WO2009004166A1 - Sonde ultrasonique d'imagerie 3-d pour caracteriser une zone de terrain autour d'un forage - Google Patents

Sonde ultrasonique d'imagerie 3-d pour caracteriser une zone de terrain autour d'un forage Download PDF

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WO2009004166A1
WO2009004166A1 PCT/FR2008/000733 FR2008000733W WO2009004166A1 WO 2009004166 A1 WO2009004166 A1 WO 2009004166A1 FR 2008000733 W FR2008000733 W FR 2008000733W WO 2009004166 A1 WO2009004166 A1 WO 2009004166A1
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probe
section
borehole
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probe according
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PCT/FR2008/000733
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Inventor
Cyrille Balland
Vincent Renaud
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Institut National De L'environnement Industriel Etdes Risques
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B23/00—Apparatus for displacing, setting, locking, releasing or removing tools, packers or the like in boreholes or wells
    • E21B23/01—Apparatus for displacing, setting, locking, releasing or removing tools, packers or the like in boreholes or wells for anchoring the tools or the like
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V1/00—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
    • G01V1/40—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting specially adapted for well-logging
    • G01V1/52—Structural details

Definitions

  • Ultrasonic 3-D imaging probe to characterize an area of land around a borehole
  • the invention relates to the characterization of a field around a borehole, by means of an ultrasonic probe.
  • the ultrasonic logging method As part of the auscultation of underground structures and storage, the ultrasonic logging method has demonstrated its ability to characterize certain mechanical parameters of the rock. It currently allows to give the wave propagation parameters along a sounding.
  • This probe may comprise transmission and reception rings (fragmented or continuous) surrounding the body of the probe being axially offset; emitters and receivers can be distributed on pads which are pressed against the wall of the borehole; according to yet another embodiment, the probe, or at least a part thereof containing the emitters and receivers, can be rotatable about the axis of the borehole so as to allow, by rotation of this part, a measurement of P wave velocity according to several azimuths.
  • the characterization of the rock around the borehole is limited to the zone traversed by the waves circulating between the emitters and the sets of receivers; insofar as the sets of receivers are classically two in number, it is understood that the accuracy of the characterization in depth, that is to say in radial directions, is very low. This is why it can be said that current solutions, such as the one defined by the aforementioned documents, are in practice capable of performing a two-dimensional characterization only (in azimuth, and at a given distance from the borehole), for a given position. given axial axis of the probe.
  • the object of the invention is to enable a zone of terrain around a borehole to be characterized in three dimensions (we can therefore speak of imaging) by automatically determining the field in depth (from this borehole) by vary the distance between the sensors and the measurement azimuth with an accuracy as great as desired (of course, the more we want a significant accuracy, the more the number of necessary measurements is large).
  • the invention proposes for this purpose an acoustic wave imaging probe for the characterization of a terrain around a borehole of a given diameter adapted to receive this probe, this probe comprising: a first section provided with a device anchor adapted to temporarily anchor this first section to the wall of the borehole and connections for the communication of the probe with the outside of the borehole, a second section mounted in the extension of the first section along a longitudinal axis of the probe and controlled in rotation relative to the first section about this axis while being axially fixed with respect to this first section, this second section comprising at least two acoustic transducers, respectively intended to emit and receive acoustic waves, mounted in this second section; to have, along the longitudinal axis, a variable spacing controlled by a spacing control device and to be able to be pressed from e temporarily transversely against the wall of the borehole.
  • the probe once the probe has been fixed in an axial position within the borehole, it is possible to vary the axial spacing of the transducers (and thus to vary the depth of exploration of the ground from the drilling) and the angular position of the transducers around the axis; it is therefore possible to explore the terrain for several depth values from the borehole and repeat this exploration for several azimuth values, and thus acquire, if desired, a three-dimensional terrain image. Since the transducers are adapted to be pressed against the wall of the borehole, it is understood that this probe can be used in a dry borehole, without having to to drown in mud. The probe can be used a fortiori in a drilled borehole.
  • the probe further comprises, beyond the second section relative to the first section, a head section mounted freewheeling with respect to this second section and provided with a second anchoring device adapted to anchor temporarily this first section to the wall of the borehole, in synchronism with the anchoring device of the first section.
  • a head section mounted freewheeling with respect to this second section and provided with a second anchoring device adapted to anchor temporarily this first section to the wall of the borehole, in synchronism with the anchoring device of the first section.
  • each anchoring device comprises a set of feet having a retracted configuration in which they are at a minimum distance from the longitudinal axis of the probe and an anchoring configuration in which they are biased away from the longitudinal axis.
  • the deployment of feet is indeed a practical way to ensure the aforementioned function; in practice, the feet are regularly distributed around the axis for a good balance of forces around the axis.
  • the feet are articulated to the body so as to extend along the first section in retracted configuration and to tilt outwardly of the probe in anchoring configuration.
  • each anchoring device comprises a pneumatic device adapted to press the feet against the wall of the borehole when these feet are in anchoring configuration, which makes it possible to effectively control the pressing pressure against the wall of the drilling.
  • the probe comprises, for its communication with the outside of the borehole, electrical connections for receiving electrical power and exchanging data, as well as a drill string for the control in displacement of this probe along the borehole. , when the transducers are not active.
  • the mechanical connection can be provided by a single rope having no transverse stiffness.
  • the rotation control of the second section relative to the first section is a step-by-step motor with a pitch of at most 5 °, preferably at most equal to 1 °, which allows an acoustic exploration. terrain with a very important precision.
  • the two transducers are mounted on two respective pads having a retracted configuration and a working configuration in which they are deployed to the outside of the probe by control devices, these pads and their control devices deployed. forming part of respective blocks controlled in axial spacing by the spaced apart control device.
  • each block comprises at least one other support pad adapted to be deployed in synchronism with the pad carrying the transducer so as to balance the forces applied by the block to the wall of the bore transversely to the axis.
  • each block comprises two pads geometries symmetrical with respect to the longitudinal axis of the probe.
  • the deployment control devices are advantageously pneumatic, which allows a good control of the pressure with which the transducers are applied against the wall, and therefore a good control of the crossing of this wall by the acoustic waves. .
  • each pad has a curvature, in a plane transverse to the longitudinal axis of the probe, which is smaller than the given diameter of a borehole in which the probe is adapted to be received. This allows the support is well localized, even in case of surface irregularity of the borehole wall.
  • the transducers are mounted in the second section so as to have symmetrical axial positions with respect to a reference location within this second section, which constitutes a fixed axis of the measurements and contributes to a good distribution. efforts within the second section and more generally within the probe.
  • the transducers are carried by nut-shaped portions mounted so as to have an angular position. constant with respect to the longitudinal axis and cooperating with a longitudinal screw with double reverse pitch of the same amplitude. This is a convenient way to effectively control synchronized moves, even in a challenging environment.
  • the acoustic transducers are intended to emit and receive acoustic waves in a frequency range of at least 100 kHz, preferably centered at least approximately 150 kHz. This makes it possible to obtain very high measurement accuracy.
  • the invention proposes a method for characterizing a terrain from a borehole provided within it with a given diameter, according to which a probe of the aforementioned type is introduced into the borehole.
  • At least one position of the probe in this borehole activates the anchoring device so as to fix the first section in the borehole, and a cycle is started according to which an angular position of the second section is defined with respect to the first section; the transducers so that they have a first given spacing and the veneer is ordered against the wall of the borehole, a measurement is triggered by excitation of the emission transducer and the wave detected by the reception transducer is detected, then returns the transducers to the longitudinal axis of the probe, and triggers at least one other cycle for a second spacing between the transducers and at least one other cycle for another angular position of the econd stretch compared to the first.
  • the measurements are processed so as to estimate, from them, the velocity field and indirectly the field of mechanical damage of the terrain around the borehole.
  • FIG. 1 is a diagrammatic view in axial section of a probe according to the invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view, at the location of a transducer, in a first angular position with respect to the surrounding terrain
  • FIG. 3 is another cross-sectional view, after a relative rotation. between the two sections of the probe and a deployment of ultrasonic sensors
  • FIG. 4 is a partial view of the probe of FIG. 1, showing in more detail the transducers within the second section, in a configuration of maximum approximation and folding.
  • FIG. 5 is a diagram showing, in a plane transverse to the axis of the borehole, the orientations and the transverse dimensions of the sensors, FIG. traces of the axial zones explored, in an example of implementation of the probe, and FIG. 7 is a diagram representing an exemplary acoustic wave velocity image, obtained during the implementation of of the invention.
  • FIG. 1 diagrammatically represents an acoustic wave imaging probe according to the invention, denoted 1 as a whole, intended for the characterization of a terrain around a borehole (see FIGS. 2 to 7) of a diameter. given known, adapted to receive this probe.
  • This probe 1 comprises mainly: a first section A, of body 1A, provided with an anchoring device 11 adapted to temporarily anchor this first section to the wall of the bore and links 12 for the communication of the probe with the outside drilling, and - a second section B, of body 1 B, mounted in the extension of the first section along a longitudinal axis ZZ of the probe (here horizontal) and controlled in rotation relative to the first section about this axis while being axially fixed with respect to this first section, this second section comprising at least two acoustic transducers 13 and 14, respectively intended to transmit and receive acoustic waves, mounted in this second section so as to have along the longitudinal axis a variable spacing (this is apparent from Figures 4 and 5), controlled by a spacing control device 15 and can be temporarily plated transversely against the wall of the borehole.
  • the set of two transducers is schematized here by a common reference C.
  • the probe 1 further comprises, beyond the second section B with respect to the first section A, a head section D mounted freewheeling with respect to this second section B and provided with a second device anchor 16 adapted to temporarily anchor and center this head portion to the borehole wall, in synchronism with the anchor device 11 of the first section, that is to say that these two anchoring devices are activated during the same periods during an implementation operation.
  • each anchoring device 11 or 16 comprises a set of legs 11A or 16A having a retracted configuration in which they are at a minimum distance from the longitudinal axis of the probe (it is in this configuration that these feet are shown in Figure 1) and an anchoring configuration in which they are biased away from the longitudinal axis.
  • the feet are articulated to the body (on the right) so as to extend along the first section in retracted configuration and to tilt towards the outside of the probe, towards the left top or bottom) in anchor configuration.
  • each anchoring device comprises a pneumatic device adapted to press the feet against the wall of the borehole when these feet are in the anchoring configuration.
  • the links 12 that the probe comprises for its communication with the outside of the borehole in practice comprise electrical connections for receiving electrical power and exchanging data, as well as a possible set of rods for the control in displacement of this probe. along the borehole, when the transducers are not active.
  • the movement of the probe in the borehole is carried out by remote control, for example by means of caterpillars.
  • the rotational control of the second section relative to the first section is advantageously carried out by a stepper motor 17 having a pitch of at most 5 °, preferably at most equal to 1 °.
  • This motor assembly here consists of a motor 17A cooperating here with a gear, and a gear 17C cooperating with the second section.
  • an encoder which follows the rotation.
  • the two transducers 13 and 14 are here mounted on two respective pads 18A and 19A having a retracted configuration and a working configuration in which they are pressed towards the outside of the probe by deployed control devices marked by the reference 20 or 21, these pads and their deployment control devices being part of respective blocks 22 and 23 controlled in axial spacing by the spaced control device (see below).
  • each block comprises at least one other support pad 18B or 19B adapted to be deployed in synchronism with the pad 18A or 18B carrying the transducer so as to balance the forces applied by the block to the wall of the drilling transversely to the axis.
  • These pairs of pads are here symmetrical geometries with respect to the longitudinal axis of the probe (that is to say they are diametrically opposed in the case shown where the probe is of generally cylindrical section). However, in a variant not shown, there may be a greater number of pads evenly distributed around the longitudinal axis of the probe.
  • each pad has a curvature, in a plane transverse to the longitudinal axis of the probe, which is smaller than the given diameter of a borehole in which the probe is adapted to be received.
  • this diameter is 86 mm
  • the curvature of the pads is for example 76 mm, which ensures a good crushing of the surface roughness of the borehole wall and thus contributes to a good transmission of waves in the rock (preferably acoustic compression waves).
  • This crushing of the roughness is, in these figures 2 and 3, symbolized by the penetration of the pads into the rock beyond the diameter.
  • the transducers are mounted in the second section B so as to have axial positions symmetrical with respect to a reference location, here noted E within this second section.
  • the blocks 22 and 23 carrying the transducers are nut-shaped portions mounted so as to have an angular position about the longitudinal axis which is constant with respect to the second section (these blocks comprise for example projections engaged in an axial groove of the body of this second section B) and cooperating with a longitudinal screw 30 double reverse pitch of the same amplitude.
  • the motors 15 and 17 are advantageously stepper motors whose pitch, at the output of the gearbox and the gears, can be as small as desired; for example, the radial pitch of the motor assembly 17 is of the order of 0.1 ° to 1 °, for example 0.5 °, this which makes it possible to obtain almost any value that one wishes, and the axial pitch of the motor assembly 15 is of the order of 0.5 mm, which also makes it possible to reach roughly any value desired by the operator.
  • the acoustic transducers are intended to emit and receive acoustic waves in a frequency range of at least 100 kHz, preferably centered at least approximately 150 kHz. They are of any known type suitable.
  • the wave generation is advantageously arbitrary, which makes it possible to define the nature of the emitted signals with in particular the duration, the frequency and the amplitude. This makes it possible to optimize and adapt the source signal to the types of materials crossed and to the types of sensors so that the energy transmitted is the strongest and the attenuation of the waves is the lowest.
  • acoustic transducers are preferably integrated with the pads that carry them, so as not to be in direct contact with the wall and not to risk being degraded by it.
  • these transducers are located inside a brass cap inside which they are connected by a silicone adhesive, which allows a good transmission of acoustic waves.
  • the probe intended to be engaged in the borehole which has been said to have a known diameter of 86 mm, has a length of the order of 2.10 m for a diameter of about 76 mm. , and the radial displacement of the transducers to the outside is of the order of one centimeter (here 0.5 cm).
  • the length of the body of the probe comes in particular from the axial course that one wishes to obtain with regard to the transducers (in this case 600 mm) and the various elements that must be integrated into the probe, in particular an electric control unit and amplification, noted 40 as a whole, or a magnetometer block, noted 50 as a whole, for a good characterization of the position and orientation of the probe.
  • this probe can be defined as follows, for the characterization of a terrain from a borehole provided within it with a given diameter: the probe is introduced into the borehole, and at at least one position of the probe in this borehole, the anchoring devices 11 and 16 are activated so as to fix the first section in the borehole, and a cycle is started according to which defines an angular position of the second section relative to the first section, the transducers are controlled so that they have a given first spacing and the plating is controlled against the wall of the borehole, a measurement is triggered by excitation of the emission transducer and the wave detected by the receiving transducer is sensed, the transducers are then returned to the longitudinal axis of the probe, and at least one other cycle is initiated for a second spacing between the transducers and at least one other cycle for one other angular position of the second section relative to the first (for practical reasons, it is easier to collect all the measurements corresponding to several spacings in the same position angular of the second section relative to the first section; however,
  • the measurements are processed so as to estimate, from them, the mechanical damage of the terrain around the borehole.
  • tomography methods sometimes we talk about tomography methods.
  • This method makes it possible to process a large quantity of data and to qualitatively appreciate the variations of speed profiles according to the orientation. It is based on: the calculation of the apparent speed as a function of the depth, the transformation of the apparent velocity profile as a function of the inter-sensor distance into a velocity profile as a function of the radial distance to the borehole, according to the algorithm of Um and Thurber optimized, the reversal of speeds according to the plot of rais.
  • FIG. 6 shows a coarse distribution of zones that can be explored using a probe according to the invention, with an angular difference of 5 °, but it is understood that it is easy by choosing sets motor's not small enough to get a much finer exploration.
  • Figure 7 presents the image of the velocity field around a sounding at 7m from the surface of a gallery at -490m corresponding to measurements made every 2 mm and every 5 ° on a complete revolution of the horizon .
  • the invention is based on the idea that it is possible to characterize the complete speed field around a single sounding through an instrumental tool having a large range of measurements and a high resolution advantageously accompanied by a methodology of inversion allowing to go back to the physical quantities. It is thus proposed above a 3-D probe composed of sensors with arbitrary generation of ultrasonic waves; the variation of distance and the orientation of the sensors is ensured by automation of displacements and measurements to increase the resolution and 3-D coverage of the measurements.
  • the probe described above makes it possible to reconstruct a volume image of the ultrasonic velocity field, very close to reality, around a sounding, thanks in particular to the following advantageous arrangements: a pneumatic system which exerts a coupling mechanical sensors against the wall of the borehole allowing the use of the probe in dry boreholes (whereas the current probes used mainly for oil exploration can only work in drilled boreholes), - the frequency band of the sensors used is centered on 150 kHz for a sensitivity to rock mass heterogeneities of the order of a centimeter (whereas conventional probes operate in much lower frequency domains, typically of the order of 10 kHz, with a sensitivity 10 times lower ), an automatic acquisition of the data on the same plane which is carried out without intervention of the operator, the automatis ation of the displacement of the sensors in rotation and in translation with respective accuracies of 0.5 ° and 0.2 mm which makes it possible to design images with a theoretical resolution of 1.16 megapixels per plane.

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Abstract

Une sonde (1) d'imagerie par ondes acoustiques pour la caractérisation d'un terrain autour d'un forage d'un diamètre donné adapté à recevoir cette sonde, cette sonde comporte : un premier tronçon (A) muni d'un dispositif d'ancrage (11) adapté à ancrer temporairement ce premier tronçon à la paroi du forage et des liaisons (12) pour la communication de la sonde avec l'extérieur du forage; un second tronçon (B) monté dans le prolongement du premier tronçon selon un axe longitudinal (Z) de la sonde et contrôlé en rotation par rapport au premier tronçon autour de cet axe tout en étant axial ement fixe par rapport à ce premier tronçon, ce second tronçon comportant au moins deux transducteurs acoustiques (13, 14), respectivement destinés à émettre et à recevoir des ondes a'coustiques, montés dans ce second tronçon en sorte d'avoir, suivant l'axe longitudinal, un écartement variable contrôlé par un dispositif de commande en écartement (15) et de pouvoir être pressés de manière temporaire transversalement contre la paroi du forage.

Description

Sonde ultrasonique d'imagerie 3-D pour caractériser une zone de terrain autour d'un forage
L'invention concerne la caractérisation d'un terrain autour d'un forage, au moyen d'une sonde ultrasonique.
Le comportement mécanique des ouvrages est souvent difficile à déterminer et encore plus difficile à prévoir.
Dans le cadre de l'auscultation des ouvrages et des stockages souterrains, la méthode par diagraphie ultrasonique a montré sa capacité à caractériser certains paramètres mécaniques de la roche. Elle permet actuellement de donner les paramètres de propagation des ondes le long d'un sondage.
Diverses solutions ont déjà été proposées pour caractériser un terrain autour d'un forage, notamment dans le cadre de la prospection pétrolière. Le plus souvent, cette caractérisation se fait par émission et réception d'ondes acoustiques dont la durée de propagation entre l'émission et la réception permet d'évaluer la vitesse des ondes dans la roche autour du forage. Puisque le forage est généralement noyé dans de la boue, on comprend que la bonne transmission des ondes entre la roche entourant le forage et les capteurs d'émission ou de réception est assurée par ces boues (il est connu d'utiliser des capteurs d'émission coopérant avec plusieurs jeux de capteurs de réception, de manière à caractériser la roche environnante pour plusieurs distances axiales entre émission et réception) ; la caractérisation de la roche tout au long du forage se fait en déplaçant la sonde le long du forage. Diverses ondes peuvent être considérées, à savoir des ondes de compression (ondes P) ou des ondes de cisaillement (ondes S). Un exemple de caractérisation d'un terrain autour d'un forage est donné par les documents US - 5 544 127, US - 6 510 389 et US - 6 678 389, qui visent à caractériser l'état d'endommagement de la paroi d'un forage par une mesure de vitesse des ondes acoustiques. Ces documents font intervenir des mesures de vitesse des ondes P, dans plusieurs directions autour de l'axe du forage. Cette sonde peut comporter des anneaux d'émission et de réception (fragmentés ou continus) entourant le corps de la sonde en étant décalés axialement ; les émetteurs et les récepteurs peuvent être répartis sur des patins qui sont plaqués contre la paroi du forage ; selon encore un autre mode de réalisation, la sonde, ou au moins une partie de celle-ci contenant les émetteurs et récepteurs, peut être rotative autour de l'axe du forage de manière à permettre, par rotation de cette partie, une mesure de vitesse des ondes P selon plusieurs azimuts.
Par contre, lorsque l'on souhaite caractériser un terrain entourant un forage sec, on comprend qu'une bonne transmission des ondes acoustiques entre la roche environnante et les capteurs ne peut être obtenue que si ces capteurs sont en contact direct et en appui contre la paroi de ce forage, auquel cas le seul type de sonde utilisable est celui mettant en œuvre des patins en appui contre la paroi du forage. Toutefois, il faut comprendre que, puisque les diverses mesures en azimut ne peuvent alors être effectuées que par des capteurs adjacents, l'écart angulaire entre deux azimuts successifs est nécessairement substantiel, typiquement supérieur à 5°, voire 10°.
Par ailleurs, la caractérisation de la roche autour du forage est limitée à la zone traversée par les ondes circulant entre les émetteurs et les jeux de récepteurs ; dans la mesure où les jeux de récepteurs sont classiquement au nombre de deux, on comprend que la précision de la caractérisation en profondeur, c'est-à-dire selon des directions radiales, est très faible. C'est pourquoi on peut dire que les solutions actuelles, telles que celle définie par les documents précités, sont en pratique capables d'effectuer une caractérisation en deux dimensions seulement (en azimut, et à une distance donnée du forage), pour une position axiale donnée de la sonde. L'invention a pour objet de permettre de caractériser en trois dimensions (on peut donc parler d'imagerie) une zone de terrain autour d'un forage, en déterminant de manière automatique le champ en profondeur (à partir de ce forage) en faisant varier la distance entre les capteurs et l'azimut de mesure avec une précision aussi grande qu'on le souhaite (bien entendu, plus on souhaite une précision importante, plus le nombre de mesures nécessaires est grand).
L'invention propose à cet effet une sonde d'imagerie par ondes acoustiques pour la caractérisation d'un terrain autour d'un forage d'un diamètre donné adapté à recevoir cette sonde, cette sonde comportant : un premier tronçon muni d'un dispositif d'ancrage adapté à ancrer temporairement ce premier tronçon à la paroi du forage et des liaisons pour la communication de la sonde avec l'extérieur du forage, un second tronçon monté dans le prolongement du premier tronçon selon un axe longitudinal de la sonde et contrôlé en rotation par rapport au premier tronçon autour de cet axe tout en étant axialement fixe par rapport à ce premier tronçon, ce second tronçon comportant au moins deux transducteurs acoustiques, respectivement destinés à émettre et à recevoir des ondes acoustiques, montés dans ce second tronçon en sorte d'avoir, suivant l'axe longitudinal, un écartement variable contrôlé par un dispositif de commande en écartement et de pouvoir être pressés de manière temporaire transversalement contre la paroi du forage.
On appréciera que, dès lors que l'on a fixé la sonde en une position axiale au sein du forage, il est possible de faire varier l'écartement axial des transducteurs (et donc faire varier la profondeur d'exploration du terrain à partir du forage) et la position angulaire des transducteurs autour de l'axe ; on peut donc explorer le terrain pour plusieurs valeurs de profondeurs à partir du forage et répéter cette exploration pour plusieurs valeurs d'azimut, et ainsi acquérir, si on le souhaite, une image du terrain en trois dimensions. Puisque les transducteurs sont adaptés à être plaqués contre la paroi du forage, on comprend que cette sonde peut être utilisée dans un forage sec, sans avoir à le noyer dans de la boue. La sonde peut a fortiori être utilisée dans un forage noyé.
De manière préférée, la sonde comporte en outre, au-delà du second tronçon par rapport au premier tronçon, un tronçon de tête monté en roue libre par rapport à ce second tronçon et muni d'un second dispositif d'ancrage adapté à ancrer temporairement ce premier tronçon à la paroi du forage, en synchronisme avec le dispositif d'ancrage du premier tronçon. Cela permet de garantir un bon ancrage de la sonde à la paroi du forage, en ses deux extrémités, sans pour autant nuire à la liberté de mouvement des transducteurs entre ces extrémités.
De manière préférée, chaque dispositif d'ancrage comporte un ensemble de pieds ayant une configuration rétractée dans laquelle ils sont à une distance minimale de l'axe longitudinal de la sonde et une configuration d'ancrage dans laquelle ils sont sollicités à l'écart de l'axe longitudinal. Le déploiement de pieds est en effet un moyen pratique d'assurer la fonction précitée ; en pratique, les pieds sont répartis régulièrement autour de l'axe pour un bon équilibre des forces autour de l'axe. De manière avantageuse, les pieds sont articulés au corps en sorte de s'étendre le long du premier tronçon en configuration rétractée et à s'incliner vers l'extérieur de la sonde en configuration d'ancrage. De manière encore plus avantageuse, chaque dispositif d'ancrage comporte un dispositif pneumatique adapté à plaquer les pieds contre la paroi du forage lorsque ces pieds sont en configuration d'ancrage, ce qui permet de commander efficacement la pression d'appui contre la paroi du forage. De manière également avantageuse, la sonde comporte pour sa communication avec l'extérieur du forage des liaisons électriques pour recevoir de la puissance électrique et échanger des données, ainsi qu'un train de tiges pour la commande en déplacement de cette sonde le long du forage, lorsque les transducteurs ne sont pas actifs. En variante, si le forage s'étend verticalement vers le bas par exemple, la liaison mécanique peut être assurée par un simple filin n'ayant aucune rigidité transversale. De manière également préférée, le contrôle en rotation du second tronçon par rapport au premier tronçon est un moteur pas-à-pas présentant un pas d'au plus 5°, de préférence au plus égal à 1°, ce qui permet une exploration acoustique du terrain avec une précision très importante. De manière également avantageuse, les deux transducteurs sont montés sur deux patins respectifs ayant une configuration rétractée et une configuration de travail dans laquelle ils sont déployés vers l'extérieur de la sonde par des dispositifs de commande, ces patins et leurs dispositifs de commande en déploiement faisant partie de blocs respectifs commandés en écartement axial par le dispositif de commande en écartement.
De manière encore plus avantageuse, chaque bloc comporte au moins un autre patin d'appui adapté à être déployé en synchronisme avec le patin portant le transducteur en sorte d'équilibrer les forces appliquées par le bloc à la paroi du forage transversalement à l'axe. De préférence, chaque bloc comporte deux patins de géométries symétriques par rapport à l'axe longitudinal de la sonde. Comme les dispositifs d'ancrage, les dispositifs de commande en déploiement sont avantageusement pneumatiques, ce qui permet un bon contrôle de la pression avec laquelle les transducteurs sont appliqués contre la paroi, et donc un bon contrôle du franchissement de cette paroi par les ondes acoustiques.
De manière encore préférée, chaque patin a une courbure, dans un plan transversal à l'axe longitudinal de la sonde, qui est inférieur au diamètre donné d'un forage dans lequel la sonde est adaptée à être reçue. Cela permet que l'appui soit bien localisé, même en cas d'irrégularité de surface de la paroi du forage.
De manière encore avantageuse, les transducteurs sont montés dans le second tronçon en sorte d'avoir des positions axiales symétriques par rapport à un emplacement de référence au sein de ce second tronçon, ce qui constitue un axe fixe des mesures et contribue à une bonne répartition des efforts au sein du second tronçon et plus généralement au sein de la sonde.
De manière également avantageuse, les transducteurs sont portés par des portions formant écrou, montées en sorte d'avoir une position angulaire constante par rapport à l'axe longitudinal et coopérant avec une vis longitudinale à double pas inverse de même amplitude. Cela correspond à un moyen pratique de contrôler efficacement les déplacements synchronisés, même au sein d'un environnement difficile. De manière également avantageuse, les transducteurs acoustiques sont destinés à émettre et recevoir des ondes acoustiques dans une gamme de fréquence d'au moins 100 kHz, de préférence centrée au moins approximativement sur 150 kHz. Cela permet d'obtenir une très grande précision de mesure. Selon un autre aspect, l'invention propose un procédé de caractérisation d'un terrain à partir d'un forage prévu au sein de celui-ci avec un diamètre donné, selon lequel on introduit dans le forage une sonde du type précité, en au moins une position de la sonde dans ce forage on active le dispositif d'ancrage en sorte de fixer le premier tronçon dans le forage, et on déclenche un cycle selon lequel on définit une position angulaire du second tronçon par rapport au premier tronçon, on commande les transducteurs en sorte qu'ils aient un premier écartement donné et on en commande le placage contre la paroi du forage, on déclenche une mesure par excitation du transducteur d'émission et on saisit l'onde détectée par le transducteur de réception, puis on ramène les transducteurs vers l'axe longitudinal de la sonde, et on déclenche au moins un autre cycle pour un second écartement entre les transducteurs et au moins un autre cycle pour une autre position angulaire du second tronçon par rapport au premier.
De manière préférée, l'on traite les mesures en sorte d'estimer, à partir de celles-ci, le champ de vitesse et indirectement le champ d'endommagement mécanique du terrain autour du forage.
Des objets, caractéristiques et avantages de l'invention ressortent de la description qui suit, donnée à titre illustratif non limitatif en regard des dessins annexés sur lesquels : la figure 1 est une vue schématique en coupe axiale d'une sonde conforme à l'invention, la figure 2 en est une vue en coupe transversale, à l'emplacement d'un transducteur, dans une première position angulaire vis-à-vis du terrain environnant, la figure 3 en est une autre vue en coupe transversale, après une rotation relative entre les deux tronçons de la sonde et un déploiement des capteurs ultrasoniques, la figure 4 est une vue partielle de la sonde de la figure 1 , montrant plus en détail les transducteurs au sein du second tronçon, dans une configuration de rapprochement maximum et de repliement des capteurs, la figure 5 en est une vue similaire, dans une configuration d'éloignement et de déploiement des capteurs, la figure 6 est un diagramme représentant, dans un plan transversal à l'axe du forage, les orientations et les dimensions transversales des traces des zones axiales explorées, dans un exemple de mise en œuvre de la sonde, et la figure 7 est un diagramme représentant un exemple d'image de vitesse des ondes acoustiques, obtenu lors de la mise en œuvre de l'invention.
La figure 1 représente schématiquement une sonde d'imagerie par ondes acoustiques conforme à l'invention, notée 1 dans son ensemble, destinée à la caractérisation d'un terrain autour d'un forage (voir les figures 2 à 7) d'un diamètre donné connu, adapté à recevoir cette sonde. Cette sonde 1 comporte principalement : un premier tronçon A, de corps 1A, muni d'un dispositif d'ancrage 11 adapté à ancrer temporairement ce premier tronçon à la paroi du forage et des liaisons 12 pour la communication de la sonde avec l'extérieur du forage, et - un second tronçon B, de corps 1 B, monté dans le prolongement du premier tronçon selon un axe longitudinal Z-Z de la sonde (ici horizontal) et contrôlé en rotation par rapport au premier tronçon autour de cet axe tout en étant axialement fixe par rapport à ce premier tronçon, ce second tronçon comportant au moins deux transducteurs acoustiques 13 et 14, respectivement destinés à émettre et à recevoir des ondes acoustiques, montés dans ce second tronçon en sorte d'avoir suivant l'axe longitudinal un écartement variable (cela ressort des figures 4 et 5), contrôlé par un dispositif de commande en écartement 15 et de pouvoir être plaqués de manière temporaire transversalement contre la paroi du forage. L'ensemble des deux transducteurs est ici schématisé par une référence commune C.
On peut tout de suite préciser que les rôles des transducteurs 13 et 14 peuvent être échangés.
Dans l'exemple représenté, la sonde 1 comporte en outre, au-delà du second tronçon B par rapport au premier tronçon A, un tronçon de tête D monté en roue libre par rapport à ce second tronçon B et muni d'un second dispositif d'ancrage 16 adapté à ancrer temporairement et centrer ce tronçon de tête à la paroi du forage, en synchronisme avec le dispositif d'ancrage 11 du premier tronçon, c'est-à-dire que ces deux dispositifs d'ancrage sont activés pendant les mêmes périodes au cours d'une opération de mise en oeuvre.
Dans l'exemple représenté, chaque dispositif d'ancrage 11 ou 16 comporte un ensemble de pieds 11A ou 16A ayant une configuration rétractée dans laquelle ils sont à une distance minimale de l'axe longitudinal de la sonde (c'est dans cette configuration que ces pieds sont représentés sur la figure 1 ) et une configuration d'ancrage dans laquelle ils sont sollicités à l'écart de l'axe longitudinal.
Plus précisément, on voit sur la figure 1 que les pieds sont articulés au corps (à droite) en sorte de s'étendre le long du premier tronçon en configuration rétractée et à s'incliner vers l'extérieur de la sonde, vers la gauche en haut ou en bas) en configuration d'ancrage.
De manière préférée, chaque dispositif d'ancrage comporte un dispositif pneumatique adapté à plaquer les pieds contre la paroi du forage lorsque ces pieds sont en configuration d'ancrage. Bien évidemment, en variante, on peut prévoir d'utiliser de l'huile au lieu de l'air, notamment. Les liaisons 12 que la sonde comporte pour sa communication avec l'extérieur du forage comportent en pratique des liaisons électriques pour recevoir de la puissance électrique et échanger des données, ainsi qu'un éventuel train de tiges pour la commande en déplacement de cette sonde le long du forage, lorsque les transducteurs ne sont pas actifs. Toutefois, on peut aussi prévoir que le déplacement de la sonde dans le forage soit effectué par télécommande, par exemple au moyen de chenilles.
Le contrôle en rotation du second tronçon par rapport au premier tronçon est avantageusement réalisé par un moteur pas-à-pas 17 présentant un pas d'au plus 5°, de préférence au plus égal à 1°. Cet ensemble moteur est ici constitué d'un moteur 17A coopérant ici avec un réducteur, et d'un engrenage 17C coopérant avec le second tronçon. A cet ensemble moteur est avantageusement associé un codeur qui suit la rotation.
Les deux transducteurs 13 et 14 sont ici montés sur deux patins respectifs 18A et 19A ayant une configuration rétractée et une configuration de travail dans laquelle ils sont pressés vers l'extérieur de la sonde par des dispositifs de commande en déploiement repérés par la référence 20 ou 21 , ces patins et leurs dispositifs de commande en déploiement faisant partie de blocs respectifs 22 et 23 commandés en écartement axial par le dispositif de commande en écartement (voir ci-dessous).
Dans l'exemple représenté, chaque bloc comporte au moins un autre patin d'appui 18B ou 19B adapté à être déployé en synchronisme avec le patin 18A ou 18B portant le transducteur en sorte d'équilibrer les forces appliquées par le bloc à la paroi du forage transversalement à l'axe. Ces couples de patins sont donc ici de géométries symétriques par rapport à l'axe longitudinal de la sonde (c'est-à-dire qu'ils sont diamétralement opposés dans le cas représenté où la sonde est de section globalement cylindrique). Toutefois, en variante non représentée, il peut y avoir un plus grand nombre de patins régulièrement répartis autour de l'axe longitudinal de la sonde. De manière avantageuse, ainsi que cela ressort des figures 2 et 3, chaque patin a une courbure, dans un plan transversal à l'axe longitudinal de la sonde, qui est inférieure au diamètre donné d'un forage dans lequel la sonde est adaptée à être reçue. A titre d'exemple, si ce diamètre donné est de 86 mm, la courbure des patins est par exemple de 76 mm, ce qui assure un bon écrasement de la rugosité de surface de la paroi du forage et contribue donc à une bonne transmission des ondes dans la roche (de préférence des ondes acoustiques de compression). Cet écrasement de la rugosité est, sur ces figures 2 et 3, symbolisé par la pénétration des patins dans la roche au-delà du diamètre.
De manière avantageuse, les transducteurs sont montés dans le second tronçon B en sorte d'avoir des positions axiales symétriques par rapport à un emplacement de référence, ici noté E au sein de ce second tronçon.
A titre d'exemple, ainsi que cela est représenté plus en détail aux figures 4 et 5, les blocs 22 et 23 qui portent les transducteurs sont des portions formant écrou montées en sorte d'avoir une position angulaire autour de l'axe longitudinal qui est constante par rapport au second tronçon (ces blocs comportent par exemple des saillies engagées dans une rainure axiale du corps de ce second tronçon B) et coopérant avec une vis longitudinale 30 à double pas inverse de même amplitude.
On comprend qu'en faisant tourner cette vis 30 dans un sens ou dans un autre, on provoque le rapprochement des blocs 22 et 23, ou au contraire l'éloignement de ceux-ci ; dans la figure 4, les blocs sont en configuration rapprochée, avec un écartement entre ces blocs d'à peine quelques millimètres ; par contre en configuration d'éloignement maximum (la figure 5 n'est pas à l'échelle, pour des raisons de lisibilité) l'écartement peut être de l'ordre de 600 mm. Comme dans le cas de la commande en rotation du second tronçon par rapport au premier, la rotation de la vis 30 est ici assurée par un moteur 15A, coopérant avec un réducteur 15B et des engrenages 15C et à ces éléments sont associés un codeur 15D.
On appréciera que les moteurs 15 et 17 sont avantageusement des moteurs pas à pas dont le pas, à la sortie de l'éventuel réducteur et des engrenages, peut être aussi petit qu'on le souhaite ; à titre d'exemple, le pas radial de l'ensemble moteur 17 est de l'ordre de 0,1 ° à 1 °, par exemple 0,5 °, ce qui permet d'obtenir à peu près n'importe quelle valeur que l'on souhaite, et le pas axial de l'ensemble moteur 15 est de l'ordre de 0,5 mm, ce qui permet également d'atteindre à peu près n'importe quelle valeur souhaitée par l'opérateur. De manière avantageuse, les transducteurs acoustiques sont destinés à émettre et recevoir des ondes acoustiques dans une gamme de fréquence d'au moins 100 kHz, de préférence centrée au moins approximativement sur 150 kHz. Ils sont de tout type connu approprié.
La génération des ondes est avantageusement arbitraire, ce qui permet de définir la nature des signaux émis avec en particulier la durée, la fréquence et l'amplitude. Ceci permet d'optimiser et d'adapter le signal source aux types de matériaux traversés et aux types de capteurs pour que l'énergie transmise soit la plus forte et que l'atténuation des ondes soit la plus faible.
Ces transducteurs acoustiques sont de préférence intégrés aux patins qui les portent, de manière à ne pas être en contact direct avec la paroi et de ne pas risquer d'être dégradés par celle-ci. A titre d'exemple, ces transducteurs sont situés à l'intérieur d'une coiffe en laiton à l'intérieur de laquelle ils sont reliés par une colle silicone, ce qui permet une bonne transmission des ondes acoustiques. A titre d'exemple, la sonde destinée à être engagée dans le forage dont il a été dit que le diamètre connu est de 86 mm, a une longueur de l'ordre de 2,10 m pour un diamètre de l'ordre 76 mm, et la course radiale des transducteurs vers l'extérieur est de l'ordre du centimètre (ici de 0,5 cm).
La longueur du corps de la sonde provient notamment de la course axiale que l'on souhaite obtenir en ce qui concerne les transducteurs (ici 600 mm) et des divers éléments qu'il faut intégrer à la sonde, notamment un bloc électrique de contrôle et d'amplification, noté 40 dans son ensemble, ou un bloc de magnétomètre, noté 50 dans son ensemble, destiné à une bonne caractérisation de la position et de l'orientation de la sonde. La mise en oeuvre de cette sonde peut se définir comme suit, pour la caractérisation d'un terrain à partir d'un forage prévu au sein de celui-ci avec un diamètre donné : on introduit la sonde dans le forage, et en au moins une position de la sonde dans ce forage, on active les dispositifs d'ancrage 11 et 16 en sorte de fixer le premier tronçon dans le forage, et on déclenche un cycle selon lequel on définit une position angulaire du second tronçon par rapport au premier tronçon, on commande les transducteurs de sorte qu'ils aient un premier écartement donné et on en commande le placage contre la paroi du forage, on déclenche une mesure par excitation du transducteur d'émission et on saisit l'onde détectée par le transducteur de réception, puis on ramène les transducteurs vers l'axe longitudinal de la sonde, et on déclenche au moins un autre cycle pour un second écartement entre les transducteurs et au moins un autre cycle pour une autre position angulaire du second tronçon par rapport au premier (pour des raisons pratiques, il est plus facile de collecter toutes les mesures correspondant à plusieurs écartements dans une même position angulaire du second tronçon par rapport au premier tronçon ; toutefois, on peut aussi prévoir de faire varier la position angulaire pour un écartement donné).
De manière avantageuse, on traite les mesures en sorte d'estimer, à partir de celles-ci, l'endommagement mécanique du terrain autour du forage. On parle parfois de méthodes de tomographie.
On appréciera qu'il est aisé d'automatiser un tel procédé, de sorte qu'il est possible d'obtenir, de manière automatique, un très grand nombre de mesures, et donc une très bonne exploration du terrain autour du forage.
Diverses méthodes d'inversion (consistant à estimer le champ de contraintes ou d'endommagement à partir du champ de vitesse) ont déjà été proposées, principalement pour le traitement de champs déterminés en deux dimensions. On peut citer la méthode d'inversion par minimisation des moindres carrés, l'inversion par calcul de la vitesse dans des colonnes disposées tout autour du forage en analysant les ondes une par une pour des valeurs croissantes de l'écartement entre les transducteurs et la méthode d'inversion connue sous le nom de « méthode de Monte-Carlo ». La méthode qui s'est avérée la plus efficace en termes de rapidité et de qualité de l'inversion est la méthode de minimisation des moindres carrés.
Cette méthode permet de traiter une grande quantité de données et d'apprécier qualitativement les variations de profils de vitesse selon l'orientation. Elle s'appuie sur : le calcul de la vitesse apparente en fonction de la profondeur, la transformation du profil de vitesse apparente en fonction de la distance intercapteurs en un profil de vitesse en fonction de la distance radiale au forage, - le tracé des rais selon l'algorithme de Um et Thurber optimisé, l'inversion des vitesses selon le tracé de rais. La figure 6 montre une répartition grossière de zones qu'il est possible d'explorer à l'aide d'une sonde selon l'invention, avec un écart angulaire de 5°, mais on comprend qu'il est facile en choisissant des ensembles moteur de pas suffisamment petits d'obtenir une exploration beaucoup plus fine.
Les données enregistrées donnent une image de la vitesse apparente. Ces données sont ensuite inversées suivant des algorithmes de tomographie et de tracé des rais courbes spécifiquement développés pour ce procédé. L'image finale correspond alors au champ de vitesse vrai. La figure 7 présente l'image du champ de vitesse autour d'un sondage à 7m depuis la surface d'une galerie à -490m correspondant à des mesures faites tous les 2 mm et tous les 5° sur un tour complet de l'horizon.
L'invention est fondée sur l'idée qu'il est possible de caractériser le champ de vitesse complet autour d'un sondage unique grâce à un outil instrumental ayant une grande plage de mesures et une haute résolution avantageusement accompagnée d'une méthodologie d'inversion permettant de remonter aux grandeurs physiques. II est ainsi proposé ci-dessus une sonde 3-D composée de capteurs à génération arbitraire d'ondes ultrasoniques ; la variation de la distance et de l'orientation des capteurs est assurée par une automatisation des déplacements et des mesures pour augmenter la résolution et la couverture 3-D des mesures.
Elle est avantageusement combinée à une méthode d'inversion permettant de remonter à la fracturation mécanique du matériau à partir des données de vitesse. En effet, les hétérogénéités, l'anisotropie des modules ou du comportement ou l'endommagement d'un matériau provoquent des perturbations dans la distribution du champ de vitesse autour du sondage. La forme et l'amplitude de ces perturbations peuvent être mises en évidence en inversant les mesures ultrasoniques permettant ainsi de caractériser leurs origines.
On appréciera que la sonde décrite ci-dessus permet de reconstruire une image en volume du champ de vitesse ultrasonique, très proche de la réalité, autour d'un sondage, grâce en particulier aux dispositions avantageuses suivantes : - un système pneumatique qui exerce un couplage mécanique des capteurs contre la paroi du sondage permettant une utilisation de la sonde dans des forages secs (alors que les sondes actuelles, utilisées surtout pour la prospection pétrolière ne peuvent fonctionner que dans des forages noyés), - la bande de fréquence des capteurs utilisés est centrée sur 150 kHz pour une sensibilité aux hétérogénéités du massif rocheux de l'ordre du centimètre (alors que les sondes classiques fonctionnent dans des domaines de fréquence beaucoup plus bas, typiquement de l'ordre de 10 kHz, avec une sensibilité 10 fois plus faible), une acquisition automatique des données sur un même plan qui est réalisée sans intervention de l'opérateur, l'automatisation des déplacements des capteurs en rotation et en translation avec des précisions respectives de 0,5° et 0,2 mm qui permet de concevoir des images avec une résolution théorique de 1 ,16 mégapixels par plan.

Claims

REVENDICATIONS
1. Sonde d'imagerie par ondes acoustiques pour la caractérisation d'un terrain autour d'un forage d'un diamètre donné adapté à recevoir cette sonde, cette sonde comportant : - un premier tronçon muni d'un dispositif d'ancrage adapté à ancrer temporairement ce premier tronçon à la paroi du forage et des liaisons pour la communication de la sonde avec l'extérieur du forage, un second tronçon monté dans le prolongement du premier tronçon selon un axe longitudinal de la sonde et contrôlé en rotation par rapport au premier tronçon autour de cet axe tout en étant axialement fixe par rapport à ce premier tronçon, ce second tronçon comportant au moins deux transducteurs acoustiques, respectivement destinés à émettre et à recevoir des ondes acoustiques, montés dans ce second tronçon en sorte d'avoir, suivant l'axe longitudinal, un écartement variable contrôlé par un dispositif de commande en écartement et de pouvoir être pressés de manière temporaire transversalement contre la paroi du forage.
2. Sonde selon la revendication 1 , caractérisée en ce qu'elle comporte en outre, au-delà du second tronçon par rapport au premier tronçon, un tronçon de tête monté en roue libre par rapport à ce second tronçon et muni d'un second dispositif d'ancrage adapté à ancrer temporairement ce premier tronçon à la paroi du forage, en synchronisme avec le dispositif d'ancrage du premier tronçon.
3. Sonde selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que chaque dispositif d'ancrage comporte un ensemble de pieds ayant une configuration rétractée dans laquelle ils sont à une distance minimale de l'axe longitudinal de la sonde et une configuration d'ancrage dans laquelle ils sont sollicités à l'écart de l'axe longitudinal.
4. Sonde selon la revendication 3, caractérisée en ce que les pieds sont articulés au corps en sorte de s'étendre le long du premier tronçon en configuration rétractée et à s'incliner vers l'extérieur de la sonde en configuration d'ancrage.
5. Sonde selon la revendication 3 ou la revendication 4, caractérisée en ce que chaque dispositif d'ancrage comporte un dispositif pneumatique adapté à plaquer les pieds contre la paroi du forage lorsque ces pieds sont en configuration d'ancrage.
6. Sonde selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les liaisons que la sonde comporte pour sa communication avec l'extérieur du forage comportent des liaisons électriques pour recevoir de la puissance électrique et échanger des données, ainsi qu'un train de tiges pour la commande en déplacement de cette sonde le long du forage, lorsque les transducteurs ne sont pas actifs.
7. Sonde selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le contrôle en rotation du second tronçon par rapport au premier tronçon est un moteur pas-à-pas présentant un pas d'au plus 5°.
8. Sonde selon la revendication 7, caractérisée en ce que le pas est au plus égal à 1 °.
9. Sonde selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que les deux transducteurs sont montés sur deux patins respectifs ayant une configuration rétractée et une configuration de travail dans laquelle ils sont pressés vers l'extérieur de la sonde par des dispositifs de commande en déploiement, ces patins et leurs dispositifs de commande en déploiement faisant partie de blocs respectifs commandés en écartement axial par le dispositif de commande en écartement.
10. Sonde selon la revendication 9, caractérisée en ce que chaque bloc comporte au moins un autre patin d'appui adapté à être déployé en synchronisme avec le patin portant le transducteur en sorte d'équilibrer les forces appliquées par le bloc à la paroi du forage transversalement à l'axe.
11. Sonde selon la revendication 10, caractérisée en ce que chaque bloc comporte deux patins de géométries symétriques par rapport à l'axe longitudinal de la sonde.
12. Sonde selon l'une quelconque des revendications 9 à 11 , caractérisée en ce que les dispositifs de commande en déploiement sont pneumatiques.
13. Sonde selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisée en ce que chaque patin a une courbure, dans un plan transversal à l'axe longitudinal de la sonde, qui est inférieur au diamètre donné d'un forage dans lequel la sonde est adaptée à être reçue.
14. Sonde selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisée en ce que les transducteurs sont montés dans le second tronçon en sorte d'avoir des positions axiales symétriques par rapport à un emplacement de référence au sein de ce second tronçon.
15. Sonde selon la revendication 14, caractérisée en ce que les transducteurs sont portées par des portions formant écrou, montées en sorte d'avoir une position angulaire constante par rapport à l'axe longitudinal et coopérant avec une vis longitudinale à double pas inverse de même amplitude.
16. Sonde selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisée en ce que les transducteurs acoustiques sont destinés à émettre et recevoir des ondes acoustiques dans une gamme de fréquence d'au moins 100 kHz.
17. Sonde selon la revendication 16, caractérisée en ce que la gamme de fréquence est centrée au moins approximativement sur 150 kHz.
18. Procédé de caractérisation d'un terrain à partir d'un forage prévu au sein de celui-ci avec un diamètre donné, selon lequel on introduit dans le forage une sonde selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, et en au moins une position de la sonde dans ce forage, on active le dispositif d'ancrage en sorte de fixer le premier tronçon dans le forage, et on déclenche un cycle selon lequel on définit une position angulaire du second tronçon par rapport au premier tronçon, on commande les transducteurs en sorte qu'ils aient un premier écartement donné et on en commande le placage contre la paroi du forage, on déclenche une mesure par excitation du transducteur d'émission et on saisit l'onde détectée par le transducteur de réception, puis on ramène les transducteurs vers l'axe longitudinal de la sonde, et on déclenche au moins un autre cycle pour un second écartement entre les transducteurs et au moins un autre cycle pour une autre position angulaire du second tronçon par rapport au premier.
19. Procédé selon la revendication 18, caractérisé en ce que l'on traite les mesures en sorte d'estimer, à partir de celles-ci, l'endommagement mécanique du terrain autour du forage.
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