FR2518638A1 - Procede et dispositif acoustiques pour la mesure de dimensions transversales d'un trou, notamment dans un puits - Google Patents

Abstract

POUR LA MESURE DE DIMENSIONS TRANSVERSALES D'UN TROU 50 DANS UN PUITS, ON DEPLACE UNE SONDE 52 SUR LAQUELLE EST MONTE UN TRANSDUCTEUR ELECTRO-ACOUSTIQUE 42 DANS UNE POSITION EXCENTREE PAR RAPPORT A L'AXE 65 DE LA SONDE. CE TRANSDUCTEUR COMPREND DEUX FACES ACTIVES 60, 61 OPPOSEES DE FACON A EMETTRE SIMULTANEMENT DES IMPULSIONS ACOUSTIQUES DANS DES DIRECTIONS DIAMETRALES OPPOSEES DE LA SONDE 52. LORSQUE CELLE-CI EST CENTREE DANS LE TROU, LE TRANSDUCTEUR CAPTE LES ECHOS RETRANSMIS PAR LA PAROI 50 DU TROU DANS LES DEUX DIRECTIONS A DES INSTANTS DECALES DANS LE TEMPS. ON REPERE CES INSTANTS ET DE PREFERENCE EGALEMENT UNE INDICATION D'AMPLITUDE DE CHACUN DE CES ECHOS POUR OBTENIR A LA FOIS UNE MESURE DE DIAMETRE ET UNE INDICATION DE L'ETAT DE SURFACE DU TROU 50. IL EST PREVU PLUSIEURS TRANSDUCTEURS 42 SUPERPOSES ET ORIENTES SELON DES DIAMETRES REPARTIS AUTOUR DE L'AXE DE LA SONDE.

Description

Procédé et dispositif acoustiques pour la mesure de dimen-

sions transversales d'un trou, notamment dans un puits-

La présente invention concerne la mesure des dimensions internes d'un trou allongé, notamment dans un puits tel

qu'un puits de pétrole.

On connaît des dispositifs pour la mesure des diamètres in- ternes de tubes cylindriques ou de puits forés dans le sol, appelés diamétreurs Il existe notamment des sondes propres à être déplacées dans ces tubes ou forages et munies de doigts adaptés à s'écarter du corps de la sonde jusqu'à

venir rencontrer les parois du trou, la mesure de cet écar-

tement fournissant des indications relatives au diamètre recherché.

De tels dispositifs sont couramment utilisés dans les fora-

ges non tubés pour vérifier l'état de leurs parois et no-

tamment détecter la présence d'irrégularités de cavage

susceptibles d'affecter des mesures de diagraphie par-

ailleurs obtenues à l'aide de sondes déplacées dans

ces forages.

Il est également courant d'utiliser de tels dispositifs pour vérifier l'état de la paroi interne d'un tube, tel qu'un tubage en acier soutenant les parois d'un puits ou une colonne de production destinée à l'acheminement en surface des fluides produits par une zone déterminée des formations traversées par le puits Ces tubages et ces colonnes de production sont en effet sujets au cours du temps à de nom breux phénomènes d'abrasion et de corrosion La surveillance de leurs dimensions internes permet d'en vérifier le degré d'usure. Cependant, les dispositifs de diamétreurs mécaniques sont relativement complexes et difficiles à réaliser lorsqu'on

désire obtenir un grand nombre de mesures dans des trous de.

petit diamètre Ils présentent en outre parfois l'inconvé-

nient de rayer avec leurs palpeurs la paroi des tubes d'acier

dans lesquels ils sont introduits.

On connaît également des dispositifs de diamétreurs du type acoustique dans lesquels un transducteur monté sur la sonde émet des impulsions en direction de la paroi du puits Les

échos de ces impulsions réfléchis par cette paroi sont dé-

tectés soit par le transudcteur à l'origine des impulsions émises, soit par un autre transducteur spécialisé dans la réception de ces signaux L'écart entre l'instant d'émission de chaque impulsion et l'instant de réception de l'écho

correspondant fournit une mesure de la distance du transduc-

teur à la paroi du trou En répétant des mesures semblables tout autour de l'axe de la sonde, par exemple en faisant

tourner un transducteur émetteur récepteur autour de celui-

ci, on peut effectuer un relevé plus ou moins précis de la forme du trou selon le-nombre de mesures pratiquées sur sa circonférence En déplaçant longitudinalement la sonde, on

peut obtenir une image de la forme du trou sur tout inter-

valle de profondeur choisi.

De tels dispositifs nécessitent la mise en oeuvre d'un dispo-

sitif d'entraînement en rotation d'un transducteur relati-

vement complexe.

Ils posent des problèmes de -réalisation délicats, notam-

ment sur le plan mécanique lorsqu'ils sont destinés à fonc-.

tionner dans des environnements sévères, tels que ceux ren-

contrés dans les forages des puits de pétrole o règnent

des conditions de température et de pression souvent extré-

mement élevées,dans des milieux qui peuvent en outre être abrasifs. On a également déjà proposé d'effectuer des mesures d'au moins une dimension transversale de la paroi d'un trou dans

un puits à l'aide d'un transducteur monté de façon station-

naire sur la sonde Les transducteurs acoustiques prévus pour ce type d'application sont relativement volumineux En-effet, ils comportent en général une pastille piézo-électrique dont une face est destinée à émettre et à recevoir des signaux

acoustiques, et dont les autres faces sont garnies de maté-

riau absorbant afin d'atténuer l'effet des échos réfléchis par la paroi du trou dans les directions autres que celle de la face d'émission En raison de leur encombrement, il est difficile d'envisager l'utilisation sur le, même outil

d'un nombre élevé de tels transducteurs en vue de l'explora-

tion des dimensions du trou dans plusieurs directions autour de l'axe du puits En outre, en raison de leur volume, ces transducteurs ne peuvent pas être employés dans des sondes destinées à traverser des colonnes de production de petit diamètre. Au regard de ces difficultés, la présente invention vise un procédé et un dispositif acoustiques de mesure de dimensions

transversales d'un trou, notamment dans un puits, qui puis-

sent être mis en oeuvre à l'aide de sondes de petit diamètre et notamment capables d'être introduites dans des colonnes de production dans des puits de pétrole, et qui se prêtent

facilement à l'obtention de mesures en nombre élevé.

Un procédé selon l'invention est caractérisé en ce qu'on

émet, à l'aide d'une sonde descendue dans un puits, des im-

pulsions d'énergie acoustique simultanées dans deux direc-

tions à partir d'un même transducteur dont la distance à la paroi du trou est différente dans ces deux directions, et on

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capte successivement les échos retransmis au transducteur par la paroi du trou en réponse aux impulsions émises dans

ces deux directions en vue 'd'obtenir une mesure des dis-

tances respectives Selon une forme d'exécution, ces deux directions sont de sens opposés et alignées selon une ligne sensiblement diamétrale par rapport à l'axe du puits La

somme des mesures de distances obtenues selon ces deux di-

rections fournit alors une mesure d'un diamètre du trou et permet d'en suivre les v a r i a t i o N S lorsqu'on

déplace l'outil longitudinalement dans le puits.

On effectue de préférence de telles mesures à l'aide de

plusieurs transducteurs orientés dans des directions diffé-

rentes tout autour de l'axe du puits.

Un dispositif de mesure de dimensions transversales de la paroi d'un trou'dans un puits selon l'invention comprend une sonde allongée propre à être déplacée longitudinalement

dans le puits et destinée à coopérer avec un moyen de posi-

tionnement de cette sonde par rapport à la paroi du trou, et au moins un transducteur acoustique propre à-émettre des signaux acoustiques vers la paroi de ce trou et à capter les signaux réfléchis par cette paroi Il est notamment carac

térisé en ce que le transducteur est propre à émettre les-

dits signaux acoustiques dans delux directions transversales alignées et en sens opposés, et à capter les signaux d'échos respectivement réfléchis par la paroi du trou selonces deux

directions, ce transducteur étantmonté sur la sondejen fonc-

tion de la position opératoire de ces moyens de positionne-

xment,dans une position telle que les premiers échos réfléchis.

par la paroi du trou en réponse à des signaux émis simulta-

nément respectivement dans ces deux directions soient reçus par le transducteur à des instants qui sont décalés dans le temps En particulier, dans le cas o lesdits moyens de positionnement sont des centralisateurs, le transducteur est monté dans une position excentrique par rapport à l'axe de la sonde Dans tous kls cas, on prévoit d'utiliser avec une telle sonde des moyens permettant de détecter l'arrivée d'un écho et de préférence de deux échos successifs captés par un transducteur en réponse à une émission simultanée de signaux dans les deux directions de façon à obtenir une mesure de la distance du transducteur à la paroi dans ces deux directions On prévoit en outre, selon une forme d'exécution préférée, des moyens d'analyse de l'amplitude des échos reçus en provenance des portions opposées de la paroi du trou de façon à fournir une indication de l'état

de la surface de cette dernière.

L'invention repose notamment sur la remarque que l'on peut construire un transducteur acoustique capable d'émettre des signaux dans deux directions opposées, qui soit moins

encombrant que les transducteurs unidirectionnels habituel-

lement utilisés Un transducteur électro-acoustique comprend

en effet un matériau piézo-électrique couplé à des électro-

des qui vibre mécaniquement lorsqu'il est soumis à une os-

cillation de tension électrique appropriée Pour obtenir des transducteurs suffisamment directifs, tant en émission qu'en réception, on a en général recours à des revêtements en matériau absorbant qui ne laissent qu'une face du matériau piézo-électrique dégagée pour la transmission dans les deux sens

des ondes acoustiques entre le transducteur et le milieu en-

vironnant Or, en général, l'atténuation des ondes acousti-

ques émises et reçues par le transducteur sur sa face opposée à sa face active est particulièrement difficile à réaliser et nécessite l'application sur cette face de garnitures relativement épaisses de matériau absorbant qui rendent le transducteur volumineux Conformément à un aspect de l'invention, on ne cherche pas à supprimer les effets de la stimulation acoustique de cette face opposée et, afin

de séparer les échos reçus par deux faces opposées du trans-

ducteur en réponse à une même excitation, on prévoit alors de le faire fonctionner dans une position dissymétrique par rapport aux parois du trou avec lesquelles il coopère On peut obtenir ainsi un transducteur de faible encombrement

adaptable sur des sondes de petit diamètre En outre, lors-

que les conditions s'y prêtent, on profite de la présence de deux échos en réponse à chaque impulsion de mise à feu

du transducteur pour effectuer deux mesures Ainsi, le dis-

positif selon l'invention peut non seulement être rendu peu encombrant, mais il permet en outre d'atteindre une densité d'information élevée En outre, les échos reçus par le transducteur sont transformés en signaux qui sont

peu affectés par le bruit interne du transducteur, contrai-

rement à ce qui se passe avec des transducteurs monodirec-

tionnels dans lesquels on cherche à atténuer, d'une manière inévitablement incomplète, les signaux émis et reçus par

une de ses faces.

Selon une forme de réalisation préférée, le transducteur comprend une plaquette en un matériau piézo-électrique présentant deux faces actives opposées de part et d'autre de cette plaquette et sensiblement parallèles à l'axe de la sonde Chaque face est avantageusement revêtue d'une

lame quart d'onde à la fréquence d'excitation-du transduc-

teur afin de limiter le nombre d'oscillations transmises en répon-

se à chaque excitation de ladite plaquette piézo-électrique.

Selon un mode de réalisation préféré, la sonde comprend une pluralité de tels transducteurs bidirectionnels dont les orientations sont distribuées tout autour de la sonde de façon à permettre des mesures de dimensions transversales, par exemple d'un tubage sur plusieurs diamètres autour de l'axe de celui-ci Ces transducteurs peuvent être superposés les uns aux autres le long de la sonde Celle-ci peut en outre être équipée d'un transducteur de référence, identique dans sa constitution aux transducteurs de mesure, et monté de façon à transmettre des impulsions acoustiques dans deus directions opposées vers deux réflecteurs respectifs placés à des distances différentes de ce transducteur- L'espace

entre le-transducteur et chacun des réflecteurs est en con-

tact avec le milieu environnant la sonde Ainsi, la mesure des intervalles de temps entre l'instant d'émission d'une impulsion par ce transducteur de référence et les instants de réception des échos respectifs fournit une mesure précise

de la vitesse de propagation des ondes acoustiques dans le-

milieu dans lequel baigne la sonde à la fréquence choisie pour l'ensemble des transducteurs Il peut fournir aussi

une mesure de la constante d'atténuation -des ondes acousti-

ques se propageant dans ce milieu.

Dans le cas de tubes de petits diamètres tels que des co-

lonnes de production, dans lesquelles on peut seulement dé-

tecter le premier écho reçu par le transducteur et ainsi

obtenir une mesure de rayon, on utilise alors avantageuse-

ment un nombre impair de transducteurs répartis régulière-

ment sur le pourtour de la sonde.

Les explications et la description à titre non limitatif

qui suivent font référence aux dessins annexés, dans lesquels:

la figure 1 représente une sonde selon l'invention en opé-

ration dans un peits de pétrole;-

la figure 2 est une vue en élévation de l'outil de la figure 1; la figure 3 est une vue en coupe de l'outil selon la ligne III-III de la figure 2; la figure 4 est une vue en coupe selon la ligne IV-IV de la figure 2; les figures 5 a et 5 b représentent des diagrammes des signaux mis en oeuvre dans le fonctionnement de l'invention; la figure 6 est un diagramme de signal illustrant un détail des explications fournies; la figure 7 est un schéma fonctionnel des circuits de mesure équipant la sonde;

la figure 8 est un diagramme illustrant l'analyse de l'ampli-

tude des signaux d'échos reçus; et

la figure 9 est un schéma de circuit plus détaillé de cer-

taines parties du schéma de la figure 7.

Sur la figure 1, une sonde-10 est descendue dans un puits 11 dont les parois sont revêtues d'un tubage en acier 12

sur toute sa profondeur Ce tubage 12 est relié aux forma-

tions délimitant le puits par un remplissage étanche de

ciment 14.

A sa partie supérieure, le puits 11 est équipé d'une tête de puits 15 munie de vannes de fermeture non représentées'

dont dépend une colonne de production 16 d'un diamètre sen-

siblement plus faible que celui du puits 11 La colonne de production 16 descend dans le puits jusqu'à une profondeur o l'intervalle annulaire entre son extrémité inférieure 20

et le tubage 12 est obturé par un bouchon ou packer 18.

Elle permet d'acheminer les fluides produits par les couches pétrolifères traversées par le puits en dessous du bouchon

18 vers la surface.

Telle que représentée, la sonde 10 est suspendue dans le puits par un cable 22 traversant la colonne de production et la tête de puits 15 Ce cable est renvoyé à la surface par une poulie 25 en direction d'un treuil 26 d'une unité de contrôle 28 destinée à la commande de l'opération de mesure Le cable 22 assure à la fois la suspension mécanique et la transmission de signaux et d'énergie entre la sonde

10 et l'unité-de commande 28.

Dans cet exemple, le diamètre externe de la sonde 10 est d'environ 43 mm, valeur qui permet son passage à travers des colonnes de production de petit diamètre interne Cette

sonde est équipée, au voisinage de ses deux extrémités supé-

rieure et inférieure, de dispositifs centralisateurs 30 et 32 qui per-

mettent de maintenir son axe sensiblement en coincidence avec l'axe du

puits tubé 11 pendant ses déplacements le long du puits.

A chacune de leurs extrémités en contact avec la paroi du tubage 12, les bras des centralisateurs 30 et 32 sont munis d'une roulette 35 qui peut être réalisée en un matériau caoutchouteux, afin d'éviter de rayer la paroi du tubage 12, et celle de la colonne de production 16 lorsque la sonde 10

est déplacée verticalement dans le puits 11.

Les bras des centralisateurs 30 et 32 sont sollicités par des ressorts non représentés qui tendent à les écarter de la sonde en appliquant les roulettes 35 contre les parois du puits 11 La raideur de ces ressorts et le nombre de bras sont déterminés afin de maintenir les décentrages éventuels

de celle-ci païr rapport à l'axe du puits, par exemple lors-

que celui-ci est incliné sur la verticale, dans des limites de tolérance prescrites Le nombre de bras peut être par

exemple de quatre ou de six en fonction des conditions d'uti-

lisation prévues.

Outre les centralisateurs 30 et 32,non représentés sur la figure 2, la sonde 10 comprend, séparément ou en combinaison avec d'autres dispositifs de diagraphie dans le puits, un

module de diamétreur acoustique 40 qui comporte neuf trans-

ducteurs électro-acoustiques 421 à 429 superposés selon une

configuration qui sera explicitée plus en détail ci-après.

Au-dessus du module 40 est monté un module de référence 44

destiné à effectuer des mesures de la vitesse des ondes acous-

tiques dans le puits 11 La sonde 10 se termine à sa partie

supérieure par une cartouche électronique 46 de prétraite-

ment des signaux qui est directement fixée à une tête 48

pour l'accrochage de la sonde'10 au cable 16.

On a représenté, sur la figure 3, une vue en coupe transver-

sale au niveau du transducteur 421 de la sonde 10 que l'on

a supposé centrée par rapport à la paroi interne 50 du tu-

bage 12 Le corps de sonde 52 est traverséz de part en part, par un passage 541 de section longitudinale rectangulaire plus haute que large et dont les dimensions sont, dans

cet exemple, d'environ 25 millimètres de hauteur (voir di-

mension h sur la figure 2) et 15 millimètres de largeur (di-

menstion l de la figure 3) Le passage 54 débouche par-

deux ouvertures diamétralement opposées 551 et 56 î dans la

paroi externe du corps d'outil 52.

A l'intérieur du passage 541 est monté le transducteur piézo-

électrique 42 î qui comprend essentiellement une plaquette en céramique 59 (figure 3) rectangulaire de hauteur h et de largeur 1 et revêtue sur chacune de ses faces 60 et 61 d'une couche métallique Les couches sont reliées à des conducteurs non représentés pour l'excitation piézoélectrique

de cette plaquette par application d'impulsions de tension.

Les faces métallisées 60 et 6 l sont respectivement revêtues de couches de résine époxy 62 et 63 dont l'épaisseur est déterminée pour correspondre au quart de la longueur d'onde

de propagation dans ce matériau des signaux acoustiques pro-

duits par la plaquette de céramique piézo-électrique 59 lorsqu'elle est excitée par exemple par un signal électrique de tension de 500 k Hz Les revêtements 62 et 63 jouent le rôle de lames quart d'onde ayant pour effet de provoquer une coupure relativement franche de chaque train d'oscillations

acoustiques transmis à partir des faces 60 et 61 de la pla-

que 59 sous l'action d'un bref signal d'excitation de cette dernière à la fréquence indiquée pour envoyer une impulsion &'énergie correspondante dans le milieu-entourant le corps

de sonde 52 et baignant les faces extérieures du transduc-

teur 42 Le plan de la plaquette 59 est parallèle à l'axe longitudinal du corps de sonde 52 et perpendiculaire à la direction'du passage 541 r Le transducteur 421, dont l'épaisseur totale est

d'environ 6 millimètres, est monté dans une position excen-

trée par rapport à l'axe 65, à une distance e d'environ

12,5 millimètres.

Le transducteur 421 est symétrique sur les plans géométrique et électrique La valeur de l'excentrement e est déterminée notamment de façon que les échos reçus par le transducteur en réponse à une impulsion émise dans les deux directions opposées auxquelles fait face le transducteur soient reçus à des instants suffisamment espadcs dans le temps pour pouvoir être détectés avec précision par le transducteur

et l'électronique de traitement auquel il est connecté.

Les transducteurs 421 à 429 (figure 2) sont montés excen-

triquement dans neuf passages 541 à 549 tous identi-_ ques d o N t les orientations sont décalées angulairement autour de l'axe de la sonde de 40 les unes par rapport aux autres Chacun de ces transducteurs permet, par détection des instants de retour décalés des deux échos perçus en réponse à chaque impulsion émise, d'obtenir des mesures de dimensions transversales du puits selon neuf diamètres espacés angulairement de 40 Telles qu'on les a représentées sur la figure 2, les ouvertures 551 ', 55 553 correspondant

aux passages 541 à 543 superposés dans la sonde sont dispo-

sées le long d'une première hélice dans la paroi externe du

corps de sonde 52, les ouvertures -opposées 56 étant dispo-

sées selon une deuxième hélice décalée de 1800 par rapport à la première Les passages 541 à 549 sont distants les uns des autres dans la direction axiale d'environ 50 millimètres, la hauteur totale du module de diamétreur acoustique 40 étant

donc d'environ 45 centimètres.

Le module de référence 44 comprend une fente axiale 70 ména-

gée dans le corps 53 du module (figure 4) et délimitée par des parois planes longitudinales respectives 71 et 72 de

part et d'autre de l'axe de la sonde Un transducteur symé-

trique 75 de constitution identique à celle de chacun des transducteurs 421 9 est monté entre les parois 71-et 72 de telle façon que ses faces actives soient perpendiculaires à

l'axe de la sonde et situées à des distances inégales, respec-

tivement X 2 et X 1, des parois d'extrémités 76 et 78 longitudi-

nales de la fente 70 Ces parois 76 et-78 sont constituées d'un matériau réfléchissant les ondes acoustiques émises par le transducteur 75, de telle sorte que chaque impulsion acoustique émise par ce dernier provoque la réception en retour de deux échos espacés dans le temps d'un intervalle proportionnel à la différence des distances X 1 et X 2 La mesure de cet intervalle de temps permet de déterminer avec précision la vitesse des ondes acoustiques dans le fluide qui remplit le puits et qui baigne le transducteur 75 et les réflecteurs 76 et 78 dans la fente longitudinale 70,ainsi

que sa constante d'atténuation Dans cet exemple, les dis-

tances X 1 et X 2 sont choisies égales à 45 mm et 75 mm ce qui correspond à des temps de transit aller et retour respectifs de 60 ps et 100 lis dans un fluide tel que de l'eau, qui constituent des valeurs typiques pour les

autres transducteurs 42 9.

La hauteur totale du module de référence 44 est donc d'envi-

ron 15 centimètres La longueur totale de l'ensemble formé

par les modules 40 et 44 est donc d'environ 60 centimètres.

On dispose ainsi d'un outil possédant non seulemént de fai-

bles dimensions transversales, mais également une longueur

relativement réduite.

Les corps de modules 52 et 53 sont traversés de part et d'autre des passages 54 et de la fente longitudinale 70 par des canaux dans lesquels sont logés les conducteurs reliant les transducteurs 421 a 429 et 75, à la cartouche

électronique 46.

Le fonctionnement général est le suivant: Les transducteurs 421 à 429 sont alimentés successivement par des impulsions d'excitation On compte des impulsions d'horloge émises à

une fréquence de 10 M Hz à partir de l'instant T O de l'impul-

sion d'excitation de chaque transducteur 42 (figures 5 a et b) Chaque transducteur 42 émet deux impulsions symétriques se propageant dans des directions opposées-en direction des parois du tubage 50, qui, après réflexion, sont à nouveau détectées par le transducteur à des instants respectifs T 1 et T 2 séparés par un intervalle de temps àT approximativement égal à quatre fois le temps mis par les ondes acoustiques émises pour parcourir la distance e égale à l'excentricité des capteurs La figure 5 a montre le premier écho 81 reçu

à partir de l'instant T O par le transducteur en provenance.

de la portion de paroi 50 du puits la plus proche,-la figure b représentant le premier écho 82 en provenance de la por- tion de cette paroi la plus éloignée Chacun des échos 81, 82

reçu est constitué d'une succession d'oscillations très ra-

pides de durée faible mais non négligeable et dont l'ampli-

tude, après avoir subi une augmentation brusque, diminue

ensuite par l'effet de la lame quart d'onde respective.

La détection des instants T 1 et 'r 2 est effectuée com 4 e illus-

tré par la figure 6 en détectant le premier franchissement d'un seuil symbolisé par la ligne en tiret 83 par chaque signal oscillatoire 81 et 82 reçu par l'électronique 46 en provenance du transducteur (point 84 de la forme d'onde de ce signal) et en notant le nombre d'impulsions comptées au passage à zéro -immédiatement suivant de la forme d'onde comme illustr A par le point 85 rie la fiqure 6 En outre, on mesure l'amplitude des échos pour obtenir une indication de l'état de surface de la paroi qui-réfléchit l'écho Cette indication est fournie par le niveau de gain

nécessaire pour maintenir le signal 81 ou 82 après amplifi-

cation dans une fourchette d'amplitude déterminée En -parti-

culier, on amplifie en général davantage l'écho reçu de la paroi du puits la plus éloignée dans la mesure o le signal acoustique correspondant ayant parcouru un trajet plus long

a subi une atténuation plus importante.

Ces fonctions sont mises en oeuvre par la cartouche élec tro-

nique 46 (figure 7) dans laquelle les conducteurs 1001 à

10010 issus des neuf transducteurs 421 à 429 et du transduc-

teur 75, sont reliés chacun d'une part à la sortie d'un émetteur respectif 1021 à 10210 et d'autre part à une entrée

respective 1041 à 1041 d'un multiplexeur 105.

Les émetteurs 1021 à 102 îo sont commandés par les sorties

respectives 1061 à 1061 d'un démultiplexeur 107 dont l'en-

1 10 trée de commande 108 est propre à recevoir des impulsions à la sortie de commande de mise à feu 109 d'une logique de commande 110 Le démultiplexeur 107 est adapté à effectuer la distribution de l'impulsion mise à feu aux émetteurs 1021 à 10210 en fonction des indications transmises à son entrée d'adresse 112 par un bus d'adressage 114 connecté à un port d'adressage 115 de la logique de commande 110 Le port 115 est également relié à une entree d'adresse 116 du multiplexeur 105, de façon à commander la transmission sur la sortie-118 de ce dernier des signaux présents sur celle de ses entrées 1041 à 1041 o qui est désignée par le

signal d'adressage La logique de commande 110 est un sé-

quenceur cablé pour adresser cycliquement lesdits transduc-

teurs (schématiquement désignés par TR 1 a TR 1 sur la fi-

gure 7) par l'intermédiaire du démultiplexeur 107 et du

multiplexeur 105.

Avant chaque impulsion de mise à feu d'un transducteur, le multiplexeur 105 et le démultiplexeur 107 sont positionnés par un signal d'adresse identique sur l'entrée 104 i et la

sortie 106 i respectives correspondant à un même transduc-

teur 42 i L'impulsion de mise à feu est un signal logique d'autorisation d'une durée d'environ 1 microseconde émise toutes les millisecondes Cette impulsion est transmise par

le démultiplexeur 107 pour exciter l'un des émetteurs 102 i.

Chacun des émetteurs comprend un circuit impulseur fonction-

nant à une fréquence de 500 k Hz de façon à délivrer, en ré-

ponse à l'impulsion de commande, une impulsion de tension -

électrique bipolaire de durée de 2 microsecondes d'environ 400 volts crête à crête Cette tension excite le transducteur piézo-électrique T Ri correspondant qui émet une impulsion d'énergie acoustique dans le milieu environnant la sonde La sortie 109 de la logique de commande 110 est également reliée à une entrée 119 d'inhibition du multiple-

xeur 105 par l'intermédiaire d'un circuit de temporisation Ainsi, aucun signal n'apparaît sur la sortie 118 de ce multiplexeur pendant la durée de l'impulsion de mise Milfeu

et une période supplémentaire d'une durée de quelques mi-

crosecondes suivant celle-ci afin d'empêcher la réception des bruits liés à l'émission Dès la fin de cette période d'inhibition, la sortie 118 du multiplexeur 105 est à l'écoute des signaux transmis par le transducteur T Ri sur l'entrée 104 i correspondante La sortie 118 du multiplexeur

est connectée à l'entrée d'un amplificateur à gain va-

riable 130 qui comprend trois étages d'amplification à gain ajustable par valeurs discrètes connectés en série Le premier

étage 132 comprend par exemple deux valeurs de gain respec-

tivement de 0 et 30 d B, le deuxième étage 134 est ajustable sur cinq valeurs de gain, respectivement 0, 6, 12, 18 et 24 d B Le gain du troisième étage 136 est réglable par pas

de 1,5 d B entre O et 4,5 d B Ainsi, le gain de l'amplifica-

teur 130 est ajustable par pas de 1,5 d B sur une plage de gain s'étendant de O à 58,5 d B Ces valeurs de gains sont commandées par les sorties d'un décodeur 133 d'un signal

numérique affiché sur une entrée multi-bits 138 de l'ampli-

ficateur 130, par une liaison 135 en provenance d'un circuit de commande de gain 140 dont la fonction est explicitée ci-après. La sortie 139 de l'amplificateur 130 est reliée à l'entrée d'un détecteur de seuil et de passage à zéro 142 qui comprend

* deux comparateurs déclenchés successivement par le franchisse-

ment des seuils 83 et zéro de la figure 6 Le signal apparais-

sant sur la sortie 144 du détecteur au point 85 de passage

à zéro du signal de sortie de l'amplificateur 130 est exploi-

té par un circuit de détection, comptage et transmission 150 qui sera explicité ci-après et qui reçoit les impulsions d'une horloge 152 à 10 M Hz qui est également connectée à une

entrée de cadencement 151 de la logique de commande 110.

La sortie 139 de l'amplificateur 130 est également connectée

à l'entrée d'un circuit de détection de changement d'ampli-

tude 160 propre à fournir un sianal sur une entr Ai 162 du circuit 140 lorsque l'amplituee du signal d'écho reçu a dépassé un niveau L 2 (figure 8) et un signal sur une entrée 164 du circuit de commande de gain 140 lorsque le signal reçu 155 n'a pas dépassé un niveau inférieur L 1 (figure 8), le rapport -entre

les deux niveaux L 2 et L 1 étant de 1, 5 d B -

Le circuit 140 comprend un registre,non représenté,connecté à une entrée quatre bits 165 du circuit 140 raccordée à un

bus de gain 167 Celui-ci permet de transférer dans ce re-

gistre, à partir d'une position de mémoire 168 adressée sur une entrée à quatre bits 169 par le port d'adressage 115 de la logique de commande 110, une valeur du gain mise en mémoire lors du cycle de fonctionnement précédent

du transducteur T Ri dans une position dont l'adresse corres-

pond à ce transducteur Dès la mise à feu du transducteur T Ri, la logique de commande déclenche, par application du signal de sortie 109 sur une entrée 271 du circuit 140, le transfert d'une valeur de gain G 1 mise en mémoire pour ce transducteur dans le registre de gain du circuit 140; la sortie multi-bit

du registre fixe le gain de l'amplificateur 130 par la liai-

son 135 Dès la fin d'un signal d'écho détecté à-la sortie de celui-ci, comme il sera expliqué ci-après, la valeur contenue dans le registre est incrémentée en réponse à un signal sur l'entrée 164 ou décrémentée en réponse à un signal sur l'entrée 162 pour modifier le gain de l'amplificateur dans le sens correspondant, par exemple à l'aide d'un

additionneur,ou en chargeant la valeur du gain dans un comp-

teur décompteur dont les entrées de comptage décomptage sont placées sous la commande des entrées 162 et 164 La nouvelle valeur numérique du gain G 1 remise en mémoire 168 pax le bus 167 et transmise par celui-ci à l'entrée 269 du circuit de détection, comptage et transmission 150 Ainsi, le gain de l'amplificateur 130 est ajusté pour chaque transducteur mis à feu en fonction de la valeur qu'il avait lors de la précédente mise à feu de ce transducteur

La même opération d'affichage d'un gain mémorisé est entre-

prise dès la fin du premier écho détecté par le transducteur TR en attente de l'écho suivant Une nouvelle valeur de gain G 2 déterminée après réception de cet écho est mise en mémoire 168 dans une deuxième position affectée; au

transducteur T Ri.

On décrit plus en détail maintenant le circuit de détection, comptage et transmission 150 avec son fonctionnement 1 o r S d e 1 a mise à feu d'un transducteur T Ri par le circuit de commande 110, en référence à la figure 9 sur

laquelle on a omis les circuits de multiplexage 105 et démul-

tiplexage 107 A l'instant TO O de mise à feu du transducteur T Ri, un compteur 170 recevant des impulsions de l'horloge 152 sur une entrée de comptage 171, est déclenclié par un signal en provenance de la logique de commande 110 sur son entrée 172 Lorsqu'un premier écho 81 (figure Sa) est reçu par le transducteur T Ri et transmis par l'amplificateur 130, le circuit de détection de seuil et de passage à zéro 142 produit sur sa sortie 144 un signal qui provoque la commutation d'une bascule D 175, à l'entrée 176 de laquelle il est connecté, de telle sorte que la sortie Q 177 de cette

bascule commute de O à 1 et applique, à travers un inver-

seur 300, un signal de blocage sur une entrée 179 d'une porte ET 180 dont l'autre entrée 181 reçoit directement l'impulsion de la sortie 144 Celleci provoque,,juste avant le blocage de la porte ET 180,un bref signal à la sortie de

cette dernière qui déclenche la lecture instantanée du con-

tenu du compteur 170 dans un registre-tampon 182 par une liaison multibits 183 en validant l'entrée de lecture 184 de ce registre En même temps, le bref signal issu de la porte ET 180 est appliqué à l'entrée 185 de remise à zéro du compteur 170 qui, toujours alimenté par les impulsions

d'horloge 152, reprend le comptage àpartir de zéro.

L'écho 81, amplifié à la sortie de l'amplificateur 130 avec le gain G 1 précédemment mis en mémoire 168 pour le premier écho

reçu par le transducteur T Ri lors de sa mise à feu précé-

dente, comme il a été explicqué précédemment, est analysé par le détecteur de changement d'amplitude 160 Celui-ci comprend un premier détecteur de seuil ou comparateur de niveau L, 191, qui déclenche une bascule 192 si le seuil L 1 est franchi et 18 é un deuxième comparateur 193 qui déclenche une bascule 194 lorsque le seuil L 2 est franchi La sortie inversante de

la bascule 192 est reliée à l'entrée 164 et la sortie di-

recte de la bascule 191 est reliée à l'entrée 162 du circuit de commande de gain 140 Au bout d'un temps T 1 + p (figures a et 5 b), correspondant à un niveau de compte prédéterminé

du compteur 170 après sa-remise-à zéro par ET 180, le cir-

cuit de commande de gain 140 incrémente ou décrémente le.

gainou le laisse inchangé,en fonction des signaux pré-

sents sur ses entrées 162 et 164 sous la commande d'un signal issu d'une sortie de décodage 302 du compteur et appliqué, à travers une porte OU 304 et un circuit de

synchronisation 300, sur une entrée 195 du circuit de com-

mande de gain 140 Le temps p est choisi de façon à ce que cette modification de la valeur du gain s'effectue dès que les excursions maximales du premier écho sont passées La valeur numérique de gain G 1 ainsi obtenue est remise dans une position de mémoire 168 correspondant à la première impulsion perçue par le transducteur TR La valeur de gain

G 1 est également transmise dans une position du registre-

tampon 182 aux cotés de la valeur de comptage correspondant au temps T 1 par le bus de valeur de gain 167 connecté à une entrée 269 de ce registre Dès que le mot numérique correspondant au temps T et au gain G 1 est transféré en mémoire-tampon 182, il est chargé dans un registre premier entré-premier sorti 220 par une liaison multi-bits 222 Ce registre est relié au circuit de télémesure 230 pour la transmission mot par mot des mesures effectuées à la suite

de la mise à feu de chaque transducteur TRî à TR O Le cir-

cuit de télémesure 230 assure la transmission de ces mesures

le long du cable vers la surface.

La mémoire 168 comporte deux positions de mémoire pour cha-

que transducteur T Ri, l'une pour stocker la valeur de gain G 1 correspondant au premier écho reçu à la suite d'une mise à feu et l'autre, pour la valeur G 2 de llecho suivant Outre l'adressage à quatre bits de son entrée 169, cette mémoire comprend une entrée 198 commandée en réponse à la sortie

Q 177 de la bascule 175 à travers le-circuit de synchroni-

sation 305 Le signal présent sur cette entrée indique, sui-

vant que son niveau logique est 1 ou 0, si la première im-

pulsion a été ou non reçue En conséquence, l'entrée 198 joue le rôle d'un cinquième bit d'adressage des positions de mémoire 168 désignées pour chaque transducteur par le

bus d'adresse 169 Ce bit complémentaire désigne les posi-

tions correspondant aux gains G 1 et G 2 en-fonction de la

détection de la première impulsion par la bascule 175.

Le circuit de synchronisation 300 déclenche l'opération de réajustage du gain G 1 par l'envoi d'un signal sur l'entrée du circuit de commande de gain 140, dès que la sortie 302 du compteur 170 a indiqué l'expiration d'un temps p après la première remise à zéro de celui-ci, puis commande le transfert de la nouvelle valeur G dans la position de mémoire correspondante pour la première impulsion reçue par le transducteur TR A l'expiration d'un bref intervalle de temps suivant cette mise en mémoire, le circuit 300 applique le niveau logique 1

sur l'entrée 198 de la mémoire en réponse au signal de sor-

tie Q 177 présent sur son entrée 305 Il provoque alors l'extraction de la valeur G 2 du gain mis en mémoire pour le deuxième écho 82 précédemment qui est transféré par le bus 167 dans le registre du circuit 140 Ainsi, après un bref

intervalle de temps suivant T 1 + p, le gain de l'amplifica-

teur 130 est ajusté à une valeur appropriée pour la récep-

tion de l'écho suivant 82 (figure 5 b) Cette valeur est normalement plus élevée en raison de l'atténuation plus

grande subie par l'impulsion acoustique au cours ee son tra-

jet d'aller et retour vers la portion de paroi la plus éloi-

gnée du transducteur TR.

L'instant T 2 d'arrivée de l'écho reçu sur la deuxième face du transducteur T Ri est détecté par le détecteur de seuil et de passage à zéro 142 La sortie Q 177 valide une entrée 201

À 2518638

d'une porte ET 202 dont la deuxième entrée 203 est raccor-

dée à la sortie 144 du détecteur 142 La sortie de la porte

ET 202 applique sur une entree 204 du compteur 170 un si-

gnal d'arrêt de comptage Le niveau atteint par le compteur correspond à l'intervalle de temps a T entre les instants

T et T 2.

1 2 ' Le signal sur l'entrée 204 du compteur 170 lance également un compteur dans la logique de commande 110 (entrée 206)

qui produit au bout d'un temps q, le calcul du gain corres-

pondant à l'écho 82 par application d'un signal de sa sortie 270 sur la porte OU 304 qui commande l'entrée en opération des circuits 300 et 140 La valeur de gain G 2 corresoondant à ce deuxième écho est réajustée et remise en mémoire-à l'adresse

correspondante.

Après l'expiration'du temps T 2 + q,une sortie 211 de la logique de o Erm,

mande 110, connectée à l'entrée 184 de commande de la mémoire-

tampon 182 par une porte OU 212, provoque le chargement dans cette mémoire de la valeur atteinte par le compteur 170 à la fin de l'instant T 2 et de la valeur de gain G 2 mise en mémoire Ces valeurs se trouvent à leur tour enregistrées dans la mémoire premier entré-premier sorti 220 dès qu'un signal de disponibilité de celle-ci apparaît sur une ligne 223 La mémoire premier entré-premier sortie 220 transmet les informations au circuit-de télémesure 230 en synchronisme avec le fonctionnement de la logique de commande 110 La correspondance entre les signaux reçus en surface et la mise à feu des transducteurs résulte de l'ordre dans lequel ces informations sont extraites de la mémoire 220 Il est donc nécessaire que celle-ci soit chargée par un mot transmis

par la télémesure même si,par la suite d'un évènement for-

tuit,le circuit 46, au lieu de détecter deux échos successifs, n'en détecte qu'un seul ou pas du tout A cet effet, deux bascules D 240 et 241 montées en série sont prévues à la

sortie 144 du détecteur de seuil et de passage à zéro 142.

Leur sortie Q est rebouclée avec leur entrée D L'entrée 242 d'horloge CK de la bascule 240 est connectée à la sortie 144 La sortie Q 244 de la bascule 240 est connectée à l'entrée d'horloge C 245 de la bascule 241 Si aucun écho

n'a été détecté à la suite de la mise à feu d'un transduc-

teur, les sorties Q 244 et Q 246 des deux bascules 240 et 241 restent toutes deux à zéro Si un seul écho a été reçu, seule la sortie Q 244 est au niveau 1 Si deux échos ont

été reçus, seule la sortie Q 246 est à 1.

La logique de commande reçoit les signaux de sortie Q 244

et Q 246 des bascules 240 et 241 A la fin du cycle de fonc-

tionnement de cette logique afférant à un des transducteurs

T Ri la logique est programmée pour vérifier que deux impul-

sions ont été reçues Si ces sorties indiquent qu'une seule impulsion était reçue, cette logique 110 provoque la remise à zéro du tampon 182 par une entrée 213 et le chargement

immédiat d'un mot nul à partir de ce registre dans le re-

gistre premier entré-premier sorti 220 par la commande d'une

entrée de transfert 221 de ce dernier.

Si l'état des sorties 244 et 246 indique qu'aucun écho n'a

été reçu au cours du cycle suivant la mise à feu du transduc-

teur TR, la remise à zéro du tampon 182 par l'entrée 213 est suivie de deux impulsions successives sur l'entrée 221 pour l'enregistrement successif de deux mots nuls dans le

registre 220.

Afin de pouvoir effectuer une détection précise des instants T 1 et T 2, il est important que les échos respectifs ne se chevauchent pas La valeur de l'excentricité e du capteur par rapport à l'axe de la sonde est donc sélectionnée en

fonction de la durée maximale d'échos tels que 81 et 82.

En outre, elle tient compte de la tolérance sur le centrage de la sonde 10 dans le puits, le défaut de centrage pouvant atteindre des valeurs qui ne sont pas forcément négligeables, par exemple dans des puits inclinés ou déviés En effet, un défaut de centrage suffisant pourrait amener l'axe longitudinal du tranducteur 42 suffisamment près de l'axe du puits pour

que les échos 81 et 82 se chevauchent dans le temps, ren-

dant ainsi la détection de l'instant T 2 impossible En pratique, avec la valeur d'excentricité indiquée de 12,5 millimètres, on peut obtenir des résultats satisfaisants avec des tolérances sur le défaut de centrage de l'outil de 5 millimètres et pouvant même atteindre 8 millimètres

Les centralisateurs connus pour un outil de dimensions rela-

tivement réduites, tel que celui qui est décrit, permettent de maintenir les défauts de centrage de l'ou Lil dans ces

limites.

La valeur de l'excentricité e intervient également sur le

diamètre minimum des tubages qui peuvent être mesurés à l'ai-

de d'une sonde selon l'invention En effet, chaque impul-

sion émise par le transducteur 42 n'est pas suivie d'un seul écho, mais d'une succession d'échos issus des réflexions successives de l'impulsion acoustique émise entre la paroi et le transducteur Ainsi, le premier écho 81 capté à partir de la portion de paroi du tubage 50 la plus proche, est suivi d'un deuxième écho 86 (figure 5 a) dont l'amplitude est atténuée par rapport à celle de l'écho 81 et qui en est séparé par un intervalle de temps égal au temps de trajet des ondes acoustiques entre le transducteur et ladite paroi la plus proche Si le diamètre du tubage 50 est suffisamment faible, cet intervalle de temps peut devenir inférieur à l'intervalle de temps AT, c'est-à-dire que le deuxième écho du point le plus proche du-tubage est reçu avant le premier écho de la paroi la plus éloignée Avec les valeurs qui ont

été indiquées pour l'excentricité, et dans les fluides ha-

bituellement rencontrés dans les puits de pétrole en produc-

tion, cette situation ne peut se produire avec les tubages de plus petits diamètres rencontrés, à savoir quatre pouces

et demi, soit 110 millimètres.

Lorsque l'appareil opère dans des tubages de grand diamètre, aucun problème de chevauchement des échos en provenance des

deux parois ne se pose Bien entendu, les signaux acousti-

ques subissent une atténuation d'autant plus forte que le trajet qu'ils parcourent est grand En pratique, une sonde

équipée des transducteurs décrits permet-d'obtenir des me-

sures satisfaisantes dans des diamètres de tubage pouvant aller jusqu'à 9 pouces 5/8 ème, soit 230 millimètres La mesure des intervalles chronométrés T 1, et T 2 Tl contient une information sur les distances respectives de

chaque transducteur 42 aux zones de la paroi du tubage qui-

sont placées en regard des faces opposées de celui-ci.

Lorsque la sonde est convenablement centrée par rapport

à l'axe du tubage, la somme de ces distances permet de dé-

duire une mesure du diamètre de ce tubage selon l'axe d'orien-

tation de l'ouverture 54 dans laquelle est situé le trans-

ducteur. , Le module de référence 44 permet d'obtenir une mesure de la vitesse de propagation des ondes acoustiques dans le fluide considéré et de corriger les erreurs systématiques

sur la mesure du temps de propagation propre aux transduc-

teurs Comme on l'a vu précédemment, il est déclenché pé-rio-

diquement par la logique de commande 110 et les niveaux de compte mesurés correspondant aux intervalles de temps T' et T'2 T'1 définissant la réception des échos réfléchis par les réflecteurs 78 et 76 Ces valeurs sont transmises par le circuit de télémesure 230 à l'installation de surface,

o une mesure de la vitesse de propagation V peut être dé-

duite selon la relation T 2 T 1 = (X 2 X) /v

En outre, si l'on admet que E est l'erreur systématique im-

posée au temps de propagation de l'onde acoustique par le temps de transit dans le transducteur lui-même et notamment dans les lames quart d'onde 62 et 63, on peut mesurer cette erreur systématique à partir d'un comptage du temps T'2 séparant la réception du deuxième écho correspondant à la distance la plus grande X 2 selon la formule T '2 = X 2,t V + C peut varier, notamment avec la température, en fonction des variations correspondantes du temps de transit dans les lames quart d'onde en fonction de ce paramètre De la même manière, l'écart c tient compte de certaines erreurs propres à l'électronique de traitement et qui affectent

le traitement des signaux en provenance de tous les trans-

ducteurs tels que, par exemple, des décalages entre le

déclenchement du comptage et l'instant de mise à feu.

La mesure S permet donc, pour chaque mesure des temps T 1

et T 2 r cupérés en surface à partir de chacun des transduc-

teurs de corriger la mesure de distance correspondante.

Le diamètre D du tube 50 peut être déduit des temps de transit T et-T 2 issus d'un transducteur 42 i par la relation:

D (T -" 2 -X 1 T' 2-T' X 2

( 1 -T 2) o+ 2-T'2 + d T

dans laquelle X 1, X 2, T'1, T'2 ont été définis déjà en re-

lation avec le transducteur de référence, d est l'épaisseur du transducteur de référence, AX O est égal à X 2 X 1 et

A Toest égal à T' T l'-

Les mesures de gain G et G 2 sont transmises à la surface par le dispositif de télémesure 230 conjointement avec les mesures

des intervalles T 1 et (T 2 T 1)respectifs pour chaque trans-

ducteur Ces informations de gain résultent directement de la mesure de l'amplitude des échos successivement détectés après la mise à feu de chaque transducteur Ces informations

de gain sont exploitées en surface pour fournir des indica-

tions du degré de réflectivité de la paroi interne du tube exploré et donc de son état de surface Les valeurs de gain retransmises en surface pour le transducte'r de référence 75

fournissent également une indication de l'atténuation -affec-

tant les ondes du fait de la propagation dans le fluide bai-

gnant l'outil, qui permettent d'étalonner les mesures four-

nies par G et G

1 2 '

En fonction de l'indication de position relative sur la sonde du transducteur qui accompagne les mesures correspondantes,

l'unité de gestion de surface effectue un recalage des me-

sures reçues sur une échelle de profondeur unique en fonc-

tion de la position longitudinale du transducteur 42 le

long de la sonde.

Dans le cas o chacun des neuf transducteurs 42 du module 40

fournit deux indications temporelles correspondant à des me-

sures de distances à la paroi du tubage, l'unité d'exploi-

tation des mesures 28 en surface permet d'enregistrer, pour le niveau de profondeur correspondant à chaque groupe de mesures, une valeur de diamètre respective qui peut être visualisée par tout moyen approprié, par exemple sous la forme d'un enregistrement graphique, avec ou sans traitement des neuf mesures de diamètres successivement issues des neuf

transducteurs 42 au cours d'un cycle de mise à feu Un trai-

tement intermédiaire permet également de faire apparaître,

en fonction de la profondeur, des valeurs de diamètres mini-

mum,maximum et moyen Enfin, une information visuelle peut également être tirée le cas échéant des indications tirées

du circuit de contrôle automatique de gain.

A titre d'exemple, avec une sonde 10 remontée dans le puits à une vitesse de 30 centimètres/seconde, une fréquence de mise à feu successive de 500 impulsions/seconde, ce qui correspond à l'excitation d'un transducteur toutes les 2 millisecondes, les neuf mesures de diamètres sont obtenues

sur un intervalle de profondeur de 6 millimètres, cet in-

tervalle pouvant être encore réduit par une diminution de la vitesse de déplacement de l'outil au passage d'une zone

présentant un intérêt particulier.

La sonde ainsi définie permet donc d'obtenir une densité

de mesures des dimensions transversales sur toute la péri-

phérie du tubage importante, avec une résolution de 1/10 ème de millimètre correspondant à une fréquence d'horloge de M Hz, ce qui conduit à une précision d'environ 3/l Oème de millimètre sur chaque mesure. Les mesures obtenues sont très localisées et présentent l'intérêt de pouvoir être pratiquées à l'aide d'un outil de très faible diamètre qui ne nécessite pas de contact

pour la mesure avec les parois du puits mesuré, contraire-

ment aux outils mécaniques dont l'emploi s'accompagne géné-

ralement d'un risque de rayure des tubes contrôlés.

Le dispositif qui vient d'être décrit présente en outre

l'avantage de fournir des mesures-revêtant un intérêt pra-

tique même dans le cas o le diamètre du trou exploré est trop petit pour que la réception de l'écho de la paroi la plus éloignée puisse s'effectuer dans de bonnes conditions compte tenu des doubles réflexions sur la paroi la plus

proche Tel est notamment le cas avec un outil du type dé-

crit lorsque l'on désire l'utiliser pour effectuer une véri-

fication à l'intérieur non plus du tubage mais de la colonne de production elle-même En effectuant la mesure du temps de

transit correspondant à la réception de la première impul-

sion (instant T 1) suivant chaque mise à feu d'un transduc-

teur, on obtient en effet neuf mesures de "rayons" réparties régulièrement autour de l'axe de la colonne de production

pour chaque cycle de mise à feu Ces neuf mesures sont effec-

tuées dans un petit diamètre avec l'excellente précision fout-

nie par l'appareil Elles représentent une somme d'informa-

tions considérables sur l'état interne de cette colonne de production grâce à laquelle il est possible d'éviter ou de retarder une inspection en surface, nécessitant la remontée

et le démontage individuel de chacune de ces tiges.

A cet égard, le choix d'un nombre impair de transducteurs est favorable car il permet d'obtenir des mesures sur des rayons répartis régulièrement autour du tubage ou de la

-18638

colonne de production, même lorsque chaque transducteur

fournit seulement une mesure de rayon.

Avec un nombre impair 2 p+l de transducteurs, on peut':en effet obtenir une estimation satisfaisante de la deuxième mesure de rayon (inaccessible par voie directe) pour un transducteur donné de rang i à partir des rayons fournis par les deux transducteurs de rang respectifs i+p mod ( 2 p+l)

et i+p+l mod ( 2 p+l) Il suffit pour cela de calculer la mo-

yenne de ces deux rayons et d'y ajouter la distance liée à

l'excentration des transducteurs.

Claims (18)

Revendications.

1 Procédé de mesure' de dimensions -transversales d'un trou ( 50) dans un puits, du type dans lequel, à l'aide d'une sonde ( 10) déplacée dans ce puits, on émet une im- pulsion d'énergie acoustique vers la paroi ( 50) du trou, on capte l'écho de cette impulsion réfléchi par cette paroi, et on mesure l'intervalle de temps séparant les instants

d'émission de l'impulsion et de réception de cet écho, ca-

ractérisé en ce qu'on émet une telle impulsion simultané-

ment dans deux directions transversales à partir d'un même

transducteur ( 42) situé à-des distances respectives diffé-

rentes par rapport à la paroi ( 50) du trou dans ces deux directions et on capte successivement les échos retransmis par la paroi ( 50) du trou en réponse aux impulsions émises

selon ces deux directions pour obtenir une mesure des dis-

tances respectives.

2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ces deux directions sont alignées et de-sens opposés selon

une ligne sensiblement diamétrale du puits ( 11) et on effec-

tue la somme des distances mesurées dans ces deux directions.

3 Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caracté

risé en ce qu'on effectue une pluralité de telles mesures de distances dans-des directions distribuées tout autour

de l'axe du puits -

4 Procédé selon l'une des revendications 1 à -3, caractérisé

en ce qu'on mesure la vitesse de propagation des ondes acoustiques dans le milieu entourant ledit transducteur à l'aide d'un transducteur et de deux réflecteurs placés à

des distances différentes de ce transducteur sur la sonde.

5 Dispositif de mesure de dimensions transversales de la paroi d'un trou dans un puits du type comprenant une sonde allongée ( 10) propre à être déplacée longitudinalement dans

ce puits en coopérant avec des moyens de positionnement trans-

versaux par rapport à la paroi du trou et au moins un trans-

ducteur acoustique ( 42) propre à émettre un signal acous-

tique vers la paroi de ce trou et à capter des échos réflé-

chis par cette paroi, caractérisé en ce que ce transduc-

teur ( 42) est propre à émettre ledit signal acoustique dans deux directions transversales alignées et en sens opposés et à capter les échos respectivement réfléchis par

la paroi ( 50) du trou selon ces deux directions, ledit trans-

ducteur ( 42) étant monté sur la sonde en fonction de la posi-

tion opératoire de ces moyens de positionnement ( 30, 32) dans une position telle que les premiers échos réfléchis par la paroi -du trou en réponse au S i g N a 1 é mr i S respectivement dans ces deux directions soient reçus par

ledit transducteur ( 42) à des instants décalés dans le temps.

6 Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que, lesdits moyens de positionnement ( 30, 32) étant des centralisateurs propres à maintenir en fonctionnement l'axe de la sonde ( 10) sensiblement en coïncidence avec l'axe du trou, ledit transducteur ( 42) est monté excentriquement par

rapport à l'axe de ladite sonde ( 10).

7 Dispositif selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que ledit transducteur ( 42) comprend une plaquette piézo-électrique ( 59) présentant deux faces actives opposées

sensiblement parallèles à l'axe ( 65) de la sonde.

8 Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que chaque face de ladite plaquette est recouverte par un revêtement transparent ( 62, 63) auxdits signaux acoustiques

formant une lame quart d'onde.

9 Dispositif selon l'une des revendications 5 à 8, caracté-

risé en ce qu'il comprend une pluralité de tels transducteurs ( 421 à 429) dont les directions d'émission sont distribuées

tout autour de l'axe de lea sonde.

Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce

que le nombre desdits transducteurs est impair.

11 Dispositif selon l'une des revendications 9 ou 10,

caractérisé en ce que chacun desdits transducteurs ( 42) est monté dans un passage ( 54) traversant ladite sonde de part en part parallèlement auxdites directions d'émission,

lesdits passages étant superposés le long de ladite sonde.

12 Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que lesdits passages ( 54) ont une section transversale rectangulaire allongée dans la direction longifudinale de

la sonde.

13 Dispositif selon l'une des revendications 5 à 12,

caractérisé en ce que l'excentricité dudit transducteur ( 42) est déterminée en fonction d'un diamètre minimum des trous auxquels il est destiné tel que le premier écho en provenance de la portion de paroi ( 50) du trou la plus éloignée' du transducteur ( 42) soit capté avant l'écho issu de la deuxième réflexion du signal émis sur la portion de

paroi la plus proche de ce transducteur.

14 Dispositif selon l'une des revendications 5 à 13, carac-

térisé en ce qu'il comprend en outre, monté sur la sonde, un transducteur de référence ( 75) semblable à ce ou à ces transducteurs, et un premier et un deuxième réflecteur de signaux acoustiques ( 76 et-78) de part et d'autre de ce transducteur et à des distances différentes de celui-ci pour réfléchir vers ce transducteur un écho respectif en réponse à chaque impulsion émise par celui-ci, l'espace entre ce transducteur et chacun desdits réflecteurs communiquant

avec 1 environnement de la sonde.

Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce que le transducteur ( 75) et lesdits premier et deuxième

réflecteurs ( 76,78) sont alignés dans une direction longitu-

dinal sur ladite sonde.

31 2518638

16 Dispositif selon l'une des revendications 5 à 15, carac-

térisé en ce qu'il comprend des moyens ( 170) pour la mesure d'intervalles de temps correspondant à la réception d'au moins un et de préférence deux des échos reçus successivement par le transducteur ( 42) en réponse à l'émission d'un signal

dans ces deux directions.

17 Dispositif selon l'une des revendications 5 à 17, carac-

térisé en ce qu'il comprend des moyens amplificateurs à gain réglable ( 130) à la sortie desdits transducteurs ( 42)-et des moyens pour adapter le gain en fonction du rang de l'écho

attendu après l'émission d'un signal dans ces deux directions.

18 Transducteur acoustique pour une sonde de mesure de dimen-

sions transversales d'un trou dans un puits, caractérisé en

ce qu'il comprend une plaquette ( 59) d'un matériau piézo-

électrique comprenant deux grandes faces ( 60, 61) opposées et des moyens d'excitation de cette plaquette propres à permettre l'émission simultanée de signaux acoustiques par les deux grandes faces opposées de cette plaquette à partir

d'un même signal électrique de commande.

19 Transducteur selon la revendication 14, caractérisé en ce que chaque face de ladite plaquette est recouverte par

une Jlame quart d'onde ( 62, 63) pour la fréquence d'excita-

tion de ladite plaquette.

Transducteur acoustique selon la revendication 19 ou 20, caractérisé en ce que les grandes faces de ladite plaquette

( 59) sont rectangulaires.