FR3011642B1 - Dispositif pour creer des ondes geophysiques - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne les dispositifs pour créer des d'ondes géophysiques dans un sol où règne une force de gravitation Fg. Le dispositif comporte un tube 10, un crochet 20 apte à prendre une configuration ouverte Po et une configuration fermée Pf, des moyens pour commander le coulissement du crochet dans le tube 10 entre une position P1 et une position P2, des moyens pour commander le crochet 20 de façon à le faire passer de sa configuration Po à sa configuration Pf et réciproquement, une pièce massique 30 montée coulissante dans le tube creux 10 entre deux positions respectivement haute Ph et basse Pb, et des moyens d'accrochage 60 pour lier le crochet 20, quand il est dans sa configuration fermée Pf, avec la pièce massique 30. Application, notamment, pour la détermination des paramètres d'un sol et/ou sous-sol, par exemple le module de cisaillement, la Pression Limite Ménard® connue sous le signe PL et le Module Pressiométrique Ménard® connu sous le sigle EM.

Description

DISPOSITIF POUR CRÉER DES ONDES GÉOPHYSIQUES

La présente invention concerne les dispositifs pour créer des ondes géophysiques de type sismique dans un sol et/ou un sous-sol situés dans un milieu où règne une force de gravitation.

Ces dispositifs sont, de façon très avantageuse, utilisés pour créer des ondes géophysiques du type sismique dans le but de déterminer des paramètres d’un sous-sol, notamment le module de cisaillement connu sous la lettre G, la Pression Limite Ménard® connue sous le sigle PL, et/ou le Module Pressiométrique Ménard® connu sous le sigle EM.

Il est déjà connu des dispositifs pour créer des ondes géophysiques de type sismique dans un sol, mais ils ne sont pas d’une structure très simple et ils sont souvent mal adaptés pour la création d’ondes géophysiques à des profondeurs relativement faibles par rapport par exemple aux puits de pétrole, par exemple à quelques centaines de mètres au maximum.

Aussi, la présente invention a-t-elle pour but de réaliser un dispositif pour créer des ondes géophysiques de type sismique dans un sol situé dans un milieu où règne une force de gravitation, qui soit d’une structure très simple et donc peu onéreuse, et dont l'utilisation et le fonctionnement soient très aisés.

Plus précisément, la présente invention a pour objet un dispositif pour créer des d'ondes géophysiques de type sismique dans un sol situé dans un milieu où règne une force de gravitation définissant de ce fait des niveaux supérieurs et inférieurs, ledit dispositif comportant :

• un tube creux défini entre une extrémité inférieure et une extrémité supérieure, • un crochet apte à prendre toutes positions entre une position ouverte et une position fermée, • des moyens pour commander le coulissement du dit crochet dans ledit tube creux entre une première position et une deuxième position, • des moyens pour commander ledit crochet de façon à le faire passer de sa position ouverte à sa position fermée et réciproquement, • une pièce massique montée coulissante dans ledit tube creux entre une position dite “haute” et une position dite “basse”, ladite pièce massique étant située dans ledit tube à un niveau inférieur à celui du dit crochet, et • des moyens d’accrochage pour lier le crochet, quand il est dans sa position fermée, avec ladite pièce massique.

D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description suivante donnée en regard des dessins annexés à titre illustratif mais nullement limitatif, dans lesquels les trois figures 1 à 3 représentent, dans trois états différents, un même mode de réalisation préféré du dispositif selon l’invention pour créer des d'ondes géophysiques de type sismique dans un sol situé dans un milieu où règne une force de gravitation.

Il est tout d'abord précisé que, sur les figures, les mêmes références désignent les mêmes éléments, quelle que soit la figure sur laquelle elles apparaissent et quelle que soit la forme de représentation de ces éléments. De même, si des éléments ne sont pas spécifiquement référencés sur l’une des figures, leurs références peuvent être aisément retrouvées en se reportant à une autre figure.

Il est aussi précisé que les figures représentent un seul mode de réalisation de l’objet selon l’invention, mais qu’il peut en exister d’autres qui répondent à la définition de cette invention.

Il est en outre précisé que, lorsque, selon la définition de l’invention, l’objet de l’invention comporte “au moins un” élément ayant une fonction donnée, le mode de réalisation décrit peut comporter plusieurs de ces éléments. Réciproquement, si le mode de réalisation de l’objet selon l’invention tel qu’illustré comporte plusieurs éléments de fonction identique et si, dans la description, il n’est pas spécifié que l’objet selon cette invention doit obligatoirement comporter un nombre particulier de ces éléments, l’objet de l’invention pourra être défini comme comportant “au moins un” de ces éléments.

Il est de plus précisé que lorsque, dans la présente description, une expression définit à elle seule, sans mention particulière spécifique la concernant, un ensemble de caractéristiques structurelles, ces caractéristiques peuvent être prises, pour la définition de l'objet de la protection demandée, quand cela est techniquement possible, soit séparément, soit en combinaison totale et/ou partielle.

Il est enfin précisé que, dans la présente description, si l'adverbe sensiblement est associé à un qualificatif d'un moyen donné, ce qualificatif doit être compris au sens strict ou approché.

En référence aux trois figures, la présente invention concerne un dispositif pour créer des d'ondes géophysiques de type sismique dans un sol Sol situé dans un milieu où règne une force de gravitation Fg définissant de ce fait des niveaux supérieurs et inférieurs.

Le dispositif comporte un tube creux 10, avantageusement cylindrique de révolution, défini entre une extrémité inférieure 14 et une extrémité supérieure 15, un crochet 20 apte à prendre toutes configurations Pof entre une configuration ouverte Po et une configuration fermée Pf, des moyens pour commander le coulissement de ce crochet dans le tube creux 10 entre une première position P1 et une deuxième position P2, la position référencée P1/2 sur la figure 1 étant une position intermédiaire comprise entre ces deux positions extrêmes P1 et P2 (respectivement représentées sur les figures 2 et 3), mais très proche de la première position P1.

Le dispositif comporte en outre des moyens pour commander le crochet 20 de façon à le faire passer de sa configuration ouverte Po à sa configuration fermée Pf et réciproquement, une pièce massique 30 montée coulissante dans le tube creux 10 entre une position dite “haute” Ph (figure

1) et une position dite “basse” Pb (figure 3), la position référencée Ph/b sur la figure 2 étant une position intermédiaire, la pièce massique étant toujours située dans le tube à un niveau inférieur à celui du crochet 20, et des moyens d’accrochage 60 pour lier le crochet 20, quand il est dans sa position fermée Pf, avec la pièce massique 30.

Selon une réalisation préférentielle, le dispositif comporte en outre des moyens pour exercer une force élastique entre la pièce massique 30 et le tube creux 10 de façon à tendre à faire passer cette pièce massique de sa position haute Ph à sa position basse Pb. De tels moyens sont de façon avantageuse constitués, comme illustré sur les figures, par un ressort 50 monté entre au moins un point 31 de la pièce massique 30 et au moins un point 12 de la paroi intérieure 11 du tube creux 10.

De façon très préférentielle, ce point 31 de la pièce massique 30 est situé à un niveau inférieur à celui du point 12 de la paroi intérieure 11 du tube creux 10, pour utiliser un ressort agissant en compression, comme illustré.

Quant au crochet 20, il est avantageusement constitué d'une pince 21 comportant deux bras 22, 23 montés sur une embase 25 et rotatifs l’un par rapport à l’autre autour de moyens d’axe de rotation 24. Dans le mode de réalisation illustré, la pince est constituée de deux bras montés rotatifs l'un par rapport à l'autre autour, pour des raisons de minimisation de l’encombrement, de deux axes de rotation proches l’un de l’autre. Mais il est aussi possible que cette pince soit composée de deux bras montés en rotation autour d’un seul axe, de la même façon que les pinces traditionnelles connues des mécaniciens.

Selon un mode de réalisation avantageux, du fait de sa simplicité de mise en œuvre, les moyens d’accrochage 60 sont constitués d'une tête à épaulement 61 de forme sensiblement tronconique, sous une forme qui peut être comparée à celle d’un champignon, et solidaire de là partie supérieure de la pièce massique 30 au moyen d’un pied, le sommet du cône associé à cette forme tronconique étant tourné vers la partie supérieure du tube creux.

De plus, la pince 21 est agencée de façon que les deux portions de bras situées en partie inférieure par rapport aux moyens d’axe de rotation 24, dites ci-après “portions de bras inférieures”, présentent une masse supérieure à celle des deux portions de bras situées en partie supérieure par rapport à ces mêmes moyens d’axe de rotation 24, dites ci-après “portions de bras supérieures”.

Il peut même être prévu un ressort auxiliaire entre ces bras pour tendre à toujours amener le crochet dans sa configuration fermée Pf, dont l’effet se combinera avec celui de la force de gravitation, malgré que cette dernière réalisation seule soit préférée.

En outre, dans ce cas, les extrémités des deux portions de bras inférieures présentent une forme en biseau pour que, en coopérant par glissement sur la tête à épaulement 61 quand la pince 21 se rapproche de la pièce massique 30, ces deux portions de bras inférieures tout d’abord s’écartent en butant contre cette tête à épaulement puis, sous l’action de la force de gravitation et/ou du ressort auxiliaire, se referment sous la tête à épaulement 61.

Selon un mode de réalisation avantageux, les moyens pour commander le crochet 20 de façon à le faire passer de sa configuration ouverte Po à sa configuration fermée Pf, et réciproquement, sont constitués par un étranglement 70 situé à l’intérieur du tube creux 10 en partie supérieure 15 de ce tube et conformé en tronc de cône dont le sommet est tourné vers cette partie supérieure du tube creux, cet étranglement étant agencé de façon que, lorsque la pince 21 se déplace de la partie inférieure du tube creux 10 vers sa partie supérieure, les deux portions de bras supérieures viennent buter contre cet étranglement 70 pour se rapprocher l’une de l’autre et entraîner de ce fait l’écartement des deux portions de bras inférieures, et inversement quand la pince 21 se déplace dans le sens de la partie supérieure du tube 10 vers sa partie inférieure.

Selon un mode de réalisation préféré, les moyens pour commander le coulissement du crochet 20 dans le tube creux 10 entre une première position P1 et une deuxième position P2 sont constitués par un vérin 80 comportant au moins un cylindre de vérin 81, un piston de vérin 82 monté coulissant dans ce cylindre de vérin, une tige de vérin 83 dont une extrémité émerge du cylindre de vérin et dont l’autre extrémité est solidaire du piston de vérin 82, et des moyens pour monter en coopération, par exemple par solidarisation, l’extrémité émergente de la tige de vérin avec l’embase 25. En outre, comme illustré, le cylindre de vérin 81 est solidaire de la partie supérieure 15 du tube creux 10 est en continuité du tube creux, pour constituer une forme globale cylindrique de révolution de diamètre uniforme adapté au tubage du puits.

De façon préférentielle, le vérin 80 comporte des moyens, illustrés schématiquement en 85 et connus en eux-mêmes par les hommes du métier, pour commander le déplacement du piston de vérin 82 et l’amener dans trois positions stables définies ci-après.

De façon très préférentielle pour des raisons de fiabilité, le dispositif comporte en outre un bouchon 90 solidaire de l’extrémité inférieure 14 du tube creux 10 de façon que, lorsque la pièce massique 30 passe de sa position haute Ph à sa position basse Pb, elle vienne buter contre ce bouchon 90 (figure 3).

En outre et avantageusement, une extrémité 91 du bouchon 90 émergeant de l’extrémité basse 14 du tube creux, est conformée en tête de marteau” apte à prendre contact avec le sol Sol.

Un dispositif selon l’invention est par exemple associé à l’extrémité distale d’un train de tiges comme celui qui est décrit dans le EP-2 218 827 au nom du Demandeur, dans le but par exemple d'ajouter aux pressions délivrées par des sondes cellulaires, des ondes géophysiques du type sismique, en vue de déterminer avec beaucoup plus de fiabilité et de précision des paramètres d’un sous-sol, notamment le module de cisaillement G.

Plus particulièrement quand il est associé à une sonde pressiométrique, il permet d’obtenir la Pression Limite Ménard® connue sous le signe PL et le Module Pressiométrique Ménard® connu sous le sigle EM.

Le dispositif selon l’invention permet de créer de telles oncles géophysiques d’une façon très simple et peut être utilisé dans des puits de profondeur moyenne, jusqu’à quelques centaines de mètres.

Ce dispositif fonctionne comme exposé ci-dessous.

Pour expliciter ce fonctionnement, il est tout d’abord supposé que le dispositif se trouve dans l’état initial comme celui qui est représenté sur la figure 1, c’est-à-dire avec le crochet 20 dans sa configuration refermée Pof sur la tête 61 en position P1/2 dans le tube 10, juste en début de l’étranglement 70 pour que les portions de bras supérieures ne soient pas rapprochées au maximum et que les portions de bras inférieures ne soient pas écartées au maximum, de façon que les extrémités en biseau de ces dernières soient légèrement en dessous de la tête 61 et retiennent la pièce massique 30 dans sa position haute Ph, le ressort 50 étant alors comprimé presque au maximum.

Cet état est obtenu, et surtout maintenu, grâce aux moyens 85 du vérin 80 qui commandent la position du piston de vérin 82 dans le cylindre de vérin, dans l'une de ses trois positions stables, celle dans laquelle il est en position haute mais pas en butée contre le fond supérieur du cylindre de vérin 81 (voir, sur cette figure 1, le faible espace qui existe entre le piston et le sommet du cylindre), la tige de vérin 83 maintenant en position stable l’embase 25 sur laquelle est monté le crochet 20 et donc maintenant aussi ce dernier.

Le dispositif étant dans cet état initial, le vérin 80 est alors commandé pour amener le piston 82 dans sa deuxième position stable, au contact du sommet du cylindre 81, figure 2.

Soumise à ce mouvement, l’embase 25 est soulevée et amène le crochet dans sa position haute P1, les portions de bras supérieures viennent buter contre l’étranglement 70 et se rapprochent l’une de l’autre en pivotant au maximum, ce qui entraîne l’écartement total des portions de bras inférieures. Ces dernières se désengagent alors totalement de la tête 61, le crochet 20 est en configuration ouverte Po, figure 2.

La pièce massique 30 n’est plus retenue et, sous l’effet de la force de gravitation Fg à laquelle s’ajoute celle du ressort en totale compression 50 qui alors se détend, elle chute brusquement dans le tube 10 et vient frapper violemment le sommet du bouchon 90 en créant des ondes qui sont transmises au sol Sol par l’extrémité 91 du bouchon 90 qui est au contact de ce sol, de la même façon qu’une tête de marteau frappant sur un corps plus ou moins solide, figure 3.

Dans cet état, la pièce massique se trouve en position basse Pb (figure 3) et peut être ramenée à sa position haute Ph (figure 1) pour, si nécessaire, une nouvelle suite d'opérations comme celles décrites ci-dessus, dans le but de générer de nouvelles ondes géophysiques.

Pour ce faire, le vérin 80 est commandé pour amener le piston 82 dans sa troisième position stable, celle dans laquelle il est en partie basse dans le cylindre de piston 81. Au cours de ce mouvement, via la tige de piston 83 et l'embase 25, le crochet 20 est coulissé dans le tube 10 de sa position haute P1 à sa position basse P2. Il est cependant à noter que, au début de ce mouvement, dès que le crochet n'est plus au contact de l'étranglement 70, il se met automatiquement en configuration fermée Pf sous l’effet de la force de gravitation et/ou celui du ressort auxiliaire.

En conséquence, quand il arrive au contact de la tête tronconique à épaulement 61, les extrémités des portions de bras inférieures en biseau s’écartent l’une de l’autre et il passe de sa configuration fermée Pf à sa configuration ouverte Po. Puis, dès qu’il a dépassé la tête 61, sous l’effet de la force de gravitation et/ou de celle exercée par le ressort auxiliaire, les extrémités des portions de bras inférieures se rapprochent et se positionnent sous celle-ci, figure 3.

Le vérin 80 peut alors être commandé pour que le dispositif passe de cet état, figure 3, à son état initial comme décrit ci-avant en regard de la figure 1, pour être apte à être utilisé à nouveau pour générer, si nécessaire, de nouvelles ondes géophysiques.

Aux descriptions structurelle et fonctionnelle ci-dessus, apparaissent à l’évidence les avantages du dispositif selon l’invention, à savoir essentiellement une structure très simple et une grande facilité d’utilisation pour créer des ondes géophysiques de type sismique dans un sol.

Claims (9)

1. '9

   REVENDICATIONS

   1. Dispositif pour créer des d'ondes géophysiques de type sismique dans un sol (Sol) situé dans un milieu où règne une force de gravitation (Fg) définissant de ce fait des niveaux supérieurs et inférieurs, ledit dispositif comportant :

   • un tube creux (10) défini entre une extrémité inférieure (14) et une extrémité supérieure (15), • un crochet (20) apte à prendre toutes positions (Pof) entre une position ouverte (Po) et une position fermée (Pf), • des moyens pour commander le coulissement du dit crochet dans ledit tube creux (10) entre une première position (P1) et une deuxième position (P2), • des moyens pour commander ledit crochet (20) de façon à le faire passer de sa position ouverte (Po) à sa position fermée (Pf) et réciproquement, • une pièce massique (30) montée coulissante dans ledit tube creux (10) entre une position dite “haute” (Ph) et une position dite “basse” (Pb), ladite pièce massique étant située dans ledit tube à un niveau inférieur à celui du dit crochet (20), et • des moyens d’accrochage (60) pour lier le crochet (20), quand il est dans sa position fermée (Pf), avec ladite pièce massique (30), caractérisé par le fait qu’il comporte en outre un bouchon (90) solidaire de l’extrémité inférieure (14) du tube creux (10) de façon que, lorsque ladite pièce massique (30) passe de sa position haute (Ph) à sa position basse (Pb), elle vienne buter contre ce bouchon (90), une extrémité (91) du bouchon (90) émergeant de l’extrémité basse (14) du tube creux, cette extrémité émergente (91) du bouchon étant conformée en tête de marteau”.
2. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu’il comporte en outre des moyens pour exercer une force élastique entre ladite pièce massique (30) et ledit tube creux (10) de façon à tendre à faire passer cette pièce massique de sa position haute (Ph) à sa position basse (Pb).
3. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les moyens pour exercer une force élastique entre ladite pièce massique et ledit tube creux sont constitués par un ressort (50) monté en compression entre au moins un point (31) de ladite pièce massique (30) et au moins un point (12) de la paroi intérieure (11) du tube creux (10), ledit point (31) de ladite pièce massique (30) étant situé à un niveau inférieur à celui du point (12) de la paroi intérieure (11) du tube creux (10).
4. 4. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ledit crochet (20) est constitué d'une pince (21) comportant deux bras (22, 23) montés sur une embase (25) et rotatifs l’un par rapport à l’autre autour de moyens d’axe de rotation (24).
5. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que • les moyens de d’accrochage (60) sont constitués d'une tête à épaulement (61) de forme sensiblement tronconique et solidaire de la partie supérieure de ladite pièce massique (30), le sommet du cône associé à cette forme tronconique étant tourné vers la partie supérieure du tube creux (10), et que • ladite pince (21) est en outre agencée de façon que les deux portions de bras situées en partie inférieure par rapport aux dits moyens d’axe de rotation (24), dites ci-après “portions de bras inférieures”, présentent une masse supérieure à celle des deux portions de bras situées en partie supérieure par rapport à ces mêmes moyens d’axe de rotation (24), dites ci-après “portions de bras supérieures”, les extrémités des deux portions de bras inférieures présentant une forme en biseau pour que, en coopérant par glissement sur ladite tête d’épaulement (61) quand ladite pince (21) se rapproche de ladite pièce massique (30), ces deux portions de bras inférieures tout d’abord s’écartent en butant contre cette tête d’épaulement puis se referment sous la tête d’épaulement.

   Ή
6. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que les moyens pour commander ledit crochet (20) de façon à le faire passer de l’une de ses deux positions ouverte ou fermée à l’autre et réciproquement sont constitués par un étranglement (70) situé à l’intérieur du tube creux (10) en partie supérieure (15) du tube et conformé en tronc de cône dont le sommet est tourné vers cette partie supérieure du tube creux, cet étranglement étant agencé de façon que, lorsque ladite pince (21) se déplace de la partie inférieure du tube creux (10) vers sa partie supérieure, les deux portions de bras supérieures viennent buter contre cet étranglement (70) pour se rapprocher l’une de l’autre et entraîner de ce fait l’écartement des deux portions de bras inférieures, et inversement quand la pince (21) se déplace dans le sens de la partie supérieure du tube (10) vers sa partie inférieure.
7. 7. Dispositif selon l’une des revendications précédentes quand elle dépend de la revendication 4, caractérisé par le fait que les moyens pour commander le coulissement du crochet (20) dans le tube creux (10) entre une première position et une deuxième position sont constitués par un vérin (80) comportant au moins un cylindre de vérin (81), un piston de vérin (82) monté coulissant dans ledit cylindre de vérin et une tige de vérin (83) dont une extrémité émerge du cylindre de vérin et dont l’autre extrémité est solidaire du piston de vérin (82), et des moyens pour monter en coopération l’extrémité émergente de la tige de vérin avec l’embase (25).
8. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait que ledit cylindre de vérin (81) est solidaire de la partie supérieure (15) du tube creux (10) en continuité du dit tube creux.
9. 9. Dispositif selon l’une des revendications 7 et 8, caractérisé par le fait que ledit vérin (80) comporte des moyens (85) pour commander le déplacement du piston de vérin (82) dans le cylindre de vérin et l’amener dans trois positions stables.