DISPOSITIF ET PROCEDE DE MESURE D'ONDES SISMIQUES
DOMAINE TECHNIQUE
La présénte invention concerné les dispositifs de mesure d'ondes sismiques compôrtant au moins un hydrophone.
Plus précisément, elle concerne un dispositif de mesure d'ondes sismiques destiné à être placé de façon permanente dans un forage et comportant au moins un module comportant au moins un hydrophone.
ETAT DE L'ART.
On connaît des dispositifs de mesure d'ondes sismiques comportant un ou plusieurs modules comportant un hydrophone sensible aux variations de~pression et avantageusement au moins un géophone sensible aux déplacements, placé à proximité de l'hydrophone. L'association de ces deux types de capteurs différents a notamment pour but l'élimination des réflexions multiples dans les signaux enregistrés. Dans un dispositif connu (demande de brevet français 2 805 050), l'hydrophone est placé dans une poche contenant un fluide qui transmet les variations de pression du milieu vers l'hydrophone. Un agent de couplage tel que du ciment remplit l'espace entre la poche et la paroi du forage.
Les-dispositifs selon l'art antérieur n'apportent cependant pas totalement satisfaction.
En effet, le fluide dans lequel l'hydrophone est placé peut être également agressif vis-à-vis du capteur. II s'agit en effet souvent d'huile.
II
se pose ainsi des problèmes d'étanchéité et/ou de porosité de l'hydrophone vis-à-vis du fluide l'entourant. Un endommagement de l'hydrophone provoque une détérioration de 1â qualité des mesures, et par conséquent une mauvaise interprétation des caractéristiques physiques de la zone du sous-sol que l'on explore. ..
De plus, les dispositifs de l'art antérieur sont relativement fragiles et difficiles à manipuler du fait de la présence des poches de fluide autour de l'hydrophone. DEVICE AND METHOD FOR MEASURING SEISMIC WAVES
TECHNICAL AREA
The present invention concerns the devices for measuring waves seismic compoising at least one hydrophone.
More specifically, it relates to a device for measuring waves seismic material intended to be placed permanently in a borehole and comprising at least one module comprising at least one hydrophone.
STATE OF THE ART.
Seismic wave measuring devices including one or more modules comprising a hydrophone sensitive to variations ~ pressure and advantageously at least one geophone sensitive to movements, placed near the hydrophone. The association of these two types of different sensors is intended in particular to eliminate multiple reflections in the recorded signals. In a known device (French patent application 2 805 050), the hydrophone is placed in a pouch containing a fluid that transmits the pressure variations of the medium to the hydrophone. A coupling agent such as cement fills the space between the pocket and the wall of the borehole.
The devices according to the prior art, however, do not bring totally satisfied.
Indeed, the fluid in which the hydrophone is placed can be also aggressive towards the sensor. This is often oil.
II
thus poses problems of sealing and / or porosity of the hydrophone vis-à-vis the fluid surrounding it. Damage to the hydrophone causes a deterioration in the quality of the measurements, and consequently a misinterpretation of the physical characteristics of the area of the basement that we explore. ..
In addition, the devices of the prior art are relatively fragile and difficult to handle because of the presence of fluid pockets around the hydrophone.
2 On comprend que les problèmes susmentionnés d'étanchéité et de fragilité augmentent avec le nombre d'hydrophones. II est notamment ' délicat de réaliser des dispositifs de mesure verticaux, et plus particulièrement des dispositifs devant atteindre des profondeurs de mesure relativement élevées, qui comportent un grand nombre de capteurs incluant des hydrophones.
Enfin, dans les dispositifs de l'art antérieur, du fait de la présence de la poche de fluide contenant l'hydrophone, il est difficile de placer le géophone à proximité de l'hydrophone. La corrélation entre les mesures de l'hydrophone et celles du géophone n'est donc pas totalement satisfaisante.
PRESENTATION DE L'INVENTION.
L'invention propose de pallier ces inconvénients.
A cet effet, l'invention propose un dispositif de mesure d'ondes 1'5 sismiques placé dans un forage, comportant un module incluant au moins un hydrophone et un agent de couplage qui remplit l'espace entre le module et la paroi du forage et immobilise le module, caractérisé en ce que le module comprend un élément de protection en résine dans lequel est noyé
l'hydrophone, la résine étant apte à transmettre les variations de pression résultant d'ondes sismiques.
Un tel dispositif comporte de façon appropriée au moins un géophone noyé dans un élément de protection en résine dure lui-mëme enrobé dans l'élément de protection de l'hydrophone.
L'invention concerne également un procédé en vue de la mesure d'ondes sismiques dans une zone du sous-sol terrestre, dans lequel la mesure est effectuée au moyen d'au moins un dispositif tel que défini ci-dessus.
PRESENTATION DES FIGURES.
D'autres caractëristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative et qui doit étre lue en regard des dessins annexés sur lesquels - la figure 1 représente schématiquement une vue éclatée de l'intérieur d'un module destiné à être utilisé dâns un dispositif selon l'invention;
- la figure 2 représente schématiquement une vue compacte d'un module selon la figure 1;
- la figure 3 représente schématiquement un module selon la figure 2 en montrant plus particulièrement les conducteurs électriques;
- la figure 4 représente schématiquement une vue extérieure d'un module tel que représenté aux figures 1-3 ; et - la figure 5 représente schématiquement un dispositif selon l'invention comportant une pluralité de modules.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION.
La figure 1 représente schématiquement une vue éclatée de l'intérieur d'un mode de réalisation possible d'un module destiné à être utilisé dans un dispositif de mesure d'ondes sismiques tel que représenté à
la figure 5.
Selon la figure 1, le dispositif de mesure comporte au moins un module 1 comportant au moins un hydrophone 2. Selon une forme de réalisation avantageuse, le module comporte au rïioins un géophone 3. II
comporte également un transformateur 12 relié à l'hydrophone 2. Au lieu du transformateur 12, on peut aussi utiliser un pré-amplificateur, quï requiert toutefois une alimentation électrique, donc un conducteur supplémentaire par hydrophone. On aperçoit sur la figure 1 que le géophone 3 est noyé
dans un élément de protection formé d'un surmoulage en résine dure 4, qui peut être une résine polyuréthane bi-composant formée d'une résine et d'un durcisseur et ayant typiquement une dureté Shore D de l'ordre de 90. Le transformateur 12 est noyé dans la même résine. Le géophone 3 est placé
à proximité de l'hydrophone 2 afin d'obtenir comme il est connu une bonne corrélation entre les mesures effectuées par le géophone 3 et l'hydrophone 2. La distance entre le géophone et l'hydrophone est de l'ordre de grandeur du décimètre par exemple.
On aperçoit également sur la figure 1 que l'hydrophone 2 comporte une forme sensiblement cylindrique à base circulaire. Les bases du cylindre forment les éléments sensibles qui oscillent en fonction des variations de pression dans le milieu dans lequel elles sont placées. L'hydrophone 2 transforme les vibrations des bases en signal électrique qui est appliqué à
des moyens de traitement, non représentés, disposés par exemple en surface.
Comme le montre la figure 4, l'hydrophone 2 est noyé dans un élément de protection constitué d'une résine 11. La résine 11 présente d'une part une résistance suffisante pour protéger convenablement l'hydrophone sur le plan mécanique, et d'autre part une capacité à
. , 10 transmettre les variations. de pression comparable à celle d'un liquide. Ainsi, l'hydrophone 2 peut, grâce à la présence de la résine 11, mesurer les variations de pression dans le milieu environnant. La résine 11 est en outre caractérisée par sa résistance aux agressions extérieures, notamment de nature chimique, et protège l'hydrophone de l'action des agents chimiques.
A titre d'exemple, on peut utiliser en tant que résine 11 une résine polyuréthane bi-composant formée de polyol et d'isocyanate. Une telle résine présente, comme il est souhaitable pour transmettre la pression, une densité de 1,1 voisine de celle de l'eau et une dureté Shore A1/A15 de l'ordre de 80, relativement basse.
La résine 11 est placée directement en contact avec un agent de couplage tel que le ciment.
Les figures 1 à 3 montrent schématiquement un mode préféré de réalisation de l'intérieur d'un module 1 selon lequel chaque module 1 comporte une armature tubulaire 5 servant de soutien pour chaque hydrophone, et un éventuel géophone. Avantageusement, l'armature tubulaire est un tube 5 creux dans lequel est placé notamment l'hydrophone 2. Selon une variante, le géophone 3 et/ou le transformateur associé à
l'hydrophone peuvent être placés dans le tube 5.
La majeure partie du tube 5 est sensiblement de forme cylindrique à
base circulaire. Le tube 5 comporte avantageusement à une de ses extrémités 13 une paroi extérieure qui converge vers l'axe longitudinal du.
tube 5. Le tube comporte également un alésage 7 dans sa paroi. L'axe de l'alésage 7 est sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal du tube 5 et sensiblement situé au milieu du tube 5. Le diamètre de chaque tube 5 est réduit au maximum, de sorte que chaque module 1 ait un diamètre minimal.
Comme on le verra dans la suite de la description, la forme convergente placée à l'extrémité 13 assure le soutien des différents fils d'alimentation et de fonctionnement de chaque module, et l'alésage 7 permet l'introduction (ou la sortie) de certains fils d'alimentation et de fonctionnement dans le (ou du) tube 5.
Le tube 5 comporte également près de l'extrémité 13, au moins une ouverture 6 sensiblement circulaire. Avantageusement, le tube comporte deux ouvertures 6 opposées l'une à l'autre. L'axe passant par chaque centre des ouvertures 6 est perpendiculaire à l'axe longitudinal du tube 5.
L'hydrophone 2 est introduit dans le tube par une des ouvertures 6. Les ouvertures 6 sont ainsi au droit de l'hydrophone 2 de façon que les bases de l'hydrophone 2 soient exposées à l'extérieur pour pouvoir capter les différences de pression résultant d'ondes sismiques.
Le tube 5 comporte une extrémité 14 opposée à l'extrémité 13. A
l'extrémité 14, on insère dans le tube 5 le transformateur 12 associé à
l'hydrophone puis tout ou partie du géophone 3.
Une fois que l'insertion du géophone 3 et du transformateur 12, munis chacun de leur protection 4 en résine dure, et de l'hydrophone 2 dans le tube 5 est effectuée, on obtient un module 1 tel que reprësenté à la figure 2.
Le câblage de chaque module 1 est visible à la figure 3. Pour Ia clarté de la description, on référence également par N le module 1 visible à
la figure 3. Les éventuels modules placés respectivement à droite et à
gauche du module N sont référencé par N+1 et N-1 respectivement.
Selon la figure 3, on voit que les différents fils 9 d'alimentation et de fonctionnement de chaque module 1 peuvent être introduits au niveau de l'hydrophone 2 par l'ouverture 6 et/ou au niveau du géophone 3 par l'alésage 7. Les fils 9 ne servant pas pour le module N 'passent à l'extérieur du tube 5. Ainsi, comme on l'aperçoit sur la figure 3, les fils 9 arrivent par une gaine 10 issue d'un module N-1. Ils passent ensuite autour du tube 5 du module N pour aller soit dans les ouvertures 6 et/ou l'alésage 7 du module N, soit directement vers une gaine 10 qui regroupe l'ensemble des fils 9 issus du module N. La gaine 10 issue du module N se dirige vers le module N+1 et entoure les fils issus du module N.
Les fils 9 ne servant pas au module N peuvent par exemple étre plaqués confire l'extérieur du tube 5 par des bandes adhésives 15, ou tout autre moyen.
Une fois que les branchements des fils 9 sont réalisés pour chaque module 1, on réalise un surmoulage de résine 11. La résine 11 s'introduit dans le tube 5 par exemple par une des ouvertures 6. La résine 11 couvre ainsi au moins une zone au droit de chaque ouverture 6. Elle forme avantageusement une enveloppe visible à la figure 4 recouvrant l'ensemble du tube 5. Ainsi, chaque module 1 n'est en contact avec le ciment 62 que par le surmoulage de résine 11 et les gaines 10 protectrices des fils d'alimentations 9. Le géophone 3 et l'hydrophone 2 sont parfaitement protégés. Le surmoulage de la résine 11 sur le module peut s'effectuer à
chaud ou à froid. En ce qui concerne le géophone 3 et le transformateur 12, le surmoulage de la résine 11 recouvre les éléments de protection respectifs en résine dure.
La figure 5 montre un exemple d'un dispositif de mesure d'ondes sismiques permanent placé dans un trou ou forage 57 ménagé dans une zone 60 du soûs-sol. Le forage est de façon appropriée sensiblement vertical. Le dispositif comporte au moins un câble 50 comportant lui-même au moins un module 1. Avantageusement, le dispositif de mesure comporte trois câbles référencés par 50 et disposés le long du forage 57. Chaque câble 50 comporte au moins un module 1 de mesure selon les figures 1 à 4 Le forage est empli d'un agent de couplage 62 tel pue du ciment qui une fois durci immobilise les modules.
Dans l'exemple représentë, le premier câble 50 comporte huit modules 1, le deuxième câble 50 comporte également huit modules 1, et le troisième câble 50 comporte six modules 1.
Les deux premiers câbles 50 mesurent deux composantes des ondes sismiques. Ainsi, chaque module 1 comporte un hydrophone et un géophone vertical. Le troisième câble 50 comporte deux types de modules différents. II comporte quatre modules 1 mesurant deux composantes des ondes et deux modules, mesurant quatre composantes des ondes, situés en extrémité du câble 50. Comme précédemment, les modules à deux composantes comportent un hydrophone et un géophone vertical. Les deux modules 1 mesurant quatre composantes sont représentés schëmatiquement à la figure 5, dans une loupe référencée par 16. On voit ainsi que les deux derniers modules 1 situés à l'extrémité du troisième câble 50 comportent un module référencé par 1 et comportant un hydrophone et un géophone vertical,.et un module 1' comportant un géophone "X" et un géophone "Y" horizontaux selon des axes X et Y perpendiculaires.
L'ensemble des modules 1 et 1' peut être surmoulé dans une résine 11 englobant les deux modules. Selon une variante, chaque module 1 ou 1' peut étre moulé dans un surmoulage de, résine 11. Les modules 1 et 1' sont ainsi proches l'un de l'autre sans former un seul module. Des prises 56 permettent de faire l'interface entre les câbles 50 et le dispositif de d'acquisition de surface 61. 2 It is understood that the aforementioned problems of watertightness and fragility increase with the number of hydrophones. It is particularly delicate to make vertical measuring devices, and more particularly devices having to reach measurement depths relatively high, which include a large number of sensors including hydrophones.
Finally, in the devices of the prior art, because of the presence of the fluid pocket containing the hydrophone, it is difficult to place the geophone near the hydrophone. The correlation between the hydrophone and those of the geophone is not totally satisfactory.
PRESENTATION OF THE INVENTION
The invention proposes to overcome these disadvantages.
For this purpose, the invention proposes a device for measuring waves 1'5 seismic placed in a borehole, comprising a module including at least a hydrophone and a coupling agent that fills the space between the module and the borehole wall and immobilizes the module, characterized in that the module includes a protective resin element in which is embedded the hydrophone, the resin being able to transmit pressure variations resulting from seismic waves.
Such a device suitably comprises at least one geophone drowned in a protective element in hard resin itself embedded in the protective element of the hydrophone.
The invention also relates to a method for measuring seismic waves in an area of the earth's subsoil, in which the measurement is performed by means of at least one device as defined above.
above.
PRESENTATION OF THE FIGURES.
Other features, purposes and advantages of the invention from the description which follows, which is purely illustrative and not and which should be read in conjunction with the attached drawings in which FIG. 1 schematically represents an exploded view of the interior of a module intended to be used in a device according to the invention;
FIG. 2 schematically represents a compact view of a module according to Figure 1;
FIG. 3 schematically represents a module according to FIG.
showing more particularly electrical conductors;
FIG. 4 schematically represents an external view of a module as shown in Figures 1-3; and FIG. 5 schematically represents a device according to the invention having a plurality of modules.
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 schematically represents an exploded view of inside a possible embodiment of a module intended to be used in a seismic wave measuring device as shown in Figure 5.
According to FIG. 1, the measurement device comprises at least one module 1 comprising at least one hydrophone 2. According to a form of advantageous embodiment, the module comprises at least a geophone 3. II
also includes a transformer 12 connected to the hydrophone 2. Instead of the transformer 12, it is also possible to use a pre-amplifier, which requires however a power supply, so an additional driver by hydrophone. It can be seen in Figure 1 that the geophone 3 is drowned in a protective element formed of a hard resin overmolding 4, which can be a two-component polyurethane resin formed of a resin and a hardener and typically having a Shore D hardness of the order of 90.
transformer 12 is embedded in the same resin. Geophone 3 is placed near the hydrophone 2 in order to obtain as it is known a good correlation between the measurements made by the geophone 3 and the hydrophone 2. The distance between the geophone and the hydrophone is of the order of magnitude decimeter for example.
It can also be seen in FIG. 1 that the hydrophone 2 comprises a substantially cylindrical shape with a circular base. The bases of the cylinder form the sensitive elements which oscillate according to the variations of pressure in the medium in which they are placed. The hydrophone 2 transforms the vibrations of the bases into an electrical signal which is applied to processing means, not shown, arranged for example in area.
As shown in FIG. 4, the hydrophone 2 is embedded in a protection element consisting of a resin 11. The resin 11 has on the one hand, sufficient resistance to adequately protect the hydrophone mechanically, and on the other hand an ability to . , Transmit the variations. pressure comparable to that of a liquid. So, the hydrophone 2 can, thanks to the presence of the resin 11, measure the pressure variations in the surrounding environment. Resin 11 is further characterized by its resistance to external aggression, including chemical nature, and protects the hydrophone from the action of chemical agents.
By way of example, it is possible to use as resin 11 a resin two-component polyurethane formed of polyol and isocyanate. Such a resin has, as is desirable for transmitting the pressure, a density close to that of water and a Shore A1 / A15 hardness of the order of 80, relatively low.
Resin 11 is placed directly in contact with an agent of coupling such as cement.
Figures 1 to 3 show schematically a preferred mode of realization of the interior of a module 1 according to which each module 1 has a tubular frame 5 serving as support for each hydrophone, and a possible geophone. Advantageously, the frame tubular is a hollow tube in which is placed in particular the hydrophone 2. According to one variant, the geophone 3 and / or the transformer associated with the hydrophone can be placed in the tube 5.
Most of the tube 5 is substantially cylindrical in shape to circular base. The tube 5 advantageously comprises one of its ends 13 an outer wall which converges towards the longitudinal axis of the.
tube 5. The tube also has a bore 7 in its wall. The axis of the bore 7 is substantially perpendicular to the longitudinal axis of the tube 5 and substantially located in the middle of the tube 5. The diameter of each tube 5 is minimized, so that each module 1 has a minimum diameter.
As will be seen in the remainder of the description, the convergent form placed at the end 13 provides support for different power supply wires and of operation of each module, and the bore 7 allows the introduction (or the output) of certain power and operating wires in the (or of the tube 5.
The tube 5 also comprises near the end 13, at least one opening 6 substantially circular. Advantageously, the tube comprises two openings 6 opposite one another. The axis passing through each center of the openings 6 is perpendicular to the longitudinal axis of the tube 5.
The hydrophone 2 is introduced into the tube through one of the openings 6.
openings 6 are thus at the right of the hydrophone 2 so that the bases of the hydrophone 2 be exposed to the outside to be able to capture the pressure differences resulting from seismic waves.
The tube 5 has an end 14 opposite to the end 13. A
the end 14, is inserted into the tube 5 the transformer 12 associated with the hydrophone then all or part of the geophone 3.
Once the insertion of the geophone 3 and the transformer 12, each equipped with their hard resin protection 4, and the hydrophone 2 in the tube 5 is performed, we obtain a module 1 as shown in FIG.
2.
The wiring of each module 1 is visible in Figure 3. For Ia clarity of the description, N is also referred to as the module 1 visible at Figure 3. Possible modules placed respectively on the right and on the left of the module N are referenced by N + 1 and N-1 respectively.
According to FIG. 3, it can be seen that the various feed and each module 1 can be introduced at the level of the hydrophone 2 through the opening 6 and / or at the level of the geophone 3 by the bore 7. The wires 9 not serving for the module N 'pass outside 5. As can be seen in FIG. 3, the wires 9 arrive by a sheath 10 from an N-1 module. They then go around tube 5 of module N to go either in the openings 6 and / or the bore 7 of the module N, or directly to a sheath 10 which includes all the son 9 from module N. The sheath 10 from module N goes to the module N + 1 and surrounds the wires from module N.
The son 9 not serving the module N may for example be veneers confine the outside of the tube 5 by adhesive strips 15, or any other way.
Once the connections of the wires 9 are made for each module 1, an over-molding of resin 11 is performed. The resin 11 is introduced in the tube 5 for example by one of the openings 6. The resin 11 covers and at least one area to the right of each opening 6. It forms advantageously an envelope visible in Figure 4 covering the whole of the tube 5. Thus, each module 1 is in contact with the cement 62 that by overmolding resin 11 and the protective sheaths of the wires 9. The geophone 3 and the hydrophone 2 are perfectly protected. The overmoulding of the resin 11 on the module can be carried out at hot or cold. With regard to the geophone 3 and the transformer 12, the overmolding of the resin 11 covers the protective elements respective hard resin.
Figure 5 shows an example of a wave measuring device permanent seismic placed in a hole or borehole 57 formed in a zone 60 of the ground floor. Drilling is appropriately vertical. The device comprises at least one cable 50 comprising itself at least one module 1. Advantageously, the measuring device comprises three cables referenced 50 and arranged along the borehole 57. Each cable 50 comprises at least one measuring module 1 according to FIGS. 1 to 4 The borehole is filled with a coupling agent 62 such as once hardened immobilizes the modules.
In the example shown, the first cable 50 has eight modules 1, the second cable 50 also comprises eight modules 1, and the third cable 50 has six modules 1.
The first two cables 50 measure two components of the seismic waves. Thus, each module 1 comprises a hydrophone and a vertical geophone. The third cable 50 has two types of modules different. It consists of four modules 1 measuring two components of waves and two modules, measuring four wave components, located at the end of the cable 50. As before, the modules with two components include a hydrophone and a vertical geophone. Both modules 1 measuring four components are represented schematically in Figure 5, in a magnifying glass referenced by 16. We see as well as the last two modules 1 located at the end of the third cable 50 comprise a module referenced by 1 and comprising a hydrophone and a vertical geophone, .and a module 1 'comprising a geophone "X" and a geophone "Y" horizontally along perpendicular X and Y axes.
The set of modules 1 and 1 'can be overmolded in a resin 11 encompassing both modules. According to a variant, each module 1 or 1 ' can be molded in an overmoulding of, resin 11. The modules 1 and 1 'are so close to each other without forming a single module. Outlets 56 allow the interface between the cables 50 and the device surface acquisition 61.