FR2643153A1 - Implosive source for borehole seismology - Google Patents

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FR2643153A1 FR8902035A FR8902035A FR2643153A1 FR 2643153 A1 FR2643153 A1 FR 2643153A1 FR 8902035 A FR8902035 A FR 8902035A FR 8902035 A FR8902035 A FR 8902035A FR 2643153 A1 FR2643153 A1 FR 2643153A1
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Abstract

The invention relates to an implosive source for borehole seismology. It comprises means 1 for pressurising the walls of the well P over a determined length, means 2 for controlling pressure release of the walls of the well after they have been pressurised, and means 3 for supplying the pressurisation means with hydraulic fluid. Means 4 for sequencing the pressurisation means and the control means for pressure release of the walls of the well P are provided. Application to geophysical seismic measuring and tests.

Description

L'invention est relative à une source implosive pour sismique ce puits. The invention relates to an implosive source for seismic this well.

Les sources pour sismique de puits actuellement connues et utilisées pour les essais sismiques ou campagnes de prospection géophy s.que, sources telles que détonateur ou masse percutante, permettent d effectuer des essais dans tout type de formations géologiques. Cependant une grande partie de l'énergie vibratoire libérée par ces dernières tend à demeurer dans le puits sous forme d'ondes de tube qui se convertissent en ondes P au fond du trou, dans des caves et au niveau de toutes les irrégularités présentes le long du forage. Ces sources précitées présentent donc i'lnconvéníent de ne pas permettre une transmission optimale de la fraction d'énergie vibratoire transmise aux formations géologiques. The sources for seismic wells currently known and used for seismic tests or geophysical prospecting campaigns, sources such as detonators or percussive masses, make it possible to carry out tests in all types of geological formations. However, a large part of the vibrational energy released by the latter tends to remain in the well in the form of tube waves which convert to P waves at the bottom of the hole, in cellars and at the level of all the irregularities present along drilling. These aforementioned sources therefore have the disadvantage of not allowing optimal transmission of the fraction of vibrational energy transmitted to the geological formations.

La présente invention a pour but de remédier à l'inconvénient précité par la míse en oeuvre à'une source implosive pour sismique de puits permettant une transmissIon optimale de l'énergie vibratoire aux formations géologiques. The object of the present invention is to remedy the aforementioned drawback by using an implosive source for seismic wells allowing optimal transmission of vibrational energy to geological formations.

Un autre objet de la présente invention est la mise en oeuvre cane source implosive pour sismique de puits pour laquelle un haut rapport de l'énergie sismique utile à l'énergie des ondes de tube est obtenu. Another object of the present invention is the implementation of an implosive source cane for well seismic for which a high ratio of useful seismic energy to the energy of tube waves is obtained.

Un autre objet de la présente invention est la mise en oeuvre d'ne source sismique susceptible d'être utilisée tant en forage ouvert qu'en forage tubé. Another object of the present invention is the implementation of a seismic source capable of being used both in open drilling and in tubed drilling.

Un autre objet de la présente invention est enfin une optimalisation du rapport de l'énergie en ondes P à l'énergie en ondes S de par la configuration propre de la source. Another object of the present invention is finally an optimization of the ratio of energy in P waves to energy in S waves by the proper configuration of the source.

La source implosive pour sismique de puits, selon l'invention, est remarquable en ce qu'elle comprend au moins un vérin hydraulique à admission-détente comprenant un corps de vérin et une tige mobile, des moyens de couplage mécanique de l'extrémité libre de la tige et du corps de vérin aux parois du puits, des moyens d'alimentation en fluide hydraulique et de mise en pression dudit corps de vérin, des moyens de mise en détente du corps de vérin et des moyens de séquencement des moyens d' .menta.ion en fluide hydraulique et de mise en détente du corps de vérin. The implosive source for well seismic, according to the invention, is remarkable in that it comprises at least one hydraulic cylinder with admission-expansion comprising a cylinder body and a movable rod, means for mechanical coupling of the free end. from the rod and from the jack body to the walls of the well, means for supplying hydraulic fluid and for pressurizing said jack body, means for triggering the jack body and means for sequencing the means of .menta.ion in hydraulic fluid and for triggering the actuator body.

Elle trouve application à la sismique de puits lors de campagnes géophysiques, de préférence pour Itémission de ibrations en puits de surface. It finds application to the seismic of wells during geophysical campaigns, preferably for the emission of ibrations in surface wells.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description et à l'observation des dessins ci-après dans lesques
la figure la représente une vue schématique d'une source par implosion pour sismique de puits,
la figure lb représente la disposition relative de la source dans le puits et d'un réseau de capteurs de type géophones destinés à assurer l'erregistrement des vibrations d'essai engendrées par la source,
la figure lc représente la courbe de déplacement relatif de l'extrémite de tige du vérin, et donc des parois du puits en fonction de la pression exercée sur celles-ci,
Les figures 2a, 2b, 2c représentent un détail de réalisation avantageux non limitatif de la source à implosion pour sismique de puits selon l'in'-ention,
les figures 3a et 3b représentent un enregistrement des vibrations émises par la source selon deux essais successifs effectués dans des conditions identiques,
.les figures 4a, 4b, c représentent, lors d'essais comparatifs, ies enreg .strements des différents capteurs du réseau de .a figure lb, respectivement dans le cas de la source à implosion selon l'inxention, d'un détonateur et d'une masse percutante,
les figures 5a, 5b, 5c représentent également, lors d'essais comparatifs, les enregistrements des différents capteurs du réseau de ia figure lb. respectivement dans le cas de la source à implosion selon l'invention, d'un détonateur et d'une masse percutante,
les figures 6a, 6b, 6c représentent les spectres de fréquence des vibrations engendrées, respectivement par l'émission d'une source à implosion selon l'invention, un détonateur et une masse percutante, ces vibrations étant reçues et détectées par un même capteur du réseau de la figure lb.
The invention will be better understood on reading the description and the observation of the drawings below in those
FIG. 1a represents a schematic view of a source by implosion for seismic wells,
FIG. 1b represents the relative arrangement of the source in the well and of a network of geophone type sensors intended to ensure the recording of the test vibrations generated by the source,
FIG. 1c represents the curve of relative displacement of the end of the rod of the jack, and therefore of the walls of the well as a function of the pressure exerted on them,
FIGS. 2a, 2b, 2c represent an advantageous non-limiting embodiment detail of the implosion source for seismic wells according to the invention,
FIGS. 3a and 3b represent a recording of the vibrations emitted by the source according to two successive tests carried out under identical conditions,
FIGS. 4a, 4b, c represent, during comparative tests, the recordings of the various sensors of the network of .a FIG. 1b, respectively in the case of the source with implosion according to the intention, of a detonator and of a striking mass,
FIGS. 5a, 5b, 5c also represent, during comparative tests, the records of the various sensors of the network of FIG. 1b. respectively in the case of the implosion source according to the invention, a detonator and a percussive mass,
FIGS. 6a, 6b, 6c represent the frequency spectra of the vibrations generated, respectively by the emission of an implosion source according to the invention, a detonator and a striking mass, these vibrations being received and detected by the same sensor of the network of figure lb.

La source implosive pour sismique de puits, objet de l'.nxention, sera tout d'abord décrite en liaison avec les figures la, lb, lc. The implosive source for well seismic, object of the.nxention, will first be described in conjunction with Figures la, lb, lc.

Conformément aux figures précitées, la source implosive pour sismique de puits selon l'invention comprend au moins des moyens I de mise en pression des parois du puits P sur une longueur déterminée. Elle comprend en outre des moyens 2 de commande de détente des parois du puits P après leur mise en pression. In accordance with the aforementioned figures, the implosive source for well seismic according to the invention comprises at least means I for pressurizing the walls of the well P over a determined length. It further comprises means 2 for controlling the expansion of the walls of the well P after they have been pressurized.

En outre, des moyens 3 d'alimentation en fluide hydraulique sont prévus pour commander les moyens de mise en pression précités. Des rroyens 4 de séquencement sont prévus pour assurer le séquencement des moyens I de mise en pression et des moyens de commande de détente des parois du puits P. In addition, means 3 for supplying hydraulic fluid are provided for controlling the aforementioned pressurizing means. Sequencing rroyens 4 are provided to ensure the sequencing of the means I for pressurizing and the expansion control means of the walls of the well P.

Selon un mode de réalisatson non limitatif de la source inplosive pour sismique de puits, objet de l'invention, les moyens I de mise en pression des parois du puits peuvent être constitués par un vérin hydraulique 15 à admission-détente de fluide hydraulique comprenant un corps de vérin 100 et au moins une tige mobile 101. On comprendra bien entendu que tout type de vérin peut être utilisé et en particulier un vérin comprenant deux tiges mobiles par exemple.Des moyens de couplage rnecanque 102, 103 sont prévus, afin d'assurer le couplage mécanique de l'extrémité libre du corps de vérin 100 lorsque celui-ci est un vérin comprenant une seule tige et de la ou des tiges 101 aux parois du puits P. According to a non-limiting embodiment of the inplosive source for seismic wells, object of the invention, the means I for pressurizing the walls of the well can be constituted by a hydraulic cylinder 15 with hydraulic fluid inlet-expansion comprising a actuator body 100 and at least one movable rod 101. It will of course be understood that any type of actuator can be used and in particular a actuator comprising two movable rods, for example. Coupling means 102, 103 are provided, in order to ensuring the mechanical coupling of the free end of the cylinder body 100 when the latter is a cylinder comprising a single rod and of the rod or rods 101 to the walls of the well P.

Le principe de fonctionnement de la source implosive pour sismique de puits, objet de l'invention, est le suivant
Le vérin hydraulique ou, de manière plus générale, les moyens 1 de mise en pression placés dans le puits P dilatent les parois de celui-ci jusqu'à un certain point en restant dans les limites de contrainte et de déformation élastique des parois du puits P et des éléments constitutifs du vérin. Une diminution brutale de la pression dans les moyens I de mise en pression ou dans le vérin entraine un retour des parois à leur position initiale en libérant l'énergie potentielle emmagasinée dans les rrnations géologiques. y compris dans le tubage du puits lorsqu'un tubage est prévu dans ce dernier.L'énergie cinétique ainsi libérée se propage alors dans l'espace sous les trois formes habituelles - ondes P: - ondes S associées au cisaillement sur les bords de la zone où le vérin
ou les moyens 1 de mise en pression exercent la pression ; pour
augmenter le rapport "énergie P/énergie S", il est préférable
d'augmenter le plus possible la surface soumise à la pression des
moyens de mise en pression 1 - ondes de tube engendrées par les mouvements de la paroi ; il existe un
transfert d'énergie des formations d'énergie au fluide et propagation
d'ondes de guidées.
The operating principle of the implosive source for well seismic, object of the invention, is as follows
The hydraulic cylinder or, more generally, the pressurizing means 1 placed in the well P expand the walls of the latter up to a certain point while remaining within the limits of stress and elastic deformation of the walls of the well P and the components of the cylinder. An abrupt reduction in the pressure in the pressurizing means I or in the actuator causes the walls to return to their initial position by releasing the potential energy stored in the geological formations. including in the casing of the well when a casing is provided in the latter. The kinetic energy thus released then propagates in space in the three usual forms - P waves: - S waves associated with shearing on the edges of the area where the cylinder
or the pressurizing means 1 exert the pressure; for
increase the ratio "P energy / S energy", it is preferable
increase as much as possible the surface subjected to the pressure of
pressurizing means 1 - tube waves generated by the movements of the wall; there is a
energy transfer from energy formations to the fluid and propagation
of guided waves.

ainsi cn peut dire qu'au moment où survient la décompression brusque provoquée par les moyens 2 de commande de détente des parois du puits, i'énergie sismique est déjà transférée dans les formations géoiogiques environnantes. Le problème qui consiste à faire passer une certaine énergie du forage dans les formations géologiques en un temps très bref ou par des oscillations harmoniques est ainsi résolu. thus it can be said that at the moment when the sudden decompression caused by the expansion control means 2 of the walls of the well occurs, the seismic energy is already transferred to the surrounding geological formations. The problem of passing a certain energy from drilling into geological formations in a very short time or by harmonic oscillations is thus resolved.

Dans le cas d'une explosion chiinique, on estime qu'une charge er.terrée n'émet que rus55 o de son énergie potentielle sous forme d'ondes sismiques. In the case of a chemical explosion, it is estimated that a ground charge emits only rus55 o of its potential energy in the form of seismic waves.

Dans le cas d'un vibrateur couplé aux parois du forage, le rendement est environ 10 fois plus élevé soit environ 5 ee de l'énergie convertie en ondes P. Confer Hardee, Elbring, Paulsson, 1987.  In the case of a vibrator coupled to the walls of the borehole, the yield is approximately 10 times higher, ie approximately 5 th of the energy converted into waves P. Confer Hardee, Elbring, Paulsson, 1987.

Dans le cas de l'accumulation d'énergie dans les formations géologiques par déformation élastique statique, la quantité d'énergie qu'il est possible d'accumuler reste limitée par la surface de contact avec les moyens I de mise en pression ou le vérin, le module de rigidité p des couches géologiques environnantes et, bien entendu, par les limites du domaine élastique.  In the case of the accumulation of energy in geological formations by static elastic deformation, the quantity of energy which it is possible to accumulate remains limited by the surface of contact with the means I of pressurization or the jack , the stiffness modulus p of the surrounding geological layers and, of course, by the limits of the elastic domain.

Pour une déformation d'une cavité cylindrique due à une surpression P sur une longueur #z grande par rapport au diamètre 2r, la variation de volume uV est donnee par la relation #V = - r # zP/ (i) d'où l'on déduit une augmentation r du rayon
#r = Pr/2u (2! l'énergie élastique alors accumulée est donnée par W = 1/2 Fmax #r (3) soit
W = ( - r2 zP2)/2 (-')
Afin de se fixer un ordre de grandeur plausible, dans le cas défavorable de couches géologiques formées par du caicaire de Solenhofen pour lequel = 0,231 megabars, un vérin, présentant des moyens de couplage mécanique 102, 1,3 d'une hauteur de 1 m engendrant une surpression maximum de 100 bars dans un trou de forage constituant le puits de 160 mm de diamètre, permet d'accumuler une énergie de
W = 174 joules.
For a deformation of a cylindrical cavity due to an overpressure P over a length #z large compared to the diameter 2r, the variation in volume uV is given by the relation #V = - r # zP / (i) whence l 'we deduce an increase r of the radius
#r = Pr / 2u (2! the elastic energy then accumulated is given by W = 1/2 Fmax #r (3) either
W = (- r2 zP2) / 2 (- ')
In order to set a plausible order of magnitude, in the unfavorable case of geological layers formed by Caen Caen from Solenhofen for which = 0.231 megabars, a jack, having mechanical coupling means 102, 1.3 with a height of 1 m generating a maximum overpressure of 100 bars in a borehole constituting the 160 mm diameter well, allows an energy of
W = 174 joules.

Dans une formation moins rigide correspondant à une vitesse des ondes S de 126G m/s, soit un module de rigidité voisin de 0,0325 megabars, comme par exemple dans le cas de la Ten Sleep Formation à
Amherst, Ohio
W = 1237 joules.
In a less rigid formation corresponding to a S wave speed of 126G m / s, i.e. a stiffness modulus close to 0.0325 megabars, as for example in the case of the Ten Sleep Formation at
Amherst, Ohio
W = 1237 joules.

On constate alors que les ordres de grandeur sont donc très proches des énergies potentielles de sources en cours d'utilisation ou d'expérimentation en Europe et aux Etats-Unis d'Amérique.  We can then see that the orders of magnitude are therefore very close to the potential energies of sources in use or being tested in Europe and the United States of America.

Un mode de réalisation plus particulièrement avantageux d'un système de mesure permettant d'effectuer des essais de la source implosive, çe;e que représentée en figure la, sera décrit en liaison avec la figure lb. A more particularly advantageous embodiment of a measurement system making it possible to carry out tests of the implosive source, as shown in FIG. 1a, will be described in conjunction with FIG. 1b.

Sur la figure lb, on a représenté la source implosive I vue de dessus, installée dans un puits de forage par exemple, un réseau de réee?teurs constitués par des géophones S1 à 512 étant installés en surface :în d'effectuer les mesures des vibrations recueillies par ces derniers.Les géophones et le réseau précité sont interconnectés à un calculateur de conduite de tir 4, la source implosive 1 étant alimentée par des moyens de commande 3 comportant. ainsi que représenté notamment en figure la, un réservoir de fluide hydraulique 30 et une pompe à haute pression 31 assurant Sa iiaison entre le réservoir et le corps du vérin par une c'-alisation adaptée 51.  In FIG. 1b, the implosive source I is seen from above, installed in a wellbore for example, a network of receivers constituted by geophones S1 to 512 being installed on the surface: in order to carry out the measurements of the vibrations collected by the latter. The geophones and the aforementioned network are interconnected with a fire control computer 4, the implosive source 1 being supplied by control means 3 comprising. as shown in particular in FIG. 1a, a hydraulic fluid reservoir 30 and a high pressure pump 31 ensuring its connection between the reservoir and the body of the actuator by means of a suitable intake 51.

Le vérin était constitué par un vérin 10 hydrauìque équipé r' diaphragme de rupture permettant de libérer la contrainte appliquée en In temps très bref. Le vérin 15 a été placé dans une tranchée creusée cars de l'argile sableuse et exerçait sa pression sur les parois de la tranchée représentant le forage ou puits P par des moyens de couplage mécanique 1'2, 153 auxquels étaient ajoutées des garnitures constituées par ces plaques en bois de 35 cm de côté chacune. The cylinder was constituted by a hydraulic cylinder 10 equipped with a rupture diaphragm allowing the stress applied to be released in a very short time. The jack 15 was placed in a trench dug because of the sandy clay and exerted its pressure on the walls of the trench representing the borehole or well P by mechanical coupling means 1'2, 153 to which were added linings constituted by these wooden plates of 35 cm side each.

Le réseau d'enregistrement était constitué par douze groupes ce géophones connectes en série parallèle et espacés de I m. The recording network consisted of twelve groups of geophones connected in parallel series and spaced 1 m apart.

La figure lc montre la relation parfaitement linéaire entre la cession dans le vérin et la déformation longitudinale, les essais ayant été effectués à l'intérieur du domaine de déformation élastique. FIG. 1c shows the perfectly linear relationship between the transfer in the cylinder and the longitudinal deformation, the tests having been carried out inside the range of elastic deformation.

La force maximum exercée par le vérin a été estimée à 5' 500 Newtons, soit une pression sur les formations géologiques de 555 500 Pascals ou 5,5 bars. L'énergie élastique accumulée s'écrit
W = 1/2 F max x #1
W = 1/2 (55 000 x 1.5 x 102) = 375 joules. (5).
The maximum force exerted by the jack has been estimated at 5,500 Newtons, or a pressure on the geological formations of 555,500 Pascals or 5.5 bars. The accumulated elastic energy is written
W = 1/2 F max x # 1
W = 1/2 (55,000 x 1.5 x 102) = 375 joules. (5).

Sur la figure Ic. l'axe des ordonnées, relatif à l'élongation, est gradue en mm et l'axe des abscisses, reiatif à la pression exercée, est gradué en bars. In Figure Ic. the ordinate axis, relating to the elongation, is graduated in mm and the abscissa axis, related to the pressure exerted, is graduated in bars.

Un mode de réalisation plus avantageux de la source implosive pour sismique de puits, objet de l'invention, sera décrit en liaison avec la figure 2. A more advantageous embodiment of the implosive source for well seismic, object of the invention, will be described in connection with FIG. 2.

Le mode de réalisation précité est plus particulièrement destiné à une utilisation au cours de campagnes de relevés géophysiques. The aforementioned embodiment is more particularly intended for use during geophysical survey campaigns.

Selon la figure 2 précitée, les moyens 1 de mise en pression des parois du puits P peuvent être constitués par une enveloppe 1 1 sensiblement cylindrique en matériau plastique, tel que du polychlorure de ;vinyle souple ou analogue. Une armature 12 de protection est prévue, celle-ci étant constituée par une cage métallique formée par des lames métalliques flexibles 120. Ainsi qu'on a représenté en figure 2a, les lames métalliques 120 sont de préférence fixées à deux coupelles d'extrémité 121, 122, les lames métalliques 120 et les coupelles 121 et 122 conférant, en l'absence de mise en pression à la source implosive, l'aspect d'un conteneur cylindrique, ainsi que représenté en figure 2b notamment.  According to Figure 2 above, the means 1 for pressurizing the walls of the well P can be constituted by an envelope 1 1 substantially cylindrical in plastic material, such as polyvinyl chloride, flexible vinyl or the like. A protective frame 12 is provided, this being constituted by a metal cage formed by flexible metal blades 120. As shown in FIG. 2a, the metal blades 120 are preferably fixed to two end cups 121 , 122, the metal blades 120 and the cups 121 and 122 giving, in the absence of pressurization to the implosive source, the appearance of a cylindrical container, as shown in FIG. 2b in particular.

Ainsi que représenté en figure 2c, la surface externe de ltenveloppe li et des lames métalliques 120 souple est destinée, lors de la mise en pression, à venir au contact de la paroi du puits P sur la majeure partie de la dimension longitudinale de l'enveloppe Il et des lames métalliques flexibles 120. Celles-ci permettent alors d'appliquer à la paroi du puits P dans une direction sensiblement radiale du forage une contrainte mécanique dans le domaine de déformation élastique des parois du forage et des lames métalliques 120. As shown in FIG. 2c, the external surface of the envelope li and the flexible metal blades 120 is intended, when pressurized, to come into contact with the wall of the well P over most of the longitudinal dimension of the envelope II and flexible metal blades 120. These then make it possible to apply to the wall of the well P in a substantially radial direction of drilling a mechanical stress in the area of elastic deformation of the walls of the borehole and the metal blades 120.

Ainsi que représenté notamment en figures la et 2a, le corps de vérin 100 et l'enveloppe Il comportent une vanne 5 d'admission du fluide hydraulique et une vanne de détente 20. Bien entendu, on comprendra dans le cas du mode de réalisation de la figure 2a que la vanne d'admission 5 est de préférence placée au niveau de la coupelle 122, un système de fJxatlon 500 à un câble par exemple étant prévu. La coupelle :1 et le corps du vérin 100 sont également munis d'une vanne de détente 2@.  As shown in particular in FIGS. 1a and 2a, the actuator body 100 and the casing It comprise a valve 5 for admitting the hydraulic fluid and an expansion valve 20. Of course, it will be understood in the case of the embodiment of Figure 2a that the inlet valve 5 is preferably placed at the cup 122, a fJxatlon system 500 to a cable for example being provided. The cup: 1 and the body of the jack 100 are also provided with an expansion valve 2 @.

Dars ie cas où la source implosive selon l'invention est constituée par un vérin, les moyens de couplage mécaniques 152, 153 de l'extrémité libre de la tige 101 et du corps de vérin 150 aux parois du puits P peuvent etre constitués par une embase métallique 1020, 1030 mécaniquerrer solidaire respectivement à une extrémité libre de la tige et du corps de vérin et par une garniture de contact 1521 et 1031 solidaire de taque embase. In the case where the implosive source according to the invention is constituted by a jack, the mechanical coupling means 152, 153 of the free end of the rod 101 and of the jack body 150 to the walls of the well P can be constituted by a metal base 1020, 1030 mechanically secured respectively to a free end of the rod and of the jack body and by a contact lining 1521 and 1031 secured to each base.

Les moyens d'alimentation en fluide hydraulique sont constitués par Se réservoir de fluide hydraulique 30 constitué par une huile e- par la mode à haute pression 31 déjà citée. The hydraulic fluid supply means consist of the hydraulic fluid reservoir 30 consisting of an oil e- by the high pressure mode 31 already mentioned.

en un mode de réalisation avantageux non limitatif de la su rye implosive pour sismique de puits, objet de l'invention, les moyens 2 de commande de détente des parois du puits sont constitués par une sourate de détente à seuil de pression montée dans la vanne 20 de détente. in an advantageous, non-limiting embodiment of the implosive su rye for well seismic, object of the invention, the means 2 for controlling the expansion of the walls of the well are constituted by an expansion surge with pressure threshold mounted in the valve 20 relaxation.

Selon une caractéristique avantageuse de la source implosive pour sgsmicize de puits, objet de l'invention, la vanne de détente 20 permet d'assurer ie passage de la phase d'admission et de mise en pression du vérin or de l'enveloppe il et des lames métalliques 12 à la phase de détente en ur intervalle de temps inférieur à 50 ms. According to an advantageous characteristic of the implosive source for sgsmicize of wells, object of the invention, the expansion valve 20 makes it possible to ensure the passage of the intake phase and pressurization of the gold jack of the envelope il and metal blades 12 in the expansion phase in a time interval of less than 50 ms.

Ainsi qu'on a représenté en figure 2a notamment, l'enveloppe i 1 ou le corps de vérin 150 comporte en outre un capteur de pression 6 destiné à détecter le passage de la phase d'admission et de mise en pression à ia phase de détente pour déterminer l'origine de temps d'essai sismique. As shown in FIG. 2a in particular, the casing i 1 or the jack body 150 further comprises a pressure sensor 6 intended to detect the passage from the intake and pressurization phase to the trigger to determine the origin of seismic test time.

On notera enfin que les moyens de séquencement 4 peuvent être constiués, ainsi que décrit précédemment, par le calculateur de conduite de tir a interconnecté à la pompe à haute pression 31 et au capteur de pression 6 précédemment cité. Bien entendu, le calculateur de conduite de tir 45, ainsi que représenté en figure lb notamment, est également interconnecté au réseau de mesure constitué par les groupes de geophones S1 à 512.  Finally, it will be noted that the sequencing means 4 can be formed, as described above, by the fire control computer has interconnected with the high pressure pump 31 and with the pressure sensor 6 mentioned above. Of course, the fire control computer 45, as shown in FIG. 1b in particular, is also interconnected to the measurement network formed by the groups of geophones S1 to 512.

Des essais effectués dans les conditions précédemment cécrites, notamment lorsque la source était constituée par un vérin, ainsi que mentionné précédemment, ont successivement permis de constater la Darfaite répétabilité des tirs conduits au moyen de la source implosive pour sismique de puits conformes à l'objet de l'invention. Tests carried out under the conditions previously described, in particular when the source was constituted by a jack, as mentioned previously, have successively made it possible to note the Darfaite repeatability of the shots fired by means of the implosive source for seismic well conforming to the object. of the invention.

Sur les figures 3a et 3b, on a représenté des tirs successifs effectues au moyen de la source implosive, objet de l'invention, ces tirs étant conduits à l'aide du calculateur de conduite de tirs et les vibrations étant enregistrées au moyen du réseau représenté en figure lb. On constatera sur les figures 3a et 3b la parfaite répétabilté de deux tirs successifs ainsi réalisés. In FIGS. 3a and 3b, there have been shown successive shots fired by means of the implosive source, object of the invention, these shots being conducted using the fire control computer and the vibrations being recorded by means of the network. shown in Figure lb. We will see in Figures 3a and 3b the perfect repeatability of two successive shots thus made.

Un autre essai comparatif a été effectué, la source implosive, onset de l'invention, étant remplacée successivement par un détonateur enterré à la même profondeur que la profondeur du vérin, puis par la percussion d'une masse de 5 kg brandie normatement et dirigée contre l'embase ou garniture de contact précédemment citée. Dans ce dernier cas, l'énergie transmise aux couches géologiques correspondantes a été estimée à 15 joules. Another comparative test was carried out, the implosive source, onset of the invention, being successively replaced by a detonator buried at the same depth as the depth of the jack, then by the percussion of a mass of 5 kg brandished normally and directed against the base or contact pad previously mentioned. In the latter case, the energy transmitted to the corresponding geological layers was estimated at 15 joules.

A ce titre, les figures 4a, 4b, 4c représentent les enregistrement normés des trois seismogrammes dans les conditions d'expérimentation précédemment citées. Les rapports d'amplitude calculés dans une fenêtre de temps de 0 à 300 ms sont respectivement de 1 pour la masse percutante, de 1,6 pour le détonateur enterré et de 5 pour la source implosive, objet de l'invention. L'énergie sismique émise par la source implosive, objet de l'invention, est donc considérable par rapport à celle émise par le détonateur, lequel a cependant une énergie potentielle totale 5 fois plus élevée. L'importance du couplage de la source implosive, objet de l'invention, est ainsi mise en évidence.On notera bien entendu que dans le cas des figures 3a, 3b et 4a, 4b, 4c, l'axe des ordonnées est gradué en rmero d'ordre des géophones. tels que représentés en figure lb et l'axe des abscisses est gradué en temps, soit en ms. As such, FIGS. 4a, 4b, 4c represent the standardized records of the three seismograms under the conditions of experimentation previously mentioned. The amplitude ratios calculated in a time window of 0 to 300 ms are respectively 1 for the percussive mass, 1.6 for the buried detonator and 5 for the implosive source, object of the invention. The seismic energy emitted by the implosive source, object of the invention, is therefore considerable compared to that emitted by the detonator, which however has a total potential energy 5 times higher. The importance of the coupling of the implosive source, object of the invention, is thus highlighted. It will of course be noted that in the case of FIGS. 3a, 3b and 4a, 4b, 4c, the ordinate axis is graduated in geophone order rmero. as shown in Figure lb and the x-axis is graduated in time, ie in ms.

De la meme façon, et pour des graduations analogues des enregistrements des figures 5a. 5b, 5c, ces enregistrements égalisés montrent clairement le meilleur rapport signal à bruit S/B dans le cas de la source Implosive, obJet de l'invention. In the same way, and for analogous graduations of the recordings in FIGS. 5a. 5b, 5c, these equalized recordings clearly show the best S / N signal-to-noise ratio in the case of the Implosive source, object of the invention.

Sur les figures 6a, 6b, 6c, on a représenté les spectres de fréquence 2 respectivement une source implosive, objet de l'invention, le détonateur précté et la masse percutante, l'enregistrement étant bien entendu effectue par un même groupe de géophones, le géophone 12 en l'occurrence. On constate que ie spectre de la source implosive, objet de l'invention, est n spectre à composante basse fréquence plus importante, celui-ci présentant une atténuation de 20 dB à 40 Hz contre 65 Hz pour le détonateur et 7 Hz pour la masse percutante. In FIGS. 6a, 6b, 6c, the spectra of frequency 2 are respectively shown an implosive source, object of the invention, the detonator detonated and the percussive mass, the recording being of course carried out by the same group of geophones, the geophone 12 in this case. It is noted that the spectrum of the implosive source, object of the invention, is n spectrum with a lower low frequency component, this one having an attenuation of 20 dB at 40 Hz against 65 Hz for the detonator and 7 Hz for the mass impactful.

On a ainsi décrit une source implosive pour sismique de puits particulièrement avantageuse, l'ensemble des avantages pouvant être résumé de a façon ci-après. A particularly advantageous implosive source for seismic wells has thus been described, all of the advantages being able to be summarized in a manner below.

La source implosive selon l'invention permet une utilisation optimum de la puissance transportable par un câble de diagraphie, lequel permet le transport d'une puissance de 700 W environ, mis à part une fraction de seconde à l'instant de la chute de pression, il n'y a donc aucun inconvénient à augmenter la pression dans le corps de vérin ou dans ;'enveioppe 11 précitée. The implosive source according to the invention allows optimum use of the power transportable by a logging cable, which allows the transport of a power of approximately 700 W, apart from a fraction of a second at the instant of the pressure drop. , there is therefore no disadvantage in increasing the pressure in the cylinder body or in; 'envelope 11 above.

La pression maximum exercée sur les parois du forage ou du puits P peut être modifiée et, par conséquent, les dégâts peuvent etre évités. Il est ainsi possible de se conformer aux normes de contraintes imposées sur les parois du puits P ou sur le tubage lui-même. The maximum pressure exerted on the walls of the borehole or of the well P can be modified and, consequently, damage can be avoided. It is thus possible to comply with the standards of constraints imposed on the walls of the well P or on the casing itself.

En raison d'un effort radial, c'est-à-dire sensiblement normal aux parois du puits P, la source implosive, objet de l'invention, ne joue pas le rôle d'un piston dans le forage et, de ce fait, il existe un haut rapport de l'énergie sismique utile à l'énergie des ondes de tube. Due to a radial force, that is to say substantially normal to the walls of the well P, the implosive source, object of the invention, does not play the role of a piston in drilling and, therefore , there is a high ratio of seismic energy useful to the energy of tube waves.

L'allongement des dimensions de la source dans la direction longitudinaJe du puits permet une optimalisation du rapport énergie P/énergie S. En effet, I'effet de cisailiement se produit sur les parois. The lengthening of the dimensions of the source in the longitudinal direction of the well allows an optimization of the energy P / energy S ratio. Indeed, the shearing effect occurs on the walls.

La source implosive, objet de l'invention, peut également être utilisée en forage ouvert ou en forage tubé, ce qui n'est pas le cas de la source du type chute de poids. The implosive source, object of the invention, can also be used in open drilling or in tubed drilling, which is not the case of the source of the weight drop type.

Le système mécanique de la source implosive, objet de l'invention, est beaucoup plus simple que le vibrateur de fond de trou et, par rapport à ce dernier, la masse virtuelle. c'est-à-dire équivalent en masse du terrain affecté par l'effort de la source, est maximum, ce qui abaisse vers les fréquences sismiques la fréquence de résonance du système.  The mechanical system of the implosive source, object of the invention, is much simpler than the downhole vibrator and, compared to the latter, the virtual mass. that is to say equivalent in mass of the ground affected by the force of the source, is maximum, which lowers towards the seismic frequencies the resonant frequency of the system.

Claims (10)

REVENDICATIONS mise en pression. pressurizing. longueur déterminée, . des moyens (2) de commande de détente des parois dudit puits après leur determined length,. means (2) for controlling the expansion of the walls of said well after their 1. Source implosive pour sismique de puits, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins des moyens (1) de mise en pression des parois dudit puits (P) sur une 1. Implosive source for well seismic, characterized in that it comprises at least means (1) for pressurizing the walls of said well (P) on a des moyens de commande de détente des parois dudit puits. means for controlling the expansion of the walls of said well. en pression des moyens (4) de secuencement des moyens (I) de mise en pression et in pressure means (4) for securing means (I) for pressurizing and . des moyens (3) d'alimentation en fluide hydraulique des moyens de mise . means (3) for supplying hydraulic fluid to the setting means 2. Source implosive pour sismique de puits selon la revendica t Dn I. caracoérisée en ce que lesdits moyens (1) de mise en pression des paros dudit uJts sont constitués par . un serin hydraulique (lrj) à admisslon-détente comprenant un corps de 2. Implosive source for seismic wells according to claim Dn I. caracoerized in that said means (1) for pressurizing the paros of said uJts are constituted by. a hydraulic cylinder (lrj) with admisslon-trigger including a body of vérin (100) et au moins une tige mobile (101), ces moyens de couplage mécanique (102, 103) de l'extrémité libre du cylinder (100) and at least one movable rod (101), these mechanical coupling means (102, 103) of the free end of the corps de vérin (IJ) de la ou des tige(s) (101) aux parois du puits (P). cylinder body (IJ) of the rod (s) (101) at the walls of the well (P). élastique des parois du forage et des lames métalliques (120). elastic of the walls of the borehole and of the metal blades (120). forage une contrainte mécanique dans le domaine de déformation drilling mechanical stress in the deformation domain d'appliquer à ladite paroi dans la direction sensiblement radiale du to apply to said wall in the substantially radial direction of the majeure partie de la dimension longitudinale de l'enveloppe (11), afin most of the longitudinal dimension of the envelope (11), so pression, destinée à venir au contact de la paroi du puits (P) sur la pressure, intended to come into contact with the wall of the well (P) on the l'enveloppe et des lames métalliques souples étant, lors de la mise en the envelope and flexible metal blades being, when formée par des lames métalliques flexibles (120), la surf-ace externe de formed by flexible metal blades (120), the external surface-ace of 3. Source implosive pour sismique de puits selon la revendica :isn 1. caractérisée en ce que lesdits moyens ( I ) de mise en pression des parois dudit puits (P) sont constitués part :: - une enveloppe (ll) sensiblement cylindrique en matériau plastique, - une armature (12) de protection constituée par une cage métallique 3. Implosive source for well seismic according to the claims: isn 1. characterized in that said means (I) for pressurizing the walls of said well (P) consist of: - a substantially cylindrical casing (ll) made of material plastic, - a protective frame (12) constituted by a metal cage 4. Source implosive pour sismique de puits selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisée en ce que le corps de vérin (100) et I'enveloppe (ll) comporte une vanne (5) d'admission de fluide hydraulique et une vanne de détente (20). 4. Implosive source for seismic wells according to one of claims 2 or 3, characterized in that the jack body (100) and the casing (ll) comprises a valve (5) for admitting hydraulic fluid and a expansion valve (20). 5. Source sismique selon l'une des revendications I à 3, caractérisée en ce que les moyens de couplage mécanique (102, 153) de l'extrémité libre de la tige (101) et du corps de vérin (I 00) aux parois du puits (P) sont constitués par - une embase métallique (1020, 1030) mécaniquement solidaire respec 5. Seismic source according to one of claims I to 3, characterized in that the mechanical coupling means (102, 153) of the free end of the rod (101) and of the jack body (I 00) to the walls of the well (P) are constituted by - a metal base (1020, 1030) mechanically integral respec tivement avec l'extrémité libre de la tige et du corps de vérin, - une garniture de contact (1021, 1031) solidaire de chaque embase. tively with the free end of the rod and of the jack body, - a contact lining (1021, 1031) secured to each base. 6. Source implosive pour sismique de puits selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que lesdits moyens d'alimentation en fluide hydraulique sont constitués par - un réservoir de fluide hydraulique (30), - une pompe à haute pression (31) reliant ledit réservoir à la vanne 6. Implosive source for seismic wells according to one of claims 1 to 5, characterized in that said means for supplying hydraulic fluid consist of - a hydraulic fluid reservoir (30), - a high pressure pump ( 31) connecting said reservoir to the valve d'admission dudit vérin. of admission of said cylinder. 7. Source implosive pour sismique de puits selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisée en ce que lesdits moyens (2) de commande de détente des parois du puits sont constitués par une soupape de détente à seuil de pression montée dans la vanne (2ru) de détente. 7. Implosive source for well seismic according to one of claims 4 to 6, characterized in that said means (2) for controlling the expansion of the walls of the well are constituted by a pressure relief expansion valve mounted in the valve. (2ru) of relaxation. 8. Source implosive pour sismique de puits selon la revendication 7, caractérisée en ce que ladite vanne de détente (20) permet d'assurer le passage de la phase d'admission et de mise en pression à la phase de détente en un intervalle de temps inférieur à 50 millisecondes. 8. Implosive source for well seismic according to claim 7, characterized in that said expansion valve (20) allows to pass from the intake phase and pressurization to the expansion phase in an interval of time less than 50 milliseconds. 9. Source implosive pour sismique de puits selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'enveloppe (11) ou le corps de vérin (100) comportent en outre un capteur de pression (6) destiné à détecter le passage de la phase d'admission et de mise en pression à la phase de détente pour déterminer l'origine de temps d'essai sismique. 9. Implosive source for well seismic according to one of claims 1 to 8, characterized in that the casing (11) or the cylinder body (100) further comprises a pressure sensor (6) intended to detect the transition from the intake and pressurization phase to the expansion phase to determine the origin of the seismic test time. 10. Source implosive pour sismique de puits selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les moyens de séquencement (4) sont constitués par un calculateur de conduite de tir (40) interconnecté par la pompe à haute pression (31) et au capteur de pression (6).  10. Implosive source for well seismic according to one of claims 1 to 9, characterized in that the sequencing means (4) consist of a fire control computer (40) interconnected by the high pressure pump (31 ) and the pressure sensor (6).
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