sonde pratiquement

dans la même direction, parallèle à l'axe central longitu-

dinal de la sonde, et ensuite la réflexion de chaque onde en direction radiale vers l'extérieur de la sonde et vers la formation, approximativement au même niveau du sondage, ce qui a pour effet de produire une onde de cisaillement multipôle dans la formation. Le dispositif de l'invention comprend de façon

générale une sonde, prévue pour être déplacée dans le son-

dage, logeant des moyens générateurs d'ondes acoustiques et des moyens réflecteurs d'ondes acoustiques, destinés respectivement à générer et à réfléchir radialement vers

l'extérieur les ondes de pression précitées.

Dans un mode de réalisation préféré, on génère quatre ondes de pression de façon qu'elles se propagent

initialement le long de quatre axes dont les intersec-

tions avec un plan quelconque perpendiculaire à l'axe central de la sonde définissent les quatre sommets d'un quadrilatère et de préférence d'un carré. La réflexion ultérieure précitée vers la formation d'une onde donnée quelconque parmi ces ondes de pression est telle que la majeure partie de l'énergie contenue dans cette onde réfléchie se propage dans une direction générale qui est normale à un plan défini par les deux axes qui sont les plus proches de l'axe de l'onde de pression donnée. De plus, l'onde de pression donnée est déphasée par rapport aux ondes de pression se propageant initialement le long

de ces deux axes les plus proches.

Dans un tel mode de réalisation préféré, les moyens générateurs d'ondes acoustiques comprennent quatre barreaux cylindriques alignés de façon coaxiale sur les

quatre axes, avec les centres des barreaux situés sur un cer-

cle perpendiculaire à l'axe central et espacés de façon

équidistante sur le cercle, de façon à définir des premiè-

re et seconde paires de tels barreaux, chaque paire com-

prenant deux barreaux diamétralement opposés. Les barreaux

de la première paire sont en une première matière à magné-

tostriction ayant une première constante de déformation, et ceux de la seconde paire sont, de façon similaire, en une seconde matière à magnétostriction qui est différente de la première matière et qui, en outre, possède une seconde constante de déformation différente de la premiè-

re constante de déformation.

Des bobines sont disposées autour de chaque barreau, et lorsqu'elles sont excitées électriquement, elles induisent dans les barreaux un champ magnétique parallèle aux axes des barreaux, ce qui produit aux

extrémités supérieures des barreaux des vibrations de sur-

face constituant un mouvement de type quadrupôle, c'est-à-

dire un mouvement le long des axes des barreaux dans des conditions telles que lesmouvementsde chacun des barreaux d'une paire donnée soient mutuellement en phase, mais déphasés par rapport à ceux de l'autre paire, ce qui a

pour effet de générer les quatre ondes de pression.

Dans un mode de réalisation dans lequel les moyens générateurs d'ondes acoustiques génèrent quatre ondes de pression, les moyens réflecteurs acoustiques comprennent de préférence une matière réfléchissante au point de vue acoustique qui définit une pyramide à quatre faces tronquée et renversée, alignée de manière coaxiale par rapport à l'axe central, avec une configuration dans laquelle l'extrémité supérieure de chaque barreau est située au-dessous d'une face respective et en position adjacente à cette dernière, et l'axe de chaque barreau

rencontre la face respective.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de

la description qui va suivre de modes de réalisation, et

en se référant aux dessins sur lesquels:

La figure 1 est une représentation en perspecti-

ve, partiellement schématique, d'un système de diagraphie

acoustique conforme à l'invention.

La figure 2 est une représentation en perspecti-

ve, partiellement en coupe, d'un mode de réalisation préfé-

ré d'une source de diagraphie par ondes acoustiques de cisaillement de type quadrup8le qui est représentée sur la

figure 1.

La figure 3 est une représentation en élévation et en coupe de la source de diagraphie de la figure 2,

selon un plan qui contient l'axe central longitudinal com-

mun à la sonde de diagraphie représentée sur la figure 1

et à la source de diagraphie de la figure 2 qui est conte-

nue dans cette sonde.

La figure 4 est une représentation en plan et en coupe selon la ligne 4-4 de la source de diagraphie de la

figure 3.

La figure, 5-est une représentation en perspecti-

ve des éléments de barreaux et desbobines associées de la

source de diagraphie de la figure 2, montrant schématique-

ment leurs connexions électriques.

La figure 6A est une représentation en perspecti-

ve du réflecteur acoustique de la source de diagraphie

représentée sur la figure 2.

La figure 6B est une représentation en plan (en vue de dessous) du réflecteur représenté sur la figure 6A. La figure 7 est une représentation en plan et en coupe d'une source de diagraphie par ondes de cisaillement à 16 p8les, illustrant un autre mode de réalisation de la

source de diagraphie de la figure 3.

La figure 8A est une représentation en perspecti-

ve du réflecteur acoustique de l'autre mode de réalisation

de la source de diagraphie, représenté sur la figure 7.

La figure 8B est une représentation en plan (en vue de dessous) du réflecteur acoustique représenté sur la

figure 8A.

La figure 9 est une représentation en perspective d'un autre mode de réalisation des éléments de barreaux et

des bobines associées de la source de diagraphie de la figu-

re 2, montrant schématiquement leurs connexions électriques.

La figure 10 est une coupe d'une source d'ondes acoustiques de cisaillement de type dipôle, selon un plan perpendiculaire à l'axe central longitudinal de la source,

représentant un autre mode de réalisation de l'invention.

La figure 11 est une représentation en perspecti-

ve du réflecteur acoustique de la source de diagraphie qui

est représentée sur la figure 10.

La figure 12 est une représentation en plan (en vue de dessous) du réflecteur acoustique qui est représenté

sur la figure 11.

La figure 13 est une coupe d'une source d'ondes acoustiques de cisaillement de type octop8le, selon un plan perpendiculaire à l'axe central longitudinal de la

source, montrant un autre mode de réalisation de l'inven-

tion.

La figure 14 est une représentation en perspecti-

ve du réflecteur acoustique de la source de diagraphie

représentée sur la figure 13.

La figure 15 est une représentation en plan (en

vue de dessous) du réflecteur acoustique qui est représen-

té sur la figure 14.

La nomenclature des multiples est basée sur des puissances consécutives de deux, c'est-à-dire 2, n étant

un entier avec n=l, 2, 3, et ainsi de suite inféfiniment.

Les multipôles comprennent ainsi le dipÈ1e (n=l), le qua-

drupôle (n=2) et l'octopôle (n=3). La nomenclature pour 1 n des multipôles d'ordre supérieur est basée sur 2n, avec n=4, 5, 6 et ainsi de suite indéfiniment. Les multiples

ne comprennent pas le monopole (n=O).

La figure 1 est une représentation en perspective

d'un système de diagraphie acoustique conforme à l'inven-

tion, spécialement adapté à l'utilisation pour la diagraphie

au moyen d'ondes acoustiques de cisaillement dans une forma-

tion souterraine traversée par un sondage. Un sondage ou un puits 12 contenant de façon caractéristique un fluide 14 traverse une formation souterraine 10 à étudier. Il existe une sonde de diagraphie 16 qui est conçue de façon à être déplacée verticalement le long du sondage 12 jusqu'au

niveau désiré du sondage auquel on désire étudier la forma-

tion.

La sonde 16 présente de façon classique une con-

figuration à plusieurs sections, et elle peut comprendre une section de source de génération d'ondes acoustiques 18, et une ou plusieurs sections de détecteur d'ondes

acoustiques, comme les sections 20, 22 et 24. Chaque sec-

tion de détecteur comporte un détecteur correspondant, et on désigne collectivement ces détecteurs par l'appellation "réseau de détecteurs" 25. Les sections de détecteurs 20, 22 et 24 contiennent respectivement des détecteurs D1, D2 et Dn du réseau de détecteurs 25. D'autres sections de détecteur qui contiennent d'autres détecteurs du réseau de

détecteurs 25 ne sont pas représentées ou bien sont seule-

ment représentées de façon partielle sur la figure 1.

De façon similaire, la section de source 18 con-

tient une source acoustique 26 conforme à l'invention. On notera que les sections de détecteur 20, 22 et 24 sont de façon caractéristique isolées physiquement de la section de source 18 par une section de séparation 29, d'une manière bien connue dans la technique, et que les sections 18-24 sont en outre alignées de façon coaxiale sur un axe central longitudinal 28, pour former la sonde cylindrique 16. Lorsque la sonde 16 se trouve dans le sondage 12,

l'axe central 28 coincide également de préférence, approxi-

mativement, avec l'axe du sondage 12.

Un examen plus attentif de la figure 1 montre que chacune des sections 18, 20, 22 et 24 comprend un ensemble respectif de fenêtres acoustiques 27, 36, 38 et 40. Bien que chacun des ensembles 27, 36, 38 et 40 soit représenté sur la figure 1 sous une forme comprenant quatre fenêtres,

chaque ensemble peut avoir plus ou moins que quatre fenê-

tres. En fonctionnement, la source 26 génère quatre impul-

sions d'ondes acoustiques (dont une seule est représentée sous la forme de l'onde de pression 30), d'une manière qu'on décrira ci-après de façon plus détaillée. Chaque impulsion d'onde se propage en s'éloignant de la source 26 sous un angle 6, 34, par rapport au plan qui contient

la ligne 32 et qui est normal à l'axe central 28. Une par-

tie de l'énergie acoustique contenue dans chaque impulsion d'onde (comprenant l'onde 30) traverse le fluide 14 du

sondage, entre dans la formation 10, et se propage longitu-

dinalement vers le bas, après quoi elle rentre dans le fluide 14 et est détectée par les détecteurs du réseau de détecteurs 25 d'une manière qu'on décrira ultérieurement

de façon plus détaillée.

On utilise une unité de commande de tir et d'en-

registrement 44 pour commander l'excitation de la source

26 à des instants désirés appropriés, ce qui est représen-

té fonctionnellement par la présence de l'interrupteur 42.

Les signaux acoustiques que génèrent les détecteurs D1, D2 et Dn du réseau de détecteurs 25 sous l'effet de l'énergie acoustique qu'ils reçoivent à partir de la formation 10 sont transmis sur des lignes de signal respectives 46, 48 et 50 (et d'autres lignes de signal, non représentées, correspondant à d'autres détecteurs du réseau de détecteurs

), vers des circuits 52, 54, 56 et 58 situés à l'exté-

rieur du sondage, en vue du traitement, de l'enregistre-

ment, de la présentation, etc, de la manière désirée.

Plus précisément, et comme le représente fonc-

tionnellement le commutateur 52, chaque signal présent sur les lignes 4650 est filtré par un filtre passe-bande approprié 54, il est amplifié par un amplificateur 56 et il est ensuite appliqué à une unité de mesure d'intervalle de temps 58, tout ceci étant accompli d'une manière et dans des buts bien connus dans la technique. On peut alors déterminer les temps de propagation de l'énergie acoustique de la source 26 jusqu'à un détecteur donné du réseau de détecteurs 25, en passant par la formation 10, et on peut en déduire la vitesse des ondes acoustiques dans la forma-

tion 10.

La figure 2 est une représentation en perspective qui montre un mode de réalisation préféré d'une source de diagraphie par ondes acoustiques de type quadrup8le 26, conforme à l'invention, qui est représentée sur la figure 1

et qui est contenue dans la section 18. La source 26 com-

prend un boîtier cylindrique creux 60 qui est traversé par un mandrin de support inférieur 62. Le mandrin 62 supporte une base 64 en forme de disque qui porte quatre barreaux

cylindriques 66, 68, 70 et 72. Un mandrin de support inter-

médiaire 74 accouple la base 64 à un réflecteur d'énergie acoustique 76 qui est lui-même accouplé à un mandrin de

support supérieur 78.

La partie supérieure du bottier 60 comporte les fenêtres 27 mentionnées précédemment (deux seulement

d'entre elles sont représentées, dans un but de clarté).

Chaque fenêtre consiste en une ouverture sur laquelle s'étend une membrane mince, telle par exemple qu'une feuille de caoutchouc, qui est pratiquement transparente

au point de vue acoustique, grâce à quoi les ondes acous-

tiques qui sont générées à l'intérieur du bottier 60 peu-

vent 8tre transmises vers la formation 10 environnante en traversant la membrane. La membrane est évidemment fixée de façon étanche à la paroi du bottier 60 par des moyens commodes quelconques tels que des pinces métalliques, afin d'éviter l'infiltration du fluide 14 du sondage dans les

interstices du boîtier 60.

La base inférieure 64 comporte à sa surface

cylindrique extérieure une gorge de retenue de joint tori-

que inférieur 83 qui contient un joint torique 84 assurant une jonction étanche entre la base 64 et la surface interne du boîtier 60. De plus, des première, seconde, troisième et

quatrième bobines hélicoïdales 86, 88, 90 et 92 sont dispo-

sées autour des barreaux respectifs 66, 68, 70 et 72, et ces bobines sont constituées par du fil électrique de bobi-

nage isolé.

Des première et seconde ouvertures 94 et 96 s'étendent transversalement dans le mandrin intermédiaire 74 de façon à recevoir les conducteurs d'extrémité des

bobines respectives 86 et 88, et à acheminer ces conduc-

teurs vers une source d'énergie électrique appropriée qu'on décrira ultérieurement. Le mandrin 74 peut comporter

si nécessaire des ouvertures supplémentaires (non repré-

sentées), pour acheminer de façon similaire les conduc-

teurs d'extrémité des bobines 90 et 92.

D'une manière similaire à la base 64, le réflec-

teur acoustique 76 comprend une gorge de retenue de joint

rorique supérieur 116 qui contient un joint torique supé-

rieur 118 destiné à établir une jonction étanche entre la périphérie cylindrique extérieure du réflecteur 76 et la surface intérieure du boîtier 60. On comprend ainsi qu'on obtient un volume intérieur 124 (représenté sur la figure

3) qui est isolé de façon étanche par rapport à l'exté-

rieur du boîtier 60 et par rapport aux régions qui se trouvent respectivement au-dessus du réflecteur 76 et au-dessous de la base 54. Le volume 124 est de préférence empli avec un fluide tel que de l'huile ou une substance

semblable, pour assurer l'adaptation d'impédance acousti-

que avec le fluide 14.

On va maintenant considérer de façon plus détaillée les figures 3 et 4, en rappelant que ces figures sont respectivement des vues en élévation et en plan de la source acoustique 26 de la figure 2, montrant des détails supplémentaires de cette source. On notera tout d'abord que des passages 98, 100 et 102,alignés de façon coaxiale, sont respectivement formés en direction longitudinale à l'intérieur du mandrin intermédiaire 74, du réflecteur 76

et du mandrin supérieur 78 le long de l'axe central 28.

Le passage 98 communique avec des ouvertures 94 et 96, ce qui procure un moyen pour acheminer les conduc-

teurs d'extrémité des bobines 86-92 à travers les ouvertu-

res 94 et 96 et à travers les passages 98-102, vers une

source appropriée dyénergie électrique.

En considérant toujours les figures 3 et 4, on note que des cavités taraudées 104 et 106 sont formées dans la base 64, et des cavités taraudées 108 et 110 sont formées dans le réflecteur 76, pour permettre la réception et le vissage d'extrémités filetées correspondantes du mandrin inférieur 62, du mandrin intermédiaire 74 et du mandrin supérieur 78. De façon similaire, des cavités taraudées telles que les cavités 112 et 114 dans la base

64 procurent un moyen commode pour monter les quatre bar-

reaux 66-72 sur la base 64.

Deux aimants permanents 120 et 122 sont logés à l'intérieur du réflecteur 76, en étant supportés par celui-ci, et chacun d'eux est monté en position coaxiale par rapport à l'un respectif des barreaux 66 et 70, en étant situé au-dessus de ce barreau, dans un but qu'on décrira ultérieurement de façon plus détaillée en relation avec un autre mode de réalisation. Il faut cependant noter que les aimants ne seront pas incorporés dans le mode de

réalisation préféré de la figure 3.

Sur la figure 4, un axe X et un axe Y, portant respectivement les références 126 et 128, sont représentés dans des positions dans lesquelles ils sont mutuellement perpendiculaires et rencontrent l'axe central 28, pour

faciliter la description détaillée qui suit. Dans le même

but, on a représenté sur cette figure un cercle 130 conte-

nu dans le plan qui est défini par les axes 126 et 128 et

qui passe par les axes longitudinaux des barreaux 66-72.

La figure 5 est une représentation en perspective des barreaux 66-72 et des bobines correspondantes 86-92 de la source de diagraphie 26 de la figure 2, qui est destinée à représenter fonctionnellement de façon plus détaillée les connexions électriques de ces éléments et leur configuration. Dans le mode de réalisation préféré de l'invention,

chaque barreau 66-72 est réalisé en une matière ferromagné-

tique qui présente la propriété connue sous le nom de phé-

nomène de magnétostriction, suivant laquelle lorsqu'un

champ magnétique est appliqué à la matière dans la direc-

tion de son axe longitudinal, il apparaît des changements

correspondants de la longueur de la matière dans la direc-

tion de son axe longitudinal.

L'amplitude de la variation et la dilatation ou

la contraction de la matière sous l'effet de la magnétisa-

tion sont fonction de la matière particulière. Ainsi, diverses matières présentent différentes constantes de déformation (variations de longueur par unité de longueur sous l'effet de la magnétostriction), et certaines sont

positives tandis que d'autres sont négatives (ce qui indi-

que respectivement que la matière s'allonge ou se raccour-

cit sous l'effet de la magnétisation). En outre, ces cons-

tantes peuvent être grandes ou faibles (ce qui indique

respectivement des variations relatives de longueur gran-

des ou faibles pour une intensité de champ magnétique don-

née).

En appliquant ce qui précède au mode de réalisa-

tion de la figure 5, on note qu'on peut utiliser le phéno-

mène de magnétostriction qu'on vient de décrire pour cons-

truire un vibreur à magnétostriction capable de générer une onde acoustique de pression. Plus précisément, dans le mode de réalisation de la figure 5, les barreaux 66 et 70

seront avantageusement réalisés en une matière ferromagné-

tique appelée Permendur 2V ayant une constante de déforma-

tion positive, tandis que les barreaux 68 et 72 pourront être en une matière ferromagnétique telle que le nickel, ayant une constante de déformation négative, avec une valeur

absolue inférieure à celle du Permendur 2V.

* On notera, d'après ce qui précède, qu'au moment de l'application d'un champ magnétique aux barreaux 66 et 70 par la fermeture de l'interrupteur 42, ce qui a pour effet d'exciter les bobines 86 et 90 correspondantes à partir de

la source d'énergie électrique 132, les surfaces circulai-

res supérieures des barreaux 66 et 70 (qui se trouvent dans un plan parallèle à celui défini par les axes 126 et 128) s'élèvent au fur et à mesure que les barreaux 66 et 70 s'allongent dans la direction de l'axe central 28. (On rappelle que les extrémités inférieures des barreaux 6672 sont montées sur la base 64 et ne peuvent accomplir aucun mouvement longitudinal.) Au moment de l'ouverture de l'interrupteur 42,

et donc de la désexcitation des bobines 86 et 90, les bar-

reaux 66 et 70 retournent à leur longueur normale. Par

consequent, en faisant varier l'intensité du champ magnéti-

que appliqué, comme par exemple par l'ouverture et la fer-

meture rapides de l'interrupteur 42, on fait osciller en

phase à la même fréquence les surfaces supérieures des bar-

reaux 66 et 70, ce qui crée deux ondes acoustiques qui se propagent verticalement vers le haut en direction du réflecteur 76, le long des axes des barreaux 66 et 70 et

dans la direction de l'axe central 28.

D'une manière similaire, du fait que les barreaux 68 et 72 ont une constante de déformation de signe opposé à celle des barreaux 66 et 70, au moment de l'excitation des

bobines 88 et 92 correspondantes, simultanément à l'excita-

tion des bobines des barreaux 66 et 70, les surfaces circu-

laires supérieures des barreaux 68 et 72 entrent en oscil-

lation-dans la direction de l'axe central 28, en phase et à la même fréquence, mais avec un déphasage de 180 par rapport à l'oscillation desbarreaux 66 et 70. Ceci crée deux ondes acoustiques supplémentaires qui se propagent

également verticalement vers le haut en direction du réflec-

teur 76, comme décrit précédemment, et de manière déphasée

par rapport aux ondes précédentes.

Du fait que la valeur absolue de la constante de déformation du Permendur 2V est supérieure à celle du nickel, pour une intensité de champ magnétique donnée, l'amplitude de vibration des barreaux 66 et 70 serait supérieure à celle des barreaux 68 et 72. Par conséquent, dans le mode de réalisation de la figure 5 qu'on vient de décrire, on peut donner au nombre de spires des bobines 86 et 90 une valeur inférieure à celui des bobines 88 et 92,

afin de produire des vibrations d'amplitude approximative-

ment égale, ce qui est souhaitable pour que la source 26 émette des ondes acoustiques quadrupôles dans la formation 10. Dans plusieurs modes de réalisation décrits ici, certains des barreaux utilisés pour construire une source conforme à l'invention auront une première constante de

déformation et certains autres auront une seconde constan-

te de déformation dont la valeur absolue diffère de celle de la première constante de déformation. A titre d'exemple, la valeur absolue de la constante de déformation du nickel

est environ égale à la moitié de celle du Permendur 2V.

Dans ces modes de réalisation, on peut adapter les constan-

tes de déformation effectives des matières utilisées pour

les barreaux en entourant Ou en enveloppant les bar-

reaux qui ont une constante de déformation de valeur abso-

lue supérieure avec un élément métallique conducteur de l'électricité (qui peut être un fil), de façon que cet élément métallique soit intercalé entre chaque barreau et la bobine d'excitation environnante correspondante qui

produit le champ magnétique dans le barreau. Cet enveloppe-

ment blinde partiellement le barreau par rapport au champ magnétique, ce qui réduit la constante de déformation effective du barreau enveloppé. A titre d'exemple, dans une source comportant certains barreaux en nickel et certains autres en Permendur 2V, un fil mince d'aluminium enroulé autour de chaque barreau en Permendur 2V procure l'effet désiré consistant à adapter les constantes de déformation

des barreaux.

Les figures 6A et 6B montrent respectivement une représentation en perspective et en plan du réflecteur acoustique 76 qui se trouve à l'intérieur de la sonde de diagraphie 26 de la figure 2. On voit en particulier que le réflecteur 76 définit une pyramide renversée, tronquée

par la cavité 108 adjacente à la surface. Plus précisé-

ment, on voit en outre que la pyramide qui est ainsi défi-

nie présente quatre surfaces réfléchissantes 134, 136, 138

et 140.

D'après l'orientation des faces 134-140 par rapport aux axes 126 et 128, et l'alignement coaxial du réflecteur 76 sur l'axe central 28, on voit que chaque barreau 66-72 est placé en position adjacente à une face respective correspondante parmi les faces 134-140, et

au-dessous de cette face, avec l'axe longitudinal de cha-

que barreau rencontrant la face respective.

La flèche 135 montre le but d'un tel alignement et cette flèche représente une onde acoustique générée par l'un des barreaux 66-72 comme on vient de le décrire et se

propageant longitudinalement vers le haut dans la direc-

tion de l'axe central 28 et le long de l'axe du barreau particulier, vers le réflecteur 76. Lorsque l'onde tombe sur le réflecteur 76, elle est réfléchie sous la forme de l'onde 30, sous un angle 0, 34, par rapport au plan qui contient la ligne de référence horizontale 32 et qui est

normal à l'axe central 28.

De cette manière, en donnant une forme appropriée aux faces 134-140, les ondes acoustiques de pression se

propageant verticalement qui sont générées par chaque bar-

reau 66-72 sont réfléchies dans une direction générale nor-

male à l'axe central 28, de façon que les lobes principaux de l'énergie ondulatoire acoustique réfléchie par le réflecteur 76 correspondent à des ondes qui sortent de la section de source 18 (par l'ensemble des fenêtres 27) et

pénètrent dans la formation 10, pratiquement dans les qua-

tre directions indiquées par les axes 126 et 128.

Le réflecteur 76 est de préférence construit en une matière constituant un réflecteur acoustique efficace, comme l'aluminium ou l'acier, pour maximiser le transfert d'énergie du réflecteur vers la formation. On a également trouvé qu'il était souhaitable que les lobes des ondes réfléchies soient réfléchis non pas dans une direction exactement normale à l'axe central 28, mais dans une direction décalée, avantageusement dans la plage d'environ à environ 45 par rapport à un plan normal à l'axe central 28, afin de favoriser la conversion (d'une manière

décrite aux deux paragraphes suivants) de l'onde de com-

pression qui est ainsi créée dans le fluide 14 du sondage,

en ondes de cisaillement quadrupSles désirées dans la for-

mation 10. On peut bien entenu réaliser ceci en réglant l'angle d'inclinaison des faces 134-140 par rapport à l'axe central 28, en réglant l'orientation des axes des barreaux 66-72 par rapport aux faces 134-140, ou en

effectuant conjointement ces deux réglages.

Il faut noter qu'à l'interface entre le fluide

14 du sondage et la formation 10, outre le fait qu'une par-

tie de l'énergie ondulatoire de compression se propageant dans le fluide 14 du sondage à partir de la source 26 est

convertie en énergie ondulatoire acoustique de cisaille-

ment qui se propage dans la formation 10, une autre partie de l'énergie ondulatoire de compression présente dans le fluide 14 est convertie en énergie ondulatoire acoustique de compression qui se propage dans la formation 10. Les ondes de cisaillement qui sont induites dans la formation

interfèrent pour produire une onde de cisaillement qua-

drupôle dans la formation 10. De façon similaire, les

ondes de compression induites dans la formation 10 inter-

fèrent pour produire une onde de compression quadrupôle dans la formation 10. Le rapport entre l'énergie de l'onde

de cisaillement quadrupôle et l'énergie de l'onde de com-

pression quadrupôle que la source 26 produit dans la for-

mation 10 dépend de l'angle précité sous lequel les ondes

de pression présentes dans le fluide 14 atteignent l'in-

terface entre le fluide 14 et la formation 10, et il

dépend également de la fréquence de la source.

Pour la diagraphie directe par ondes acoustiques

de cisaillement, il est souhaitable de favoriser la géné-

ration d'ondes de cisaillement dans la formation 10, par rapport à la formation d'ondes de compression dans cette formation. On peut accomplir ceci de la manière décrite deux paragraphes plus haut. Au contraire, pour réaliser

efficacement des opérations de diagraphie par ondes acous-

tiques de compression, il peut être souhaitable de favori-

ser la génération d'ondes de compression dans la formation , par rapport à la génération d'ondes de cisaillement

dans cette formation.

On peut utiliser la source 26, fonctionnant dans le mode décrit ici en relation avec la diagraphie par

ondes de cisaillement quadrupôles, pour effectuer des opé-

rations de diagraphie par ondes acoustiques de compression

quadrupôles. L'arrivée des ondes de compression quadrupô-

les aux détecteurs aura lieu avant l'arrivée des ondes de cisaillement quadrupôles aux détecteurs, si bien que la génération d'ondes de cisaillement quadrupôles dans la formation 10 (simultanément à la génération des ondes de

compression quadrupôles qui présentent un intérêt en dia-

graphie par ondes de compression quadrupôles), ne pertur-

bera pas les opérations de diagraphie par ondes de com-

pression. Pour effectuer efficacement des opérations de diagraphie par ondes acoustiques de compression quadrupôles en utilisant la source 26, il est souhaitable que l'angle d'inclinaison des faces 134-140 par rapport à l'axe central 28 et l'orientation des axes des barreaux 66-72 par rapport aux faces 134-140 soient réglés de façon que les lobes des ondes réfléchies se propagent dans une direction normale à

l'axe central 28, ce qui a pour effet de favoriser la géné-

ration d'ondes de compression dans la formation 10, par rapport à la génération d'ondes de cisaillement dans cette

dernière.

L'homme de l'art notera que les modes de réalisa-

tion de type dipôle, octopôle et autres de la source acous-

tique de l'invention qui sont décrits ci-après conviennent de façon similaire aussi bien pour la diagraphie par ondes

acoustiques de cisaillement multipôles que pour la diagra-

phie par ondes acoustiques de compression multipôles.

On a également noté qu'il était souhaitable que

les ondes acoustiques qui se propagent vers le haut à par-

tir de chaque surface supérieure des barreaux 66-72 soient issues de points aussi proches que possible, en direction radiale, de l'axe central 28. Ceci a pour but de parvenir à la meilleure approximation possible de quatre sources

monopoles rapprochées, qui sont nécessaires pour une sour-

ce quadrupôle, et on peut y parvenir en diminuant le dia-

mètre du cercle 130 sur lequel les barreaux 66-72 sont

uniformément espacés.

Les figures 7, 8A et SB correspondent respective-

ment aux figures 4, 6A et 6B, dans la mesure o elles mon-

trent des représentations similaires d'un autre mode de réalisation de l'invention. Plus précisément, alors que la

description précédente de l'invention était limitée à un

générateur ou une source d'ondes quadrup8les, l'invention n'est en rien limitée à une telle configuration et englobe

totalement d'autres modes de réalisation.

Ainsi, pour certaines applications, on peut désirer une source d'ondes acoustiques dip1ôles, comme celle représentée sur les figures 10, 11 et 12, ou une source d'ordre supérieur à la source quadrupôle, comme la source d'ondes acoustiques octopôles qui est représentée sur les figures 13, 14 et 15, ou la source d'ondes acoustiques à

16 pôles qui est représentée sur les figures 7, 8A et 8B.

Le nombre de barreaux dans les modes de réalisa-

tion du dipôle, de l'octopôle et de la source à 16 pôles

qu'on décrira ci-après ne correspondent pas à la nomencla-

ture du dipôle, de l'octopôle et de la source à 16 pôles.

Ainsi, une source dipôle (n=l) comprend deux fois un, soit deux barreaux. Une source quadrupSle (n=2) comprend deux fois deux, soit quatre barreaux. Une source octopôle (n=3), une source à 16 pôles (n=4) et une source à 32 pôles (n=5) comprennent respectivement six, huit et dix barreaux. Par

conséquent, de façon générale, une source à 2n pôles com-

prend 2n barreaux, n étant un nombre entier avec n = 1,

2, 3 et ainsi de suite indéfiniment.

De façon générale, pour une source à 2n pôles conforme à l'invention, 2n barreaux (avec n = 1, 2, 3 et

ainsi de suite, indéfiniment) sont disposés de façon pra-

tiquement équidistante autour de l'axe central d'une son-

de de diagraphie. Les barreaux sont de préférence disposés

de façon pratiquement équidistante autour de l'axe central.

Des barreaux adjacents, lorsqu'on considère la position angulaire autour de l'axe central, produisent des ondes de pression qui sont pratiquement déphasées mutuellement de et qui se propagent initialement vers le réflecteur et sont ensuite réfléchies dans une direction générale radiale

par rapport à l'axe central, vers l'extérieur.

Ainsi, en considérant maintenant la figure 7,

comparée à la figure 4, on peut noter qu'au lieu de seule-

ment quatre barreaux 66-72, il y a huit barreaux 158, 160,

162, 164, 166, 168, 170 et 172 (avec des bobines correspon-

dantes qui ne sont pas représentées), ainsi que huit fend-

tres correspondantes 142, 144, 146, 148, 150, 152, 154 et 156, disposées radialement vers l'extérieur par rapport aux barreaux. D'une manière similaire au mode de réalisation des figures 1-6B, les huit barreaux 158172 et les bobines correspondantes sont orientés de façon que leurs centres soient uniformément espacés sur le cercle 130 et que leurs

axes soient parallèles à l'axe central 28, De façon simi-

laire, les barreaux alternent entre des première et seconde

matières ferromagnétiques, lorsqu'on parcourt la circonfé-

rence du cercle 130. Enfin, les barreaux sont excités d'une

manière similaire à celle qui est représentée fonctionnelle-

ment sur la figure 5.

On voit ainsi qu'au lieu de produire quatre ondes de pression qui se propagent vers le haut à l'intérieur de la sonde 16, en direction du réflecteur 76, le mode de réalisation des figures 7, 8A et 8B produit huit de ces ondes. Il est donc nécessaire de modifier le réflecteur 76 de la manière représentée sur les figures 8A et 8B, de

façon à définir des surfaces réfléchissantes correspondan-

tes 174, 176, 178, 180, 182, 184, 186 et 188, qui réflé-

chissent chaque onde vers l'extérieur, à travers sa fenêtre respective 142, 146, 148, 150, 152, 154 et 156 et vers la formation 10, dans huit directions distinctes et séparées, orientées radialement vers l'extérieur par

rapport à l'axe central 28.

La figure 10 est une coupe d'une source d'ondes acoustiques de cisaillement de type dipâle qui montre un autre mode de réalisation de la source acoustique 26 de l'invention. Au lieu de quatre barreaux, cette source ne comporte que deux barreaux 258 et 260 (avec des bobines hélicoïdales correspondantes qui ne sont pas représentées),

ainsi que deux fenêtres correspondantes 254 et 256 dispo-

sées radialement vers l'extérieur par rapport aux barreaux

respectifs 258 et 260.

D'une manière similaire au mode de réalisation des figures 1 à 6B, les barreaux 258 et 260 et les bobines correspondantes sont disposés avec un écartement mutuel pratiquement égal à 180 sur la circonférence du cercle 230, avec leurs axes parallèles à l'axe central 28. De

façon similaire,- l'un des barreaux 258 et 260 est consti-

tué par une première matière à magnétostriction ayant une constante de déformation positive (comme le Permendur 2V),

et l'autre est constitué par une seconde matière à magné-

tostriction ayant une constante de déformation négative (comme le nickel). Les barreaux 258 et 260 sont excités

d'une manière similaire à celle qui est représentée fonc-

tionnellement sur la figure 5.

On comprend ainsi que le mode de réalisation de la figure 10 produit deux ondes de pression (avec l'une d'elles déphasée de 180 par rapport à l'autre) qui se propagent initialement à l'intérieur de la sonde 16 vers le réflecteur 278. 0h positionne le réflecteur 278 au-dessus des extrémités supérieures des barreaux 258 et 260 en vissant les cavités taraudées 208 sur la partie d'extrémité supérieure filetée de façon correspondante du

mandrin 74.

Le réflecteur 278, représenté sur les figures 11 et 12,comporte des surfaces réfléchissantes 274 et 276, respectivement destinées à réfléchir vers l'extérieur, à travers les fenêtres 254 et 256, les ondes de pression provenant des barreaux 258 et 260, de façon que ces ondes se propagent pratiquement radialement vers l'extérieur par rapport à l'axe central 28. Le réflecteur 278 a la forme générale d'un c8ne plein renversé, tronqué par la cavité 208 adjacente à la surface, et il comporte des surfaces

réfléchissantes 274 et 276 formées sur des régions diri-

gées de façon opposée de sa surface extérieure de forme

générale conique. Les axes des barreaux 258 et 260 rencon-

trent respectivement les surfaces 274 et 276 lorsque le réflecteur 278 est correctement positionné par rapport aux barreaux. La figure 13 est une coupe d'une source d'ondes

acoustiques de cisaillement du type octop8le montrant enco-

re un autre mode de réalisation de la source acoustique 26 de l'invention. En comparant la figure 13 à la figure 4, on peut noter qu'au lieu de quatre barreaux 66-72 seulement, la figure 13 comporte six barreaux 358, 360, 362, 364, 366 et 368 (avec des bobines correspondantes qui ne sont pas représentées), ainsi que six fenêtres correspondantes 344, 346, 348, 350, 352, et 354, disposées à l'extérieur des

barreaux en direction radiale.

D'une manière similaire à celle du mode de réali-

sation des figures 1-6B, les six barreaux 358-368 et les bobines correspondantes sont disposés de façon que leurs centres soient uniformément espacés à la circonférence du

cercle 370, avec leurs axes parallèles à l'axe central 28.

De façon similaire, les barreaux alternent entre des pre-

mière et seconde matières ferromagnétiques lorsqu'on par-

court la circonférence du cercle 370. Enfin, on peut exci-

ter les barreaux d'une manière similaire à celle qui est

représentée fonctionnellement sur la figure 5.

On voit ainsi qu'au lieu de produire quatre

ondes de pression qui se propagent vers le haut à l'inté-

rieur de la sonde 16 en direction du réflecteur 76, le mode de réalisation des figures 13, 14 et 15 produit six

de ces ondes. Il est donc nécessaire d'employer un réflec-

teur 376 modifié, comme le montrent les figures 14 et 15 (au lieu du réflecteur 76 dans le mode de réalisation représenté sur les figures 6A et 6B), de façon à définir six surfaces réfléchissantes correspondantes 380, 382, 384, 386, 388 et 390, qui ont pour action de réfléchir chacune de ces ondes vers l'extérieur à travers la fenêtre

respective 344, 346, 348, 350, 352 et 354, vers la forma-

tion 10, dans six directions séparées et distinctes diri-

gées radialement vers l'extérieur par rapport à l'axe cen-

tral 28.

On rappelle qu'on a indiqué,en relation avec le mode de réalisation de la figure 3,qu'il était souhaitable dans un autre mode de réalisation de prévoir deux aimants de polarisation (comme les deux représentés en 120, 122 sur la figure 3). On va maintenant considérer de façon

plus détaillée cet autre mode de réalisation.

Dans l'autre mode de réalisation qu'on considère maintenant, tous les barreaux tels que les. barreaux 66-72 de la figure 3 peuvent être constitués par la même matière ferromagnétique, à savoir une matière choisie avec une

constante de déformation relativement élevée, afin de pro-

duire des amplitudes de vibration relativement plus éle-

vées pour les barreaux, et donc une source acoustique plus puissante.

Lorsqu'on utilise des barreaux de la même matiè-

re, il apparaît un problème en ce qui concerne l'obtention de la relation de déphasage précitée désirée entre les ondes acoustiques générées (produites par chaque barreau, ce déphasage étant obtenu précédemment par l'utilisation

de barreaux ayant deux constantes de déformation diffé-

rentes). En appliquant un champ magnétique de polarisa-

tion sur deux barreaux diamétralement opposés, comme les barreaux 66 et 70, parmi les quatre représentés sur la figure 3, on peut néanmoins obtenir ce fonctionnement déphasé.

Plus précisément, on peut par exemple pré-défor-

mer les barreaux 66 et 70 au moyen des aimants permanents correspondants 120 et 122 disposés au-dessus d'eux dans le réflecteur 76 (selon une variante, on peut remplacer les aimants 120 et 122 par des bobines électromagnétiques, dans certaines applications dans lesquelles des aimants

permanents auraient un encombrement prohibitif).

En fonction de la direction du champ magnétique que les bobines correspondantes 86 et 90 appliquent aux

barreaux 66 et 70, ces barreaux seront soit déformés davan-

tage, soit ramenés dans des conditions non déformées. Bien que la matière à magnétostriction ayant une constante de déformation positive s'allonge (tandis que la matière à

magnétostriction ayant une constante de déformation néga-

tive se contracte) sous l'effet de la magnétisation indé-

pendamment du signe (positif ou négatif) du champ magnéti-

que appliqué, l'amplitude d'un tel mouvement est liéà la

valeur absolue du champ magnétique appliqué..

Ainsi, en alternant la direction du courant d'excitation qui est appliqué aux bobines 86 et 90, on peut faire en sorte que la valeur du champ magnétique résultant s'exerçant sur les barreaux 66 et 70 varie d'un côté ou de l'autre de la valeur de pré-polarisation ou de pré-déformation, ce qui fait que les barreaux 66 et 70 se

déplacent dans le sens désiré, parallèlement à l'axe cen-

tral 28, à partir d'une position pré-déformée et vers une position plus ou moins déformée. Ceci permet à son tour de

créer le mouvement déphasé désiré entre des paires de bar-

reaux diamétralement opposés 66-70 et 68-72.

On va maintenant considérer la figure 9 qui

représente encore un autre mode de réalisation de l'inven-

tion. Plus précisément, la figure 9 représente un autre procédé de construction des barreaux vibrants qui sont utilisés dans les modes de réalisation de la source d'ondes acoustiques qui sont représentés sur les figures

3, 7 ou 10.

On peut remplacer chaque barreau à magnétostric-

tion avec la bobine associée, comme le barreau 66 et la bobine 86 de la figure 3, par un barreau piézoélectrique, comme les quatre qui sont représentés en vue éclatée sur

la figure 9.

On voit que chaque barreau comprend un ensemble de disques polarisés tels que les disques 198, 200, 204 et

206 de la figure 9, réalisés à partir d'une.matière consis-

tant en un cristal piézoélectrique approprié, comme celle qui est commercialisée par la firme Vernitron Company,

Bedford, Ohio. Ces disques sont empilés et alignés en posi-

tion coaxiale selon des axes respectifs 190, 192, 194 et

196. On voit que ces axes correspondent aux axes longitudi-

naux des barreaux 66-72 décrits précédemment, qui s'éten-

dent parallèlement à l'axe central 28.

Les cristaux piezoélectriques ont la propriété qui consiste en ce qu'ils se dilatent ou se contractent sous l'effet d'un potentiel électrique appliqué, et la

direction du potentiel appliqué et la direction de polari-

sation du cristal permettent d'obtenir la dilatation et la

contraction du cristal.

Par conséquent, avec les disques en cristal 198-206 polarisés conformément aux flèches représentées, empilés et interconnectés, on voit que du fait que les interconnexions des empilements alignés sur les axes 190 et 194 sont opposées à celles des empilements alignés sur les axes 192 et 196, au moment de la mise sous tension de l'ensemble des quatre empilements à partir de la source d'énergie 132, par la fermeture de l'interrupteur 42,

deux empilements diamétralement opposés se dilatent longi-

tudinalement dans la direction de l'axe central 28, tandis que les deux empilements restants se contractent, ce qui

génère comme on le désire deux ensembles d'ondes acousti-

ques longitudinales déphasées, décrites précédemmenten

relation avec le mode de réalisation de la figure 2.

Comme on l'a indiqué précédemment, du fait du

mode de déplacement longitudinal des barreaux de l'inven-

tion, et du fait en outre des dimensions longitudinales relativement supérieures de la sonde 16 (par rapport aux dimensions transversales) dont on dispose pour loger un élément vibrant, il est possible de construire des sources acoustiques conformes aux principes de l'invention qui génèrent dans la sonde 16 des ondes acoustiques de pression déphasées de puissance extrêmement élevée, suffisantes pour produire aisément dans la formation intéressante des ondes de cisaillement dip8les, quadruples ou d'ordre supérieur ayant un niveau élevé. La fréquence désirée des ondes acoustiques à

produire régit le choix de longueurs particulières des bar-

reaux 66-72, d'une manière bien connue dans la technique, dans la mesure o la fréquence naturelle des barreaux, qui est fonction de leur longueur, est liée à cette fréquence

désirée. Cependant, pour la diagraphie par ondes acousti-

ques de cisaillement, les plages de fréquence caractéris-

tiques désirées pour l'oscillation des barreaux 66-72, dans le mode de réalisation quadruple représenté sur la figure 2, vont d'une valeur immédiatement inférieure à 3 kHz jusqu'à environ 14 kHz, ou même plus, des fréquences

d'environ 3 kHz étant souvent caractéristiques d'opéra-

tions de diagraphie directe par ondes de cisaillement dans

des formations relativement "tendres", tandis qu'on utili-

se des fréquences d'environ 6 kHz ou plus pour des opéra-

tions de diagraphie directe par ondes de cisaillement dans

*des formations "dures".

Du fait du niveau élevé des ondes acoustiques

que la sonde de l'invention permet de générer, on a déter-

mine que le premier harmonique de la fréquence d'oscilla-

tion nominale des barreaux (ce premier harmonique étant également présent dans les oscillations) peut avoir une amplitude suffisante pour qu'on puisse faire fonctionner

la source 26 à la même fréquence aussi bien pour des for-

mations tendres que pour des formations dures.

En outre, du fait également du niveau élevé de

la source de l'invention, on peut même réaliser des opéra-

tions de diagraphie d'un puits à un autre, dans lesquelles on peut exciter la formation de façon acoustique dans un site de sondage et détecter la signature acoustique dans un

site de sondage adjacent.

Du fait qu'on peut réaliser des barreaux oscil-

lants à magnétostriction qui sont excités par des champs magnétiques, l'excitation de leurs bobines respectives n'exige que des alimentations relativement petites à ten- sion basse. Ceci constitue un avantage marqué par rapport à des éléments vibrants piezoélectriques classiques qui

exigent de façon caractéristique des alimentations à ten-

sion plus élevée, avec des problèmes connexes liés au bruit et à des phénomènes similaires. Cependant, lorsqu'on remplace les barreaux à magnétostriction par des barreaux

formés par des empilements de disques en matière piézoélec-

trique, comme dans le cas du mode de réalisation de la figure 9, on 4peut réduire ces problèmes par une conception

soigneuse.

On notera que les principes de fonctionnement de la sonde 26 de l'invention qui sont décrits ici peuvent être adaptés avec des changements relativement mineurs à la construction de détecteurs d'ondes acoustiques, et que de tels détecteurs entrent donc de façon spécifique dans

le cadre de l'invention.

A titre d'exemple, en considérant la figure 2, on voit aisément que si on utilise en détecteur la source représentée sur cette figure, des ondes acoustiques à détecter, provenant de la formation, se propageront en

sens opposé aux ondes qui sont générées pendant le fonc-

tionnement en source. Plus précisément, des ondes acous-

tiques entreront par les fenêtres 79, 81, etc, et seront- réfléchies vers le bas par le réflecteur 76, en direction

des barreaux 66-72.

Cette énergie atteignant les barreaux 66-72 pro-

duira dans ces derniers des vibrations qu'on pourra utili-

ser pour induire dans les bobines 86-92 des niveaux de signal correspondant à des potentiels mesurables liés

fonctionnellement aux ondes acoustiques.

On voit donc que l'invention est bien adaptée à

l'obtention de tous les avantages et de toutes les caracté-

ristiques indiqués ci-dessus, ainsi que d'autres avantages

qui ressortent de la description du dispositif lui-même.

Il faut noter que certaines combinaisons et sous-combinai-

sons présentent une utilité et peuvent être employées indé-

pendamment d'autres caractéristiques et sous-combinaisons.

De plus, la description précédente de l'invention n'est

donnée qu'à titre d'exemple et d'explication, et il est possible d'apporter diverses modifications concernant la forme, la taille et les matières des éléments constitutifs, ainsi que les détails des structures représentées, sans

sortir du cadre de l'invention.

Claims (29)

REVENDICATIONS

1. Procédé pour produire des ondes acoustiques multipôles dans une formation souterraine (10) traversée par un sondage (12), au moyen d'une sonde (1'6) placée dans le sondage et ayant un axe central (28), caractérisé en ce que: on génère simultanément un nombre pair, non inférieur à deux, d'ondes acoustiques de pression issues d'un nombre correspondant d'emplacements discrets écartés radialement vers l'extérieur par rapport à l'axe, de façon que ces ondes se propagent initialement le long

d'axes d'onde respectifs, dans des directions pratique-

ment parallèles à l'axe central; et on réfléchit ces ondes vers la formation, dans des directions pratiquement radiales par rapport à l'axe central et dirigées vers

l'extérieur.

2. Procédé selon la revendication 1, caractéri-

sé en ce qu'on fait propager initialement les ondes de

pression à l'intérieur de la sonde (16) et on les réflé-

chit ensuite radialement vers l'extérieur à partir de la

sonde.

3. Procédé selon la revendication 2, caractéri-

sé en ce que les axes d'onde sont pratiquement équidis-

tants de l'axe central (28).

4. Procédé selon la revendication 3, caractéri-

sé en ce que des lignes reliant chaque axe d'onde à l'axe central (28), contenues dans un plan perpendiculaire à l'axe central et rencontrant cet axe, et les axes d'onde définissent un ensemble d'angles égaux ", en ce que le nombre d'axes d'onde est égal à 2N et en ce que Xest égal à 3600/2N, en désignant par N un entier qui n'est pas

inférieur à un.

5. Procédé selon la revendication 4, caractéri-

sé en ce qu'une première quelconque des ondes se propa-

geant dans la direction d'un premier axe d'onde correspon-

dant est notablement déphasée par rapport à une seconde quelconque des ondes se propageant dans la direction d'un second axe d'onde correspondant, le premier axe d'onde et le second axe d'onde étant séparés de l'angle ( par rapport à l'axe central (28).

6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que les ondes réfléchies comprennent des lobes qui sont réfléchis sous un angle 0 (34) par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe central (28), l'angle g étant

supérieur à zéro.

7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé

en ce que N = 2.

8. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que lorsque les directions des ondes réfléchies radialement vers l'extérieur sont projetées sur un plan perpendiculaire à l'axe central (28), elles définissent l'ensemble d'angles ", et en ce que les ondes de pression qui sont produites ont une amplitude et une fréquence telles que ces ondes réfléchies interfèrent de façon à produire dans la formation (10) une onde acoustique de

cisaillement multipôle.

9. Dispositif destiné à produire des ondes acoustiques multipôles dans une formation souterraine (10) traversée par un sondage (12), au moyen d'une sonde (16) placée dans le sondage et ayant un axe central (28), caractérisé en ce qu'il comprend: des moyens générateurs d'ondes acoustiques (66, 68, 70, 72; 258, 260; 358, 360,

362, 364, 366, 368; 198, 200, 204, 206) destinés à géné-

rer simultanément un nombre pair, non inférieur à deux,

d'ondes acoustiques de pression provenant d'un nombre cor-

respondant d'emplacements discrets espacés radialement vers l'extérieur par rapport à l'axe (28), de façon que ces ondes se propagent le long d'axes d'onde respectifs

dans des directions pratiquement parallèles à l'axe cen-

tral (28); et des moyens réflecteurs d'ondes acoustiques (76, 278, 376) destinés à réfléchir les ondes acoustiques dans des directions dirigées de fagon pratiquement radiale vers l'extérieur, à partir de l'axe central (28), en

direction de la formation (10).

10. Dispositif selon la revendication 9, caracté-

risé en ce que les axes d'onde sont pratiquement équidis-

tants de l'axe central (28).

11. Dispositif selon la revendication 10, carac-

térisé en ce que des lignes reliant chaque axe d'onde à l'axe central (28) , contenues dans un plan perpendiculaire à l'axe central et rencontrant cet axe, et les axes d'onde définissent un ensemble d'angles égaux ", en ce que le nombre d'axes d'onde est égal à 2Net en ce que Ctest égal à 360 /2N, en désignant par N un entier qui n'est pas

inférieur à un.

12. Dispositif selon la revendication 11, caracté-

risé en ce que les moyens générateurs comprennent un ensemble de barreaux (66, 68, 70, 72; 258, 260; 358,

360, 362, 364, 366, 368), chacun d'eux ayant son axe lon-

gitudinal confondu avec un axe correspondant particulier parmi les axes d'onde, afin de produire des vibrations

dans la direction des axes d'onde.

13. Dispositif selon la revendication 12, carac-

térisé en ce qu'un premier barreau quelconque parmi l'en-

semble de barreaux (66, 68, 70, 72; 258, 260; 358, 360,

362, 364, 366, 368) ayant un premier axe d'onde correspon-

dant est conçu de façon à vibrer d'une manière notablement déphasée par rapport à un second barreau quelconque parmi

l'ensemble de barreaux, ayant un second axe d'onde corres-

pondant, et le premier axe d'onde et le second axe d'onde sont séparés de l'angle ú par rapport à l'axe central (28).

14. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que chacun des barreaux (66, 68, 70,

72; 256, 258; 358, 360, 362, 364, 366, 368) est consti-

tué par une matière à magnétostriction ayant une constante de déformation, qui vibre dans la direction de l'axe d'onde correspondant, en présence d'un champ magnétique variable

dans cette direction.

15. Dispositif selon la revendication 14, carac- térisé en ce qu'un barreau particulier parmi l'ensemble de barreaux (66, 68, 70, 72; 256, 258; 358, 360, 362, 364, 366, 368) et chacun des barreaux de l'ensemble de barreaux ayant un axe d'onde séparé de l'axe d'onde correspondant au barreau particulier de l'ensemble des barreaux d'un

angle égal à 2n( par rapport à l'axe central sont consti-

tués par une première matière à magnétostriction ayant une première constante de déformation, et en ce que tous les autres barreaux de l'ensemble sont constitués par une

seconde matière à magnétostriction ayant une seconde cons-

tante de déformation différente de la première constante,

n désignant un entier positif.

16. Dispositif selon la revendication 15, carac-

térisé en ce que la première matière à magnétostriction est du nickel et la seconde matière à magnétostriction est

du Permendur 2V.

17. Dispositif selon la revendication 15, dans lequel la valeur absolue de la première constante de déformation est supérieure à celle de la seconde constante de déformation, caractérisé en ce qu'il comprend également

un élément en métal conducteur de l'électricité envelop-

pant chacun des barreaux qui sont constitués par une matiè-

re ayant une première constante de déformation, de façon à réduire la valeur absolue de la constante de déformation effective de chacun des barreaux enveloppés à une valeur inférieure à la valeur absolue de la première constante de déformation.

18. Dispositif selon la revendication 14, carac-

térisé en ce que chacun des barreaux de l'ensemble de barreaux (66, 68, 70, 72; 256, 258; 358, 360, 362, 364,

366, 368) a pratiquement la même constante de déformation.

19. Dispositif selon la revendication 18, carac-

térisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de pré-

polarisation (120, 122) destinés à établir un champ magné-

tique constant sélectionné en position adjacente à des

barreaux prédéterminés (66, 70) de l'ensemble de barreaux.

20. Dispositif selon la revendication 19, carac-

térisé en ce que les moyens de pré-polarisation consistent

en un aimant permanent (120, 122).

21. Dispositif selon la revendication 19, carac-

térisé en ce que les moyens de pré-polarisation consistent

en une bobine électromagnétique.

22. Dispositif selon la revendication 13, carac-

térisé en ce que chacun des barreaux de l'ensemble de bar-

reaux (198, 200, 204, 206) est constitué par une matière piézoélectrique qui vibre dans la direction de l'axe d'onde correspondant, lorsqu'elle est excitée par un

potentiel électrique variable.

23. Dispositif selon la revendication 22, carac-

térisé en ce que chacun des barreaux est constitué par un ensemble de disques (198, 200, 204, 206) de ladite matière

piézoélectrique, empilés longitudinalement dans la direc-

tion de l'axe d'onde correspondant.

24. Dispositif selon la revendication 12, carac-

térisé en ce que les moyens réflecteurs d'ondes acousti-

ques (76, 278, 376) comprennent un ensemble de faces de réflecteur acoustique (134, 136, 138, 140; 274, 276;

380, 382, 384, 386, 388, 390), chacune d'elles étant asso-

ciée à l'une différente desdites ondes et faisant face à l'une différente desdites directions orientées vers l'extérieur de façon pratiquement radiale par rapport à l'axe central (28), pour réfléchir chacune des différentes

ondes de l'ensemble d'ondes dans l'une respective des dif-

férentes directions orientées vers l'extérieur de façon

pratiquement radiale.

25. Dispositif selon la revendication 24, carac-

térisé en ce que les moyens réflecteurs d'ondes acoustiques (76, 376) définissent une pyramide renversée alignée de façon coaxiale sur l'axe central (28), cette pyramide ayant des faces (134, 136, 138, 140; 380, 382, 384, 386, 388, 390) constituant chacune une face différente de l'ensemble de faces, et chacunede ces faces étant disposée au-dessus de l'un respectif des barreaux (66, 68, 70, 72; 358, 360, 362, 364, 366, 368) et étant en outre rencontrée par l'un

des axes d'onde correspondant au barreau respectif.

26. Dispositif selon la revendication 23, carac-

térisé en ce que chaque face de l'ensemble de faces (134,

136, 138, 140; 274, 276; 380, 382, 384, 386, 388, 390)

est orientée de façon à réfléchir l'une différente desdites ondes sous un angle g par rapport à un plan perpendiculaire

à l'axe central (28), l'angle étant supérieur à zéro.

27. Dispositif selon la revendication 24, carac-

térisé en ce que le nombre des barreaux de l'ensemble de barreaux (66, 68, 70, 72; 256, 258; 358, 360, 362, 364, 366, 368) est égal à 2N et le nombre de faces de l'ensemble de faces (134, 136, 138, 140; 274, 276; 380, 382, 384,

386, 388, 390) est égal à 2N.

28. Dispositif selon la revendication 13, carac-

térisé en ce que N = 2.

29. Dispositif selon la revendication 13, carac-

térisé en ce que les vibrations ont une amplitude et une fréquence telles que les ondes réfléchies soient capables

d'interférer pour générer une onde acoustique de cisaille-

ment multipôle dans la formation (10).