FR2562152A1

FR2562152A1 - Procede et appareil de mesure du pouvoir reflecteur d'un sondage pour diametrage en cours de forage

Info

Publication number: FR2562152A1
Application number: FR8504807A
Authority: FR
Inventors: Paul Frederick Rodney; James Robert Birchak
Original assignee: NL Industries Inc
Current assignee: NL Industries Inc
Priority date: 1984-03-30
Filing date: 1985-03-29
Publication date: 1985-10-04
Also published as: NO851153L; GB8504673D0; US4665511A; GB2156984A; NL8500951A; BR8501428A; AU4046685A; JPS60219580A; DE3511917A1; GB2156984B

Abstract

L'INVENTION CONCERNE LE DIAMETRAGE DES SONDAGES. ELLE SE RAPPORTE A UN APPAREIL DIRECTEMENT MONTE SUR UN TRAIN DE TIGES DE FORAGE, A PROXIMITE DU TREPAN, ET COMPRENANT DES EMETTEURS-RECEPTEURS ACOUSTIQUES 40, 42 ET DES RECEPTEURS ACOUSTIQUES 50. D'APRES LES TEMPS DE VOL DES IMPULSIONS ACOUSTIQUES ET LA DISTANCE D SEPARANT CHAQUE EMETTEUR-RECEPTEUR 40, 42 DU RECEPTEUR ASSOCIE 50, LA VITESSE DU SON DANS LE FLUIDE ET LA DISTANCE SEPARANT CHAQUE EMETTEUR-RECEPTEUR DE LA PAROI PEUVENT ETRE DETERMINEES SIMULTANEMENT, ET PERMETTENT DONC LA CONNAISSANCE DU DIAMETRE AVEC UNE GRANDE PRECISION. APPLICATION AUX OPERATIONS DE FORAGE PETROLIER.

Description

La présente invention concerne un instrument acous-

tique de mesure du pouvoir réflecteur à l'intérieur d'un son-

dage, et plus précisément un instrument de diamètrage destiné à être utilisé pour la mesure dans les conditions de forage, à l'aide d'impulsions acoustiques émises dans un sondage, ainsi q'un procédé de mesure de paramètres géométriques d'un sondage. On sait depuis longtemps, dans l'industrie du pétrole, que la collecte de données dans les sondages, en cours d'une

opération de forage, a une très grande valeur. Ces informa-

tions accroissent l'efficacité de l'opération de forage par mise à disposition de données très importantes concernant les conditions régnant dans le sondage. Par exemple, il est

souhaitable que la dimension du sondage soit enregistrée cons-

tamment afin que les variations du diamètre du sondage en

fonction de la profondeur puissent être enregistrées et analy-

sées dans le cadre plus général de l'exploitation des puits

de pétrole et analogues.

La diagraphie acoustique des sondages est aussi uti-

lisée dans les techniques géophysiques et sismiques pour l'ob-

tention de relevés de diverses formations traversées par le sondage. En particulier, des mesures de vitesse acoustique donnent des informations précieuses sur la nature des roches

et leur porosité, dans la formation entourant le sondage.

Le paramètre acoustique mesuré le plus couramment dans le domaine de la diagraphie des sondages est la vitesse des ondes de compression (ondes longitudinales). La vitesse des ondes de cisaillement (ondes tranversales) et l'impédance-acoustique ont aussi été précieuses pour la détermination aussi bien

des caractéristiques de la formation que des fluides présents.

On dispose actuellement de très nombreux systèmes

de diagraphie acoustique destinés aux mesures dans les son-

dages. L'un des paramètres les plus importants dans la mesure assurée par de tels systèmes de diagraphie acoustique est la vitesse acoustique dans le fluide dans lequel l'impulsion

acoustique est émise. Un degré élevé de résolution dans l'in-

terprétation des données pulsées n'est possible qu'avec une connaissance précise de la vitesse acoustique dans le milieu de mesure. En outre, il faut une résolution très élevée pour l'identification précise de diverses couches de la formation

ainsi que d'autres paramètres très importants du sondage.

De nombreuses tentatives de réalisation d'instruments précis de diagraphie acoustique ont rencontré des problèmes

importants posés par les conditions régnant dans un sondage.-

Par exemple, l'opération de forage nécessite la circulation d'une boue de forage à pression élevée, pompée dans un trou central de la tige de forage, puis dans les ouvertures du trépan, la boue revenant à la surface par l'espace annulaire délimité entre la tige de forage et les parois latérales du

sondage. La boue entraîne les matériaux découpés par le tré-

pan et d'autres matériaux et peut donner beaucoup d'infor-

mations sur la formation elle-même. Un tel système fluide

implique nécessairement des variations importantes de la den-

sité de la boue de forage et de sa nature, à la fois le long

du sondage et transversalement, dans la partie annulaire dé-

limitée dans le sondage. Par exemple, du gaz présent dans

le fluide de forage influe directement sur la vitesse acous-

tique dans le fluide, et la présence de gaz varie avec la

position et la pression dans le sondage.

Une technique connue de la détermination de la vitesse acoustique comprend l'échantillonnage de la boue de forage

au niveau de la tête de puits, afin qu'elle permette des me-

sures. Cependant, une telle mesure ne peut pas refléter avec précision les diverses conditions de la boue dans le sondage,

aux emplacements auxquels les mesures acoustiques sont effec-

tuées en réalité. Les données sous forme d'impulsions acous-

tiques correspondant au sondage sont en général obtenues à

l'aide de transducteursacoustiquesplacésdans les parois laté-

rales d'un raccord réducteur fixé au-dessus du trépan, dans le sondage. Les impulsions acoustiques sont émises par ce raccord vers les parois latérales du sondage, à travers le fluide de forage, et le temps de réflexion est contrôlé. La présence de gaz et de débris dans le fluide, ainsi que les pressionset la turbulence dans le sondage influent donc directement sur la vitesse acoustique et sur les mesures de pouvoir réflecteur. Cependant, l'emplacement le plus commode pour la mesure de la vitesse acoustique est la tête de puits, dans la région passive de collecte du fluide dans laquelle les conditions dynamiques de turbulence du sondage ne sont pas présentes. En outre, la boue de forage, lorsqu'elle a été reçue du sondage, peut en général subir une sédimentation

et/ou circule dans un ensemble de dégazage avant d'être col-

lectée et renvoyée. Cette opération modifie beaucoup les para-

mètres de vitesse acoustique du fluide de forage, compte tenu des conditions de turbulence et de présence de gaz régnant

dans le sondage, et provoque des imprécisions sur l'interpré-

tation de mesures acoustiques du pouvoir réflecteur dans le sondage. Un procédé connu destiné à résoudre les problèmes de la collecte de données précises dans des conditions de mesure simultanée à un forage, est l'enregistrement de mesures

acoustiques dans le sondage avec un outil de diagraphie suspen-

du à un câble de forage. Ces outils sont utilisés avec le train de tiges retiré du sondage, la boue de forage étant

au repos. Ces conditions permettent une configuration relati-

vement homogène, et la présence de gâteaux formés par la boue et de turbulences,.correspondant à des régions non homogènes,

est en général éliminée. Un tel dispositif de diagraphie acous-

tique est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 3 835 953 dans lequel un outil suspendu à un câble de forage

est destiné à être placé dans un sondage. Un ensemble transduc-

teur crée de façon répétée une impulsion acoustique lorsque le système transducteur tourne afin qu'il balaie les parois

du sondage, suivant un cercle complet. Une analyse à une vites-

se comprise entre 1 et 10 tr/s peut être réalisée avec l'outil

lui-même qui est centré de façon générale dans le sondage.

La réflexion d'énergie acoustique par la paroi du sondage est donc assurée dans une petite zone centralisée si bien que le système peut donner des précisions très grandes sur la nature de la paroi. Cette information est évidemment utile pour l'analyse de la configuration du sondage. Cependant, elle présente un inconvénient qui est la nécessité de retirer le train de tiges du sondage afin que l'outil suspendu à un câble de forage puisse être utilisé. Cette opération prend du temps et est co teuse dans le cadre de l'ensemble d'une opération de forage.

En outre, une technique connue de mesure des para-

mètres.acoustiques, à l'aide d'un câble de forage, a donné

la vitesse mesurée acoustiquement à un emplacement d'un son-

dage, mais le trajet acoustique le long duquel les mesures de.vitesse sont effectées est différent du trajet de mesure du paramètre. Par exemple, une mesure acoustique de diamètrage réalisée dans un anneau délimité dans un sondage, mettant

en oeuvre les données de vitesse-acoustique obtenuesen direc-

tion parallèle à l'axe du sondage, n'est pas précise étant donné l'absence de linéarité du diagramme d'écoulement et

des densités du courant transversalement dans le sondage-

En conséquence, il serait avantageux de résoudre les

problèmes posés par obtention d'informations acoustiques dé-

taillées de diamètrage d'un sondage, avec une configuration permettant la mesure pendant le forage. Le foreur connaît alors immédiatement la qualité du sondage en cours de forage et l'information Iui permet d'en déduireles contraintes in situ. Le procédé et 1l'appareil selon l'invention constituent un système mettant en oeuvre une série d'émetteurs-récepteurs acoustiques placés à la fois latéralement et longitudinalement sur un raccord de train de tiges, afin qu'ils soient utilisés pour des mesures en cours de forage. Les émetteurs-récepteurs acoustiques mesurent en outre la vitesse du fluide de forage acoustiquement simultanément à la mesure de distance et au même emplacement que la mesure voulue de distance dans le sondage et le longd'une partie du même trajet acoustique que

la mesure de distance. Les données concernant le pouvoir acous-

tique réflecteur sont ainsi obtenues d'après une mesure acous-

tique de vitesse et une mesure de distance obtenues avec une impulsion acoustique connue. Ainsi, la précision des données est bien supérieure et le fiabilité est bien plus élevée que

dans le cas des techniques connues.

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L'invention concerne un procédé et un appareil des-

tinés à exécuter des mesures acoustiques dans un sondage.

Plus précisément, l'invention concerne notamment un outil

acoustique de diamètrage destiné à être utilisé pour des me-

sures exécutées en cours de forage dans un sondage, l'outil étant du type qui comporte au moins un émetteur-récepteur

acoustique placé dans un tronçon d'un train de tiges. L'émet-

teur-récepteur acoustique est destiné à créer une impulsion acoustique et à la réfléchir sur la paroi latérale du sondage pour la détermination du temps qu'il faut pour la propagation de l'impulsion acoustique qui revient. Un second récepteur acoustique est pldcé longitudinalement par rapport au premier émetteur-récepteur, à une distance choisie, afin qu'il reçoive

une partie de l'impulsion acoustique créée par l'émetteur-

récepteur. L'impulsion détectée par le second récepteur permet la détermination de la-vitesse acoustique dans le fluide du sondage dans lequel l'impulsion s'est propagée puisque la

distance comprise entre le second récepteur et l'émetteur-

récepteur est connue.

L'invention concerne aussi un appareil de mesure du

pouvoir réflecteur des parois latérales d'un sondage par 6mis-

sion d'une série d'impulsions acoustiques et réception d'éner-

gie acoustique réfléchie par les parois du sondage, d.une

manière synchronisée sur la transmission des impulsions, dépen-

dant du diamètre du sondage. L'appareil comprend un bottier destiné à être fixé dans un train de tiges et à exécuter des

mesures acoustiques, au cours d'opérations de mesures simulta-

nées à l'exécution du forage. Un dispositif placé dans le

boîtier est destiné à crier et à recevoir une impulsion acous-

tique qui se propage vers la paroi latérale du sondage et est réfléchie par cette paroi. Un second dispositif récepteur est disposé longitudinalement le long du bottier par rapport au dispositif générateur d'impulsions et il est destiné à recevoir l'impulsion acoustique créée par ce dispositif et réfléchie par la paroi latérale du sondage. Un dispositif est destiné à traiter les données produites par les récepteurs

à l'intérieur du sondage, et un dispositif est destiné à trans-

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mettre les données à la tête de puits. Un dispositif est des-

tiné à comparer les données représentatives du temps de par-

cours des impulsions acoustiques afin qu'il détermine la dif-

férence de temps comprise entre les réceptions de l'impulsion émise par le premier et le second dispositifs de réception. Les distances dans le sondage sont alors calculées en fonction

du temps de parcours de l'énergie acoustique.

L'invention concerne aussi un appareil de mesure du

type précité dans lequel le boîtier comporte aussi un incli-

nomètre placé à l'intérieur afin qu'il crée des données cor-

respondant à l'orientation du sondage. Un second émetteur-

récepteur acoustique est aussi disposé dans le bottier, à distance du premier en azimut, et il est destiné à créer et à recevoir une impulsion acoustique, simultanément avec le

premier émetteur-récepteur. Un dispositif de commande assure l'exci-

tation des différents émetteurs-récepteurs suivant une sé-

quence répétitive prédéterminée. L'invention concerne aussi un dispositif destiné à créer les impulsions acoustiques à

des fréquences choisies différentes et avec des largeurs d'im-

pulsions choisies différentes.

L'invention concerne aussi un procédé de mesure d'une distance dans un sondage par propagation d'énergie acoustique partant d'un boîtier faisant partie d'un train de tiges. Le procédé comprend le montage d'un premier dispositif générateur et récepteur d'impulsions acoustiques, placé dans le bottier, et le montage d'un second dispositif récepteur d'impulsions acoustiques, disposé longitudinalement par rapport au premier dispositif récepteur. Une impulsion acoustique est créée par

le dispositif générateur et est réfléchie par la paroi laté-

rale du sondage. Une première partie de l'impulsion acoustique est reçue par le premier dispositif récepteur, et une seconde

partie de l'impulsion acoustique est reçue par le second dis-

positif récepteur placé longitudinalement. Les intervalles de temps correspondant à la propagation des impulsions entre le dispositif générateur, la paroi du sondage et le premier

dispositif récepteur d'une part et entre le dispositif géné-

rateur d'impulsions, la paroi du sondage et le second dispo-

sitif récepteur d'autre part, sont mesurés. La distance com-

prise entre le dispositif générateur d'impulsions et la paroi du sondage est déterminée en fonction des intervalles de temps de propagation des impulsions et de la distance comprise entre le premier et le second dispositifs récepteurs. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention

ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite

en référence au dessin annexé sur lequel: la figure 1 est une élévation latérale schématique,

en coupe partielle, illustrant l'utilisation d'un outil acous-

tique de diamètrage selon l'invention dans une opération de forage;

la figure 2 est une vue schématique en plan de l'appa-

reil selon l'invention, représentant une paire d'émetteurs-

récepteurs acoustiques et des impulsions acoustiques réfléchies par les parois latérales d'un sondage; et la figure 3 est une élévation latérale schématique d'un mode de réalisation d'outil acoustique de diamètrage

réalisé selon l'invention.

On se xéfère d'abord à la figure 1 qui représente une installation 11 de forage placée au-dessus d'un sondage

12. Un outil acoustique de diamètrage 10, réalisé selon un pre-

mier mcde de réalisation de l'invention, est supporté par un raccord 14 incorporé à un train de tiges 18 et disposé

dans le sondage 12. L'outil 10 est destiné à la mesure conti-

nue de la vitesse des ondes acoustiques et de la distance dans la région annulaire 16 délimitée entre le raccord 14 et les parois latérales 20 du sondage. Un trépan 22 est placé à l'extrémité inférieure du train de tiges 18 et creuse un sondage 12 dans des formations terrestres 24. Une boue de

forage 26 est pompée d'une cuve 27 formant réservoir de sto-

ckage placée près de la tête de puits 28, dans un passage

axial passant dans le train de tiges 18 et-sort par des ou-

vertures du trépan 22 puis remonte à la surface par la région

annulaire 16. Un tubage métallique 29 est placé dans le son-

dage 12 au-dessus du trépan 22 afin qu'il assure le maintien

de l'intégrité de la partie supérieure du sondage 12.

Comme l'indique la figure 1, l'anneau 16 formé entre le train de tiges 18, le raccord 14 et les parois latérales du sondage 12 forme le trajet de retour de la boue de forage. Celle-ci est pompée de la cuve 26 proche de la tête de puits 28 par un système 30 de pompage. La boue circule dans une canalisation 31 d'alimentation qui est couplée à un passage central formé sur toute la longueur du train de tiges 18. La boue de forage est de cette manière chassée le long du train de tiges 18 et pénètre dans le sondage par les ouvertures du trépan 22, assurant ainsi le refroidissement et la lubrification du trépan et entraînant les débris de

la formation formés au cours du forage, jusqu'à la surface.

Un conduit 32 d'évacuation de fluide est raccordé au passage annulaire 16, au niveau de la tête de puits, et transmet le courant de boue renvoyé du sondage 12 à la cuve 26 à boue

comme représenté sur la figure 1. La boue de forage est-habi-

tuellement manutentionnée et traitée par divers appareils- -

(non représentés), par exemple des ensembles de dégazage et des reservoirs de circulation, afin que la boue garde une viscosité et une consistance prédéterminées. On peut noter

que les mesures de la vitesse acoustique dans la boue de fo-

rage, au niveau de la cuve 26 ou dans celle-ci, peuvent ainsi

être affectées par les conditions de traitement et de stagna-

tion de la boue.

La position de l'outil acoustique 10 de diamètrage placé sur le raccord 14, par rapport aux parois 20 du sondage, varie au cours de la rotation. Le train de tiges 18 peut être entraîné en rotation afin que le trépan 22 assure une coupe et, pendant la rotation, le train de tiges 18 frotte souvent contre les parois du sondage 12. Ce frottement provoque des

défauts d'alignement et un positionnement non centré de l'ou-

til 10 par rapport aux parois 20 du sondage. La mesure des distances à l'aide de l'outil 10, par transmission d'impulsions

acoustiques réfléchies par les parois 20, doit donc être ex-

trêmement précise afin qu'elle donne des résultats qui sont

représentatifs avec précision des dimensions et de la confi-

guration du sondage. Cette précision de mesure doit aussi être conservée étant donné la présence de gaz, de débris des formations et des conditions d'écoulement non homogène du

fluide, habituelle dans la plupart des opérations de forage.

En outre, les dimensions des sections non uniformes du son-

dage doivent être mesurées, de même que les variations du pouvoir de réflexion acoustique, qui sont représentatives

des différents matériaux des formations.

Le procédé et l'appareil selon l'invention constituent un système donnant des résultats de nature précise et fiable,

représentatifs de la configuration et de la dimension du son-

dage, par utilisation d'une impulsion acoustique commune à la fois pour la détermination de la -vitesse acoustique dans

le courant turbulent de fluide de forage qui n'est pas homo-

gène, dans l'anneau du sondage, ainsi que la distance comprise

entre le raccord 10 et la paroi 20 du sondage. De cette ma-

nière, toutes les mesures de distance utilisent la vitesse

réelle du son dans le fluide dans lequel les mesures de dis-

tance sont effectuées.

On se réfère maintenant à la fiqure 2 qui est une

vue schématique agrandie en plan d'un mode de réalisation d'ou-

til acoustique 10 de diamètrage réalisé selon l'invention.

L'outil 10 comprend un premier et un second émetteur-récepteur

et 42 disposés à l'intérieur des parois latérales du rac-

cord 14. Dans le présent mémoire, l'expression "émetteur-

récepteur acoustique" désigne un émetteur acoustique unique et un récepteur acoustique unique, généralement réalisés sous

forme d'un même dispositif. Les diagrammes 43 et 44 de rayon-

nement de l'énergie acoustique focalisée sont représentés

comme se propageant à partir des émetteurs-récepteurs acousti-

cues 40 et 42, respectivement. Une impulsion acoustique 45 est ainsi repré-

sentée comme se propageant à partir de l'émetteur-récepteur

avec un diagramme 43 de rayonnement. Une impulsion acous-

tique 47 est de même représentée avec une propagation corres-

pondant au diagramme 44 de rayonnement de l'émetteur-récepteur 42. Les impulsions acoustiques 45 et 47 sont dirigées vers les parois latérales du sondage 20 et sont réfléchies vers les émetteurs-récepteurs 40 et 42 au niveau desquels elles sont détectées par le dispositif de réception incorporé à chaque émetteur-récepteur. Le temps de parcours qu'il faut pour que les impulsions acoustiques 45 et 47 soient réfléchies et reviennent vers les émetteurs-récepteurs 40 et 42, respectivement, est une détermination de la distance séparant les émetteurs-

récepteurs de la paroi du sondage. Cependant, l'interpré-

tation des retards acoustiques correspondant à ce trajet de

propagation nécessite une détermination de la vitesse acous-

tique dans le fluide 26 de forage qui se trouve dans l'anneau 16 délimité dans le sondage 12. Etant donné l'inhomogénéité

propre du diagramme d'écoulement du fluide ainsi que la pré-

sence de gaz et de débris de terre dans le fluide, la vitesse -acoustique dans le fluide varie avec le temps ainsi qu'avec la distance. Ainsi, le temps nécessaire à la propagation et

au retour des impulsions acoustiques 45 et 47 varie aussi.

Par utilisation aussi des mêmes impulsions acoustiques 45 :et 47 pour la détermination à la fois de la distance et de la vitesse acoustique du fluide 26 dans lequel la mesure de distance est effectuée, la détermination de distance est à la fois précise et fiable. En outre, les données produites

pendant l'opération de mesure sont aussi une indication pré-

cise des conditions de la boue de forage à l'emplacement de

la mesure acoustique.

La figure 3 représente un schéma agrandi en élévation latérale de l'outil acoustique 10 de diamètrage réalisé selon

l'invention. Des émetteurs-récepteurs 40 et 42 sont représen-

tés fixés au raccord 14, le long d'un plan azimutal commun.

Un troisième dispositif acoustique 50 est représenté fixé au raccord 14 et est disposé longitudinalement par rapport

à l'émetteur-récepteur 40 à une distance choisie connue d.

Le dispositif acoustique 50 peut être un émetteur-récepteur

ou simplement un second récepteur acoustique destiné à détec-

ter la réception des impulsions acoustiques 45 lancées par

l'émetteur-récepteur 40.

On peut noter sur la figure 3 qu'une impulsion acous-

tique 45 qui se propage à partir de l'émetteur-récepteur 40 parvient sur la paroi latérale 20 du sondage 12 ety est

réfléchie en étant dirigée à la fois vers le premier récep-

teur qui fait partie de l'émetteur-récepteur 40 et vers le

second récepteur 50. Le diagramme 43 de rayonnement de l'im-

pulsion acoustique 45 est ainsi schématiquement représenté avec l'impulsion qui parvient sur la paroi latérale du son- dage 20 en un point 52. L'impulsion 45 est ensuite renvoyée

vers l'émetteur-récepteur 50 sous forme d'une impulsion réflé-

chie 54. Etant donné que la distance comprise entre l'émetteur-

récepteur 40 et le point 52 de réflexion est inférieure à la distance comprise entre le second récepteur 50 et le point 52, l'impulsion 54 arrive la première à l'émetteur-récepteur 40. La différence entre le moment auquel l'impulsion 54 arrive au premier récepteur de l'émetteurrécepteur 40 et le moment

o l'impulsion 54 arrive au second récepteur 50 est représen-

tative de la distance séparant l'émetteur-récepteur 40 du point 52 de la paroi du sondage. Cette distance devient une

fonction géométrique puisque la distance entre l'émetteur-

récepteur 40 et le récepteur 50 est connue.

Comme l'indique toujours la figure 3, la distance

séparant l'émetteur-récepteur 40 du récepteur 50 est un para-

mètre nominal. La distance optimale est évidemment fonction-

des configurations géométriques impliquées par la mesure.

L'utilisation de formulesgéométriquesclassique portant sur les distances et les temps et l'application des équations différentielles permettent une augmentation de la résolution voulue à une valeur maximale. La distance comprise entre le transducteur 40 et le récepteur 50 est ainsi choisie afin qu'elle donne des résolutions qui sont à la fois utiles et

utilisables compte tenu des conditions régnant dans un sondage.

L'invention met en oeuvre un seul émetteur, et un

premier récepteur 40 et un second récepteur 50, disposés lon-

gitudinalement l'un par rapport à l'autre. Il est préférable d'utiliser plusieurs émetteurs-récepteurs 40 et 42 afin que le positionnement non coaxial de l'outil dans le sondage et/ou le fouettement du train de tiges 18, courant au cours d'une

opération de forage, sient compensés. Dans une telle configura-

tion, les deux émetteurs-récepteurs reçoivent simultanément

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des impulsions, bien qu'un seul soit nécessaire à la mesure

de la vitesse acoustique, avec un second récepteur 50. Cepen-

dant, le cas échéant, chacun des émetteurs-récepteurs 40 et 42 peut être couplé à un second récepteur associé 50 qui en est espacé longitudinalement afin qu'il puisse être étalonné et afin que les variations de vitesse acoustique dans le milieu

qui transmet les ondes, dans le fluide du sondages en diffé-.

rentes positions en azimut dans l'anneau du sondage, soient compensées. Cette-configuration tient compte de l'écoulement inhomogène de la boue qui peut provoquer des erreurs sur les mesures de distances. L'utilisation d'une même onde acoustique à la fois pour la mesure de distance et pour la mesure de vitesse acoustique est un avantage important qui peut être

préférable quel que soit l'arrangement des émetteurs-récepteurs.

Lors du fonctionnement, les émetteurs-récepteurs acous-

tiques 40 et 42 sont disposés sur un raccord 14 ou une masse-

tige, avec un récepteur de référence 50-disposé longitudinale-

ment et destiné à la mesure in situ de la vitesse acoustique

dans la boue 26 de forage dans l'anneau 16 du sondage 12.

La mesure in situ à l'aide d'une même impulsion acoustique commune 45 présente une plus grande précision intrinsèquement

que les systèmes pulsés mettant en oeuvre des impulsions sépa-

rées pour la détermination de la vitesse acoustique et pour

* la détermination de la distance dans le sondage. Cette opéra-

tion n'est possible qu'avec une configuration de transducteur adaptée à encaisser les vibrations subies dans les opérations de forage et avec une configuration qui réduit les effets des ondes réfléchies par les débris entraînés dans la boue de forage. Pour cette raison, lesénetteursrécepteurs 40 et 42 distants en azimut et le récepteur de référence 50 disposé longitudinalement sont de préférence placés en retrait dans le raccord 14 afin qu'ils délimitent une paroi externe lisse comme l'indiquent les figures 2 et 3. Les transducteurs peuvent

aussi être montés dans la masse-tige à des emplacements conve-

nables afin que les oscillations parasites des ondes acousti-

ques dans la masse-tige soient réduites. Une configuration ayant des transducteurs en forme est représentée afin que21 52

ces réflexions internes soient réduites.

On peut noter, d'après la description qui précède,

que les mesures in situ de diamètrage à l'aide de l'appareil-

lage 10 selon l'invention ne nécessitent que des mesures d'in-

tervalles de temps. De façon générale, des mesures espacées

en azimut peuvent être utilisées pour la formation d'une moyen-

ne donnant le diamètre moyen du sondage 12, avec utilisation d'un seul transducteur 40 avec un récepteur 50. Un arrangement à deux ou trois transducteurs donne évidemment des valeurs de dimension plus précises et plus facilement utilisables pour le sondage 12, lorsque le raccord 14 n'est pas coaxial

au sondage.

Les arrangements à plusieurs transducteurs sont parti-

culièrement intéressants au cours de l'étude acoustique des détails de la construction de la paroi du sondage, l'énergie

acoustique réfléchie par la formation le long des parois laté-

rales du sondage 20 dépendant de l'impédance acoustique et

des caractéristiques superficielles de la formation. La rugosi-

té superficielle et le désaccord d'impédance ainsi que les débris de la formation et les caractéristiques de la surface

de la formation peuvent provoquer une atténuation de l'impul-

sion acoustique, pour une séquence temporelle qui reste cons-

tante. L'atténuation de l'impulsion acoustique qui est ainsi provoquée représente le pouvoir réflecteur de la surface qui renvoie l'impulsion. L'utilisation d'un capteur d'angle ou de position azimutale 60 comme représenté schématiquement sur la figure 2 permet un affinement des données portant sur le pouvoir de réflexion et la définition d'une période de données obtenuesen rotation permettant une analyse. Les données collectées pendant une seconde période de rotation peuvent être recueillies et conservées dans une mémoire d'un ensemble à microprocesseur (non représenté) afin qu'elles soient traitées ultérieurement. De cette manière,un jeu de données du sondage

peut être traité pendant qu'un second jeu de données est pré-

levé au cours d'un autre cycle de rotation.

Ainsi, un arrangement d'émetteurs-récepteurs, pouvant donner une résolution élevée, assure l'obtention non seulement d'une image nette de la configuration du sondage mais aussi d'autres.paramètres. Etant donné la rotation du train de tiges 18, des données répétées sont produiteset représentent les changements du sondage, mais elles permettent aussi le contrôle de paramètres de l'écoulement de la boue de forage 26 qui s'écoule dans l'anneau 16. Par exemple, la présence de gaz et de débris de terre dans le fluide 26 de forage a des effets

évidents sur le pouvoir réflecteur du fluide, ces effets pou-

vant être déterminés à l'aide d'un système convenable de filtra-

tion. De la même manière, la rugosité du sondage peut être déterminée par mesure du degré de réflexion-pendant qu'une

mesure de vitesse est réalisée in situ.

Le procédé et l'appareil selon l'invention donnent aussi des résultats en cours de forage concernant les propriétés réelles de la formation dans le sondage, en plus des données indiquées précédemment. L'utilisation de fréquences relativement élevées (1 à 3 MHz) pour les impulsions acoustiques permet à un opérateur de filtrer les bruits mécaniques à fréquence relativement faible, présents en générai dans une opération de forage. La commande de l'arrangement par des impulsions

à différentes fréquences donne aussi des résultats supplémen-

taires et permet un filtrage. Par exemple, l'utilisation de différenteslargeurs d'impulsions et différentes fréquences d'impulsions peut donner des informations sur la rugosité de la surface car les impulsions réfléchies dépendent de la taille des particules donnant la rugosité par rapport à la longueur d'onde et en conséquence l'utilisation de différentes

fréquences donne des données précises.

Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments

constitutifs sans pour autant sortir de son cadre.

Claims

REVENDICATIONS

1. Appareil de mesure du pouvoir réflecteur des parois latérales d'un sondage, par émission d'une série d'impulsions acoustiques et réception de l'énergie acoustique réfléchie par les parois du sondage, d'une manière synchronisée sur l'émission des impulsions, ledit appareil étant caractérisé en ce qu'il comprend: un boîtier (14) destiné à être fixé dans un train de tiges (18) afin qu'il exécute ladite mesure simultanément à l'opération de forage,

un premier émetteur-récepteur (40) d'impulsions acous-

tiques, placé dans le boîtier et destiné à créer et à recevoir une impulsion acoustique qui se propage vers la paroi latérale du sondage et qui en revient, un dispositif (50) placé à une distance connue du premier émetteur-récepteur (40) longitudinalement le long du boîtier et destiné à recevoir l'impulsion acoustique créée par l'émetteur-récepteur et réfléchie par la paroi latérale du sondage, un dispositif de comparaison destiné à déterminer

la différence de temps comprise entre la réception de l'impul-

sion acoustique pour le premier émetteur-récepteur et ledit récepteur, et un dispositif de calcul de la distance comprise entre

le premier récepteur et la paroi du sondage d'après la diffé-

rence de temps de parcours et la distance connue.

2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le boîtier (14) contient un inclinomètre disposé à l'intérieur du boîtier afin qu'il fournisse des données

relatives à l'orientation du sondage.

3. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un second émetteur-récepteur acoustique (42) placé dans le bottier et distant de celui-ci en azimut afin qu'il crée et reçoive une impulsion acoustique, simultanément au fonctionnement du premier émetteur-récepteur (40).

4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé

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en ce ou'i] coprend en outre un dJspositif de camrnde destJné à ex-

citer les émetteurs-récepteurs (40, 42) suivant une séquence

répétitive prédéterminée.

5. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un dispositif destiné à créer les impulsions acoustiques à des fréquences choisies et avec des largeurs d'impulsions choisies afin que les résultats relatifs à une zone commune du sondage soient obtenus avec

de l'énergie acoustique ayant des caractéristiques différentes.

6. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que plusieurs émetteurs-récepteurs acoustiques (40, 42) sont montés dans le bottier (14) en étant séparés en azimut, et plusieurs récepteurs associés (50) sont espacés longitudinalement des émetteurs-récepteurs afin qu'ils donnent simultanément des données relatives au temps de parcours d'une

impulsion acoustique créée et reçue par chaque émetteur-récep-

teur par rapport à la réception de l'impulsion réfléchie par

chaque récepteur associé qui en est espacé longitudinalement.

7. Procédé de mesure d'une distance dans un sondage par propagation d'énergie acoustique à partir d'un dispositif de mesure logé dans un train de tiges suspendu dans le sondage, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend: la disposition d'un premier émetteur (40) d'impulsions acoustiques, dans le bottier (14),

la disposition d'un premier récepteur (42) d'impul-

sions acoustiques, près du premier émetteur à l'intérieur du bottier, la disposition d'un second récepteur (50) d'impulsions acoustiques dans le boîtier, le second récepteur étant placé à une distance connue du premier, la création-d'une impulsion acoustique avec le premier émetteur et la propagation de cette impulsion vers l'extérieur à partir de cet émetteur, la réflexion de l'impulsion acoustique par la paroi latérale du sondage, la réception d'une première partie de l'impulsion acoustique avec le premier récepteur d'impulsions acoustiques,

la réception d'une seconde partie de l'impulsion acous-

tique avec le second récepteur qui est distant longitudinalement, la mesure de l'intervalle de temps nécessaire à la propagation de l'impulsion entre l'émetteur, la paroi du sondage et le premier récepteur, et entre l'émetteur, la paroi du sondage et le second récepteur, et la détermination de distances, à l'intérieur du sondage, le long du trajet acoustique, en fonction des intervalles de temps mesurés et de la distance connue comprise entre le

premier récepteur et le second récepteur.

8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend aussi la disposition d'un inclinomètre dans

le bottier afin qu'il forme des données relatives à l'orienta-

tion du sondage.

9. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend aussi la disposition d'un second émetteur (42) d'impulsion et d'un récepteur adjacent dans le boîtier,

espacé en azimut par rapport au premier émetteur et au récep-

teur adjacent, et destiné à créer et à recevoir des impulsions acoustiques, simultanément avec le fonctionnement du premier

émetteur et du premier récepteur.

10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'utilisation d'un dispositif de commande des paires comprenant un émetteur et un récepteur

adjacent, suivant une séquence répétitive prédéterminée.

11. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend en outre la production des impulsions acoustiques à des fréquences choisies et avec des largeurs d'impulsions choisies, et l'obtention de données relatives à une région commune du sondage avec de l'énergie acoustique

ayant des caractéristiques différentes.

12. Procédé selon la revendication 7, caractérisé

en ce qu'il comprend le montage de plusieurs émetteurs-récep-

teurs acoustiques (40, 42) dans le bottier (14) avec une con-

figuration telle qu'ils sont distants en azimut, le montage de plusieurs récepteurs (50) disposés longitudinalement à distance des émetteursrécepteurs, et la création simultanée de données relatives au temps de parcours d'une impulsion acoustique créée par l'émetteur-récepteur par rapport à la réception de l'impulsion réfléchie par l'émetteur-récepteur

et par le récepteur qui en est espacé longitudinalement.

13. Procédé de mesure de la configuration géométrique d'un sondage par réflexion d'impulsions acoustiques par la paroi latérale du sondage et par mesure du temps de vol des

impulsions, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il com-

prend: la disposition d'un bottier destiné à être fixé à un train de tiges afin qu'il soit placé dans le sondage et permette une mesure au cours d'une opération de forage, la disposition d'un premier émetteur- récepteur (40) d'impulsions acoustiques dans le bottier afin qu'il crée et recoive des impulsions acoustiques,

la disposition d'un récepteur (50) d'impulsions acous-

tiques dans le bottier, à une distance connue, longitudinale-

ment, de l'émetteur-récepteur acoustique, et destiné à détec-

ter la réflexion de l'onde acoustique émise par l'émetteur-

récepteur, la création d'une impulsion acoustique à l'aide de l'émetteurrécepteur et la propagation de l'impulsion vers l'extérieur de celui-ci, la réflexion de l'impulsion acoustique par la paroi latérale du sondage,

la réception de l'impulsion acoustique par l'émetteur-

récepteur et l'enregistrement de son temps de vol, la réception de l'impulsion acoustique réfléchie par le récepteur acoustique et l'enregistrement de son temps de vol, et

la détermination de la distance parcourue par l'impul-

sion de l'émetteur-récepteur en fonction des temps de vol

enregistrés et de la distance connue comprise entre l'émetteur-

récepteur et le récepteur.

14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé

en ce qu'il comprend en outre la disposition d'un second émet-

teur-récepteur décalé du premier émetteur-récepteur en azimut

afin qu'une impulsion acoustique puisse être créée simulta-

nément par les émetteurs-récepteurs.