FR2475111A1

FR2475111A1 - Systemes et procedes de mesure de trous de sondage en cours de forage

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Publication number: FR2475111A1
Application number: FR8018197A
Authority: FR
Original assignee: SCHERBATSKOY SERGE
Current assignee: SCHERBATSKOY SERGE
Priority date: 1979-08-21
Filing date: 1980-08-20
Publication date: 1981-08-07
Also published as: GB2066989B; NL8004599A; BR8005132A; DE3031599A1; NO162687C; AU6112080A; NO162687B; AU544112B2; MX150151A; FR2475111B1; NO802466L; AU4616985A; CA1177948A; DE3031599C2; GB2066989A

Abstract

L'INVENTION CONCERNE DES SYSTEMES ET DES PROCEDES DE MESURE DE TROUS DE SONDAGE EN COURS DE FORAGE. DANS UNE TOUR DE FORAGE DE PUITS DE PETROLE 20, ENTRE LE TREPAN 33 ET LE COLLIER DE FORAGE 26, ENTRE LE TREPAN 33 ET LE COLLIER DE FORAGE 26, EST PREVU UN TRANSMETTEUR SPECIAL DE TELEMESURE 50 RENFERMANT UN CLAPET 40, UN ASSEMBLAGE DE TRAITEMENT ELECTRONIQUE 96 ET DES CAPTEURS 101 COMMANDANT CE CLAPET 40. L'ASSEMBLAGE 96 EMET DES IMPULSIONS ELECTRIQUES CODEES REPRESENTANT UN PARAMETRE DEVANT ETRE MESURE PAR UN CAPTEUR 101, TANDIS QUE DES OUVERTURES ET DES FERMETURES DE CLAPET 40 SONT PRODUITES EN CREANT DES IMPULSIONS DE PRESSION DANS LA COLONNE MONTANTE 24. L'INVENTION EST UTILISEE POUR FOURNIR, A LA SURFACE DU SOL, DES INDICATIONS RELATIVES AU FOND D'UN TROU DE FORAGE DE PUITS DE PETROLE.

Description

24 7511 1

La présente invention concerne, d'une manière générale, des mesures pratiquées en cours de

forage d'un trou de sondage dans le sol et elle con-

cerne plus particulièrement des systèmes, des appa-

reils et des procédés dans lesquels on utilise des ondes de choc hydrauliques dans la colonne de boue de forage afin de transmettre, à la surface du sol, des signaux représentant un ou plusieurs paramètres du fond du trou. L'invention concerne également des

systèmes et des procédés en vue de détecter ces si-

gnaux en présence de bruits parasites.

La présente invention concerne des sys-

tèmes en vue de transmettre, à la surface du sol, des données du fond du trou d'un puits au cours du

forage de ce dernier.

Depuis longtemps, il a été admis, dans l'industrie pétrolière, que l'obtention de données relatives au fond d'un trou au cours du forage d'un

puits pourrait fournir des informations intéressan-

tes à l'opérateur chargé du forage. Des informa-

tions telles que le poids réel exercé sur le trépan, l'inclinaison et la portée du trou de sondage, la face de l'outil, la pression du fluide, de même que

la température régnant au fond du trou et la radio-

activité des substances qui entourent ou que ren-

contre le trépan, seraient toutes exprimées par des quantités intéressantes pour l'opérateur chargé du forage. Un certain nombre de propositions ont été

émises dans la technique antérieure en vue de mesu-

rer ces quantités en cours de forage, pour les trans-

mettre ensuite à la surface du sol. Dans la techni-

que antérieure, différents systèmes de transmission ont été proposés à cet effet. A cet égard, on se référera, par exemple, aux brevets des Etats-Unis d'Amérique n0 2.787.795 accordé au nom de J.J. Arps, 2.887.298 accordé au nom de H.D. Hampton, 4.078.620 accordé aux noms de J.H. Westlake et al., 4.001.773 accordé aux noms de A.E. Lamel et al., 3.964. 556 accordé aux noms de Marvin Gearhart et al., 3.983.948 accordé au nom de J.D. Jeter et 3.791.043 accordé au nom de M.K. Russell. Tous les brevets énumérés ci-

dessus sont mentionnés ici à titre de référence.

Du point de vue pratique, la plus pro-

metteuse de ces propositions antérieures est proba-

blement celle consistant à émettre des signaux par

des impulsions de pression dans le fluide de forage.

Différents procédés ont été suggérés dans la techni-

que antérieure en vue de produire ces pulsations de boue soit par un étranglement contrôlé du circuit de boue au moyen d'un clapet réducteur de débit judicieusement installé dans le courant principal de boue, soit au moyen d'un clapet de dérivation intercalé entre l'intérieur du train de tiges de forage (côté haute pression) et l'espace annulaire entourant ce train de tiges (côté basse pression), Dans la technique antérieure, il a été suggéré de produire ces impulsions de pression de boue au moyen de clapets ayant pour but de réduire le flux de boue à l'intérieur du train de tiges ou de dériver une certaine partie de ce flux vers la

zone de basse pression située dans l'espace annu-

laire entourant le train de tiges. Ces clapets

fonctionnent nécessairement lentement car, lors-

qu'ils sont utilisés à l'intérieur du train de

tiges, ils doivent contrôler des volumes très im-

portants de boue et, lorsqu'ils sont utilisés pour contrôler une dérivation, en raison des différences de pression très élevées, ces clapets sont également actionnés lentement par un moteur. Par exemple, en réponse à une mesure pratiquée en dessous de la

surface du sol, un clapet à moteur de ce type in-

tercalé entre l'intérieur du train de tiges et l'espace annulaire a pour effet de produire des réductions et des élévations lentes de la pression

de la boue. Ces réductions et élévations de pres-

sion sont ensuite détectées à la surface du sol.

Afin de mieux comprendre le fonction- nement d'un clapet à moteur agissant lentement du type suggéré selon la technique antérieure, on se référera à la figure lA qui montre l'ouverture et la fermeture d'un clapet de ce type en fonction du temps. En se référant plus spécifiquement à cette figure lA, le temps, t, est porté en abscisse, tandis que le degré d'ouverture du clapet, R, est

porté en ordonnée.

R = S(t) (1) SO o SO indique la surface totale de l'ouverture et S(t) indique la surface qui est ouverte au moment t au cours du processus d'ouverture ou de fermeture du clapet. Dès lors, lorsque R = O, le clapet est fermé et lorsque R = 1, le clapet est complètement

ouvert. Les moments intervenant dans le fonction-

nement du clapet sont les suivants:

a(v) = OA1 est le moment auquel le clàpet com-

ta mence à s'ouvrir; t(V) = OB1 est le moment auquel le clapet est

complètement ouvert; -

t(v) = OC1 est le moment auquel le clapet c commence à se fermer; t(v) = OD1 est le moment auquel le clapet est

complètement fermé.

Laps de temps: T(v) = t(v) v)- tv) = t tv) (2) a b a d c

Ta(V) sera appelé "temps d'ouverture ou de fer-

a meture du clapet". Laps de temps: T(v) = t(v) - t(v) (3) b c b TbV) sera appelé "temps de débit ouvert". Dès lors, la période totale de fonctionnement du clapet est: T(V) = 2T(V) + T(v) (4) t a *b Dans les essais décrits ci-dessus, on avait T(v) = 1 seconde, Tb(V) = 2 secondes et, par a conséquent, le temps total de fonctionnement du clapet était Tt(V) = 4 secondes. Ces ouvertures et t fermetures relativement lentes du clapet- donnaient

lieu à des réductions et des élévations d'une len-

teur correspondante dans la pression de la boue à

la surface du sol (voir figure lB).

On peut constater que la pression de la boue diminuait de sa valeur normale qui était, par exemple, de 70 kg/cm2 (lorsque le clapet était fermé), à sa valeur minimale de 52,5 kg/cm2 (lorsque le clapet était ouvert). Les moments intervenant dans les variations de pression ainsi observées étaient les suivants: t(s) = OE1 est le moment auquel la pression de tla la boue commence à diminuer à partir de sa valeur normale de 70- kg/cm2; t() = OF1. est le moment auquel la pression de la boue atteint sa valeur minimale à 52,5 kg/cm2, valeur à laquelle elle est maintenue jusqu'au moment t(S) = OG = osest e moent- en ticS (s) = OG1 est le moment auquel la pression de la boue commence à s'élever; t(s) = OH1 est le moment auquel la pression de la boue atteint sa valeur normale de

70 kg/cm2.

Dès lors, la pression diminuait au cours du laps de temps T(S) = t(s) t(S), puis temps T1 = tlb la, puis elle restait constante au cours du laps de temps Ts) = tSc) - t) et ensuite, elle s'élevait de sa valeur réduite à sa valeur normale au cours du lasdt sT =(s) - t(S) Dès lors, le laps de temps 3 - - Dès lors, le 3 Id le

laps de temps total au cours duquel la boue s'écou-

lait à travers le clapet de dérivation suite à un seul fonctionnement du clapet principal, était: Tt(S) = T(S) + T2(S) + TS)) En figure 1A, on a désigné des quan- tités (par exemple, t(v) tb(V) t(v) t(v) T(V) T(v) T (y) a ' c, d '' a a TbV) et TtV)) avec l'exposant "lv" pour indiquer que ces quantités concernent le fonctionnement du

clapet situé en dessous de la surface du sol.

D'autre part, en figure lB, les quantités (s) (s) (s) (s) (s) (s) (s) (s) la t1b, t letl T1 T T3 et Tt sont lb ' lc ' ld ' 1 ' 2 ' 3 t désignées par l'exposant "s" pour indiquer que ces quantités concernent les mesures pratiquées à la

surface du sol. Cette distinction entre les quan-

tités portant l'exposant "v" et celles portant l'exposant "s" est essentielle afin de comprendre

parfaitement certaines des nouvelles caractéristi-

ques de la présente invention. A cet égard, il est essentiel d'établir une distinction entre la cause

et l'effet ou, en d'autres mots, entre les phéno-

mènes se produisant au fond du trou à proximité du clapet et ceux survenant au détecteur installé en surface. Une caractéristique essentielle du système proposé antérieurement est basée sur les relations suivantes:

T(S) = T(V) (6)

i a

- T2) = T(V) (7)

2 b T3S) = T(v) (8) 3 a

Ces relations démontrent que la pé-

riode de réduction ou d'élévation de la pression à la surface du sol était la même que la période correspondante d'ouverture et de fermeture du clapet, tandis que la période au cours de laquelle

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la pression était pratiquement constante (à une

valeur réduite) était la même que la période pen-

dant laquelle le clapet était complètement ouvert.

En d'autres mots, la réduction et l'élévation ulté-

rieure de la pression de la boue à la surface du

sol étaient en correspondance exacte avec l'ouver-

ture et la fermeture du clapet. Dans la présente spécification, il sera stipulé que cette condition, exprimée par les relations (6), (7) et (8), est en relation avec un "régime de variations lentes de pression". Tel qu'il est suggéré dans la technique

antérieure, le régime de variations lentes de pres-

sion n'est pas approprié pour pratiquer une télé-

mesure au cours d'opérations de forage, en particu-

lier, lorsqu'on doit mesurer plusieurs paramètres

au fond d'un trou. Au moment o un premier para-

mètre a été mesuré, codé, transmis à la surface, puis décodé, le trou de forage du puits peut s'être approfondi et le deuxième paramètre risque de ne plus être disponible pour la mesure. Des laps de

temps relativement longs sont nécessaires pour con-

vertir les données mesurées sous une forme appro-

priée pour la détection et l'enregistrement. Tout le processus de consignation est fastidieux et de

longue haleine. De plus, des difficultés supplé-

mentaires résultent de différents effets parasites tels que les pulsations dues à la pompe à boue et aux bruits associés aux diverses opérations de

forage. On pense qu'un clapet à moteur fonction-

nant lentement tel que celui suggéré dans la tech-

nique antérieure n'est pas en mesure de répondre

aux conditions habituelles imposées dans l'indus-

trie.

Certains objets de la présente inven-

tion sont réalisés en utilisant des ondes de choc

hydrauliques en vue d'effectuer la télémesure d'in-

formations de consignation en cours de forage. Ces

ondes de choc sont produites par un clapet de déri-

vation agissant très rapidement (presque instantané-

ment pour toutes les applications pratiques), ce clapet étant intercalé entre l'intérieur du train de

tiges et l'espace annulaire entourant ce dernier.

Lorsque ce clapet de dérivation s'ouvre brusquement,

la pression régnant au voisinage immédiat de ce cla-

pet tombe et revient presque instantanément à sa

valeur normale en émettant une nette impulsion néga-

tive tandis que, en revanche, lorsque le clapet de dérivation se ferme brusquement, une nette impulsion

positive est émise. Il est fait appel à l'élastici-

té de la colonne de boue pour faciliter la formation

et la transmission de ces ondes de choc. Ce phéno-

mène est analogue à l'eft bien connu de coup de bélier que l'on a rencontré antérieurement dans les systèmes de transmission hydrauliques. (Voir, par exemple, John Parmakian, l"Water Hammer Analysisl", Prentice Hall, Inc., New York, N.Y., E.U.A. 1955 ou V. L. Streeter et E.B. Wylie, "Hydraulic Transients"

"McGraw-Hill Book Co.", New York, N.Y., E.U.A).

Des caractéristiques importantes de la présente invention, par exemple, la formation et la

détection d'ondes de choc hydrauliques, sont re-

présentées schématiquement dans les figures 2A et 2B. Le graphique de la figure 2A représente les ouvertures et les fermetures d'un clapet à action rapide produisant des ondes de choc, tandis que le graphique de la figure 2B représente les variations

de pression détectées à la surface du sol et résul-

tant du fonctionnement du clapet comme représenté en figure 2A. Les symboles tels que A1, B1, C1, D1, +V) (v) V)_(v) _(v) _V l(V) t t t t 1 tV) tv),t v), t Tv) Tav), Tv) et T) de la figure 2A ont une signification analogue à celle

des symboles correspondants de la figure lA. - Toute-

fois, les échelles de temps des figures lA, 1B, 2A et 2B ont été considérablement déformées afin de

faciliter la description et de rendre l'exposé plus

'clair. En examinant la figure 2A, il convient tout d'abord de noter que les temps d'ouverture et de fermeture du clapet suivant la présente invention sont plus courts de plusieurs ordres de grandeur que les temps correspondants obtenus au moyen du clapet à moteur décrit en se référant à la figure lA. Dans le système suggéré antérieurement (figure lA), on

avait T(v) = i seconde, tandis que, suivant la pré-

sente invention (figure 2A), on a T(v) = 5 milli-

*a l5 secondes. Il en est de même en ce qui concerne le

laps de temps au cours duquel un clapet reste ouvert.

Dans le système suggéré antérieurement (figure-lA), on avait T(v) = 2 secondes tandis que, en figure 2A, on a T(v) = 100 millisecondes. Dès lors, pour toutes les applications pratiques, on peut considérer que les ouvertures et les fermetures du clapet représenté

en figure 2A sont instantanées ou presque instanta-

nées.

Des ouvertures et des fermetures rapi-

des ou presque instantanées du clapet ont une in-

- fluence importante et de longue portée sur le rende-

ment d'un système de télémesure utilisé pour prati-

quer des mesures au cours d'une opération de forage.

Les variations de pression détectées à la surface

du sol conformément à la présente invention (figu-

re 2B) n'ont absolument aucune similitude avec les

variations de pression obtenues au moyen d'un cla-

pet à action lente (figure lB). Antérieurement, on a souligné l'existence des équations (6), (7) et (8) qui montrent les relations existant entre les cas

illustrés en figure lA et ceux illustrés en figure lB.

Des relations analogues n'existent pas entre les cas

illustrés dans les figures 2A et 2B.

Comme représenté dans les figures 1A et 1B, l'ouverture du clapet provoquait une réduction correspondante de la pression de la boue à la surface du sol et, en revanche, la fermeture de ce clapet donnait lieu à une élévation correspondante de la pression. Afin de mettre la situation bien en

relief, on répétera que, suivant la technique anté-

rieure, l'ouverture du clapet produisait un seul phénomène, notamment une réduction de la pression, tandis que la fermeture ultérieure du clapet donnait

lieu à un autre phénomène unique, à savoir une éléva-

tion de la pression. D'autre part, suivant la pré-

sente invention, l'ouverture rapide du clapet (comme

représenté en figure 2A) donne lieu à deux phénomè-

nes, à savoir: une réduction rapide et une éléva-

tion ultérieure de la pression (impulsion négative

1WI comme représenté en figure 2B) et ceci, contrai-

rement au cas représenté dans les figures lA et lB dans lesquelles une ouverture et une fermeture ultérieure du clapet sont nécessaires pour produire

une réduction et une élévation ultérieure de la pres-

sion. De plus, la fermeture rapide du clapet (comme repré-

senté en figure 2A) donne lieu à une élévation et à une réduction ultérieure de la pression de la boue (impulsion positive "N"' comme représenté en figure 2B). Cette élévation et cette réduction ultérieure de pression ne se produisent pas dans les systèmes suggérés selon la technique antérieure. Suivant la

présente invention, deux ondes de choc sont pro-

duites par un seul fonctionnement du clapet. Une forme d'onde telle que celle représentée en figure 2B, qui comprend à la fois une impulsion négative et une impulsion positive, sera appelée ci-après

"onde de clapet". Les impulsions de pression asso-

ciées à une onde de clapet oht une vitesse de départ de plusieurs centaines de kg par cm2 par seconde et

elles sont de courte durée.

Il est intéressant de souligner la rapi- dité des phénomènes associés aux ondes de clapet observées. Les moments intervenant en figure 2B sont les suivants:

t(s) = OK est le moment d'apparition de l'impul-

sion négative tWl;

t(s) = OL est le moment auquel l'impulsion néga-

tive M"I s'affaiblit;

t(s) = OM est le moment d'apparition de l'impul-

sion positive "N"t;

t4(s) =ON est le moment auquel l'impulsion posi-

tive "N" s'affaiblit.

Le laps de temps T(s) représentant la n

"longueur" de l'impulsion négative "P' (ou de lim-

pulsion positive "N") est de 100 millisecondes, tandis que le laps de temps T(S) s'écoulant entre m

l'apparition de l'impulsion négative "M' et l'appa-

rition de l'impulsion positive "N'" est de 110 milli-

secondes. Dès lors, en figure 2B, c'est-à-dire dans laquelle on a: T (s) = T (s) + T (s) (9) u n m

la période totale d'écoulement est de 210 millise-

condes tandis que, en figure lB (voir équation 5), la période totale d'écoulement était de T(S) = 4 t secondes. Les graphiques des figures 1A, 1B, 2A et 2B ont été simplifiés et idéalisés en éliminant les séries d'ondes et autres effets étrangers. Il est également à noter (voir figure 2B) que le clapet de dérivation est au moins partiellement ouvert au cours du laps de temps s'écoulant entre les moments tis) et t(s) Au cours de ce laps de temps, il se 24 75 1 t 1

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produit une diminution lente de pression qui est éliminée au point de détection au moyen d'un filtre approprié. Cette diminution de pression n'est pas

représentée dans le graphique de la figure 2B.

Il convient également de souligner que les valeurs numériques reprises dans les figures 2A

et 2B sont données simplement à titre d'exemple.

Il est entendu que ces valeurs ne limitent nulle-

ment l'invention à un exemple particulier.

Il sera stipulé que le procédé expliqué en se référant aux figures 2A et 2B est en relation

avec un "régime d'ondes de choc hydrauliques".

Dès lors, une distinction est établie entre le régime d'ondes de choc hydrauliques représenté dans les figures 2A et 2B, et le régime de variations lentes

de pression représenté dans les figures lA et MB.

En prévoyant un régime d'ondes de choc hydrauliques, on a obtenu un système de télémesure

au moyen duquel un grand nombre d'informations peu-

vent être transmises par unité de temps. Ce système est beaucoup mieux conçu pour répondre aux conditions habituelles imposées dans l'industrie que celui basé

sur le régime de variations lentes de pression.

Le clapet suivant la présente invention est actionné par la sortie d'un ou de plusieurs capteurs détectant un ou plusieurs paramètres du fond d'un trou pratiqué dans le sol, à proximité du trépan. Une seule mesure de chaque paramètre

est représentée par une succession d'ondes de clapet.

Chaque onde de clapet correspond à une seule ouver-

ture et à une seule fermeture du clapet.

Lorsqu'elles sont détectées en surface,

ces différentes ondes de clapet successives (repré-

sentant le signal utile) sont habituellement asso-

ciées à différents signaux parasites tels que ceux produits par le fonctionnement de la pompe et par

d'autres opérations de forage. Dans un système spé-

cifique de forage, on utilise une grande pompe ins-

tallée en surface afin de faire descendre la boue dans la tige de forage et à travers le trépan, pour la ramener ensuite à la surface via l'espace annu- laire formé entre le train de tiges et le trou du puits. Suivant la présente invention, les effets

gênants dus à la pompe sont éliminés par un proces-

sus dans lequel il est tenu compte de la périodicité-

de ces effets. D'autres effets associés aux opéra-

tions de forage apparaissent habituellement sous forme d'un signal de bruit comportant un spectre de fréquencesrelativement large. Dans certains cas, ce signal de bruit est un bruit blanc tandis que, dans d'autres cas, il s'écarte considérablement d'un bruit blanc. Afin d'éliminer ce signal de bruit, on emploie un système de filtrage numérique

qui peut être un filtre adapté, un filtre conforma-

teur d'impulsions ou un.filtre formateur de pointes.

Le filtre adapté porte, à son maximum, le rapport

signal/bruit au point de réception; un filtre con-

formateur d'impulsions réduit,au minimum, la-diffé-

rence effective entre une sortie désirée-et la sor-

tie réelle, tandis qu'un filtre formateur de poin-.

tes-transforme le signal utile en le contractant en un signal suffisamment aigu pour qu'il puisse être distingué d'un bruit de fond. On adopte une technique spéciale pour adapter-ces filtres aux

objectifs de la présente invention. Une technique-

de ce type exige une mémorisation et une reproduc-

tion ultérieure de deux signaux de référence. Le premier signal de référence est une onde de clapet produite par l'ouverture et la fermeture du clapet, tandis que le second signal de référence représente un bruit dû aux opérations de forage. On réalise la détection et la mémorisation du premier signal de référence en supprimant le poids exercé sur le

trépan et en arrêtant le forage réel (mais en main-

tenant le fonctionnement normal des pompes à boue).

Dès lors, on obtient un signal qui est exempt des bruits ambiants. La détection et la mémorisation du second signal de référence sont réalisées à mesure que le forage progresse au cours d'un laps de temps pendant lequel le dapet est fermé. Un système de calcul numérique approprié est prévu pour recevoir les données représentant un ou les deux signaux de référence, ce système extrayant, de ces données, une fonction de mémorisation pour le filtre adapté, le

filtre conformateur d'impulsions ou le filtre for-

mateur de pointes.

Un aspect de la présente invention concerne des perfectionnements dans lesquels on fait intervenir le fonctionnement bistable de l'assemblage de clapet 40 de l'instrument spécial de télémesure

50. Un autre aspect de la présente invention con-

cerne l'installation d'un système mécanique spécial

fonctionnant hydrauliquement et assurant périodique-

ment le déplacement positif du clapet 40 vers sa

position de fermeture. En outre, on prévoit un sys-

tème électrique qui empêche le fonctionnement du clapet 40 en cas de panne électrique survenant dans

l'appareil installé au fond du trou de forage.

D'autres aspects de la présente inven-

tion concernent des perfectionnements dans lesquels on fait intervenir la source d'alimentation 95 et la

source motrice 104 de l'instrument spécial de télé-

mesure 50. Ces perfectionnements servent à accroî-

tre considérablement le nombre de fonctionnements satisfaisants du clapet que l'on peut réaliser sans devoir recharger ou remplacer la batterie installée

au fond du trou de forage.

Un autre aspect de la présente invention concerne des perfectionnements aux codes d'impulsions

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dans le temps selon lesquels seules de courtes impul-

sions d'une durée pratiquement constante sont trans-

mises, tandis que les laps de temps s'écoulant entre des impulsions successives constituent les mesures de l'amplitude du paramètre en cause. En outre, on décrit un système en vue d'améliorer l'exactitude et la précision dans la transmission et la détection des

impulsions de pression de boue émises par l'équipe-

* ment prévu au fond du trou de forage, ce système impliquant la formation (par l'équipement prévu au fond du trou) et la transmission d'un groupe d'au moins trois impulsions de pression de boue espacées de manière inégale pour chaque impulsion individuelle

transmettant une information, de même que 1 T installa-

tion d'un équipement approprié en-surface en vue de détecter et de traduire les groupes dlimpulsions transmises. Les nouvelles caractéristiques de la

présente invention seront décrites plus particuliè-

rement ci-après. La réalisation et la mise en oeuvre

de l'invention, ainsi que d'autres objets et avanta-

ges de celle-ci seront mieux compris à la lecture

de la description ci-après de certains exemples

donnés à titre d'illustration en se référant aux dessins annexés dans lesquels les figures IA, lB, 2A et 2B sont des

graphiques se rapportant en partie à la description

de la technique antérieure et au domaine de la pré-

sente invention; ces figures, ainsi que les autres

se rapportent également au sommaire de l'invention,

ainsi qu'à la description des formes de réalisation

préférées;

la figure IA représente schématique-

ment le fonctionnement d'un clapet à action lente du type suggéré dans la technique antérieure; la figure lB représente schématiquement les variations

de pression détectées à la surface du sol et résul-

tant du fonctionnement du clapet représenté en fi-

gure 1A; les figures lA et 1B décrivent un état appelé ci-après "régime de variations lentes de pression"; la figure 2A représente schématiquement

le fonctionnement d'un clapet à action rapide sui-

vant la présente invention; la figure 2B représente schématiquement les variations de pression détectées à la surface du

sol et résultant du fonctionnement du clapet repré-

senté en figure 2A; les figures 2A et 2B décrivent un état appelé ciaprès "régime d'ondes de choc hydrauliques"; la figure 3 représente schématiquement et de manière générale un système de forage de puits équipé en vue d'effectuer simultanément un forage et des mesures conformément à certains aspects de la présente invention; la figure 4A représente schématiquement une partie de l'équipement en sous-sol comportant un instrument spécial de télémesure suivant la présente invention; la figure 4B représente schématiquement une partie de l'équipement illustré en figure 4A; la figure 5A représente schématiquement

et de manière plus détaillée l'assemblage de trai-

tement électronique repris dans le rectangle en pointillés de la figure 4A; la figure 5B représente schématiquement une source d'alimentation comportant un système de charge et de décharge de condensateurs en vue de fournir la puissance et l'énergie requises pour

actionner le clapet de l'instrument spécial de télé-

mesure;

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la figure 5C représente schématiquement le circuit électronique pouvant être utilisé pour assurer la coupure automatique de la source motrice du clapet de l'instrument spécial de télémesure, tandis que les figures 5D et 5E sont des graphiques destinés à faciliter l'explication de la coupure

automatique de la source motrice du clapet de signa-

lisation; les figures 6A,-6B et 6C représentent

schématiquement le fonctionnement du système hydrau-

lique de "fermeture automatique" du clapet de signa-

lisation; la figure 6D est un dessin technique du système représenté dansles figures 6A, 6B et 6C; la figure 6E représente schématiquement

un système électronique à "sécurité intégrée" appli-

cable au clapet de signalisation; la figure 7A représente schématiquement la structure du logement et du "protecteur -t' pour l'instrument spécial de télémesure; la figure 7B représente schématiquement la forme de la section transversale des éléments de centrage qui peuvent être utilisés avec la structure' illustrée en figure 7A; la figure 7C représente schématiquement

des éléments spéciaux d'assemblage pouvant être uti-

lisés pour raccorder les sous-sections de la partie de logement 250b de la figure 7A; les figures 8A à 8E sont des graphiques représentant les variations de pression mesurées à la surface du sol et correspondant à différentes valeurs de Tav) ( tem s d'ouverture ou de fermeture d'un clapet) et de Tbv) (temps de débit ouvert), les graphiques de ces figures montrent les résultats de certains essais qui ont été effectués par le Demandeur afin d'obtenir les conditions optimales pour un régime d'ondes de choc hydrauliques; plus spécifiquement, les figures 8A à 8E peuvent être décrites comme suit:

la figure 8A correspond à T(V) = 1 se-

conde et TbV) = 2 secondes; la figure millisecondes et T b(v) la figure millisecondes et Tb(v) la figure millisecondes et Tb (v) la figure millisecondes et Tb(v) la figure 8B correspond à Ta vJ = 20( = 1 seconde; 8C correspond à Ta (V) - 60 = 0,5 seconde; 8D correspond à Ta (V) = 20 = 0,25 seconde; 8E correspond à T (v) =5 - a = 10 seconde; 8F est une reproduction ) exacte du signal de pression indiquant une onde de clapet reçue à la surface à partir d'une profondeur de 2.980 m lors du forage réel d'un puits de pétrole

dans la région Est du Texas des Etats-Unis d'Amé-

rique;

la figure 9 est une illustration sché-

matique représentant un équipement spécifique devant

être utilisé au sol conjointement avec un disposi-

tif de signalisation fonctionnant par impulsions de pression émises à partir du fond d'un trou de forage conformément à la présente invention, ce

dispositif comprenant un filtre adapté en vue d'éli-

miner les bruits erratiques lorsque ceux-ci sont des bruits blancs; les figures 1OA à IOG illustrent, par des graphiques, certaines formes d'ondes et certaines impulsions variant en fonction du temps,

ces figures étant données afin de faciliter l'ex-

plication du fonctionnement de l'équipement repré-

senté en figure 9; dans les figures 10A à 1OC, ainsi que dans les figures 1OD à IOG, les axes relatifs au temps sont placés l'un en dessous de l'autre afin que lon puisse comparer ces signaux 24751l' et ces formes d'ondes dans leur relation mutuelle en fonction du temps; plus spécifiquement, les figures IOA à 1OG peuvent être décrites comme suit

la figure IOA comporte trois graphi-

S ques montrant trois composantes d'un signal détecté au sommet d'un trou de forage; ces composantes représentent respectivement un signal portant une

information, un bruit de pompe ou, lorsqu'on uti-

lise plusieurs pompes en tandem, le bruit provenant du groupe de pompes et les bruits erratiques; la figure lOB comporte trois graphiques

représentant.respectivement le signal retardé por-

teur d'information, le bruit de pompe retardé et le bruit -erratique retardé; le retard est de Tp représentant la période de fonctionnement de la pompe (lorsqu'on utilise plusieurs pompes, quoique non sinusoïdales, les variations de pression sont toujours périodiques, étant donné que les pompes en tandem sont maintenues relativement proches de l'état "en phase"); la figure 1OC comporte deux graphiques

montrant respectivement les différences des graphi-

ques correspondants des figures 1OA et lOB; un de

ces graphiques représente le bruit erratique, tan-

dis que l'autre graphique représente un signal porteur d'information; la figure lOD illustre une fonction représentant la sortie d'un filtre numérique ou d'un corrélateur croisé que l'on emploie dans les formes de réalisation de la présente invention; cette fonction est pratiquement analogue à celle

représentant le signal porteur d'information il-

lustré en figure lOC; le filtre numérique utilisé dans ce cas peut être un filtre adapté, un filtre conformateur d'impulsions ou un filtre formateur de pointes; la figure IOE représente une fonction analogue à celle de la figure 10D, mais retardée d'un laps de temps approprié; la figure 1OF représente une fonction analogue à celle de la figure 1OE, mais inversée dans le temps; la figure 1OG représente la résultante d'une comparaison des graphiques des figures lOB et F et elle montre les moments correspondant aux impulsions apparaissant en coïncidence dans ces

graphiques; -

la figure Il représente schématiquement

certaines opérations effectuées par un filtre numé-

rique; la figure 12 représente schématiquement un système en vue de mémoriser un signal porteur d'information ou un signal de bruit; la figure 13 représente schématiquement une partie de l'équipement de surface comprenant un corrélateur pour la suppression des bruits; la figure 14 représente schématiquement une partie de l'équipement dé surface comprenant un

filtre adapté pour la suppression des bruits lors-

que ceux-ci ne sont pas des bruits blancs; la figure 15 représente schématiquement une partie de l'équipement de surface comportant un filtre conformateur d'impulsions; la figure 16 illustre schématiquement

certaines opérations effectuées par un filtre con-

formateur d'impulsions; la figure 17 représente schématiquement une partie de l'équipement de surface comprenant un filtre formateur de pointes, ce dernier étant utilisé pour transformer une onde double de clapet en une paire correspondante de pointes; les figures 18A à 18F représentent six choix possibles pour un décalage de pointe dans une paire de pointes produite au moyen du système représenté en figure 17; la figure 19 représente schématiquement une partie de l'équipement de surface comprenant-un filtre formateur de pointes qui est utilisé pour transformer une onde de clapet individuelle en.une seule pointe correspondante; les figures 20A à 20F montrent six choix possibles pour un décalage d'une seule pointe produite au moyen du système représenté en figure 19; les figures 21A à 21C représentent schématiquement certaines opérations associées à un

filtre de formation de pointes pour différents re-

tards; plus spécifiquement, la figure 21A corres-

pond à une pointe désirée à l'indice de temps '; la figure 21B correspond à une pointe désirée à l'indice de temps 1 et la figure 21C correspond à une pointe désirée à l'indice de temps 2; la figure 22 représente schématiquement un système en vue de déterminer le paramètre de rendement P d'un filtre de formation de pointes; la figure 23 est un'graphique montrant la façon dont le rendement de filtre P peut varier en fonction du décalage des pointes pour un filtre à durée fixe; la figure 24 est un graphique montrant la façon dont le paramètre de rendement P d'un filtre de formation de pointes peut varier en

fonction de la longueur de-filtrage (ou durée de-

mémorisation) pour un décalage fixe des pointes, la figure 25 comporte des graphiques montrant la façon dont le paramètre de rendement P d'un filtre de formation de pointes peut varier en fonction de la longueur et du retard de filtrage;

la figure 26A représente schématique-

ment un système de codage d'impulsions dans le temps conformément à la technique antérieure;

la figure 26B représente schématique-

ment un système de codage d'impulsions dans le temps suivant la présente invention, système dans

lequel l'amplitude du paramètre devant être trans-

mis est représentée par le laps de temps s'écoulant

entre de courtes impulsions individuelles successi-

ves d'une durée pratiquement constante; la figure 26C représente également schématiquement le système de codage d'impulsions dans le temps illustré en figure 26B;

la figure 26D représente schématique-

ment un système de codage d'impulsions dans le temps du type illustré dans les figures 26B et 26C, mais dans lequel on utilise des impulsions de "groupe triple"; la figure 27 est un schéma fonctionnel

montrant un "traducteur de code" utilisé pour per-

mettre, à un système, de recevoir des signaux codés sous forme d'impulsions de "groupe triple" dans le temps;

la figure 28A est un schéma fonction-

nel illustrant plus en détail le circuit du sélec-

teur 316 de la figure 27; les figures 28B, 28C, 28D et 28E sont

des graphiques facilitant l'explication et la com-

préhension du fonctionnement du circuit de la fi-

gure 28A;

la figure 29 est un schéma fonction-

nel du circuit prévu au fond d'un trou de forage en vue d'émettre les impulsions de "groupe triple" du type illustré en figure 26D; la figure 30 est un schéma montrant les principes du circuit permettant de réaliser le

codage des impulsions dans le temps suivant l'in-

vention. Il est à noter que, dans certaines des

figures énoncées ci-dessus, des chiffres de réfé-

rence identiques ont été appliqués à des éléments semblables. Dans ce cas, on ne reprendra pas la

description et les fonctions de ces éléments dans

la mesure o cela n'est pas nécessaire pour expli-

quer le fonctionnement de ces formes de réalisation.

I. DESCRIPTION GENERALE DE L'APPAREIL DE TRANSMIS-

SION DE DONNEES EN COURS DE FORAGE.

La figure 3 est une vue générale d'un

système spécifique dans lequel on adopte les prin-

cipes de la présente invention. Le chiffre de ré-

férence 20 désigne une tour classique pour le fo-

rage des puits de pétrole, cette tour comportant une table rotative 21, une tige d'entraînement 22, un tuyau 23, une colonne montante 24, une tige de

forage 25 et un collier de forage 26. Une ou plu-

sieurs pompes à boue 27 et une fosse à boue-28 sont reliées de la manière habituelle pour alimenter la

colonne montante en boue- de forage sous pression.

La boue sous haute pression est pompée vers -le bas dans le train de tiges via la conduite de forage 25 et les colliers de forage classiques 26, puis à

travers l'instrument spécial de télémesure 50,jus-

qu'au trépan 31. Ce trépan 31 comporte les dispo-

sitifs habituels projetant des jets de forage et

représentés schématiquement par le chiffre de réfé-

rence- 33. Tels qu'ils sont représentés, les diamè-

tres des colliers 26 et de l'instrument de télé-

mesure 50 sont exagérés par rapport à celui de la

conduite de forage 25 afin d'illustrer plus claire-

ment les mécanismes. La boue de forage descend à travers le train de tiges comme représenté par

les flèches illustrées, puis elle remonte à tra-

vers l'espace annulaire formé entre la conduite de forage et la paroi du trou du puits. Lorsqu'elle atteint la surface, la boue est à nouveau déversée

dans la fosse (au moyen de canalisations non repré-

ssentées) o les fragments de roches et autres dé- bris du puits peuvent décanter, pour être ensuite filtrés avant de reprendre la boue et de la remettre

en circulation au moyen de la ou des pompes.

Entre le trépan 33 et le collier de

forage 26, est prévu l'assemblage spécial du trans-

metteur de télémesure ou l'instrument de télémesure

désigné par le chiffre de référence 50. Cet assem-

blage spécial du transmetteur de télémesure 50 com-

prend un logement 250 renfermant un assemblage de clapet ou plus simplement un clapet 40, un assemblage

de traitement électronique 96 et des capteurs 101.

Le clapet 40 est conçu pour dériver momentanément une certaine partie de la boue de l'intérieur du

collier de forage dans l'espace annulaire 60. Nor-

malement (lorsque le dlapet 40 est fermé), la tota-

lité de la boue de forage doit être chassée par les jets 33 et, par conséquent, la boue est sous une très forte pression (de l'ordre de 140 à 210 kg/cm2) dans la colonne montante 24. Lorsque le clapet 40 est ouvert sous la commande d'un capteur 101 et de l'assemblage de traitement électronique 96,

une certaine partie de la boue est mise en dériva-

tion, la résistance totale à l'écoulement est mo-

mentanément réduite et un changement de pression

peut être détecté dans la colonne montante 24.

L'assemblage de traitement électronique 96 émet

une série d'impulsions électriques codées repré-

sentant le paramètre devant être mesuré par un capteur choisi 101, tandis que des ouvertures et des fermetures correspondantes du clapet 40 ont lieu sous l'effet des impulsions correspondantes

- 24 75111

de pression qui en résultent dans la colonne mon-

tante 24.

Le chiffre de référence 51 désigne un transducteur à pression produisant une tension électrique représentant les changements de pres- sion survenant dans la colonne montante 24. Ce signal représentant ces changements de pression

est traité par un assemblage électronique 53 émet-

tant des signaux appropriés pour être enregistrés dans un enregistreur 54 ou n'importe quel autre

appareil dtaffichage. Le graphique de l'enregis-

treur 54 est entrainé par une commande représentant la profondeur du trépan par des moyens bien connus

(non représentés).

II. DESCRIPTION GENERALE DU TRANSMETTEUR SPECIAL

DE TELEMESURE.

La figure 4A représente certains

détails du transmetteur spécial de télémesure 50.

Certains de ces détails, ainsi que d'autres ont été également décrits dans la demande de brevet précitée des Etats-Unis d'Amérique n0 857.677

déposée par S.A. Scherbatskoy à laquelle la pré-

sente demande fait suite. La figure 4A est une vue schématique. 'Dans un instrument réel, le logement 250 qui renferme le clapet 40, l'assemblage de traitement électronique 96 et les capteurs 101, est subdivisé en deux sections 250a et 250b. La section supérieure 250a (au-dessus de la ligne en pointillés 249) contieit l'assemblage de clapet-40 et les éléments mécaniques qui y sont associés et,

comme on le soulignera ci-après, cette section a-

un diamètre sensiblement supérieur à celui de la section 250b. La section inférieure 250b -(en des-,

sous de la ligne en pointillés 249) contient l'as-

semblage de traitement électronique 96, les cap-

teurs 101 et les éléments mécaniques qui y sont associés et, comme on l'exposera ci-après, elle a un diamètre sensiblement inférieur à celui de la

section supérieure 250a. Comme représenté en fi-

gure 4A, la boue de forage descend dans l'instru-

ment spécial de télémesure 250a, 250b (comme indi-

qué par les flèches 65), puis elle passe par l'aju-

tage 33 du trépan et elle revient (comme indiqué par les flèches 66) jusqu'à la surface en passant

dans l'espace annulaire 60, pour déboucher finale-

ment dans la fosse 28 via des canalisations (non représentées). L'assemblage de clapet 40 comprend une tige 68 et un siège 69. Cette tige et ce siège

de clapet sont réalisés de telle sorte que la sec-

tion transversale de la fermeture A soit légèrement plus grande que la section transversale B du piston

compensateur 70. En conséquence, lorsque la pres-

sion régnant dans la chambre 77 est supérieure à celle régnant dans la chambre 78, la tige de clapet 68 est chassée vers le bas, le clapet 40 ayant tendance à se fermer de plus en plus hermétiquement

à mesure que l'on applique une pression différen-

tielle plus forte.

La pression de fluide (boue) régnant dans la chambre 77 est, à tout moment, pratiquement égale à la pression de fluide (boue) régnant dans

le collier de forage désigné par le chiffre de ré-

férence 26 en figure 3 et par le chiffre de réfé-

rence 50, en figure 4A, et ce, en raison de l'ou-

verture 77a pratiquée dans la paroi de l'assem-

blage 250. Un filtre à fluide 77b est intercalé dans

le passage 77a afin d'empêcher les débris et parti-

cules solides de pénétrer dans la chambre 77.

Lorsque le clapet 40 est fermé, la pression de fluide (boue) régnant dans la chambre 78 est égale à la pression de fluide (boue) régnant dans l'espace annulaire 60. Lorsque le clapet 40 est ouvert et que les pompes fonctionnent, la boue s'écoule de la chambre 77 à la chambre 78 et, via l'orifice 81, elle parvient dans l'espace annulaire 60 en

subissant des pertes de charge correspondantes.

Un solénolde électromagnétique à double effet 79 est prévu pour ouvrir ou fermer

le clapet 40 en réponse au courant électrique distri-

bué par les conducteurs 90.

On supposera que P6o indique la pres-

sion de boue régnant dans l'espace annulaire 60, P77, la pression régnant dans la chambre 77 et P78, la pression régnant dans la chambre 78. Dès lors,

lorsque le clapet 40 est fermé, on a P78 = P60.

Lorsque les pompes 27 fonctionnent et que le clapet 40 est "fermé" ou presque fermé et que P77 > '78,

la tige de clapet 68 est poussée vers le siège 69.

Lorsque le clapet 40 est en position d"'ouverture" (c'est-à-dire lorsqu'il est déplacé vers le haut

dans le dessin), la boue circule alors de la cham-

bre 77 vers l'espace annulaire 60 et, en raison de la résistance offerte à l'écoulement par l'orifice C (figure 4B), on a la relation suivante: P77 P78 > P60- Les chambres 83 et 94 sont remplies d'une huile de viscosité très faible (par exemple, l'huile "DOW CORNING 200 FLUID"I, de préférence, d'une viscosité de 5 centistokes ou moins) et elles

sont reliées l'une à l'autre par le passage 86.

Grâce à un piston flottant 82, la pression P83 régnant dans la chambre remplie d'huile 83 est, à tout moment, égale à la pression P78* Dès lors,

à tout moment, on a P 78= 83 P84 Enconsé-

quence, lorsque le clapet 40 est "ouvert", étant donné, que78 P84 etP77> P84, le clapet 40 est poussé vers la position d'ouverture" sous une force F = (zone B) (P77 - P84). En conséquence, on peut dire que le clapet 40 est "bistablell,

c'est-à-dire que, lorsqu'il est "ouvert", il a ten-

dance à rester "ouvert" tandis que, lorsqu'il est "fermé", il a tendance à rester "fermé". De plus, lorsqu'il est presque ouvert, il a tendance à se déplacer vers la position d'ouverture et, lorsqu'il est presque fermé, il a tendance à se déplacer vers la position fermée. En conséquence, ce clapet 40 peut "basculer" d'un état à l'autre avec une énergie

relativement faible. On peut considérer que le fonc-

tionnement du clapet est l'équivalent mécanique du multivibrateur bistable électrique bien connu dans

la technique de l'électronique.

La figure 4B montre le clapet 40 en posi-

tion d'ouverture tandis que, en figure 4A, il est en

position fermée.

En se référant à nouveau à la figure 4A, le chiffre de référence 91 indique un "commutateur à pression" électrique qui est conducteur d'électricité lorsque P77 > '78 (les pompes fonctionnent), tandis qu'il est non conducteur d'électricité lorsque

P77 =P 78 (les pompes sont à l'arrêt). En consé-

quence, le fil 92 allant du commutateur à pression

91 à la source d'alimentation 93 peut mettre le cou-

rant en ou hors circuit. De même, au moyen d'un

compteur électronique 94 et d'un commutateur séquen-

tiel électromagnétique 95, l'un ou l'autre des quatre

capteurs 101 peut être raccordé efficacement à l'as-

semblage de traitement électronique 96 en arrêtant et en faisant fonctionner de manière séquentielle les pompes à boue 27, ou en arrêtant ces pompes, puis en les faisant fonctionner suivant un code prédéterminé pouvant être interprété par le circuit

monté dans l'élément 94.

III. DESCRIPTION DE L'ASSEMBLAGE DE TRAITEMENT

ELECTRONIQUE DE L' INSTRUMENT SPECIAL DE

TELEMESURE.

On a décrit le fonctionnement du clapet bistable 40 et du commutateur séquentiel 95 assurant la connexion électrique sélective des différents

capteurs 101 avec l'assemblage de traitement électro-

nique 96.

Pour de plus amples détails relatifs à l'assemblage de traitement électronique 96, on se

référera à la figure 5A dans laquelle les mêmes chif-

fres de référence désignent les mêmes éléments qu'en

figure 4A.

Différents types' de capteurs émettant des signaux électriques représentant un paramètre existant au fond d'un trou de forage, sont bien connus. On mentionnera, par exemple, les capteurs à rayons gamma, les capteurs de température, les capteurs de pression, Ies capteurs des teneurs en

gaz, les compas magnétiques, les inclinomètres in-

dicateurs de contrainte, les magnétomètres, les

compas gyrostatiques et de nombreux autres capteurs.

Pour l'exemple donné à titre d'illustration en fi-

gure 5A, on a choisi un capteur à rayos gamma tel qu'une chambre dionisation ou un compteur Geiger ou encore un compteur à scintillation (muni d'un circuit électronique approprié). Tous ces éléments peuvent être conçus pour produire une tension de courant continu proportionnelle au flux de rayons

gamma qui est intercepté par le capteur.

Il est entendu que le passage d'un type de capteur à un autre sous la commande du mécanisme de commutation 95 illustré en figure 4A, est bien connu selon l'état de la technique (dans la plupart des cas, une commutation électronique

est préférée au commutateur mécanique illustré).

247511 1

En conséquence, en figure SA, pour rendre la descrip-

* tion plus claire, on ne représente qu'un seul capteur

1011. De même, la source d'alimentation 93 et le com-

mutateur 91 actionné par la pression de la boue (qui ont été représentés en figure 4A) ne sont pas illus-

trés en figure SA.

En figure SA, le capteur 101 est rac-

cordé en cascade au convertisseur analogique/numé-

rique 102, au processeur 103 et à la source motrice 104. Cette source motrice 104 est raccordée aux enroulements 105 et 106 du solénorde à double effet indiqué en 79 en figure 4A. Cette source motrice 104 peut être analogue à celle représentée par la

figure 3E de la demande de brevet connexe. Le fonc-

tionnement est le suivant: le capteur 101 émet un signal électrique analogique de sortie représenté par la courbe lOla du graphique repris immédiatement au-dessus de la case 101 indiquant le capteur. Cette courbe représente la sortie du capteur en fonction

de la profondeur à laquelle le transmetteur de télé-

mesure 50 est situé dans le trou de forage. Le convertisseur analogique/numérique transforme le

signal analogique du capteur 101 sous une forme nu-

mérique en mesurant successivement l'amplitude d'un grand nombre d'ordonnées de la courbe lOla et en traduisant chaque ordonnée individuelle en un nombre binaire représenté par un mot binaire. Ce processus est bien connu dans la technique et il n'est pas

nécessaire d'en donner ici une explication. Toute-

fois, il importe de savoir que, si le graphique lOla peut représenter, en heures, les variations du signal émis par le transducteur, le graphique 102a représente une seule ordonnée (par exemple, AB de la courbe 101b). Dès lors, l'échelle de temps de

l'axe des abscisses de la figure 102a serait expri-

mée en secondes, tandis que tout le graphique 102a représente un mot binaire à 12 bits; en réalité, il représente le nombre décimal 2649. Dès lors, chaque mot à 12 bits du graphique 102a représente une seule

ordonnée telle que l'ordonnée AB du graphique 1l0a.

Le codage binaire habituel implique des temps de repos entre chaque mot binaire. Après ce temps de

repos, une impulsion de démarrage ou impulsion pré-

liminaire est transmise pour indiquer le début du

laps de temps attribué au mot binaire. Cette impul-

sion préliminaire ne fait pas partie du mot binaire, mais elle sert à indiquer quel mot binaire est sur le point de commencer. Ce mot binaire est ensuite transmis et il indique la valeur d'une ordonnée du graphique lOla; vient ensuite un temps de repos auquel succède le mot binaire suivant représentant l'amplitude de l'ordonnée suivante et ainsi de suite,

en une succession rapide. Dès lors, la courbe con-

tinue du graphique 1Ola est représentée par une série.

de nombres ou de mots binaires représentant chacun un seul point du graphique 1l0a. A cet égard, il importe de savoir qu'entre chaque mot binaire, il y a toujours un temps de repos. Ce temps de repos (au cours duquel aucun signal n' est transmis) a fréquemment une longueur correspondant à plusieurs mots binaires et il est utilisé dans un but important qui sera expliqué ci-après. Afin de-permettre le

décodage en surface, l'horloge n0 1 doit être rigou-

reusement constante (et en synchronisme avec l'hor-

loge correspondante 212 ou 309 située en surface) et elle émet une série d'impulsions équidistantes dans le temps de façon bien connue dans la technique

de l'électronique.

Le graphique 103a représente un seul bit du mot binaire 102a et, dans ce cas également, l'axe des abscisses est très différent de celui des graphiques précédents. Le temps repris dans le

graphique 103a est exprimé en millisecondes, puisqu'-

aussi bien ce graphique ne représente qu'un seul bit.

Chaque bit individuel est converti en deux impulsions électriques chacune d'une durée tX et séparées par un laps de temps tya Le graphique 104a est une réplique du graphique 103a qui a été considérablement amplifié par la source motrice 104. L'impulsion électrique 104b est appliquée à l'enroulement 105 du solénorde

(qui est l'enroulement du clapet en position d'"ouver-

ture"), tandis que l'impulsion électrique 104c est appliquée à l'enroulement 106 du solénorde (qui est l'enroulement du clapet en position "fermée"1). Dès lors, le clapet 40 de la figure 4A est ouvert par l'impulsion 104b et il est fermé par l'impulsion 104c, si bien qu'il reste en position "ouverte" à peu près pendant le temps t * Les temps tx sont yx réglés pour que les enroulements du solénoide soient commandés correctement, tandis que le temps ty est calculé pour ouvrir le clapet 40 pendant le laps de temps correct. Ces deux temps sont déterminés et

contr8lés par l'horloge n0 2.

Lors de la télémesure d'informations entre un capteur et la surface du sol, on prévoit des temps de repos appropriés entre la transmission des mots binaires successifs. Grâce à ces temps de

repos, on peut mémoriser, dans une mémoire électro-

nique appropriée faisant partie de l'équipement de

surface, le bruit provoqué uniquement par l'opéra-

tion de forage (sans l'onde de clapet). Les systèmes et procédés nécessaires à cet effet seront décrits ci-après.

IV. DESCRIPTION DE LA SOURCE D'ALIMENTATION POUR LE

TRANSMETTEUR SPECIAL DE TELEMESURE.

Ainsi qu'on l'a souligné précédemment,

le clapet 40 illustré en figure 4A doit être à ac-

tion très rapide et, à cet effet, il nécessite une

puissance considérable. (Suite à des essais appro-

priés, il a été déterminé qu'un clapet de ce t exigeait environ 1/2 à 3/4 cheval-vapeur pour fonc-

tionner à la vitesse requise).

Bien que cette puissance soit très im- portante, elle n'est appliquée qu'au cours d'une période très brève et, par conséquent, il ne faut

qu'une faible quantité d'énergie par fonctionnement.

Lors d'un fonctionnement réel pratiqué au cours des essais, on a trouvé qu'une puissance de

1/2 cheval-vapeur appliquée pendant environ 40 milli-

secondes fournissait l'énergie requise pour assurer un seul fonctionnement satisfaisant du clapet. Cette énergie peut être calculée à environ 15 Joules. Un groupe d'accumulateurs de dimensions suffisamment réduites pour pouvoir être renfermé dans le logement 250b de la figure 7A peut fournir environ 4 millions

de Joules sans nécessiter une recharge ou un rempla-

cement. En conséquence, le système est en mesure d'assurer 130.000 fonctionnements complets du clapet

(ouverture plus fermeture). En réalité, la consom-

mation d'énergie est inférieure à 15 Joules par fonc-

tionnement. Grâce à 1 inductance Q,et à 1 ' impé-

dance cinétique de l'enroulement du soléno5de, l'ac-

cumulation de courant est relativement lente et a lieu le long d'une pente courbe comme représenté par la courbe 272A de la figure 5C et par les courbes 300, 301 de la figure 6E. Dès lors, l'énergie totale par impulsion est sensiblement inférieure à 15 Joules et elle a été mesurée à 9 Joules, assurant ainsi une

capacité de 216.000 fonctionnements complets du cla-

pet (une capacité plus grande encore est 'obtenue en utilisant le circuit décrit.ci-après en se référant

à la figure 5C). D'après la description ci-dessus,

on peut constater que des batteries peuvent parfaite-

ment fournir l'énergie requise au fond d'un trou de

forage pour un instrument pratique de télémesure.

Toutefois, ltobtention de la très grande puissance nécessaire (1/2 chevalvapeur) pose des problèmes difficiles. Il est clair que la solution à ce problème impliquerait l'accumulation d'énergie dans un mécanisme qui pourrait être amené à la libérer brusquement (en une courte période), fournissant ainsi les courtes impulsions nécessaires de haute

puissance. Un mécanisme de ce type est celui fonc-

tionnant par "coups de bélier" qui a été utilisé dans l'instrument décrit dans la demande de brevet

connexe, mais qui s'est avéré parfois insuffisant.

Dans d'autres mécanismes envisagés antérieurement,

on a utilisé de l'air comprimé, des ressorts com-

primés et autres. Les systèmes d'accumulation d'énergie par condensateurs exigent des capacités élevées: l'énergie accumulée dans un condensateur varie en fonction de la première puissance de la

capacité, ainsi que du carré de la tension accumu-

lée et, étant donné que des enroulements d'attaque de solénordes de faible inductance et à action rapide

sont nécessaires, il est évident que l'on doit uti-

liser des dispositifs à basse tension, les calculs

initiaux ayant indiqué que des condensateurs beau-

coup trop importants seraient nécessaires.

Après évaluation complémentaire, il est

apparu que l'on pourrait réaliser un système opéra-

tionnel. Par analyse mathématique, ainsi que par des expériences et des essais, il a été déterminé que l'on pourrait établir la série suivante de paramètres optima de circuit:

1. Inductance de l'enroulement de solé-

noïde: 0,1 henry en position de fonctionnement et

0,07 henry en position de non-fonctionnement (ctest-

à-dire un solénoïde à induit conique).

24751I1

2. Résistance de l'enroulement du

solénorde: 4,5 ohms.

3. Tension à laquelle l'énergie est

accumulée: 50 volts.

4. Capacité du condensateur d'accumu-

lation: 10.000 microfarads.

5. Capacité de courant du circuit

d'attaque: 10 ampères.

Il a été déterminé quepour assurer un fonctionnement rapide du solénoïde, des enroulements de faible inductance étaient souhaitables. Il a été également déterminé que les capacités de courant des

circuits électroniques d'attaque pouvaient être por-

tées bien au-delà de 10 ampères. Toutefois, une

basse tension exige des capacités beaucoup trop éle-

vées. Les progrès récents réalisés dans les

accumulateurs dits à sels fondus ont fourni des sour-

ces d'énergie d'une très bonne compacité. La même

technologie récente a également élaboré des condensa-

teurs ayant des valeurs extraordinairement élevées

(10 farads dans un espace aussi réduit que 16,38 cm3).

Ces condensateurs se sont avérés inacceptables du fait que l'on doit procéder à un chauffage à une température élevée (SOOOC); on a estimé que cela

n'était pas réalisable sans compter le coftt prohi-

bitif. En conséquence, des efforts doivent toujours être entrepris. A la suite de recherches longues et approfondies, on a finalement découvert qu'un condensateur au tantale réalisé conformément aux

tout derniers progrès pourrait satisfaire aux spé-

cifications imposées si l'on optimalisait les au-

tres paramètres et facteurs indiqués ci-dessus pour les mettre en concordance avec les caractéristiques

de ces condensateurs.

D'après l'exposé ci-dessus, on peut constater qu'une charge de batterie peut assurer

au moins 216.000 fonctionnements complets du clapet.

En supposant que le système de télémesure puisse fournir des données continues et adéquates par la

transmission de cinq impulsions par minute, le sys-

tème est en mesure de fonctionner continuellement dans un trou de forage pendant une période de 440 heures. Il convient toutefois de souligner que, très souvent, un fonctionnement continu n'est pas indispensable. L'instrument peut être utilisé uniquement par intermittence sous la commande du circuit contrôlé par le commutateur 91, ainsi que

par les éléments 94 et 95 de la figure 4A.

De plus, ainsi qu'on l'exposera ci-

après, lorsqu'on tire profit du circuit amélioré illustré en figure 5C, on peut réaliser un nombre plus grand encore de fonctionnements du clapet. On

considère qu'un fonctionnement à raison d'une impul-

sion par seconde est d'ordre pratique.

Il existe un autre paramètre qu'il convient de déterminer: la recharge appropriée du condensateur après décharge. Ce condensateur peut

être chargé par une résistance raccordée à l'accu-

mulateur (ou à une autre source d'énergie), mais cette façon de procéder s'avère parfois lente car, lorsque le condensateur est chargé partiellement, le courant passant par la résistance diminue et, au terme du cycle de charge, le courant de charge se rapproche de zéro. Si la valeur ohmique de la résistance est faible, les accumulateurs doivent conduire un courant momentané excessif>étant donné que le choc initial de courant se produisant au cours du cycle de charge dépasserait la valeur

prévue pour la durée de vie maximale des accumula-

teurs. Le meilleur procédé consiste à charger le

condensateur par un dispositif à courant constant.

Le condensateur se charge alors à un courant opti-

mum correspondant au courant de décharge optimum-

pour le type particulier d'accumulateur permettant - une accumulation maximale dténergie. En déterminant correctement le courant de charge, on peut obtenir un important accroissement (parfois d'un facteur de 2 ou 3) de la quantité d'énergie disponible dans un

type donné d'accumulateur. Les dispositifs à-cou-

rant constant sont bien connus et sont des circuits électroniques intégrés aisément disponibles pour une

large gamme de valeurs de courant.

La figure 5B représente schématiquement une source d'alimentation pouvant 9tre incorporée dans la source motrice 104 de la figure 4A, cette source comportant un système de charge et de décharge de condensateurs en vue de fournir la puissance et l'énergie requises pour les enroulements du solénoïde

79. En figure 5B, le chiffre de référence 450 dési-

gne un accumulateur, un turbo-générateur-ou une -

autre source de potentiel électrique decourant con-

tinu, le chiffre de référence 451 désigne le dispo-

sitif à courant constant et le chiffre de référence 452, le condensateur. Ce condensateur est chargé par le dispositif à courant constant 451, tandis

qu'il est déchargé via le conducteur 453-. Le con-

ducteur 454 fournit la puissance constante régulière requise pour l'équilibre du système électronique

installé au fond du trou de forage.

V. DESCRIPTION DU CLAPET DE SIGNALISATION A "FERME-

TURE AUTOMATIQUE" HYDRAULIQUE.

On a également prévu un système agissant

en cas de fonctionnement défectueux qui pourrait se.

produire lorsque le clapet est "collé," en position d'ouverture pendant une-longue période. Un système

de fermeture automatique du clapet en cas de fonc-

tionnement défectueux de ce type (indiqué par le chiffre de référence 269 en figure 4A) est illustré

schématiquement dans les figures 6A, 6B et 6C.

Comme on l'a souligné plus avant dans la présente spécification, le clapet est conçu pour

un fonctionnement bistable ou un déclenchement hy-

draulique; en d'autres mots, lorsqu'il est ouvert par une impulsion émise par l'enroulement 105 du

solénoïde, il a tendance à rester en position d'ou-

verture et, par la suite, lorsqu'il est fermé par

une impulsion émise par l'enroulement 106 du solé-

notde, il a tendance à rester en position de fer-

meture. En raison d'un fonctionnement électrique ou mécanique défectueux, le clapet peut rester 11collé' en position d'ouverture. Il est à noter que

si ce mauvais fonctionnement se produit, ltopéra-

tion de forage peut continuer à se dérouler. Une

certaine usure peut apparaître à l'orifice 81 illus-

tré en figure 4A. Toutefois, il n'est pas souhai-

table que le système de circulation hydraulique de la boue soit perturbé par l'ouverture du clapet pendant de longues périodes; par ailleurs, bien que l'opération de forage puisse se poursuivre, il est très avantageux que le clapet reste la plupart du temps fermé et qu'il ne soit ouvert que pour

produire les courtes impulsions requises pour obte-

nir l'onde de choc hydraulique.

Dans les dessins schématiques des fi-

gures 6A, 6B, 6C, la tige 100 est utilisée pour

pousser le clapet en position de fermeture en exer-

çant une force vers le bas sur la tige 80 illustrée

en figure 4B (tige de l'induit du solénoïde).

En se référant à présent aux figures

6A, 6B, 6C et 6D, l'extrémité supérieure du méca-

nisme est exposée à la "boue se trouvant dans la conduite de foragel", c'est-à-dire la boue subissant

la pression hydrostatique plus la pression diffé-

rentielle au trépan ou, en d'autres mots, la diffé-

rence de pression entre l'intérieur de l'instrument

et l'espace annulaire 60. Si les pompes ne fonc-

tionnent pas, la pression régnant dans la zone 111 est uniquement hydrostatique; par ailleurs, lorsque

les pompes fonctionnent, la pression est non seule-

ment hydrostatique, mais également différentielle.

Etant donné que la pression différentielle est de l'ordre de 70 à 140 kg/cm2, un important changement de pression se produit dans la zone 111 lors de la

mise en marche des pompes (c'est-à-dire une éléva-

tion de pression de 70 à 140 kg/cm2). En figure 6A, si les pompes ne fonctionnent pas, les zones 112,

113 subissent la pression régnant dans l'espace an-

nulaire,étant donné que le tube 114 est relié à la chambre 84 qui contient de l'huile sous la pression régnant dans l'espace annulaire (voir figure 4A) et étant donné également que l'orifice 115 relie les

zones 112 et 113.

On supposera à présent que les pompes sont mises en marche. La pression régnant dans la zone 111 s'élève alors sensiblement (c'est-à-dire de 70 à 140 kg/cm2), le piston 116 est poussé vers le bas en comprimant le ressort 107 (non représenté

en figure 6B), tandis que l'huile sous haute pres-

sion présente dans la zone 112 pousse le piston 108 vers le bas en comprimant le ressort 110 (non représenté). En conséquence, lorsque les pompes sont mises en marche, les éléments représentés en figure 6A prennent la configuration illustrée en figure 6B, tandis que les deux pistons 116 et 108 occupent la position en bas de course, la tige 100 s'étendant également vers le bas comme représenté

dans le dessin.

24751l41 Or, en raison de l'orifice 115 et de taction du ressort 110, le piston 68 est poussé

vers le haut à une vitesse déterminée par la dimen-

sion de l'orifice 115, la constante de rappel du ressort 110 et la viscosité de l'huile présente dans les zones 112 et 113. Cette vitesse peut être aisément réglée et amenée à n'importe quelle valeur désirée; par exemple, on peut régler une vitesse à laquelle le piston 108 revient dans sa position initiale en haut de course en une période d'environ

1 minute. En conséquence, après une minute, le sys-

tème prend la configuration illustrée en figure 6C.

Pour les mêmes raisons, lorsque la pompe est arrêtée, sous l'action du ressort 107 et de l'orifice 115, le piston 116 remonte dans sa position initiale

illustrée en figure 6A.

En conséquence, on peut constater que, chaque fois que la pompe à boue démarre, la tige se déplace vers le bas sur une distance '"d" comme représenté en figure 6B, pour revenir ensuite dans sa position normale rétractée. Etant donné que, lors d'une opération normale de forage, la pompe est arrêtée chaque fois que l'on ajoute un joint de conduite de forage, à ce moment (habituellement des longueurs de 9 m), la tige 100 exécute une seule course descendante, pour revenir ensuite dans sa

position supérieure initiale.

Ainsi qu'on l'a souligné précédemment,

la tige 100 est conçue de telle sorte que, lors-

qu'elle est en extension vers le bas, elle pousse la tige 80 de l'induit du solénoïde (figure 4A) vers

le bas en fermant le clapet. Dès lors, le disposi-

tif illustré dans les figures 6A, 6B, 6C et 6D est un dispositif de "sécurité,", c'est-à-dire que, si

le clapet reste "collé" dans la position d'ouver-

ture suite à un défaut de fonctionnement électrique ou mécanique, le clapet est alors nécessairement amené-à se fermer après une longueur maximale de

forage de 9 m.

La figure 6D est le dessin technique du dispositif illustré schématiquement dans les figures 6A, 6B et 6C. Dans l'instrument réel, le

dispositif illustré en figure 6D est placé à l'en-

droit 269 illustré en figure 4A. En figure 6D, on utilise les mêmes chiffres de référence pour désigner les éléments semblables des figures 6A,

6B, 6C et 4A.

VI. DESCRIPTION DU SYSTEME ELECTRONIQUE A "SECURITE

INTEGREE" POUR LE CLAPET DE SIGNALISATION.

Le système hydraulique de "fermeture automatique" décrit en se référant aux figures 6A, 6B, 6C et 6D fermera automatiquement le clapet chaque fois que les pompes à boue sont arrêtées et remises en marche, permettant ainsi de remédier à tout collage mécanique du clapet. Toutefois, il est un cas requérant plus d'attention encore: si

le circuit électrique de "fermeture" 103, 109 illus-

tré en figure S.5A vient à subir une défaillance pour

quelque raison que ce soit (par exemple, un enroule-

ment de solénoïde brûlé), le clapet se rouvre alors électriquement peu de temps après que le dispositif

hydraulique de "fermeture automatique" l'ait fermé.

La figure 6E représente un système électrique empêchant le clapet de fonctionner en

cas de défaillance électrique de l'appareil ins-

tallé au fond du trou de forage. La référence S désigne l'enroulement du solénoïde qui "ferme" le

clapet, tandis que la référence S2 désigne l'enrou-

lement du solénotde qui 1l'"ouvre"l. La résistance R1 est raccordée en série avec la partie du circuit

d'attaque 104 du solénoïde qui actionne l'enroule-

ment de "fermeture" S de ce dernier. La résistance R2 est raccordée en série avec la partie du circuit

d'attaque 104 du solénorde qui actionne l'enroule-

ment d'ouverture" S2 de ce dernier. Ces résistances ont une très faible valeur ohmique (environ 0,05 à 0,2 ohm). Il est entendu que le fonctionnement du système décrit en détail en se référant à la figure A de la présente spécification est le suivant: l'impulsion de courant électrique d"'ouverture" est

émise en premier lieu et elle est représentée sché-

matiquement en figure 6E par l'impulsion 300; l'impulsion de courant électrique de "fermeture" est produite ultérieurement (après un temps t y) et elle est représentée schématiquement en 301 dans la figure 6E. Il est à noter que ces impulsions électriques 300 et 301 représentent le courant débité par les

enroulements du soléno5de et non la tension appli-

quée (les résistances R1 et R2 produisent les chutes de tension R1i, et R2i2, il et i2 indiquant les courants passant par les enroulements respectifs du solénorde; en conséquence, si un des enroulements S1 et S2 est brûlé ou est en circuit ouvert, aucun courant ne passe et aucune impulsion correspondante

n'est produite (de la même manière, en cas de n'im-

porte quelle autre défaillance électrique, le cou-

rant ne passera pas par une ou les deux résistances

RI, R2).

Le laps de temps t de la figure 6E, de même que le laps de temps tx ont été expliqués

et définis ci-dessus en se référant à la figure SA.

Le retard de l'élément 302 est égal à t y. En d'autres mots, à la sortie de l'élément

302, est émise une impulsion identique à l'impul-

sion d'entrée, mais retardée du temps t y. Ces systèmes à retard sont bien connus et ne nécessitent

ici aucune description.

Etant donné que le retard de l'élément 302 est égal à ty, l'impulsion représentée par le chiffre de référence 303 sera en coïncidence de

*temps avec l'impulsion 301.

Le circuit 304 est un circuit d'anti- cotncidence (également connu sous le nom de "porte OU") et sa sortie 305 émet un signal électrique uniquement lorsqu'il reçoit une des impulsions 301, 303, cependant qu'il n'émet aucun signal de sortie

lorsque les deux impulsions 301 et 303 sont pré-

sentes. Le chiffre de référence 306 désigne un

relais actionné par le signal acheminé par le con-

ducteur 305, ce relais étant conçu pour couper l'alimentation de courant allant à l'instrument installé au fond du trou de forage. Dès lors, s'il

n'y a qu'une impulsion de "fermeture" (sans l'impul-

sion d'ouverture") ou s'il n'y a qu'une impulsion d'ouverture" (sans l'impulsion de "fermeture"), le courant alimen4ant la source motrice installée au fond du trou de forage est coupé et ensuite, le système hydraulique de "fermeture automatique" décrit en se référant à la figure 6D assure une

fermeture mécanique.

En variante du système illustré en figure 6E, le relais 306 (qui peut, bien entendu, être un commutateur électronique comportant des transistors) peut être conçu pour couper le courant alimentant uniquement le circuit prévu pour le solénoïde d'ouverture". Il en résulterait certains

avantages, puisqu'aussi bien le circuit de "ferme-

turel" continuerait à fonctionner, alors qu'un des objectifs envisagés est d'assurer la "fermeture" du clapet. De plus, un compteur électronique 314 peut être installé entre le circuit "OU" et le relais 306 afin que l'alimentation de courant ne

soit pas coupée par un seul défaut de fonctionne-

ment électrique. Par exemple, l'alimentation ne sera coupée qu'après 2, 4 ou 8 fonctionnements

défectueux successifs.

VII. DESCRIPTION DU SYSTEME AUTOMATIQUE DE COUPURE

DE LA SOURCE MOTRICE DU CLAPET DE SIGNALISATION.

Comme on l'a souligné précédemment dans la présente spécification, un fonctionnement très

rapide du clapet 40 illustré en figure 4A est impor-

tant. L'onde de choc requise ne sera pas produite si le clapet fonctionne lentement. Etant donné

que le clapet et son mécanisme de commande repré-

sentent une masse considérable, une forte puissance est nécessaire pour ouvrir ou fermer ce clapet au moment voulu. Cette puissance est de l'ordre de 1/2 à 3/4 cheval-vapeur et elle peut être fournie par une source d'alimentation du type décrit au chapitre IV de la présente spécification. Tout comme dans tous les systèmes de ce type, une marge de puissance est requise pour assurer à tout moment

l'ouverture ou la fermeture du clapet sur commande.

Les différents "circuits logiques" électroniques, de même que les différents"circuits de source motrice" représentés en figure SA sont conçus pour émettre des impulsions de tension rectangulaires

104B et 104C d'une durée d'environ 40 à 50 milli-

secondes afin d'assurer l'excitation des enroule-

ments 105 et 106 du solénoide pendant un laps de temps suffisant pour permettre le fonctionnement du clapet. La figure 5E représente plus en détail l'impulsion de tension 104b de la figure SA. Au moment 0, la tension est appliquée brusquement par

la source motrice 104 et elle s'élève presque ins-

tantanément jusqu'à la valeur indiquée par le chif-

fre 270, puis elle reste à cette valeur pendant 50 millisecondes et ensuite, elle est coupée et retombe (à nouveau presque instantanément) à la

valeur 0.

Il est très instructif d'étudier le mouvement du clapet en mesurant le débit de courant dans l'enroulement d'attaque du solénorde et en construisant un graphique (voir figure 5D). D'après ce graphique, on peut étudier quantitativement le comportement du clapet. La figure 5D représente un graphique de ce type sous forme d'un oscillogramme du courant en fonction du temps. (Ce courant est mesuré, par exemple, par la tension appliquée à la

résistance R1 ou R2 de la figure 6E).

Il importe de comprendre que c'est le courant passant par l'enroulement du solênoúde qui détermine la force exercée sur la tige 68 du clapet (représentée en figure 4A), puisqu'aussi bien les

ampèretours déterminent 1' attraction électromagné-

tique. Etant donné que les enroulements du solé-

norde ont une inductance, le courant ne s'accumulera

pas instantanément en cas d'application d'une ten-

sion brusque comme représenté en figure 5E. Si le solénoïde est constitué d'un simple inducteur, le courant s'accumulera alors suivant une simple courbe exponentielle 271 illustrée en pointillés dans la figure 5D. En réalité, il se produit un phénomène tout différent: lorsque le clapet fonctionne (s'ouvre ou se ferme), il se produit un mouvement brusque de l'induit du solénorde 79 de la figure 4B

et il se produit une force contre-électromotrice.

Cette force contre-électromotrice est provoquée par la vitesse de l'induit qui change rapidement (élève) l'inductance de l'enroulement en cause du' solénoïde 79. En figure 5D, la courbe 271 est la courbe approximative du courant en fonction du temps dans l'enroulement du solénoïde 79 lorsque -l'induit de ce dernier et la tige 68 du clapet sont

"bloqués" dans la position "ouverte" ou "'fermée"'.

La courbe en traits pleins 272 de la figure 5D re-

présente l'accumulation réelle de courant se pro-

duisant lorsque le clapet n'est pas bloqué, c'est-

à-dire dans les conditions réelles de fonctionnement (ouverture ou fermeture). Les courbes 272 pour les

ouvertures ou les fermetures sont très semblables.

On constate qu'après l'application de la tension, la courbe 272 monte progressivement (en raison de l'inductance des enroulements respectifs 105 et 106 du solénorde) jusqu'à ce qu'elle atteigne, dans l'exemple illustré, la valeur de 4 ampères au moment

T qui est de 20 millisecondes. Ensuite, il se pro-

duit une chute brusque de courant atteignant la va-

leur inférieure de 2,2 ampères au moment T1, qui est

de 25 millisecondes. Après le moment T1 = 25 milli-

secondes, le courant s'élève à nouveau conformément à la courbe "exponentielle" habituelle jusqu'à ce qu'il atteigne, de manière asymptotique, la valeur

d'environ 10 ampères au bout du laps de temps d'en-

viron 60 millisecondes (cette valeur est déterminée par la résistance de l'enroulement de solénorde qui,

dans l'exemple donné, est de 4,7 ohms).

En étudiant la courbe 272 de la figure D, on constatera que le clapet 40 commence à s'ou- vrir ou à se fermer au moment TO0 = 20 millisecondes et qu'il achève son mouvement au moment T1 = 25 millisecondes. Comme on l a souligné précédemment, une situation presque identique se produit au cours de litouverture" ou de la "fermeture" du clapet et

la courbe 272 indique qu'au moment T = 20 milli-

secondes, le clapet commence son mouvement, lequel

est achevé au moment T1 = 25 millisecondes.

Il importe de noter quele moment T1 = millisecondes représenté en figure 5D est donné en guise d'exemple spécifique et qu'il dépend d'un certain nombre de facteurs. C'est ainsi qu'à de - 24?51ii hautes pressions différentielles, T1 sera supérieur à 25 millisecondes et pourra atteindre 30, 35 ou 40 millisecondes. Il suffit de stipuler que le moment

T1 en figure 5D indique le moment auquel le fonction-

nement du clapet est achevé et quelle courant s'écou- lant entre T1 et 50 millisecondes est, en fait

nperduf, puisqu'aussi bien le fonctionnement du cla-

pet est déjà achevé. Ce temps supplémentaire est un "facteur de sécurité" grâce auquel, même dans des conditions néfastes, le clapet fonctionne toujours

lorsque l'impulsion de tension est appliquée.

Suivant la présente invention, on uti-

lise le signal émis au moment T1 pour couper toute alimentation de courant vers le solénorde 79. En conséquence, on économise tout le courant passant

entre le moment T et le temps de 50 millisecondes.

(réduisant ainsi sensiblement la quantité totale d'énergie requise pour faire fonctionner le clapet ). Il est à noter que le "facteur de sécurité"

dont question ci-dessus est maintenu dans son inté-

gralité; le courant continue d'être appliqué jus-

qu'à ce que le fonctionnement du clapet (ouverture

ou fermeture) s'achève.

Le circuit électronique utilisé pour réaliser le but précité est illustré en figure 5C dans laquelle le chiffre de référence 104 désigne la source motrice illustrée en figure 4A. Entre la source motrice 104 et la terre, est intercalée

une résistance (R1 ou R2) de faible valeur (compa-

rativement à la résistance du solénorde),par exemple, de 0,2 ohm. En conséquence, la tension appliquée à cette résistance est proportionnelle au courant alimentant l'enroulement particulier 105 ou 106 du solénorde. (Deux circuits du type représenté en figure 5C sont nécessaires: un premier pour la source motrice du solénorde d'ouverture et un

second, pour la source motrice du solénorde de fer-

meture; toutefois, pour simplifier l'illustration, un seul circuit est représenté en figure 5C). Le chiffre de référence 273 désigne unamplificateur classique et, à la sortie de ce dernier, la courbe de tension 272a de la figure 5C sera une réplique de la courbe 272 de la figure 5D. Le chiffre de référence 274 désigne un dérivateur (bien connu dans la technique de l'électronique) produisant une tension de sortie proportionnelle à la première dérivée de temps de sa tension d'entrée. La courbe 275 représente cette tension dérivée. En observant la courbe 272 ou 272a, on peut constater que la dérivée (pente) de la courbe est toujours positive, sauf pendant les laps de temps compris entre T0 et

T1 au cours desquels la pente (dérivée) est négative.

Sur la courbe 275, seule l'impulsion 276 est négati-

ve. Le chiffre de référence 277 représente un re-

dresseur classique conçu pour ne laisser passer

que l'impulsion 276 comme représenté dans le gra-

phique 278. Le chiffre de référence 279 représente un circuit électronique à retard (également bien connu dans la technique) émettant une impulsion de sortie 276b qui est une réplique de l'impulsion

d'entrée, mais qui est retardée du temps T1-T0.

Dès lors, telle qu'elle est représentée dans le

graphique 280, l'impulsion 276b est émise légère-

ment au-delà du moment Ti. Cette impulsion 276b est appliquée à un commutateur électronique 281 qui 'est conçu pour couper le courant alimentant la source motrice 104, arrêtant ainsi le flux de

courant presque immédiatement après le fonctionne-

ment du clapet 40 (ouverture ou fermeture). Ce com-

mutateur électronique 281 est conçu pour remettre la source motrice 104 en service après un laps de temps approprié. Ce processus se répète lors de

4 75 1 11

l'émission de ltimpulsion suivante 104a (ou 104b).

Il importe de noter que les économies dténergie pouvant être réalisées en exploitant cet aspect de la présente invention, peuvent être très importantes. Etant donné que des puissances très

importantes sont nécessaires pour actionner le cla-

pet 40 à la grande vitesse requise, ces économies sont très sensibles et, dans l'exemple illustré,

elles pourraient augmenter jusqu'à cinq fois la-

durée de vie des accumulateurs.

VIII. DESCRIPTION DE LA STRUCTURE-DU PROTECTEUR

ET DU LOGEMENT POUR L'INSTRUMENT SPECIAL DE

TELEMESURE.

Une caractéristique importante de l'ap-

pareil-de mesure en cours de forage suivant la pré-

sente invention est son caractère pratique, c'est-

à-dire la commodité et la facilité avec lesquelles il peut être adapté au train de tiges de forage, ainsi qu'aux instruments et au matériel existants pour le forage des puits de pétrole. Dans les essais de la technique antérieure, de grands logements spéciaux

en acier d'une longueur de 9 m ou plus et d'un dia-

mètre de 203 mm sont nécessaires pour enfermer les instruments compliqués; par ailleurs, le transport de ces logements d'un endroit à un autre nécessite

des véhicules spéciaux. Dans l'appareil de la pré-

sente invention, étant donné qu'aucun mécanisme à clapet n'est intercalé dans le courant principal de boue, on peut éliminer le logement spécial d'un poids important, d'une très grande longueur et d'un prix élevé (environ 9 m de long) et il ne faut qu'une courte section de collier de forage (que

l'on appelle "protecteur"). Dans la forme de réa-

lisation pratique de la présente invention, ce protecteur n'a qu'une longueur de 914 mm et un diamètre de 171 mm (au lieu de la longueur de 9 m

qui était nécessaire antérieurement).

En conséquence, une des caractéristi-

ques importantes de la présente invention réside

dans le fait que l'on ne doit pas utiliser des lo-

gements spéciaux d'un poids élevé et d'une grande longueur. Cette caractéristique est avantageuse,en particulier, lorsqu'on doit obtenir,au fond d'un trou de forage,des mesures magnétiques telles que des indications au compas (par exemple,

la conduite du forage dans un trou dévié),lesquelles nécessi-

tent l'utilisation de colliers de forage non magnétiques. Les

colliers de forage non magnétiques sont non seule-

ment d'un poids important (2 à 3 tonnes), mais éga-

lement d'un prix extrêmement élevé (chacun, 20.000

dollars du système monétaire des Etats-Unis dtAmé-

rique), étant donné qu'ils doivent être fabriqués en une matière strictement non magnétique telle que le "Monel K". Dans la construction de l'appareil de la présente invention, on utilise des colliers de forage 'normalisés de 1' "API"I (= "American Petroleum Institute") ayant des diamètres extérieurs

de 152 à 228 mm (soit les dimensions les plus cou-

rantes). Tous les colliers normalisés de 1'tAPIII

ont un diamètre intérieur de 71,4 + 1,587 - 0 mm.

La simplicité, les petites dimensions et la cons-

truction coaxiale du système de clapet de la pré-

sente invention et des éléments y associés permet-

tent de réaliser une caractéristique spéciale l'ensemble de la source motrice en cause et de l'équipement y associé peut être installé dans un tube résistant à la pression et d'un diamètre suffisamment réduit pour pouvoir l'introduire dans l'alésage intérieur (71,4 mm) d'un collier de forage normalisé "API" sans gêner exagérément le

flux de boue. Certains capteurs peuvent être ins-

tallés aussi près que possible du trépan de forage.

En particulier, un capteur à rayons gamma installé 4?511i au fond du trou de forage doit être en mesure de

détecter la pénétration du trépan dans une forma-

tion lithologique donnée dès que cette pénétration a lieu. De plus, certains capteurs tels qu'un inclinomètre à compas installé au fond d'un trou de forage, exigent un indexage précis vis-à-vis de la "face de

l'outil" que l'on utilise dans le forage direction-

nel. En outre, un inclinomètre à compas doit être installé à une distance importante de n'importe quelle matière magnétique ou paramagnétique. De plus, lorsqu'on utilise un inclinomètre à compas, les logements 250a et 250b de la figure 7A doivent être soigneusement indexés angulairement visà-vis

du protecteur 253 qui, à son tour, est indexé vis-

à-vis du "protecteur courbe"t utilisé dans le forage directionnel. Le "protecteur courbe" comporte un repère d'indexage 253a et l'angle de ce repère doit

être dans une relation angulaire constante et me-

surée vis-à-vis du repère d'indexage 254a prévu sur le protecteur de télémesure 254. Cet angle connu (représentant l'angle compris entre les repères d'indexage 253a et 254a) est ensuite introduit dans le calcul intervenant pour la détermination de la portée et de l'angle vis-à-vis d'un plan vertical

du 'protecteur courbet".

La figure 7A est un schéma montrant l'instrument spécial de télémesure 50 et illustrant le système dans lequel l"'outil spécial de grande longueur" est éliminé et dans lequel également il ne faut qu'une courte section de collier de forage, ainsi qu'on l'a mentionné précédemment. En figure 7A, un logement désigné par le chiffre de référence 250 est consitué d'une partie supérieure 250a et d'une partie inférieure 250b comme décrit cidessus en se référant à la figure 4A. La partie supérieure

?475111

250a est enfermée à l'intérieur d'un court protec-

teur 254 (longueur: environ 914 mm seulement).

Ce court protecteur est spécialement alésé à un diamètre intérieur (par exemple, 114 mm) suffisant pour loger l'assemblage de clapet 40 et également pour permettre l'écoulement libre de la boue de forage dans cette partie supérieure 250a via les

passages 61 qui sont également représentés en fi-

gure 4A. Le logement 250a a un petit diamètre (de préférence, un diamètre extérieur de 68,2 mm ou moins). Un collier de forage 255 fourni par l'utilisateur (société pétrolière ou entrepreneur de forage) a habituellement une longueur de 9 m,

tandis que son poids et son prix sont importants.

Comme on l'a souligné ci-dessus, le diamètre inté-

rieur d'un collier de frage normalisé "'API"I est de 71,4 - 0 + 1,587 mm. Des organes de centrage 256 sont prévus pour le logement inférieur 250b. Ces organes ont un diamètre légèrement inférieur au diamètre intérieur du collier de forage normalisé

I"API"I, par exemple, un diamètre extérieur de 69,8 mm.

Un faible jeu est très important pour empêcher le "tbroutagell lorsque l'instrument est soumis à des

vibrations en cours de forage. Le passage d'évacua-

tion 85 est identique à celui représenté en figure 4A. Le logement 250b est suspendu à l'intérieur du protecteur 254 par des éléments de fixation (non représentés). La section transversale des éléments de centrage 256 (comme représenté en figure 7B) est conçue de façon à ménager des fentes ou des passages 258 permettant l'écoulement libre

de la boue de forage.

En réalité, la section inférieure 250b

du logement est constituée de plusieurs sous-sec-

tions qui sont assemblées l'une à l'autre par un élément spécial représenté en figure 7C. Comme

24751 1

-52

le montre cette figure 7C, chaque sous-section com-

porte, à son extrémité supérieure, une rainure 260 et, à son extrémité inférieure, une saillie ou une dent 261. La saillie 261 d'une soussection vient s'engager exactement dans la rainure 260 de la sous- section adjacente. Les sous-sections adjacentes sont maintenues par un manchon d'assemblage 262 venant se loger exactement dans les extrémités des sous-sections. Des ouvertures circulaires 263 pratiquées dans les sous-sections sont mises en alignement avec des ouvertures filetées respectives 264 pratiquées dans le manchon d'assemblage 262 et les éléments sont fixés par des vis 265. L'élément spécial d'assemblage illustré en figure 7C assure un indexage angulaire précis lorsque le protecteur

253 est un "protecteur courbe". Comme on l'a sou-

ligné précédemment, l'angle formé entre les repères-

d'indexage 253a et 254a doit 8tre connu afin de calculer l'angle formé par rapport à la verticale du "protecteur courbe". Il est également nécessaire de connaître le déplacement angulaire entre les axes d'un magnétomètre/inclinomètre et le repère 254a, ce déplacement angulaire ne devant pas varier

au cours de l'opération de forage (il est préféra-

ble, mais non indispensable que l'angle formé entre

un des axes horizontaux du magnétomètre/inclino-

mètre et le repère dtindexage 254a soit égal à zéro).

A cet effet, l'instrument 250b est assemblé aux dents d'indexage angulaire 261 comme représenté dans les

figures 7C et 7A.

Pour réaliser un système de télémesure efficace, deux conditions doivent être prises en

considération. L'une d'elles se rapporte aux con-

ditions optimales en vue d'obtenir le régime des ondes de choc. hydrauliques. L'autre condition

concerne l'obtention d'ondes de choc d'une inten-

sité suffisante pour supprimer les effets des

bruits étrangers.

IX. CONDITIONS OPTIMALES EN VUE DE DETERMINER LE

REGIME D'ONDES DE CHOC HYDRAULIQUES (DETERMI-

NATION DES PARAMETRES K1 (ou K2) et TbV) On a effectué une série d'expériences afin de déterminer les conditions optimales pour

le régime d'ondes de choc hydrauliques.

L'apparition d'une onde de choc hydrau-

lique est analogue à celle de l'effet dit de coup de bélier. En arrêtant brusquement l'écoulement dans une zone localisée d'une canalisation, on

élève brusquement la pression dans cette zone. Cet-

te élévation initialement localisée de la pression se propage le long de la canalisation sous forme d'un "coup de bélier". On sait parfaitement qu'un

changement brusque et localisé (réduction ou accrois-

sement) de la vitesse produit un changement localisé correspondant (élévation ou réduction) de la pression tandis que, en revanche, un changement brusque et

localisé de la pression engendre un changement brus-

que et localisé de la vitesse. En raison de l'élas-

ticité et de l'inertie du fluide, le changement qui se produit, est également transmis de l'élément

volumétrique d'o il émane, vers les éléments volu-

métriques voisins et ce, à une vitesse qui est la vitesse de propagation d'ondes de compression. Le problème de la propagation des ondes de choc est

extrêmement complexe. Pour répondre aux condi-

tions pratiques imposées, il est nécessaire de dé-

terminer un paramètre qui est le plus représentatif en ce qui concerne l'obtention d'une onde de choc clairement définie. On prendra en considération deux paramètres que l'on appellera "paramètre K " et "paramètre K2". Lorsque l'un ou l'autre de ces

paramètres dépasse une valeur appropriée, on ob-

tient une onde de choc clairement définie.

(a) Paramètre K1

Ce paramètre est la moyenne du change-

ment de vitesse du flux de boue à travers le dapet de dérivation au cours de la période Couverture (ou de fermeture) de ce dernier: soit V(t) la vitesse du flux de boue à travers le clapet de dérivation, variant en fonction du temps (en cm/seconde). Au moment t = 0, lorsque le clapet commence à s'ouvrir, la vitesse est égale à O ou V(O) = 0O Au moment t = T (v), lorsque le a clapet est complètement ouvert, la vitesse de ce clapet atteint une certaine valeur Vf qui est la vitesse de dérivation au cours de la période de flux total. Dès lors: V (Ta(V)) = Ve (10) En conséquence, le paramètre K1, qui est la moyenne du changement de vitesse au cours de la période Ta(V) est K= Vf ()

1 T V

a K1 est mesuré en cm/seconde On supposera que, lorsque K1 dépasse une valeur seuil appropriée, c'est-à-dire lorsque

K1 > M1 (12),

on obtient une onde de choc clairement définie. Dans les expériences effectuées, il a été déterminé que MI _- 2 x 105 cm/sec2 (13) (b) Paramètre K2 Ce paramètre représente la moyenne de changement de la section d'ouverture du clapet au

cours de la période T (V).

a

2 4 7 5 1 1 1

Antérieurement (voir équation (1)), on a défini S(t) comme étant la section du clapet qui est ouverte au moment t. Dès lors, au moment t = O, on a S(O) = 0 et au moment t = Ta(V), on a (y) S a S(Ta(V)) = S (14) o SO indique la section totale d'ouverture du clapet. Le paramètre 2 est: SO K2 = cm2/sec. (15) Ta On supposera que, lorsque K2 dépasse une valeur seuil appropriée, c'est-à-dire lorsque

K2 > M2 (16),

on obtient une onde de choc clairement définie.

Dans les expériences effectuées, il a été déterminé

que M -_ 100 cm2/seconde.

Généralement parlant, K1 est propor-

tionnel à K2. Le paramètre K2 est probablement plus utile, car il indique directement la façon dont il convient de concevoir et faire fonctionner le clapet. Il existe également un paramètre Tb

(voir B1C1 en figure 2A) qui doit être pris en con-

sidération pour la description des figures 8A à 8E.

Chacune de ces figures correspond à un ensemble (V) ou e T

de valeurs numériques de K1 et Tb() ou K2 et Tb(.

Les figures 8A à 8E montrent l'effet exercé par les variations de K et Tb(V) ou de K K1 Tb oud

et Tb(V) pour passer du régime de variation de pres-

sion lente au régime d'ondes de choc hydrauliques.

Plus spécifiquement, chacune de ces figures montre la façon dont la pression détectée à la surface du sol (ordonnée) varie en fonction du temps, t (abscisse). Dans ces expériences, la dimension de

l'orifice est de 0,5 cm2. Les données expérimenta-

les ont été obtenues dans un certain nombre de

puits. Ces puits ont été sélectionnés aux Etats-

Unis d'Amérique (Oklahoma, Texas Occidental et Texas Oriental), ainsi qu'aux Pays-Bas. De plus, certains de ces essais ont été pratiqués dans un "puits expérimental" qui a été explicitement foré

pour pratiquer des expériences de télémesure.

En effectuant les expériences ci-dessus,

il a été tenu compte de la grande variété des ins-

tallations existantes pour le pompage des boues, ainsi que de différents effets perturbateurs. Il existe de nombreux types de pompes à boue: "Duplex Simple"t, "Duplex Double", "Triplex Simple", "Triplex Double"; par ailleurs, les variations de pression des pompes pour une pression de boue moyenne donnée sont largement différentes d'une installation à l'autre. La suppression des signaux perturbateurs importants relatifs à la pression de la boue, est complexe. Les signaux de pression de pompe - émis par un seul "système duplex" peuvent être 10, voire même 20 fois supérieurs à ceux émis par un système "Triplex Double" minutieusement réglé. Afin de déterminer les valeurs optimales de K2 (ou K1) et de Tb(V), on a arrêté l'opération de forage et on

a utilisé une très bonne pompe "Triplex" (régulière).

Dès lors, les graphiques des figures 8A à 8E ne sont pas des graphiques représentatifs d'une condition typique, mais ils représentent une condition dans laquelle les différents bruits (venant des pompes et d'autres sources) sont réduits au minimum, pour en établir ensuite la moyenne par calcul et par établissement d'un tracé afin d'obtenir des valeurs (y)

optimales pour les paramètres K2 (ou K1) et Tb(V).

Les valeurs correspondantes de K2 (ou K1) et de 3LeTv) Tb(V) pour chacune des figures 8A à 8E sont données dans le tableau ci-après.:

TABLEAU

K2 (en cm2/seconde) Tb(v) (en secondes) Figure 8A 0,5 2 Figure 8B 2,5 1 Figure 8C 8,5 0,5 Figure 8D 2,5 0,25 Figure 8E 100 0,1

Les graphiques des figures 8A à 8E re-

présentent des chiffres moyens obtenus dans un grand

nombre d'essais. Dans ces essais, la pression nor-

male régnant dans la colonne montante était de 210 kg/cm2 et les variations de pression se situaient dans un intervalle de 7 kg/cm2. Les essais ci-dessus ont été pratiqués en utilisant différents types de clapets: les clapets entraînés par un moteur, les clapets rotatifs, les clapets en champignons, etc. La figure 8F est une réplique exacte du diagramme de pression enregistré dans la colonne montante au cours d'essais effectués à 2.980 m avec une pression de 196 kg/cm2 dans la colonne montante au cours d'une opération réelle de forage d'un puits de pétrole dans la région occidentale du Texas des

Etats-Unis d'Amérique.

Le graphique de la figure 8A a été obtenu en utilisant un clapet à action lente. Les valeurs numériques des paramètres en cause de la

figure 8A étaient les suivantes: K2 = 0,5 cm2/se-

* conde et Tb(v) = 2 secondes, soit des valeurs sem-

blables à celles suggérées dans la technique anté-

rieure (figures 1A et lB). En conséquence, la figure 8A et la figure lB représentent toutes deux le régime d'impulsions de pression lentes. D'autre part, la figure 8E a été obtenue en utilisant un clapet à action rapide pour lequel on avait les valeurs suivantes: K2 = 100 cm2/seconde et Tb(V) = 10 1 seconde. En conséquence, la figure 8E bO seod. Ecosqeclfiue8 représente le régime d'ondes de choc hydrauliques, tandis que l 'onde de clapet de la figure 8E est

très semblable à celle de la figure 2B.

Les figures 8B. 8C et 8D, définies dans le tableau ci-dessus, représentent le passage du régime de variations lentes de pression au

régime d'ondes de choc hydrauliques.

Dans les essais illustrés dans les

figures 8B, 8C et 8D, les conditions ont été main-

tenues aussi semblables que possible. L'instrument était situé près du fond de trous de forage d'une profondeur d'environ 2.438 m, la viscosité de la boue était d'environ 40 "Funnel" et le poids était de 1,5 kg/l. Lorsqu'il était "ouvert", le clapet

avait une section d'ouverture effective de 0,7 cm2.

La pression normale dans la colonne montante était de 210 kg/cm2 et le clapet utilisé dans ces essais était semblable au clapet 40, mais il avait été modifié pour permettre une action plus lente (sans l'action bistable); en d'autres mots, le clapet était un simple clapet équilibré en pression et le débit était réglé par un étranglement prévu au passage d'entrée. Il est à noter que l'action du clapet entrant en ligne de compte pour la figure 8B était très rapide, mais qu'elle n'a pas produit

le régime désiré d'ondes de choc hydrauliques.

Toutefois, d'emblée, on a constaté qu'une action plus rapide était souhaitable. Le débit de décharge

était de l'ordre de 19 litres/seconde2.

En réglant l'étranglement d'admission

et l'étranglement de sortie, de même que le cou-

rant électrique alimentant les solénoïdes d'atta-

que, on a obtenu différentes vitesses de fonction-

nement du clapet.

D'après ce qui précède, on constate qu'aucune onde de choc n'est produite lorsque K2 = 0,5 cm2/seconde, tandis que l'on obtient une onde

de choc presque idéale lorsque K2 = 100 cm2/seconde.

X. FORMIATION D'ONDES DE CHOC POUR LA SUPPRESSION

DES BRUITS (AUTRE VARIANTE).

On introduira un autre paramètre expri- mant une condition requise pour l'intensité de

l'onde de choc. On envisagera deux méthodes diffé-

rentes. L'une delles est basée sur un paramètre K3 qui représente la quantité de boue (mesurée en cm3) passant à travers le clapet au cours de la période Ta(V) (cette quantité est connue sous le nom de "quantité en mouvement"). L'autre méthode est basée sur un paramètre K4 qui représente le

flux moyen du courant de boue au cours de la pé-

riode Ta(V) Dès lors: quantité de boue passant au cours de la période Ta() K4 a() Ta (17) Ta On prendra en considération la période d'ouverture du clapet, c'est-à-dire la période Ta(V) a Pour simplifier le problème, on supposera que la vitesse d'accroissement du débit au cours de la période Ta(V) est constante et est égale à K1. Dès lors:

V(t) = K1 t en cm/seconde (18).

On supposera également que la vitesse

d'accroissement de l'ouverture du clapet est cons-

tante et est égale à K2. Dès lors:

S(t) = K2 t en cm2/seconde (19).

En conséquence, le volume passant à travers le clapet au cours du temps Ta(V) est a Ta (y) = K1K2t dt 2 (K1l2Ta)3 cm3

O (20)

Dès lors, le paramètre K3 est la quan- tité (en cm3) de fluide passant à travers le clapet au cours de la période T (V) Ce paramètre est la quantité en mouvement au cours de la période d'une

seule ouverture et d'une seule fermeture du clapet.

Une autre méthode consiste à prendre, au lieu du paramètre K3, un paramètre K4 représentant le flux pendant la période Ta v, c'est-à-dire: K 4 a (V) (21) a

XI, PROCEDE GENERAL POUR LA SUPPRESSION DES BRUITS.

On prendra à présent en considération le procédé général pour le décodage des signaux émis par le transducteur à pression 51. La figure 9 représente le système d'appareils, tandis que les figures IOA à IOG illustrent certaines formes d'ondes et certaines impulsions intervenant dans le décodage des signaux au moyen du système illustré

en figure 9.

Le signal émis par le transducteur à

pression 51 comprend un signal portant une infor-

mation utile conjointement avec des signaux para-

sites ayant tendance à dissimuler le signal utile.

Le signal portant l'information utile représente le message codé fournit par le clapet 40 en réponse

à un capteur. Il existe différents signaux para-

sites. Un de ces signaux, qui est produit par la pompe 27, comporte une composante constante intense

de la pression de boue engendrée par-la pompe.

Cette composante intervient dans la circulation de la boue à travers la conduite de forage, ainsi que dans le retour de la boue par l'espace annulaire formé entre cette conduite de forage et la paroi du trou. A cette composante, vient se superposer

une composante alternative produite par le mouve-

ment de va-et-vient des pistons de la pompe. Afin d'améliorer la réception, il est

souhaitable de supprimer, de la sortie du trans-

ducteur 51, la composante constante intervenant dans

la pression produite par la pompe 27. En consé-

quence, un filtre sélectif de fréquence 150 est rac-

cordé au transducteur 51 pour transmettre des fré-

quences se situant dans une gamme allant de 0,1 à Hertz et pour atténuer les fréquences se situant en dehors de cette gamme. Les fréquences contenues

dans la composante de pression constante sont infé-

rieures à 0,1 Hertz.

Dans la terminologie appliquée à la présente spécification, il convient de faire une distinction entre l'expression "filtre" appliquée au filtre sélectif de fréquence 150, et l'expression

"'filtre numérique", qui sera utilisée dans la des-

cription ci-après de l'invention. Dans un "filtre" tel que le filtre 150, un filtrage classique est effectué au moyen de réseaux électroniques de type analogique dont le comportement est habituellement traité dans le domaine des fréquences. L'expression "filtre" peut être utilisée pour désigner ce que l'on appelle un "filtre d'ondes", un "filtre Shea" (voir, par exemple, "Transmission Networks and Wave Filters"t par T.E. Shea, D. VanNostrand Co., New York, N.Y., E.U.A., 1929) et d'autres filtres tels que les filtres "Tchebyshevil et "Butterworth". D'autre part, un filtre numérique tel qu'un filtre adapté, un

filtre conformateur d'impulsions ou un filtre forma-

teur de pointes est traité de manière plus fructoeuse dans un domaine de temps. La sortie d'un filtre 24751 1 l

numérique est obtenue en convolutionnant le program-

me d'entrée numérique avec les coefficients de pon-

dération du filtre. Un filtre numérique est un ordinateur. Le signal émis à la borne de sortie 151 du filtre 150 sera exprimé par une fonction F(t) qui est: F(t) = B(t) + P(t) + U(t) (22) o B(t) est le signal portant l'information utile,

r(t) est le signal perturbateur émis par la varia-

tion périodique de pression de la pompe (bruit de

pompe), tandis que U(t) représente un bruit errati-

que. Le bruit erratique est produit par différents effets tels que l'action des dents d'un trépan en cours de forage, par les engrenages du mécanisme du

train de tiges et par d'autres dispositifs interve-

nant dans les opérations de forage rotatif. Dans certains cas, U(t) est à peu près un bruit blanc tandis que, dans d'autres cas, la différence entre

U(t) et un bruit blanc peut être importante.

Le message codé exprimé par le signal porteur d'information B(t) est une série de mots

binaires renfermant chacun une succession de bits.

Un seul bit d'un mot binaire est produit par un seul"fonctionnement" (cest-à-dire par une seule ouverture et une seule fermeture) du clapet 40. Ce

fonctionnement unique produit une onde de choc hy-

draulique se manifestant à la surface du sol par une seule onde de clapet telle que l'onde de clapet illustrée en figure 2B. En conséquence, le message exprimé par B(t) est sous forme d'une séquence codée d'ondes de clapet, chacune de ces ondes étant du type représenté en figure 2B. Les figures IOA à IOG représentent différentes étapes devant être

effectuées pour séparer le signal porteur d'infor-

mation B(t) des signaux parasites. Afin de faciliter

24?5111

ltexposé, on a exprimé B(t) en figure 1OA par une seule onde de clapet plutôt que par une succession

codée d'ondes de clapet. Dès lors, l'onde de cla- pet représentée en figure IOA est du même type S qu'une seule onde de

clapet du type représenté en

figure 2B. Toutefois, un léger changement inter-

vient dans la notation. En figure IOA, on a sup-

primé l'exposant "s" qui apparaît en figure 2B.

Dès lors, dans les figures IOA à IOG, différents temps ont été désignés par t1, t2,.... t15, t16 sans l'exposant "s". Différents graphiques des figures 10A à IOG ont été annotés de manière appropriée. Afin de faciliter l'exposé et le rendre plus clair, les échelles de temps correspondant à

ces graphiques ont été déformées.

Afin d'éliminer les signaux de bruits parasites (bruits de pompes et bruits erratiques) et afin d'émettre un signal représentant le message

codé, on prévoit trois étapes opératoires succes-

sives qui peuvent être identifiées comme suit: Etape 1: Au cours de cette étape, un signal ayant trois composantes comme représenté en figure

IOA est transformé en un signal ayant deux compo-

santes comme représenté en figure IOC. Cette étape

a-pour but de supprimer les bruits de pompes P(t).

Suite à cette étape, une "onde de clapet" du type représenté en figure IOA est transformée en une tonde double". Cette onde double est représentée

en figure IOC.

Etape 2 Cette étape a pour but de supprimer le

signal de bruit erratique.

Etape 3: Au cours de cette étape, chaque onde

double du type représenté en figure 1OD est trans-

formée en une seule impulsion du type représenté en figure IOG. En conséquence, on obtient une séquence codée d'impulsions individuelles représentant, sous 64,.'

forme numérique, le paramètre mesuré par le capteur-

101 à une profondeur appropriée dans le trou de forage.

XII. SUPPRESSION DES BRUITS DE POMPES (ETAPE N 1).

On examinera à présent la figure IOA. Cette figure montre les trois composantes du signal F(t) tel qu'il est exprimé par l'équation (22). Ces composantes sont les suivantes: l'onde de -clapet B(t), le bruit de pompe P(t) et le bruit erratique U(t). Ainsi qu'on l'a souligné précédemment, le

signal F(t) a été obtenu au moyen du filtre 150.

Ce filtre est raccordé à un élément à retard 152 retardant efficacement le signal d'entrée F(t) d'un

temps Tp qui est une période de l'oscillation pro-

duite par la pompe 27. Dès lors, le signal obtenu sur le conducteur de sortie 153 de l'élément à retard 152 peut être exprimé par F(t-Tp). Les trois p composantes du signal F(t-Tp) sont indiquées en p

figure lOB. Ces composantes sont: l'onde de cla-

pet retardée B(t-Tp), le bruit de pompe retardé p P(t-Tp) et le bruit erratique retardé U(t-Tp). Le laps de temps T dépend de la vitesse de rotation de la pompe et, étant donné que cette vitesse n'est

pas constante, le retard T est un retard-variable.

Dès lors, l'élément à retard 152 doit être contrôlé de manière appropriée en réponse à la vitesse de rotation de la pompe 27. En conséquence, l'élément

à retard 152 est conçu pour recevoir, via le conduc-

teur 154, des impulsions de synchronisation émises par un générateur 155 qui est entraîné mécaniquement

par la pompe pour émettre un nombre approprié d'im-

pulsions par révolution de celle-ci. A cet effet,

on prévoit une transmission à chaine 156. L'télé-

ment à retard 152 peut être la ligne à retard analogique double "'Reticon", modèle SAD-1024, vendue par "Reticon Corporation", Sunnyvale,

Californie, E.U.A.

On supposera que la pompe 27 effectue N1 courses par seconde. Dès lors, Tp = 1/Nl. Le générateur d'impulsions 155 émet des impulsions de synchronisation à un rythme relativement élevé N2 qui est un multiple de N1. Dès lors, N2 = KN1

o K est une constante choisie à la valeur de 512.

En conséquence, si la pompe effectue une course par seconde, le générateur de signaux devra alors

produire 512 impulsions par seconde. Il est évi-

dent que le rythme de pulsation de la pompe à boue 27 varie en fonction du temps et, par conséquent, N2 variera de telle sorte que le retard produit par l'élément 152 soit toujours égal à une période des oscillations de pression de boue produites par

la pompe 27.

Le signal F(t-Tp) émis par l'élément p à retard 152 est appliqué à un conducteur d'entrée 153 d'un soustracteur 160. Ce soustracteur 160 reçoit également, à son conducteur d'entrée 161, le signal F(t) émis par le filtre 150 et, à son

conducteur de sortie 162, il émet un signal diffé-

rentiel qui est: x(t) = F(t) - F(t-Tp) = B(t)-B(t-Tp)+P(t)-P(t-Tb)+U(t)U(t-Tp) (23) Etant donné que P(t) est périodique et a une période Tp, on a: P(t) - P(t-Tp) = O (24) p Dès lors, en raison de la périodicité des pulsations produites par la pompe à boue 27, les bruits émis par celle-ci sont supprimés et le

signal obtenu au conducteur de sortie 162 du sous-

tracteur 160 peut alors être exprimé comme suit: x(t) = b(t) + u(t) (25) o (26) b(t) = B(t) - B(t-Tp) est le signal porteur d'information et u(t) = U(t) - U(t-Tp) (27)

est un signal de bruit erratique.

Le signal porteur d'information b(t) et le signal de bruit u(t) sont représentés en

figure lOC. On peut alors constater qu'en effec-

tuant l'étape n 1 comme décrit ci-dessus, on transforme le signal porteur d'information B(t) représenté en figure 10A et ayant la forme d'une onde de clapet, en un signal différent porteur

d'information b(t) comme représenté en figure 10C.

Le signal b(t) sera appelé "onde double" par con-

traste avec le signal B(t) qui représente une "onde de clapet". Une onde double comprend deux ondes de clapet telles que les ondes de clapet "IA" et "B" en figure 10C. Ces ondes de clapet sont séparées l'une de l'autre par un laps de temps Tp. L'onde de clapet "A" est analogue à

celle de la figure 1OA, tandis que l'onde de cla-

pet "B" représente la forme inversée de l'onde de

clapet "A".

Le signal x(t) (équation (25)) est, en outre, appliqué au conducteur d'entrée 162 d'un convertisseur analogique/numérique 163 qui est commandé par une horloge 178. On obtient alors,

au conducteur de sortie 164 du convertisseur ana-

logique/numérique, un signal exprimé par: xt = bt + ut (28) o, conformément aux symboles utilisés ici, x.t, bt et ut sont des versions numériques des signaux

analogiques x(t), b(t) et u(t) respectivement.

Les signaux xt et ut sont sous forme de séries chronologiques telles que xt = ( - * *2 x_2, xl, xO, x1,..., x9,, À.) (29) et ut =. u_2, ul, u0, uI1, *., u9,...) (30) respectivement, tandis que le signal bt est une onde de longueur finie bt= (bo, b1, b2,.. bn) (31)

XIII. SUPPRESSION DES BRUITS ERRATIQUES LORSQUE

CEUX-CI SONT DES BRUITS BLANCS (ETAPE N 2).

Le mélange d'une onde double bt et d'un signal de bruit ut est alors appliqué à un filtre

numérique 170 de longueur (n + 1) ayant une fonc-

tion de mémorisation.

at= (a0, a1, a2,..., an) (32) Dans cette forme de réalisation, on choisit un filtre numérique connu sous le nom de

"filtre adapté", tandis que l'on choisit la fonc-

tion de mémorisation at afin d'optimaliser le fonc-

tionnement du filtre. On obtient des conditions optimales lorsque le rapport signal/bruit à la

sortie du filtre 170 est à sa valeur maximale.

(Pour une description de filtres adaptés, voir,

par exemple, une publication de Sven Treitel et

E.A. Robinson, "Optimum Digital Filters for Signal-

to-Noise Ratio Enhancement", Geophysical Prospec-

ting, volume 17, N 3, 1969, pages 248-293, ou une

publication de E.A. Robinson, "Statistical Communi-

cation and Detection with Special Reference to Digital Data Processing of Radar and Seismic Signals",

Hafner Publishing Company, New York, N.Y., E.U.A.

1967, pages 250-269).

On réalise la fonction de mémorisation at du filtre adapté 170 de telle sorte qu'elle puisse être contrôlée afin d'assurer, à tout moment au cours des opérations de mesure, les conditions optimales pour le fonctionnement du filtre. Ce

contr8le du filtre est effectué au moyen d'un or-

dinateur 172 qui reçoit des données appropriées d'un élément de mémorisation et d'appel 173 ainsi

qu'on le décrira ci-après.

Un signal yt obtenu au conducteur de sortie 174 du filtre adapté 170 peut être exprimé par une convolution de la fonction d'entrée xt et de la fonction de mémorisation at. Dès lors: Yt = xt*at:aOxt + alxt-1 +... + anxt-n (33)

o l'astérisque indique une convolution. En sub-

stituant, dans cette formule (33), xt = bt + Ut, on obtient: vt (34) Yt = ct +vt o ct = bt a (35) t t t est la réponse du filtre à une entrée de signal pur et vt ut * at (36) est la sortie de bruit. La figure -11 donne un

schéma fonctionnel indiquant ces relations.

Afin d'assurer les conditions optimales lors du fonctionnement du filtre adapté 170, on choisit un certain moment, par exemple, le moment t = to et la puissance instantanée de la sortie du filtre contenant un signal au moment t = to doit être aussi grande que possible par rapport à la

puissance moyenne du bruit filtré à ce moment.

Dès lors, afin de détecter le signal ct dans la sortie filtrée ut, on utilise le rapport signal/ bruit défini par: = (valeur du signal filtré au moment tO)2 (37) puissance du bruit filtré Si l'on convolutionne le signal de longueur (n + 1) (bO, b1,..., bn) avec le filtre

de longueur (n + 1), on obtient une série de sor-

tie de longueur (2n + 1) (c0, c1,... cn,.. c2nl, c2) o c est la valeur centrale de cette série de sortie. Dès lors, au moment to = tn, > devient C= (aobn + albn + * + anbo)2 (38) n n 1 =1n= 2 2 [Evn] E[vn] o E[v2n] est la valeur moyenne de la puissance de sortie de bruit. On supposera maintenant que le bruit erratique ut est un bruit blanc. Il peut alors être démontré (voir, par exemple, une publication de Sven Treitel et E.A. Robinson, "Optimum Digital Filters for Signal to Noise Ratio Enhancement", Geoph. Prosp., volume XVII, no 3, 1969, pages 240-293) que la valeur maximale du rapport signal/ bruit peut être obtenue lorsque: (a0, al,..., an) = (kbn, kbnl,..., kb0) (39) o on a choisi la valeur 1 pour k. Dès lors, en présence d'un signal noyé dans le bruit, lorsque ce dernier est un bruit blanc, les conditions optimales peuvent être obtenues lorsque la mémoire du filtre est donnée par le signal inversé, notamment par la

séquence de coefficients (bn, bn_1..*, bo).

La mémoire du filtre 170 est déterminée à tout moment au moyen de l'ordinateur 172 qui est

raccordé à ce filtre par un canal 175. L'expres-

sion "canal", utilisée dans la présente spécifica-

tion, désigne des conducteurs, des connexions ou des éléments de transmission appropriés selon les conditions requises par un cas particulier. Un élément de mémorisation et d'appel 173 est prévu pour mémoriser la fonction bt pour une transmission ultérieure de cette dernière à l'ordinateur 172 via le canal 176. Cet ordinateur a pour but d'inverser les données d'entrée exprimées par une séquence (bo, b1,..., bn) afin d'obtenir, à son canal de sortie 175, une séquence (bn, bn_1.,1 bo) qui, à son tour, est appliquée, via le canal 175, au filtre adapté o elle est mémorisée comme mémoire

de filtre conformément à l'équation (39).

En outre, la sortie filtrée yt, obte-

nue au conducteur de sortie 174 du filtre adapté 170,est appliquée à un convertisseur numérique/ analogique 181. Etant donné que yt représente un signal sous forme numérique, la fonction analogique correspondante obtenue au conducteur de sortie 182

du convertisseur numérique/analogique 181 sera ex-

primée par y(t) conformément aux symboles utilisés ici. Il est à noter que le fait de porter au maximum le rapport signal/bruit dans la sortie filtrée Yt équivaut à réduire au minimum le signal de bruit vt (ou son équivalent analogique v(t)) comparativement au signal porteur d'information ct (ou son équivalent analogique c(t)). Dès lors v(t) <<" c(t) (40) et y(t) r c(t) Nb(t) (41)

En conséquence, telle qu'elle est re-

présentée en figure lOBD, la fonction de sortie y(t) du filtre adapté ressemble étroitement à la fonction

b(t) représentée en figure 1OC.

Un caractéristique importante de la présente invention consiste à mémoriser (en vue d'une reproduction ultérieure) la fonction bt au

moyen de l'élément de mémorisation et d'appel 173.

On décrira à présent le procédé requis pour mémori-

ser la fonction bt en se référant à la figure 12.

Ce procédé comprend les différentes étapes suivantes: Etape (a) On arrête les opérations de forage, c'est-à-dire que l'on soulève le trépan 31 sur une courte distance au-dessus du fond, on maintient les systèmes de transmission et de levage à l'arrêt et

l'on arrête la rotation de l'élément 21.

Etape (b) La pompe 27 continue à fonctionner de la même manière que pendant des opérations normales de forage, c'est-à-dire à une vitesse uniforme et à une pression représentant celle utilisée au cours des "mesures réelles effectuées en cours de forage". Toutes les autres sources de perturbations telles

que le prélèvement d'un courant électrique alterna-

tif à partir de générateurs, le fonctionnement des grues, etc., sont mises à l'arrêt. Les effets de

la "houle" et d'autres sources de bruits sont éli-

minées dans la mesure du possible dans le cas d'opé-

rations de forage effectuées en mer (par exemple,

en choisissant une journée calme).

Etape (c) Comme décrit ci-dessus et illustré en figure 5A, le codage souterrain est déterminé par

une "horloge" qui est rigoureusement en synchro-

nisme avec l'l'horloge" installée dans l'équipement de surface. En conséquence, on peut déterminer, en surface, le moment o une impulsion individuelle

est émise en sous-sol, par exemple, l'impulsion pré-

liminaire; de plus, si l1on connait la vitesse de transmission à travers la colonne de boue, on peut

également connaître le moment exact auquel l'impul-

sion hydraulique sera reçue à la surface. Dès lors, on peut recevoir une seule "onde" à la surface et

connaître à l'avance le moment auquel l'onde appa-

raitra, même si elle risque d'être dissimulée par

un bruit. (Dans de nombreux cas, l'onde indivi-

duelle ressortira du bruit, si bien que l'on pourra

pratiquer une observation visuelle à l'oscilloscope).

Le phénomène hydraulique transitoire produit par le clapet 40 est reçu par le transducteur 51 à un

moment connu.

Etape (d) Le signal reçu par le transducteur 51 est transmis par le filtre 150 afin de transmettre sélectivement des fréquences se situant dans la

gamme de 0,1 à 10 Hertz. Etant donné que les opé-

rations de forage ont été arrêtées (comme décrit dans l'étape (a) cidessus), le bruit erratique U(t) est négligeable et, par conséquent, le signal obtenu à la sortie du filtre 150 a la forme F(t) =

B(t) + P(t).

Etape (e) Le signal F(t) émis par le filtre 150 passe par l'élément à retard 152, le soustracteur et le convertisseur analogique/numérique 163 ainsi qu'on l'a exposé ci-dessus. Habituellement, en cours de forage, le signal émis à la sortie du convertisseur analogique/numérique 163 a la forme

xt = bt + ut o ut représente le bruit dfû aux opé-

rations de forage. Toutefois, dans ce cas également, étant donné que les opérations de forage ont été

arrêtées, le signal de bruit erratique ut est négli-

geable. Dans ces conditions, on a xt %.bt Le signal xt représente, autant que possible, un "signal exempt de bruit" qui pourrait correspondre

à une onde représentant le signal porteur d'infor-

mation. Etape (f) La fonction xt bt est mémorisée. Les t t étapes opératoires (a), (b), (c), (d) et (e) décrites

ci-dessus sont effectuées au moyen du système illus-

tré en figure 12. Dans ce système, la sortie du convertisseur analogique/numérique 163 est appliquée à l'entrée de l'élément de mémorisation et d'appel

173 pour enregistrer la fonction xt bt.

Il est à noter que, dans le domaine de fréquence, la fonction de mémorisation at du filtre adapté 170 peut être exprimée comme suit: -2 T1 vfn A(f) e -2Tvfn B*(f) (42) o f indique la fréquence et B*(f) est le nombre conjugué complexe de la transformation du signal

bt suivant Fourier.

La suppression du bruit erratique, lorsque le bruit est un bruit blanc, peut, dans

certains cas, être effectuée au moyen d'un auto-

corrélateur plut8t qu'au moyen d'un filtre adapté tel que le filtre adapté 170 illustré en figure 9. A cet effet, il convient de modifier le schéma de la figure 9 en éliminant le filtre adapté 174, l'ordinateur 172 et l'élément de mémorisation et d'appel 173. Il convient alors d'utiliser un

autocorrélateur. Les bornes d'entrée de l'auto-

corrélateur doivent être raccordées aux conduc-

teurs de sortie 164 du convertisseur analogique/ numérique 163. En même temps, les conducteurs de

sortie de l'autocorrélateur doivent être raccor-

dés aux conducteurs d'entrée 174 du convertisseur

* numérique/analogique 181. La sortie du convertis-

seur numérique/analogique peut être traitée au

moyen de l'élément à retard 190, de l'élément in-

verseur de polarité 192, de la porte ET 193, etc., comme représenté en figure 9. Toutefois, dans certains cas, la sortie du convertisseur numérique/ analogique peut être appliquée directement à un enregistreur.

XIV. TRANSFORMATION D'UNE SEQUENCE CODEE D'ONDES

DOUBLES EN UNE SEQUENCE CODEE D1IMPULSIONS

COURTES (ETAPE NO 3).

On considérera à nouveau le système opératoire illustré en figure 9. A présent, on a

obtenu, au conducteur de sortie 182 du convertis-

seur numérique/analogique 181, un signal représen-

té par une fonction y(t) qui est représenté en figure 19D et qui a une forme analogue à celle de

l'onde double b(t), c'est-à-dire y(t).-p b(t).

La fonction y(t)-.-#b(t) représente un seul bit du signal converti en un signal numérique et actionnant le clapet 40. Il est évident qu'une 247511l

telle fonction n'est pas très commode pour repré-

senter un laps de temps très court correspondant à une seule ouverture et une seule fermeture du

clapet 40. En conséquence, ainsi qu'on l'a souli-

gné dans l'étape n 3, il est nécessaire de trans-

former une onde double en une seule impulsion cour-

te coïncidant avec le fonctionnement du clapet. On réalise cet objet au moyen d'un élément à retard commandé par une horloge 191 en combinaison avec l'élément inverseur de polarité 192 et une porte ET 193 (réseau de coiïncidence) selon le système représenté en figure 9. Via le conducteur 182, l'élément à retard 190 reçoit le signal y(t)

émis par le convertisseur numérique/analogique 181.

Cet élément à retard est commandé par une horloge 191 afin d'obtenir, au conducteur de sortie 195, un

retard égal au laps de temps Tm. En outre, la fonc-

tion retardée b(t - Tm) représentée en figure 10E est appliquée, par le conducteur 195, à un élément inverseur de polarité 192 afin de produire, au conducteur de sortie 197 de l'élément 192, une onde double retardée inversée, exprimée par -b(t - Tm)

et illustrée en figure 1OF.

Le signal -b(t - Tm) est appliqué, par le conducteur 197, à la porte Et 193. En mAme temps, le signal b(t) émis par le convertisseur numérique/analogique 181 est appliqué, par les

conducteurs 182 et 200, à la porte ET 193. Cha-

cun des signaux b(t) et -b(t - Tm) comprend des impulsions ayant une polarité positive et une polarité négative. En comparant le signal b(t) représenté en figure IOD avec le signal -b(t - Tm) représenté en figure 10F, on peut constater qu'il n'y a, en figure 10D, qu'une impulsion qui est en coïncidence de temps avec l'impulsion représentée en figure 10F. Cette impulsion est émise dans le laps de temps compris entre t3 et t4 en figure 10D et entre t et t10 en figure 10F. Il est à noter que les moments t3 et t9 corncident,étant donné que t3 = t1 + Tm et t9 = t1 + Tm. De la même manière, les moments t4 et t10 cofncident)étant donné que

t = t1 + T + TM et t 1 = t1 + Tn + Tm. Enconsé-

quence, une seule impulsion de coincidence est déri-

vée de l'onde double b(t) et elle est représentée en figure IOG. En conséquence, la porte ET 193 qui a reçu, à ses conducteurs d'entrée 200 et 197, des signaux représentant la fonction b(t) et la fonction -b(t - Tm) respectivement, émet, à son conducteur de sortie 210, une seule impulsion du type représenté

en figure 1OG.

On rappellera que, pour des raisons de simplicité, on a représenté, dans cette forme de réalisation, une seule impulsion qui est produite et corncide pratiquement avec une seule ouverture et une seule fermeture du clapet. On se rappellera que, au cours d'un forage réel pendant lequel on pratique simultanément une opération de mesure, on obtient, au conducteur de sortie 210, une succession codée d'impulsions individuelles représentant une mesure

effectuée par un capteur choisi d'un paramètre sélec-

tionné.

La succession codée d'impulsions indi-

viduelles obtenues au conducteur de sortie 210 de la porte ET 193 est appliquée à un convertisseur numérique/analogique 211 qui est commandé par une

horloge 212. Au conducteur de sortie 214 du con-

vertisseur numérique/analogique 211, on obtient, sous une forme analogique, un signal représentant la mesure du paramètre sélectionné. Ce signal est

enregistré au moyen de l'enregistreur 54.

XV. UTILISATION D'UNE CORRELATION CROISEE.

Dans une autre forme de réalisation de la présente invention, pour la suppression des bruits, on peut utiliser un corrélateur croisé en lieu et place d'un filtre adapté. Il y a une analogie

étroite entre la convolution de deux fonctions (com-

me représenté par l'équation (20a)) et une corréla-

tion croisée. La corrélation croisée d'une fonction avec une autre donne le même résultat que celui qui serait obtenu en faisant passer la première fonction à travers un filtre (filtre adapté) dont la fonction

de mémorisation est l'inverse de la seconde fonction.

(Voir, par exemple, une publication de N.A. Anstey,

"Correlation Techniques-A Review", Geoph. Prosp.

volume 12, 1964, pages 355-382 ou une publication de Y.W. Lee, "Statistical Theory of Communication", John Wiley & Sons, New York, N.Y., E.U.A., 1960,

page 45).

En figure 13, on représente la façon dont un corrélateur croisé 200 peut effectuer les mêmes opérations que celles réalisées par un filtre adapté. Le corrélateur croisé 200 comporte deux bornes d'entrée 201 et 202 et une borne de sortie

203. Le signal xt émis par le convertisseur analo-

gique/numérique 163 est appliqué à la borne d'entrée 201, tandis que le signal bt émis par l'élément de mémorisation et d'appel 173 est appliqué à la borne d'entrée 202. Un signal représentant la corrélation

croisée de xt et de b est ainsi obtenu au conduc-

t - t teur de sortie 203. On constate aisément que le signal de corrélation croisée obtenu au conducteur de sortie 203 est identique au signal de convolution yt exprimé par l'équation (33) et émis, en figure 9, par le filtre adapté 170. En outre, ce signal de corrélation croisée est traité,comme représenté en figure 13, de la même manière que le signal obtenu au moyen du filtre adapté 170 a été traité dans le système illustré en figure 9. Le corrélateur croisé peut être du type connu sous le nom de "modèle 3721A",fabriqué par "Hewlett Packard Company", Palo Alto, Californie, E.U.A.

XVI. SUPPRESSION DU BRUIT ERRATIQUE LORSQUE CELUI-

CI NtEST PAS UN BRUIT BLANC.

Lorsque le bruit erratique est un bruit blanc, l'autocorrélation qt de la fonction de bruit est de zéro pour t & O. On considérera à présent le cas dans lequel le bruit parasite ut comporte une fonction d'autocorrélation connue q dans laquelle les coefficients qt ne sont pas nécessairement de zéro pour t 4 O. C'est le cas d'un "bruit mis en autocorrélation" contrairement à un bruit blanc pur

dont seul le coefficient d'autocorrélation ne ten-

dant pas vers zéro est qo. La figure 14 représente une forme de réalisation appropriée d'un filtre adapté et des éléments y associés. Dans ce cas, il est nécessaire de mémoriser non seulement le signal porteur d'information bt (par exemple, au moyen de l'élément 173), mais également le signal de bruit ut. En conséquence, le signal illustré en figure 14 comprend deux éléments de mémorisation et d'appel 173 et 224. L'élément de mémorisation

et d'appel 173 effectue une fonction qui est iden-

tique à celle de l'élément désigné par le m-me chiffre de référence dans les figures 9 et 12. Il sert à mémoriser, puis produire la fonction bt, D'autre part, l'élément de mémorisation et d'appel

224 a pour fonction de mémoriser, puis de repro-

duire la fonction de bruit ut. Les données repré-

sentant Jes fonctions bt et ut fournies par les éléments de mémorisation 173 et 224 respectivement

sont appliquées, via les canaux 225 et 226 respec-

tivement, à un ordinateur 228. Cet ordinateur 228 a pour fonction de transformer le signal d'entrée venant des canaux 225 et 226 en données requises

pour déterminer la fonction de mémorisation du fil-

tre adapté 220. Ces dernières données sont appli-

quées au filtre adapté 220 par le canal 230. La notation sera alors la même que celle décrite précédemment, avec cette exception que l'on doit, dans ce cas, tenir compte du fait que le bruit ut n'est plus un bruit blanc. Les filtres adaptés dont il est question ici sont

indéterminés dans le sens d'un facteur d'amplifica-

tion arbitraire k qui, pour des raisons de commo-

dité, est égal à l'unité.

On utilisera la même définition du rapport signal/bruit f. Dès lors, on a: cn n f E [v 2] (43) Il est souhaitable de porter a à son maximum en supposant que le bruit ut est du type mis en autocorrélation. A il est approprié d'introduire la notation a = (aO, a-,... an) désigne le vecteur de (n + 1) rangées qui ó la mémoire du filtre adapté 220. En outre b = (bn, bnlV À.., bo) est le vecteur de (n + 1) rangées qui défia verse de temps du signal bt et qo... q e* la valeur d'entrée ce moment,

de matrice.

(44) caractérise e. - (45)

iit l'in-

0 0

qn *. * qo

247 75111

est la matrice d'autocorrélation de (n + 1) par (n + 1) du bruit. On peut alors écrire: = (ab') (ba') (46) aqal' o le signe prime (') désigne la transposition de

la matrice.

Afin de porter la valeur" à son maxi-

mum, la quantité (46) sera différenciée vis-à-vis du vecteur de filtre a et le résultat sera égal à

zéro.

On obtient une relation qa' = b' (47) qui peut être transcrite sous la forme 0 n 15.a1 bn_ 15. =. * n|ab (48) g L o q0 a nb0 C'est là la formulation de matrice

d'un groupe de (n + 1) équations simultanées liné-

aires dans les (n + 1) coefficients de filtre in-

connus (ao, al,..., an). La solution donne le filtre adapté optimum désiré en présence d'un bruit mis en autocorrélation. L'équation (48) peut êtrerésolue par la technique de récurrence de Wiener-Levinson (voir N. Levinson, "The Wiener

RMS error criterion in Filter Design and Predic-

tion", Jour. of Mat. and Phys., 1947, volume 25, pages 261-278 et S. Treitel et E.A. Robinson,

"Seismic Wave Propagation in Terms of Communica-

tion Theory", Geophysics, 1966, volume 31, pages

17-32). Cette méthode récurrente est très effi-

cace et, dès lors, il est possible de calculer des filtres adaptés de grande longueur au moyen de

l'ordinateur 228. Les quantités connues interve-

nant dans ce calcul sont la matrice d'autocorré-

lation de bruit q et l'inverse de temps de l'onde de signal bn t, tandis que les quantités inconnues sont les coefficients de filtre at. Ces coeffi-

cients de filtre représentent la fonction de mémo-

risation du filtre adapté 220.

Les calculs nécessaires pour détermi-

ner la fonction de mémorisation du filtre adapté

220 sont effectués par l'ordinateur 228. Des élé-

ments de mémorisation et d'appel 173 et 224, l'or-

dinateur reçoit des données relatives aux fonctions b et ut respectivement. Lors de la réception de t

qt, la matrice d'autocorrélation de bruit est cal-

culée et, lors de la réception de la fonction bt v

l'inverse de temps de ce signal est déterminée.

Ensuite, les coefficients de filtre inconnus at sont calculés, puis transmis au filtre adapté

220 via le canal de sortie 230.

La sortie du filtre adapté 220 est appliquée à un convertisseur numérique/analogique

181 et elle est soumise à un traitement-complémen-

taire de la même manière que la sortie du filtre adapté 170 a été traitée dans le système illustré

en figure 9.

Dans le domaine de fréquence, la fonc-

tion de mémorisation du filtre adapté 220 peut être exprimée comme suit: A(f) = e-2rfn (49) o B*(f) indique la transformation, suivant Fourier, de l'inverse de temps du signal b = (bo, bl,..., bn), tandis que Q(f) indique le spectre de puissance du bruit dans l'intervalle

(f + df). La signification physique de ltexpres-

sion (49) est simple. Plus le spectre d'amplitu-

de IB(f)I du signal est large, plus le spectre de

densité de puissance Q(f) du bruit dans ltinter-

valle (f, f + df) est réduit et plus le filtre adap-

té transmet des fréquences dans cet intervalle.

Dès lors, si la densité spectrale de puissance Q(f) du bruit est faible dans un certain intervalle de la bande de fréquencesoccupée par le signal, le filtre adapté est essentiellement transparent

(atténuation très faible) dans cet intervalle.

On prendra à présent en considération les éléments de mémorisation et d'appel de signaux 173 et 224. Le processus nécessaire pour mémoriser le signal bt au moyen de l'élément 173 a été décrit précédemment dans les étapes (a) à (f) effectuées

au moyen du système illustré en figure 12.

Une méthode différente est nécessaire pour mémoriser le signal de bruit ut au moyen de l'élément 224. Comme on l'a souligné précédemment

à propos de la figure 12, on peut recevoir et mémo-

riser un "signal exempt de bruit". De la même ma-

nière, en raison du synchronisme existant entre les

"horloges" de sous-sol et de surface, on peut rece-

voir et mémoriser un "bruit exempt de signal", c'est-à-dire le signal reçu par le transducteur 51

au cours d'une opération normale de forage (compor-

tant tous les bruits faisant partie d'une telle

opération, mais aucun signal porteur d'information).

Dans ce cas, on peut également utiliser le système

représenté en figure 12 pour illustrer les proces-

sus requis. Les étapes permettant d'obtenir un en-

registrement de la fonction u(t) peuvent être les suivantes: Etape (a} On applique un poids sur le trépan et

on effectue des opérations normales de forage.

Etape (B) On choisit un moment auquel il n'y a aucun signal porteur d'information, c'est-à-dire un

temps de repos entre des mots binaires.

24751!i Etape) On obtient un signal représentant la

variation de pression du fluide de forage au trans-

ducteur 51; Ce signal est transmis par le filtre 150. En raison du moment choisi lors de l'étape (p) ci-dessus, le signal b(t) est non existant et, par conséquent, le signal obtenu à la sortie du

filtre 150 a la forme F(t) = P(t) + U(t).

Etape (4) On élimine le signal P(t) des bruits de pompes. On effectue cette élimination au moyen

de l'élément à retard 152 et du soustracteur 160.

Ensuite, on applique le signal obtenu au convertis-

seur analogique/numérique 163. Etant donné qu'il n'y a aucun signal porteur d'information, bt = 0 et, par conséquent, le signal émis à la sortie du convertisseur analogique/numérique 163 a la forme

Xt = Ut.

Etape (ú) On obtient un enregistrement de la

fonction xt = ut en utilisant l'élément de mémori-

sation et d'appel 224 à la sortie du convertisseur analogique/numérique 163 conmme représenté en figure 12. Pour résumer ce qui a été dit cidessus, on peut constater que, si le bruit est blanc, le filtre adapté 170 et les éléments y associés (comme représenté en figure 9) assurent la valeur optimale du rapport signal/bruit i. Si le bruit n'est pas

un bruit blanc, mais a une fonction d'autocorréla-

tion connue, le filtre adapté 220 et les éléments y associés (comme représenté en figure 14) assurent

la valeur optimale de È.

XVII. FILTRE CONFORMATEUR D'IIMPULSIONS DE TYPE

WIENER.

La figure 15 représente une partie de

l'équipement de surface comprenant un filtre fonc-

tionnant selon un principe différent de celui du

filtre adapté de la figure 9 ou de la figure 14.

Le filtre adapté de la figure 9 ou de la figure 14 est optimum en ce sens qu'il est un filtre linéaire optimalisant le rapport signal/bruit. D'autre part, le filtre 240 de la figure 15, que l'on appelle "filtre conformateur d'impulsions" ou "filtre de Wiener", est un filtre optimum en ce sens qu'il est

un filtre linéaire minimisant la différence effec-

tive entre une sortie désirée et une sortie réelle.

(Pour une description d'un filtre de ce type, voir,

par exemple, la publication de E.A. Robinson et

Sven Treitel, "Principles of Digital Wiener Filte-

ring", Geophysical Prospecting 15, 1967, pages

312-333 ou une publication de Sven Treitel et E.A.

Robinson, "The Design of High-Resolution Digital

Filters", IEEE Transactions on Geoscience Electro-

nics, volume GE-4, n 1, 1966, pages 25-38).

Le filtre conformateur d'impulsions 240 de la figure 15 reçoit, via son canal d'entrée, des données relatives à la fonction xt = bt + ut et fournies par le convertisseur analogique/numérique 163. Ce filtre conformateur d'impulsions est un filtre de longueur (m + 1) ayant une mémoire ft = (fox fl, *--' fa) (50)

qui transforme, avec erreur de poids faible, l'en-

trée de longueur (n + 1) xt = (xO, xl, **>..., xn) en une sortie de longueur (m + n + 1) zt = (Zo, zl,.., zm+n). Un modèle d'un filtre de ce type est représenté en figure 16. Dans ce modèle, il y a trois signaux, notamment: (1) le signal d'entrée xt, (2) le signal réel de sortie zt et (3) le signal de sortie désiré bt. Le signal bt est une onde

double du type représenté en figure 10C.

Le signal de sortie zt est une convo-

lution de la fonction de mémorisation de filtre ft avec la fonction d'entrée xt, c'est-à-dire: zt = ft * xt (51) Le problème consiste à déterminer la fonction de mémorisation ft de telle sorte que la sortie réelle zt soit aussi proche que possible (avec erreur de poids faible) de la sortie désirée bt. Pour choisir la fonction de mémorisation, on réduit au minimum la quantité suivante: I = (somme des erreurs élevées au carré entre la sortie désirée et l'onde de signal filtrée)

+ \ (puissance du bruit filtré).

o v est un paramètre de pondération pré-affecté.

Les calculs nécessaires pour réduire I au minimum, sont effectués par l'ordinateur 245 comportant trois canaux d'entrée 246, 247 et 248 respectivement. Un élément de mémorisation et d'appel 173 transmet, à l'ordinateur 245 et via le

canal 246, les données relatives à la fonction bt.

De la même manière, l'élément de mémorisation et d'appel 224 transmet, à l'ordinateur 245 et via le

canal 247, les données relatives à la fonction ut.

Le canal 248 est utilisé pour transmettre, à l'or-

dinateur 245, les données relatives aux fonctions Xt qui sont également appliquées au conducteur d'entrée 241 du filtre conformateur d'impulsions 240.

Lors de la réception des signaux d'en-

trée bt, ut et xt appliqués par les canaux 246, 247 et 248 respectivement, l'ordinateur 245 est conçu pour effectuer certains calculs qui seront décrits ci-après, de même que pour transmettre, au filtre conformateur dtimpulsions 240 et via le

canal de sortie 251, les données requises concer-

nant la fonction de mémorisation du filtre 240.

Dès lors, la sortie réelle zt du filtre est, avec

une erreur de faible poids, aussi proche que pos-

sible de la sortie désirée bt. En d'autres mots: zt. bt (52)

24751 *1

comme représenté en figure 1OD.

On considérera à présent plus en détail les opérations effectuées au moyen de l'ordinateur 245. Dans les symboles, la quantité I devant être réduite au minimum est: m + n I = (bt - t)2 + VE [v] (53) t = o o la notation E [] indique la moyenne d'ensemble et o m vt = > Ut = L fs Ut-s s=O

représente le bruit filtré. En simplifiant l'expres-

sion pour I, on obtient: m+n m 2 m m I = t 7- fs xt-s) + Efsqt-sft (54) t=O s=0 s=O t-O Dans ce cas: qt-s = E [uts utt] o t est un indice de temps fictif et o qt-s est l'autocorrélation du bruit reçu. En différenciant

l'expression pour I vis-à-vis de chacun des coef-

ficients de filtre et en posant les dérivées égales à zéro, on obtient un groupe d'équations simultanées, à savoir: m Tfs rt-s + qt-s = gt (56) s=O pour t = 1, 2, *.., m. Dans les équations ci-dessus, les quantités rt-s, qt-s et gt sont connues, tandis

que les quantités fs sont inconnues.

2475 1I

Les calculs effectués par l'ordinateur 245 servent à déterminer les paramètres rts, qt-s et gt d'après les fonctions d'entrée appliquées aux

canaux 248, 247 et 246 respectivement, pour résou-

dre ensuite les équations (56) pour les quantités inconnues f s. Les paramètres rt st5,-s ' et gt sont définis comme suit: Le paramètre rt-s est l'autocorrélation

du signal d'entrée xt qui est appliqué à l'ordina-

teur 245 par le canal 248. Le paramètre qt est l'autocorrélation du signal de bruit ut qui est appliqué à l'ordinateur 245 par le canal 247. Les paramètres gt sont les coefficients de produits vectoriels entre la sortie désirée bt et l'entrée xt. Dès lors, on a: m >gt1 bs XS-t (5-7) s=O pour t = 0, 1, 2,..., m. Dans l'expression pour

gt, la sortie désirée bs est appliquée à l'ordina-

teur 245 par le canal 246, tandis que l'entrée xt est appliquée par le canal 248. Le paramètre J est un paramètre de pondération auquel une valeur

appropriée est affectée comme décrit ci-après.

Dès lors, les paramètres rts, qts et gt sont déterminés par l'ordinateur 245, lequel résout ensuite les équations pour obtenir, au canal de sortie 251, les quantités f s. Ces quantités S sont appliquées à la mémoire du filtre conformateur d'impulsions 240. La sortie réelle zt du filtre 240 est, avec une erreur de faible poids, aussi

proche que possible de la sortie désirée bt.

Etant donné que la matrice de l'équa-

tion, notamment la matrice [rt_s + Vqts]est sous

forme d'une matrice d'autocorrélation, ces équa-

tions peuvent être résolues efficacement par la

247511I

méthode récurrente. Cette méthode récurrente a été décrite dans les deux publications suivantes:

N. Levinson, "The Wiener R4S (root mean square cri-

terion = critère effectif, in Filter Design and Prediction", appendice B de N. Wiener, "Extra-

polation, Interpolation,and Smoothing of Stationa-

ry Time Series", John Wiley, New York, N.Y., 1949, et Enders A. Robinson, "Statistical Communication and Detection with Special Reference on Digital Data Processing of Radar and Seismic Signals", pages 274-279, Hafner Publishing Company, New York,

N.Y., E.U.A., 1967.

Il est à noter que le temps machine

requis pour résoudre les équations simultanées ci-

dessus pour un filtre à m coefficients est propor-

tionnel à m pour la méthode récurrente, compara-

tivement à m3 pour la méthode classique de résolu-

tion d'équations simultanées. Un autre avantage qu'offre l'adoption de cette méthode récurrente, réside dans le fait qu'elle ne nécessite, pour la

mémorisation dans l'ordinateur, qu'un espace pro-

portionnel à m plutôt qu'à m2, comme c'est le cas

dans les méthodes classiques.

Lors de la conception d'un filtre con-

formateur d'impulsions, deux conditions requises peuvent être prises en considération, notamment: (a) conformer aussi étroitement que

possible la fonction zt en fonction désirée bt.

(b) Produire une puissance de sortie

aussi faible que possible si le bruit fixe inop-

portun constitue la seule entrée de ce filtre.

Dans de nombreux cas pratiques, un filtre est nécessaire pour remplir simultanément les deux conditions ci-dessus et ainsi, on se voit confronté au problème que pose la découverte d'un

compromis approprié entre ces deux conditions.

247S111

Dès lors, on choisit, pour le paramètre \, une valeur appropriée assurant la pondération relative entre

ces deux conditions.

Il y a des cas dans lesquels la valeur zéro est affectée à V. Dans ce cas, l'expression (53) prend une forme plus simple, notamment: m+n I'= (bt zt) (58) t=O et l'ordinateur 245 ne nécessite pas les données

représentant ut. Dans ce cas, l'élément de mémori-

* sation et d'appel 224 représenté en figure 15 est supprimé et, dès lors, l'ordinateur 245 ne comporte que deux canaux d'entrée, notamment le canal 246

et le canal 248.

On observera à présent que le rende-

ment d'un filtre conformateur d'impulsions et celui d'un filtre d'adaptation ne sont pas exactement semblables; en d'autres mots, pour une entrée donnée, les sorties de ces filtres ne sont pas

identiques. L'expression yt rbt, qui est appli-

cable à un filtre adapté, a été utilisée ci-dessus

pour indiquer que le signal exprimé paryt (repré-

sentant la sortie d'un filtre adapté) se rapproche

étroitement de l'onde double bt.

En conséquence, on a souligné que le même graphique de la figure 1OD représentait les

fonctions y(t), de même que les fonctions b(t).

Il est également à noter que l'expression

zt bt, qui est applicable à un filtre conforma-

teur d'impulsions, a été utilisée ci-dessus pour

indiquer que le signal exprimé par Zt (représen-

tant la sortie d'un filtre conformateur d'impul-

sions) se rapproche étroitement de l'onde double bt. En conséquence, on a souligné que le même graphique de la figure 10D représentait la fonction z(t), de même que la fonction b(t). Strictement parlant, le même graphique de la figure 10D ne

doit pas être utilisé pour représenter les fonc-

tions b(t), y(t) et z(t). Toutefois, étant donné que les fonctions y(t) et z(t) se rapprochent étroitement de la fonction b(t), on pense que,

dans le but de l'exposé, il est approprié d'utili-

ser le même graphique que la figure 1OD pour dé-

crire le rendement d'un filtre adapté et celui

d'un filtre conformateur d'impulsions.

XVIII. FORMATION DE POINTES D'ONDES

On considérera à présent le système opératoire représenté en figure 17. Au conducteur de sortie 162 du soustracteur 160, on a obtenu à la fois le signal porteur d'information b(t) et le signal de bruit u(t). Le signal b(t) est l'onde double représentée en figure 1OC. La combinaison

des signaux b(t) et u(t) est appliquée au conver-

tisseur analogique/numérique 163, émettant ainsi, au conducteur de sortie 164 du convertisseur, des

signaux convertis en numériques bt et ut, ces si-

gnaux correspondant aux signaux analogiques b(t) et u (t) respectivement. La combinaison de ces deux signaux bt et ut est, à son tour, appliquée au conducteur d'entrée 300 d'un filtre formateur de pointes 351. Ce filtre formateur de pointes est

un cas particulier d'un filtre conformateur d'im-

pulsions de type Wiener dans lequel la forme dé-

sirée est simplement une pointe (pour une descrip-

tion d'un filtre formateur de pointes, voir, par

exemple, la publication de S. Treitel et E.A.

Robinson, "The Design of High-Resolution Digital

Filter" IEBE Transactions on Geoscience Electro-

nics, volume GE-4, N0 1, 1966, pages 25-38).

On rappellera maintenant qu'une onde double b(t) telle que celle représentée en figure

1OC est constituée de deux ondes de clapet, c'est-

à-dire une onde de clapet "A"I et une onde de clapet "B". LMonde de clapet "BI' suit l'onde de clapet "A"' après un temps T p Le filtre formateur de pointes devant être utilisé dans la forme de réalisation

illustrée en figure 17 a pour fonction de transfor-

mer l'onde de clapet ^^A", de même que l'onde de clapet "Bu en une pointe respective clairement définie. Dès lors, une onde de clapet double bt est transformée, au moyen du filtre formateur de

pointes 351, en une paire de pointes.

Les figures 18A à 18F représentent respectivement six positions possibles d'une paire de pointes (par exemple M1 et N1) vis-à-vis de l'onde double appliquée à la borne d'entrée 300 du filtre formateur de pointes 351. On supposera que Tk est le laps de temps s'écoulant entre les pointes M1 et Nj, ce laps de temps étant le même dans toutes les figures 18A à 18F. On supposera que H1 est le point

d'intersection de la pointe M1 avec l'axe des abscis-

ses (exprimé en millisecondes). Dès lors, la dis-

tance OH1 (en millisecondes) représente le décalage

de temps des pointes vis-à-vis de l'onde double.

En conséquence, en figure 18A, le décalage de temps OH1 = O, c'est-à-dire que la pointe initiale M est placée tout au début de l'onde double. Les cinq cas représentés dans les figures 18B à 18F correspondent à des valeurs croissantes du décalage

de temps OH1.

Une de ces figures représente la va-

leur optimale du décalage de temps pour lequel la résolution du filtre formateur de pointes est la plus élevée. Pour ce décalage de temps optimum, le signal de sortie émis par le filtre formateur de pointes est beaucoup plus net que pour n'importe quel autre décalage de temps. On décrira ci-après un procédé permettant d'obtenir la valeur optimale du décalage de temps, la longueur optimale de la mémoire du filtre et la valeur optimale du laps de

temps Tk.

Une pointe double obtenue à la borne de sortie du filtre 351 représente un simple bit du signal converti en numérique et actionnant le clapet 40. Ainsi qu'on l'a souligné à propos de la figure 9, il est souhaitable de transformer une

pointe double en une pointe ou impulsion simple.

Dans ce cas, on adopte un système de traitement analogue à celui représenté en figure 9. (Voir

-chapitre XIV de la spécification, intitulé "'Trans-

formation d'une séquence codée d'ondes doubles en une séquence codée d'impulsions courtes - étape no 311)* En conséquence, on prévoit un élément à

retard 303 commandé par une horloge 304 en combi-

naison avec un élément inverseur de polarité 306 et une porte ET 307 (réseau à coïncidence). Ces éléments sont montés de la même manière que celle représentée en figure 9. Toutefois, en figure 17,

le retard est différent de celui de la figure 9.

Notamment, en figure 17, l'élément à retard 303 doit émettre un signal de sortie qui est retardé du signal d'entrée d'une quantité Tk tandis que,

en figure 9, le retard produit par l'élément cor-

respondant 193 s'élève à T_ Une succession codée d'impulsions individuelles obtenue au conducteur de sortie de la porte ET 307 est appliquée à un convertisseur numérique/analogique 308 commandé par une horloge 309. Au conducteur de sortie du convertisseur numérique/analogique 308, on obtient, sous une forme analogique, un signal représentant la mesure d'un paramètre choisi dans le trou de forage. Ce

signal est enregistré au moyen de l'enregistreur 54.

Il est à noter que, dans certains cas, suivant le circuit électronique spécifique choisi pour les différents éléments représentés en figure 17, l'élément inverseur-de polarité 306 peut ne pas être nécessaire, car sa fonction peut être remplie par une conception appropriée de la porte ET.

La figure 19 représente un autre sys-

tème de suppression de bruits au moyen d'un filtre formateur de pointes. En figure 17, on prévoit un élément spécial en vue d'éliminer le bruit de pompe (c'est-à-dire l'élément à retard 152 en combinaison avec le soustracteur 160). D'autre part, en figure

19, le procédé de suppression de bruits a été simpli-

fié. C'est ainsi que l'on a éliminé le traitement de signaux dans lequel on utilise un élément à retard 152 et un soustracteur 160. En conséquence, en figure 19, le signal F(t) obtenu à la borne de sortie 151 du filtre 150 est converti en numérique au moyen d'un convertisseur analogique/numérique

350, pour être ensuite appliqué à un filtre forma-

teur de pointes 351a. Ce filtre 351a est conçu différemment du filtre formateur de pointes 351 illustré en figure 17. En figure 17, le filtre formateur de pointes 351 était conçu pour convertir une onde double du type représenté dans les figures 18A à 18F en une paire de pointes séparées l'une de l'autre par un laps de temps Tk. D'autre-part, le filtre formateur de pointes 351a de la figure 19

a été conçu pour convertir une seule onde de cla-

pet en une seule pointe. Les figures 20A à 20F représentent différentes positions d'une pointe

unique vis-à-vis d'une onde de clapet simple.

On rappellera à présent que chaque

onde individuelle de clapet appliquée à la borne-

d'entrée du filtre 351a et que chaque pointe indi-

247i5ii viduelle obtenue à la borne de sortie de ce filtre 351a représentent un seul bit dans les signaux

convertis en numériques et actionnant le clapet 40.

La succession codée des pointes du format converti en numérique et obtenu à la borne de sortie du fil- tre formateur de pointes 351a est ensuite appliquée à un convertisseur numérique/analogique 352 o elle est transformée en une succession codée de pointes représentant chacune un seul bit de l'information codée dans l'instrument en sous-sol. La succession de ces bits représente, dans un format numérique, la mesure du paramètre choisi. Toutefois, à des fins d'enregistrement et/ou dtaffichage, il est nécessaire de représenter cette mesure sous une forme analogique. En conséquence, le signal émis par le convertisseur numérique/analogique 352 est appliqué à un convertisseur numérique/analogique 362 pour émettre, à la sortie de ce convertisseur 362, un signal ayant une amplitude représentant la mesure du paramètre sélectionné. Ce signal est

enregistré au moyen de l'enregistreur 54.

Il est à noter que l'on ne peut obte-

nir qu'une approximation de la conversion d'une onde

double en deux pointes au moyen du filtre 351 re-

présenté en figure 17, ou de la conversion d'une seule onde de clapet en une pointe individuelle

au moyen du filtre 351a représenté en figure 19.

On ne peut obtenir une pointe pure, c'est-à-dire

une fonction delta. Toutefois, la présente in-

vention a pour objet d'accroître la résolution ou définition, c'est-àdire d'obtenir un signal

de sortie beaucoup plus net que le signal d'en-

trée. On considérera à présent la façon dont on doit concevoir un filtre formateur de pointes. En théorie, on peut réaliser cet objet exactement comme si l'on pouvait utiliser un filtre

dont on laisserait devenir la fonction de mémorisa-

tion infiniment longue. En règle générale, si l'on veut obtenir un rendement exact du filtre, il est également nécessaire de retarder les pointes dési- rées d'un laps de temps infini par rapport à l'onde d'entrée. (Voir publication de J.C. Claerbout et E.A. Robinson, "The Error in Least Squares Inverse Filtering", Geophysics, volume 29, 1964, pages 118-120). Dans la pratique, il est nécessaire de concevoir un filtre numérique dont la fonction de mémorisation a une durée finie et, partant, dans les

meilleures conditions, on ne peut réaliser l'objec-

tif envisagé que dans une mesure approximative, On supposera que, pour des raisons pratiques, on désire prendre en considération un filtre ayant une fonction de mémorisation d'une durée de l'ordre de celle d'une onde d'entrée. On supposera également que l'on a la liberté de placer

la pointe désirée à n'importe quel endroit choisi.

Par exemple, les figures 18A à 18F représentent six positions ou endroits possibles pour les pointes formées par un filtre 301 du type représenté en figure 17. De la même manière, les figures 20A à 20F représentent six positions possibles pour les pointes formées par le filtre 351 représenté en figure 19. La position optimale des pointes a été déterminée pour chacun de ces cas. Il est à noter

que la position d'une pointe est un facteur impor-

tant déterminant la fidélité avec laquelle la sortie

réelle ressemble à la pointe désirée.

Un filtre formateur de pointes est un

cas particulier d'un filtre conformateur d'impul-

sions de type Wiener qui a été décrit ci-dessus.

En conséquence, les processus requis pour concevoir un filtre de ce type sont analogues à ceux qui ont

été décrits ci-dessus. On s'attachera à la déter-

mination d'une erreur de faible poids pour un filtre

dont la sortie est une pointe.

Afin de déterminer la valeur optimale du décalage de temps, de même que la longueur opti- male de la fonction de mémorisation pour le filtre formateur de pointes 301 de la figure 17, il est nécessaire d'obtenir un enregistrement d'une onde

double bt (qui est une version numérique de b(t)).

Les étapes nécessaires pour obtenir un enregistre-

ment de ce type, c'est-à-dire les étapes (a), (b), (c), (d), (e) et (f), ont été décrites ci-dessus

en se référant à la figure 12. Dès lors, l'enre-

gistrement de bt est enregistré dans l'élément 173

faisant partie du système illustré en figure 12.

De la même manière, afin de déterminer la valeur

optimale du décalage de temps et la longueur opti-

male de la fonction de mémorisation du filtre for-

mateur de pointes 351a, il est nécessaire d'obtenir un enregistrement d'une onde de clapet individuelle

Bt (qui est une version numérique de B(t)).

On considérera le filtre formateur de

pointes 351a de la figure 19.

Différentes positions d'une pointe correspondant à différents retards(figures 20A à 2OF) peuvent être exprimées comme suit: (1,0,0,...... 0,0) : pointe à l'indice de temps O ou filtre formateur de pointes

à retard nul.

(0,1,0,...... 1,0): pointe à l'indice de temps m + n - 1 ou filtre formateur

de pointes à retard (m + m - 1).

(0,0........ 0,1): pointe à l'indice de temps m + n; filtre formateur de

pointes à retard (m + m).

Le rendement d'un filtre formateur de pointes correspondant à différents retards est illustré schématiquement dans les figures 21A, 21B et 21C. Dans toutes ces figures, l'onde d'entrée est la même, c'est-à-dire l'onde de clapet Bt qui

a été enregistrée et mémorisée comme décrit ci-

dessus. En figure 21A, la sortie désirée est une pointe (1,0,0), c'est-àdire une pointe ayant un

retard nul. La fonction de mémorisation correspon-

dante pour un filtre formateur de pointes à retard nul est F- (FO, F, F q Fn) et la sortie réelle est WO = (Wo, Wn Une notation analogue applicable aux

figures 21B et 21C est illustrée dans ces figures.

A chaque position de la pointe correspond une er-

reur d'énergie E. L'erreur d'énergie minimale nor-

malisée E est une façon très commode de mesurer le rendement d'un filtre conformateur d'impulsions de type Wiener et, plus particulièrement, d'un filtre formateur de pointes. Lorsque le filtre se comporte parfaitement, E = 0, ce qui signifie que les sorties désirées et réelles du filtre concordent pour toutes les valeurs de temps. D'autre part, le cas E = 1 correspond au cas le moins bon, c'est-à-dire qu'il n'y a aucune concordance entre les sorties désirées et les sorties réelles. En lieu et place de la quantité E, il est souhaitable de considérer le

complément d'état "un" de E qui sera appelé "para-

mètre de rendement PIt des filtres.

P=1 -E (46)

On a alors un rendement parfait des filtres lorsque P = 1, tandis que l'on a le cas le

moins bon lorsque P = 0.

La figure 22 illustre schématiquement le processus de mesure du paramètre de rendement

P. Un ordinateur 400 comporte trois canaux d'en-

trée 401, 402 et 404. De l'élément de mémorisation et d'appel 403, le canal d'entrée 401 reçoit des données représentant une onde de clapet Bt; de l'élément de contrôle de décalage de temps 405, le canal d'entrée 402 reçoit des données relatives aux pointes pour différents retards, tandis que le canal d'entrée 404 reçoit, de l'élément de contrôle de durée de mémorisation 406, des données relatives

aux pointes pour différentes duréesde mémorisation.

La sortie 410 de l'ordinateur 400 fournit, au moyen d'un appareil de mesure 411, une mesure du paramètre de rendement P. Pour une durée de filtration constante, on pourrait supposer qu'il doit exister au moins une valeur de temps de décalage.à laquelle la valeur P est aussi grande que possible. La figure 23 donne un diagramme de la valeur P vis-à-vis du temps de décalage des pointes de sortie pour une famille de filtres d'une durée fixe. On observera que le point le plus élevé de la courbe (point M1) correspond à un décalage de temps ON1, le choix de ce temps de décalage conduisant au filtre à décalage de temps optimum. On rappellera que la courbe de la figure 23 concerne un filtre de durée

fixe.

On peut également observer ce qui se produit lorsqu'on augmente la durée de mémorisation du filtre à un décalage de temps constant. La

figure 24 donne un diagramme de la valeur P vis-à-

vis de la longueur du filtre pour un décalage de

temps de pointe désiré et fixe. On peut considé-

rer que cette courbe est monotone et qu'elle se rapproche de manière asymptotique de la valeur la plus élevée de P lorsque la longueur du filtre

augmente de plus en plus. Les graphiques repré-

sentés dans les figures 23 et 24 sont obtenus au moyen du système représenté schématiquement en

figure 22.

Les deux critères de conception im-

portants qui ont été décrits ici, sont le décala-

ge de temps et la durée de mémorisation du filtre.

On peut toujours améliorer le rendement en augmen-

tant la durée de la fonction de mémorisation cepen-

dant que, pour des considérations physiques, cette durée ne peut avoir une longueur indéfinie. D'autre part, on peut rechercher le décalage de temps de sortie désiré conduisant à la valeur P la plus

élevée pour une durée choisie donnée du filtre.

Ce décalage de temps dans la sortie du filtre n'a

aucun effet néfaste et peut améliorer considérable-

ment cette sortie du filtre.

Le paramètre de rendement P du filtre en fonction du décalage de temps et d'une durée constante (figure 23) ou le paramètre P en fonction

de la durée de mémorisation du filtre pour un déca-

lage de temps constant (figure 24) est utile, mais ne fournit pas toutes les indications. Idéalement, on aimerait étudier la mesure dans laquelle la valeur P dépend du décalage de temps et de la durée

de mémorisation pour toutes les valeurs physique-

ment raisonnables de ces variables. Une méthode que l'on pourrait adopter à cet effet, consisterait à tracer un diagramme de la valeur P en portant le décalage de temps du filtre en ordonnée et la durée de mémorisation du filtre, en abscisse. On pourrait alors tracer le contour de la zone des valeurs P de telle sorte que l'on puisse voir, au premier coup d'oeil, la combinaison de décalage de temps et de durée de mémorisation qui assure le rendement optimum du filtre. La figure 25 donne une projection uniquement pour les contours de P, P2 et P3* Bien entendu, ce sont les plus grandes

2 4 75 1 11

valeurs P qui sont les plus intéressantes car c'est

précisément à ces valeurs que l'on obtient le meil-

leur rendement du filtre. En examinant ces tracés, on peut choisir la meilleure combinaison entre le décalage de temps et la durée de mémorisation du filtre.

XIX. CODE D'IMPULSIONS DANS LE TEMPS.

Bien que, dans les exemples donnés,

on ait décrit des systèmes de télémesure dans les-

quels on utilise un système à code binaire, d'autres codes sont parfois mieux appropriés. Par exemple,

il peut être préférable d'adopter un code à impul-

sions dans le temps pour un capteur à rayons gamma ou un inclinomètre à compas électronique. Dans

certains cas et, en particulier, lorsque la trans-

mission séquentielle de plusieurs nombres est re-

quise, un code à impulsions dans le temps offre des avantages. Pour certains systèmes de compas

électroniques, il est nécessaire d'assurer la trans-

mission séquentielle de cinq nombres afin de mesurer la portée magnétique. En utilisant un système de télémesure basé sur un code à impulsions dans le temps, on peut réaliser des économies considérables à la fois en ce qui concerne l'énergie requise pour l'accumulateur et le temps nécessaire pour la

transmission des informations.

Un système classique de transmission à code d&impulsions dans le temps est illustré en figure 26A (par exemple, pour la transmission des

valeurs de trois paramètres). Une série d'impul-

sions de tension est transmise et la durée (t1, t2, t3) de chaque impulsion a, b, c représente (par exemple, de manière proportionnelle ou inversement

proportionnelle) l'amplitude du paramètre à trans-

mettre. Il est à noter qu'entre chaque impulsion, un temps de repos est nécessaire pour séparer la fin d'une impulsion du début de la suivante. C'est ainsi que, en figure 26A, les impulsions a, b, c sont quelque peu analogues à trois "mots" -binaires séparés

chacun du suivant d'un laps de temps Tw. Bien enten-

du, ces temps de repos sont préjudiciables à une transmission rapide de données, puisqu'aussi bien aucune information n'est transmise au cours 'de ces temps de repos. De plus, des impulsions de longue durée sont préjudiciables au système de télémesure

de la présente invention.

Suivant l'invention, on propose un type de code d'impulsions dans le temps du type représenté en figure 26B. Dans ce système, ce n'est pas la durée de l'impulsion qui est une mesure du paramètre,

mais le temps s'écoulant entre de très courtes-impul-

sions successives. Au lieu de transmettre de lon-:.

gues impulsions d'une durée variable, on ne transmet que de courtes impulsions d'une durée pratiquement

constante (dans le système de télémesure de la pré-

sente invention, des impulsions d'une durée de

quelques millisecondes), tandis que le temps s'écou-

lant entre les impulsions est une mesure de 1' ampli-

tude du paramètre. Dès lors, aucune durée n'est

nécessaire pour séparer un laps de temps (représen-

tant un paramètre) du suivant. En figure 26B, le paramètre n0 1 est représenté par le temps (1) s'écoulant entre l'impulsion P0 et l'impulsion P1 Le paramètre n 2 est représenté par le temps (t2) entre l'impulsion P1 et l'impulsion P2, tandis que le paramètre n 3 est représenté par le temps-(t3)

entre l'impulsion P2 et l'impulsion P3' On cons-

tate que, dans l'exemple ci-dessus, l'impulsion P1 représente la fin du laps de temps t1 et également

le début du laps de temps t2, tandis que l'impul-

sion P2 représente la fin du laps de temps t2 et également le début du laps de temps t3, etc. Dès

2 4 75 1 1 1

lors, il n'y a aucune perte de temps entre chaque laps de temps significatif (c'est-à-dire que le

temps Tw de la figure 26A est nul).

Dès lors, on peut constater qu'en uti-

lisant les impulsions P1, P2 et P3 à la fois pour indiquer la fin d'un laps de temps et également le

début du suivant, la perte de temps (temps inuti-

lisé) est nulle, tandis que tout le temps utilisé pour la transmission des données (c'est-à-dire l'identification des laps de temps t1, t2, t3) est un temps utile. En termes de codage binaire, chaque

"mot" (identifiant un nombre) est suivi immédiate-

ment du "mot" suivant et ainsi de suite. Ce n'est qu'à la fin d'une séquence de transmission qu'il y

a un temps de repos Tp, puis la séquence se répète.

Bien entendu, au cours de la séquence suivante,

les laps de temps entre P0, Pl, P2, P3 seront habi-

tuellement quelque peu différents étant donné que les données représentées par les temps t1, t2, t3 varient habituellement en fonction de la durée; de plus, chaque nouvelle charge d'informations transmises représente, par exemple, une nouvelle

condition existant dans le trou de forage.

La figure 30 montre les principes du circuit permettant de réaliser le code d'impulsions dans le temps suivant la présente invention. Bien entendu, dans les instruments pratiques faisant

partie d'un trou de forage, il conviendrait d'uti-

liser des circuits intégrés électroniques modernes (par exemple, un commutateur bilatéral de type "ICD40661") (voir également figure 29). Afin de

faciliter l'exposé, on décrira un simple commuta-

teur mécanique pas à pas, ainsi qu'un simple relais mécanique de façon à pouvoir illustrer simplement

les principes de la logique du système.

En figure 30, des capteurs sont rac-

cordés aux bornes 1, 2 et 3 du commutateur pas à

pas 285 comportant un enroulement d'attaque élec-

tromagnétique 286. On supposera que la séquence est entamée alors que ce commutateur pas à pas

occupe la position 110" représentée en figure 30.

L'accumulateur 288 produit une tension de courant continu de référence. Cette tension de courant continu apparaît à la résistance 289 et elle charge le condensateur 290 à un rythme prédéterminé par la

valeur de la résistance 289, la dimension du conden-

sateur 290 et la tension de l'accumulateur 288.

Le chiffre de référence 291 désigne un circuit de

déclenchement émettant une nette impulsion élec-

trique individuelle lorsque la tension appliquée à son entrée dépasse une valeur prédéter:.iinée (tension de déclenchement). La sortie Fa circuit

de déclenchement 291 excite l'enroulement 286.

tandis que le bras 287 du commutateur pas à. pas 285 se déplace vers le contact suivant (dans ce cas, le

contact n 1). En même temps, le circuit de déclen-

chement 291 actionne momentanément le relais 292

qui décharge le condensateur 290 vers la terre.

* Lorsque le bras 287 se déplace de la position 110O vers la position "l"',le processus

se répète, avec cette exception qu'au lieu de la -

tension de référence de l'accumulateur 288, la tension de sortie du capteur 1 est raccordée au circuit, tandis que l'impulsion P1 est -émise au moment o le condensateur atteint à nouveau la tension de déclenchement du circuit 291. Ce laps de temps est proportionnel à la valeur ( RC) o V R indique la valeur ohmique de la résistance 289,

C, la capacité du condensateur 290 et Vs, la ten-

sion de sortie du capteur. Dès lors, le temps t1 est inversement proportionnel à la tension de sortie du capteur. Après excitation du circuit de déclenchement 291 par la tension venant du capteur

n0 1, le processus se répète et, lorsque le conden-

sateur 290 atteint la tension de déclenchement, le circuit 291 émet une impulsion nette qui actionne le relais 292, décharge le condensateur 290, excite le commutateur pas à pas 285 et déplace le bras 287

de ce dernier vers le contact suivant.

Dès lors, le commutateur 285 avance pas à pas et raccorde les capteurs 1, 2, 3 l'un après l'autre à la résistance 289. L'impulsion émise par le circuit de déclenchement 291 lorsque le bras 287 est en position "011, correspond à l'impulsion P0 (de la figure 26B), tandis que les impulsions émises par le circuit de déclenchement

lorsque le bras 287 occupe les positions respecti-

ves "lli 1'211 l3t' correspondent aux impulsions res-

pectives Pl. P2 et P3 (de la figure 26B). Les laps de temps correspondants tl, t2, t3 représentent (d'une manière inversement proportionnelle) les

sorties de tension des capteurs n0 1, 2 et 3.

Les paragraphes ci-dessus décrivent le principe du codeur d'impulsions dans le temps que l'on peut utiliser dans l'équipement installé au fond du trou de forage en lieu et place du convertisseur analogique/numérique 102 illustré en figure 4A. Le décodage en surface peut être effectué par le circuit de décodage classique à impulsions dans le temps et il ne nécessite ici

aucune description détaillée.

En figure 26C, TP 0 TP1, TP2, TP3, etc. représentent les impulsions successives reçues

au point de détection en surface. Ces impulsions appa-

raissent aux moments T0, T1, T2, T3, etc. respec-

tivement. Dans le code d'impulsions dans le temps décrit en se référant à la figure 26B, le temps s'écoulant entre des impulsions successives est

utilisé pour indiquer l'amplitude d'un paramètre.

C'est ainsi que, si lion doit effectuer la télé-

mesure de trois paramètres, le code peut être-celui représenté en figure 26C o

T1-T0 est le laps de temps représentant le para-

mètre n0 1

T -T1 est le laps de temps représentant le para-

mètre n0 2

T3-T2 est le laps de temps représentant le para-

mètre no 3.

Dans des opérations de mesure par

pulsation de boue en cours de forage, il est né-

cessaire, dans certains cas, que les mesures soient pratiquées avec une grande précision. Etant donné que la vitesse du son dans la colonne de boue n'est' pas toujours constante et que les conditions de bruit et d'atténuation varient, le laps de temps s'écoulant entre des impulsions reçues en surface n'est pas en concordance précise avec le laps de

temps s'écoulant entre les impulsions correspon-

dantes produites dans l'équipement installé au fond du trou de forage. En d'autres mots, il règne fréquemment,en surface, une incertitude quant au

moment exact auquel une impulsion spécifique arrive.

On supposera que l'incertitude absolue de chaque moment d'arrivée d'une impulsion est de plus ou moins 0,2 seconde, soit un total de 0,4 seconde. Afin d'obtenir une précision de + 1% pour T -T0 avec une erreur absolue totale de 0,4 seconde, le temps entre des impulsions doit être d'au moins 0,4 x 100 ou 40 secondes. De plus, étant donné que l'appareil pourrait parfois ne pas donner une impulsion nette et claire, au moins

deux 'balayagesI de détection sont nécessaires.

Si les deux balayages donnent la même réponse, il conviendrait alors de "vérifier" les données. En

conséquence, afin d'obtenir la précision et la certi-

tude souhaitées (pour un cas pratique, une précision

de + 1%), il faut environ 80 à 120 secondes par para-

mètre mesuré (c'est-à-dire environ 2 minutes par para- mètre). Dans le code perfectionné à impulsions dans le temps suivant l'invention, on propose une addition qui, dans de nombreux cas, peut assurer une précision

beaucoup plus grande. Pour chaque impulsion trans-

mise P0, P1, P2, P3, on propose d'utiliser non pas une seule impulsion de pression de boue, mais un groupe d'au moins trois impulsions de pression de boue espacées de manière inégale comme représenté en

figure 26D (que l'on appellera ci-après "groupe triple").

1S On supposera que, dans chaque groupe triple, les écarts de temps sont les suivants: Temps entre la première et la deuxième

impulsion = t1.

Temps entre la deuxième et la troisième

impulsion = t2.

Temps entre la première et la troisième

impulsion = t.

Dans ces conditions, T0 représente à nouveau le moment d'arrivée du groupe triple TP0 v T1 représente le moment d'arrivée du groupe triple TP1; T2 représente le moment d'arrivée du groupe triple TP2 et T3, le moment d'arrivée du groupe triple TP3 et

T - T0 est un laps de temps représentant le para-

mètre n 1.

T2 - T1 est un laps de temps représentant le para-

mètre ne 2.

T3 - T2 est un laps de temps représentant le para-

mètre n0 3.

L'avantage de ce système réside dans

le fait que, dans le cas d'une défaillance momen-

tanée ne permettant pas la réception d'une impul-

sion du groupe, cette défaillance peut être détec-

tée immédiatement, puisqu'aussi bien un groupe

triple contient deux impulsions au lieu de trois.

De plus, étant donné que les temps t1, t2, t3 sont inégaux et connus, on peut déterminer l'impulsion manquante du groupe; en outre, étant donné à nouveau

que tI, t2, t3 sont connus, on peut appliquer la cor-

rection appropriée et déterminer les temps T1-To, T1-T2> T2-T3 avec la même précision que dans le cas o toutes les impulsions sont présentes dans le groupe triple. Le système à groupe triple offre un autre avantage: étant donné qu'il est diffide

de déterminer le moment exact d'arrivée d'une:m-

pulsion particulière, le groupe triple permet une

détermination beaucoup plus précise du moment c ar-

rivée. Par exemple, on pourrait prendre la mo-enne

arithmétique des moments d'arrivée de chaque ipu-

sion du groupe triple ou, en adoptant les techniques

modernes à ordinateurs, on pourrait obtenir une -

précision plus grande encore du moment d'arrivée.

La figure 29 représente un schéma fonc-

tionnel d'un système logique électronique installé

au fond d'un trou de forage et émettant les impul-

sions de groupe triple illustrées en figure 26D.

Le chiffre de référence 101 désigne un capteur (voir figure 4A) produisant une tension électrique indiquant l'amplitude d'un paramètre au

fond d'un trou de forage. Les chiffres de réfre-

rence 601, 602 et 603 désignent respectivement un oscillateur commandé par la tension, un appareil de cadrage et un circuit de déclenchement émettant,

de façon bien connue, une série d'impulsions élec-

triques séparées par des laps de temps indiquant l'amplitude de la sortie de tension du capteur 101 et, partant, du paramètre devant être mesuré au fond d'un trou de forage. En conséquence, le laps de temps s'écoulant entre les impulsions P0 et P représentées en figure 26B est une mesure d'un paramètre mesuré par un des capteurs 101 de la

figure 4A.

La partie de la figure 29 qui est entourée d'un rectangle en traits discontinus,

montre les détails du circuit émettant les impul-

sions de groupe triple qui ont été mentionnées ci-dessus. Les chiffresde référence 607, 608 et 609 représentent des univibrateurs électroniques "1monostables" qui, en réponse à l'impulsion émise par le circuit de déclenchement 603, émettent chacun une impulsion individuelle de sortie ayant les durées Dl, D2 et D3 respectivement représentées

en figure 29. Les cases 610 représentent des déri-

vateurs électroniques émettant chacun, à leur sortie, un signal qui est proportionnel à la première dérivée

de temps du signal d'entrée (ces dispositifs électro-

niques sont bien connus dans la technique). En

conséquence, leurs sorties seront celles représen-

tées par G, H et I en figure 29, c'est-à-dire deux impulsions de polarité opposée séparées par des laps de temps respectifs D1, D2 et D3. Les cas 611 représentent des redresseurs ne transmettant que les impulsions positives apparaissant aux sorties des dérivateurs 610. Les sorties des redresseurs 611 sont raccordées en parallèle en 612 et elles émettent le signal J qui est le signal désiré

(également représenté en figure 26D). En consé-

quence, chaque impulsion individuelle émise par le

circuit de déclenchement 603 produira trois impul-

sions séparées par des laps de temps connus et inégaux (groupe triple) comme représenté par J.

24 75 111

Dans la pratique, le laps de temps D1 est très court comparativement aux laps de temps D2 et D3 et il ne sera que de quelques microsecondes, tandis que les laps de temps D2 et D3 sont des laps de temps de quelques millisecondes à plusieurs

centaines de millisecondes. Dès lors, dans 1'ana-

lyse de l'opération, on peut supposer que D1 0.

En conséquence, dans la sortie indiquée en J en figure 29, l'impulsion P1 indique la fin de l'impulsion de sortie venant de l'élément 607 (qui, ainsi qu'on l'a souligné ci-dessus p o u r toutes les applications pratiques, est également le début de l'impulsion de sortie, puisqu'aussi bien

sa longueur est supposée être égale à zéro); lVim-

pulsion P2 indique la fin de l'impulsion de sortie venant de l'élément 608, tandis que l'impulsion P indique la fin de l'impulsion de sortie venant de l'élément 609. En conséquence (étant donné que D est supposé être égal à zéro), le laps de temps t = D2; le laps de temps t3 = D3 et le laps de temps t2 = D3 - D2. Dès lors, la partie de la figure 29 qui se situe dans le rectangle en traits discontinus, crée le groupe triple à sa sortie en 612 (comme indiqué en J en figure 29) en réponse à

une impulsion unique appliquée à son entrée.

Le circuit représenté en figure 29 peut être intercalé, en figure 4A, entre un capteur choisi 101 et la source motrice 104. En d'autres

mots, lorsqu'on utilise le système de code à impul-

sions dans le temps de la figure 29, le convertis-

seur analogique/numérique 102 et le processeur 103 sont éliminés (étant donné qu'ils sont adaptés

pour un codage binaire), tandis que la source mo-

trice 104 est commandée directement par la sortie

de l'amplificateur 613 de la figure 29.

Lorsqu'on utilise le code à impulsions dans le temps de groupe triple en lieu et place du

code binaire, il est nécessaire de décoder ces si-

gaux de groupe triple en surface. Dans les figures 9, 12, 13, 17 et 19, les signaux représentant le paramètre au fond du trou de forage, sont supposés être en code binaire. Afin de modifier le système de telle sorte qu'il reçoive des signaux dans le code à impulsions dans le temps de groupe triple décrit en se référant aux figures 29 et 26D, il est nécessaire d'intercaler, entre le filtre 150 et l'appareil ultérieur en surface, un "traducteur de

code" spécial tel que celui représenté en figure 27.

A cet effet, le conducteur 151 illustré dans les figures 9, 12, 13, 17 et 19 sera interrompu et on intercalera le "traducteur de code". Dans certains cas, il peut être plus souhaitable d'intercaler le "traducteur de code" entre le soustracteur 160 et le convertisseur analogique/numérique 163 sur le conducteur 162 dans les figures 9, 12, 13 et 17;

par ailleurs, l'homme de métier reconnattra claire-

ment l'endroit préféré auquel ce"traducteur de code"

doit être intercalé.

En se référant à la figure 27, le chif-

fre de référence 316 désigne un "sélecteur" conçu

pour émettre une seule impulsion de sortie en ré-

ponse au groupe triple décrit en se référant à la figure 29. Le chiffre de référence 317 désigne un convertisseur de temps/amplitude, c'es-à-dire

un circuit électronique fournissant, sur le con-

ducteur 319, une tension de sortie de courant con-

tinu qui est une fonction prédéterminée du temps

s'écoulant entre deux impulsions d'entrée appli-

quées à son entrée par le conducteur 318. Ces dispositifs sont bien connus dans la technique de l'électronique et ils ne nécessitent ici aucune

description détaillée. Le chiffre de référence 320

désigne un convertisseur analogique/numérique égale-

ment bien connu dans la technique.

La figure 28A représente le sélecteur 316 de manière plus détaillée. Les chiffres de ré- férence 321, 322 et 323 désignent des univibrateurs monostables conçus pour émettre une seule impulsion de sortie d'une durée choisie et prédéterminée en réponse à une impulsion d'entrée. L'univibrateur monostable 321 émet une impulsion de longue durée 13: l'univibrateur 322 émet une impulsion de plus

courte durée 12 et ltunivibrateur 323 émet une im-

pulsion de sortie d'une durée plus courte encore ll,comme indiqué audessus de chacune des cases 321, 322 et 323. Les cases 324 désignent des dérivateurs,

c'est-à-dire des circuits électroniques produ.isan-

une sortie proportionnelle à la première dérivée de temps d'un signal appliqué à l'entrée. Ces unités

sont également bien connues et elles émecttent des.

signaux de sortie comme indiqué sur la courbe re-

produite au-dessus de chaque case désignant un deri-

vateur. Les cases 325 désignent des "inverseurs", c'est-à-dire des dispositifs émettant un signal de sortie qui est une réplique du signal d'entr-ée mais dont le signe est inversé comme représenté sur la courbe reproduite immédiatement au-dessus de chaque inverseur. Chacun des éléments représentés par les cases 326 comporte un redresseur et ces éléments

émettent, à leur sortie, une seule impulsion élec-

trique positive 326a, 326b et 326c, comme représenté

dans le dessin. Les cases 327 désignent des "cir-

cuits à coïncidence" ou des "portes ET" qui sont tous bien connus dans la technique. Chaque circuit

327 émet une impulsion de sortie à sa borne "c' uni-

quement lorsqu'il y a, à l'entrée "a" et à l'entrée

247511 1

"bl', des impulsions qui sont en coïncidence de

temps. Les sorties des trois circuits à colnci-

dence 327 sont raccordées en parallèle au conduc- teur 329 et elles sont appliquées à l'entrée du convertisseur de

temps/amplitude 317. Le conver- tisseur de temps/amplitude 317 produit une tension de sortie de courant continu qui est une fonction

prédéterminée du temps s'écoulant entre deux impul-

sions d'entrée successives. La sortie du conver-

tisseur de temps/amplitude 317 est raccordée au convertisseur analogique/numérique 320 qui traduit alors la tension d'entrée de courant continu en impulsions-codées selon le mode binaire de façon

bien connue dans la technique.

Le circuit représenté dans les figures

27 et 28A est constitué d'éléments de circuit inté-

grés électroniques classiques qui sont bien connus dans la technique. Le fonctionnement général du

"sélecteur" nécessite une description plus détaillée.

Les impulsions P1, P2 et P3 produites

par l'amplificateur 613 de la figure 29 sont appli-

quées à la source motrice 104 de la figure 4A et

elles sont transmises en surface sous forme d'impul-

sions de pression de boue par le clapet 40. En sur-

face, ces impulsions de pression de boue sont cap-

tées, par exemple, par des éléments de la figure 9,

notamment le transducteur 51, le filtre 150, l'élé-

ment à retard 152 et le soustracteur 160. Les im-

pulsions apparaissant sur le conducteur 162 de la

figure 9 (ou des figures 12, 13 et 17) seront dési-

gnées par TP1, TP2 et TP3 (ces impulsions corres-

pondent aux impulsions P1, P2 et P3 émises par le système électronique installé au fond du trou de

forage et illustré en figure 29).

Les figures 28B, 28C, 28D et 28E mon-

trent la réponse du circuit de la figure 28 aux impulsions TP1, TP2 et TP3. Lorsque l'impulsion TP1 arrive et est appliquée sur le conducteur 151 (ou le conducteur 162) de la figure 28A, les trois univibrateurs monostables 321, 322 et 323 sont déclenchés et ils émettent chacun une impulsion de sortie respective ayant sa caractéristique propre, ainsi qu'une longueur fixe et prédéterminée 13, 12 et 11 respectivement. En conséquence, lorsque l'impulsion TP1 déclenche les univibrateurs, ceux-ci produisent les tensions (impulsions) de sortie A1,

B1 et C1,comme représenté en figure 28B.

Lorsque l'impulsion TP2 arrive, elle ne peut déclencher l'univibrateur 321 car elle est déjà dans l'état "tEN CIRCUIT". Toutefois, l'impulsion

TP2 déclenche les univibrateurs 322 et 323, puis-

qu'aussi bien ceux-ci sont revenus à l'état "HORS CIRCUIT" en émettant des impulsions de sortie B2 et C2, comme représenté en figure 28B. Lorsque l'impulsion P arrive, elle ne peut déclencher un univibrateur monostable 321 ou 322, puisqu'aussi

bien ceux-ci sont déjà dans l'état "EN CIRCUIT".

Toutefois, l'impulsion TP3 déclenche l1'univibrateur 323, étant donné que ce dernier est revenu à l'état "HORS CIRCUIT" en produisant l'impulsion de sortie

C comme représenté en figure 28B.

Les laps de temps 13, 12 et 11 des uni-

P P 37 21

vibrateurs 321, 322 et 323 de la figure 28A sont calculés de façon à correspondre aux retards dus à l'action des univibrateurs 609, 608 et 607 de la

figure 29; par conséquent, la fin du groupe d'im-

pulsions des univibrateurs de la figure 28B est en "tcoïncidence" et ces impulsions actionnent les

portes ET de la figure 28A.

74?;111

La figure 28B représente les condi-

tions opératoires existant lorsque toutes les im-

pulsions TP1, TP2 et TP3 sont présentes.

La figure 28C représente tes mêmes con-

ditions qu'en figure 28B, mais avec une impulsion

manquante (par exemple, l'impulsion TP1).

La figure 28D représente les mêmes

conditions, l'impulsion TP2 étant cependant man-

quante, tandis que la figure 28E représente les mêmes conditions, l'impulsion TP3 étant cependant manquante. Il est à noter qu'il importe peu de savoir quelle est l'impulsion manquante (TP1,TP2 ou TP3), deux impulsions de sortie d'univibrateurs

se terminant toujours au moment T. Cette caracté-

ristique du circuit de la figure 28A est utilisée pour produire à tout moment au moins deux impulsions en coïncidence de temps au moment T quelle que soit l'impulsion manquante parmi les impulsions TP1,

TP2 et TP ô. Pour autant qu'au moins deux des im-

pulsions du groupe soient détectées, le moment d'apparition de l'impulsion de sortie en 329 (figure 28A) sera le même. L'impulsion unique 328a de la figure 28A est produite chaque fois qu'un "lgroupe" d'impulsions est reçu par l'appareil situé en haut du trou, tandis que l'impulsion 328a sera présente chaque fois que deux impulsions quelconques

du "groupe" sont détectées en surface.

En se référant à nouveau à la figure 28A, la case 317 désigne un convertisseur classique de temps/amplitucde produisant une tension de sortie de courant continu ayant une relation fonctionnelle prédéterminée avec le temps s'écoulant entre des

impulsions successives 328a. Le chiffre de réfé-

rence 320 désigne un convertisseur analogique/numé-

rique classique convertissant l'amplitude de cette tension de sortie de courant continu en un mot binaire. Les mots binaires se suivent l'un l'autre

en une succession rapide déterminée par les carac-

téristiques du convertisseur 320 et de l'horloge y associée. En conséquence, on peut constater que

l'appareil de la figure 28A traduit le code à impul-

sions dans le temps, dans lequel on utilise le grou-

pe triple, en un code binaire, tandis que les ap-

pareils venant à la suite du conducteur 151 ou 162

des figures 9, 12, 13 et 17 fonctionneront exacte-

ment de la même manière que si les données avaient été transmises initialement en un code binaire

à partir du sous-sol.

XX. REMARQUES COMPLEMENTAIRES

(1) Afin d'obtenir les ondes de choc décrites dans la spéci-fication cidessus, certaines

limites sont imposées à la valeur K2 (vitesse moyen-

ne de changement de l'ouverture du clapezj, ainsi (y) qu'à la valeur T() [temps de débit ouvert). Des expériences ont démontré que la valeur Kn devrait être d'au moins 5 cm2/secorde et qu'elle devait se situer, de préférence, dans l'intervalle de 20 cm2/ seconde à 150 cm2/seconde. La valeur T(V) doit b

8tre tout au plus de 500 millisecondes et, de pr-é-

férence, elle doit se situer dans l'intervalle

allant de 50 millisecondes à 150 millisecondes.

(2) Bien que les impulsions de syn-

chronisation (horloge 155) des exemples décrits soient émises par le générateur raccordé à l'arbre de la pompe ou par la boucle à phase rigide décrite dans le brevet connexe. il est à noter que l'on peut prévoir d'autres éléments assurant la fréquence d'horloge en synchronisme avec le fonctionnement de la pompe. Par exemple, on peut utiliser le

"compteur de courses de pompe" bien connu et habi-

tuellement adapté sur la bielle de la pompe afin de produire une impulsion électrique par course de la pompe. La période s'écoulant entre chacune de ces impulsions successives peut être divisée en un nombre approprié (par exemple, 512 ou 1.024) de laps de temps égaux par un microprocesseur ou par une boucle à phase rigide ou encore par un autre

moyen bien connu dans la technique de l'électro-

nique et des ordinateurs. Dans un système de ce type, il n'est pas nécessaire d'avoir accès à l'arbre de transmission de la pompe et la fréquence d'horloge égale à celle du générateur 155 peut être produite par le microprocesseur et le commutateur

du compteur de courses de la pompe.

(3) Dans la première partie de la pré-

sente spécification, on a décrit en détail les conditions de formation d'ondes de choc hydrauliques et des "Londes de clapet" y associées. A certaines profondeurs, par exemple, à de faibles profondeurs, il peut se présenter des conditions dans lesquelles l'onde de clapet décrite cidessus n'est pas formée convenablement. Pour une onde de clapet de ce type, il est nécessaire qu'un volume suffisant de boue s'écoule dans la conduite de forage et qu'il règne une pression hydrostatique suffisante à l'extrémité du transmetteur. Il est clairement entendu que la présente invention n'est nullement limitée à l'onde de clapet particulière représentée et qu'elle peut être appliquée à d'autres formes d'impulsions de pression pouvant être détectées à la surface du

sol suite au fonctionnement du clapet 40.

(4) Différents filtres numériques,

notamment des filtres adaptés, des filtres confor-

mateurs d'impulsions et des filtres formateurs de pointes, ont été décrits ci-dessus avec bon nombre

de détails. En particulier, on a expliqué claire-

ment le rendement de chaque filtre numérique en

prévoyant une série détaillée d'opérations à effec-

116-

tuer. Ces opérations ont été expliquées et spéci-

fiées par des formules mathématiques appropriées.

Il est clairement entendu qu'en adoptant- des-tech-

niques modernes de calcul, l'homme de métier peut établir les programmes nécessaires sur la base des

descriptions données dans la présente spécification,

* tandis que les opérations décrites en se référant aux figures 9, 12, 13, 14, 16, 17, 19, 21 peuvent

être effectuées -par un logiciel approprié.

(5) Différents filtres numériques qui.

ont été décrits, peuvent également être appliqués à d'autres formes de transmissions de mesures par des pulsations de boue par des moyens autresque le clapet de dérivation du type décrit dans la présente spécification. Ces autres formes.peuvent comprendre le procédé basé sur l'étranglement réglé du circuit d'écoulement de la boue au moyen d'un clapet d'étranglement-installé judicieusement dans le courant principal de boue comme décrit dans le

brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 2.787.795 ac-

cordé au nom de J.J. Arps. D'une manière générale, les systèmes de filtrage numériques qui ont été décrits, peuvent être appliqués à n'importe quel type de système de télémesure avec consignation en cours de forage, ainsi qu'à d'autres formes de consignations dans lesquelles l'équipement de

forage est retiré afin de laisser descendre l'équi-

pement de mesure dans le trou de forage. Ces sys-

tèmes de filtrage numériques peuvent être appliqués à des systèmes de télémesure dans lesquels on recourt à des impulsions représentant n'importe quelle forme d'énergie, par exemple, des impulsions électriques, électromagnétiques, acoustiques et autres. (6) Le code à impulsions dans le temps

dans lequel on emploie le groupe triple d'impul-

sions décrit ci-dessus, peut également être appli-

quéà un système de consignation acoustique d'un puits afin de faciliter le traitement des signaux acoustiques de consignation d'un puits et obtenir un procédé hautement efficace permettant de corri- ger automatiquement les erreurs dues à des sauts d'impulsions lors de la mesure du temps de transit des ondes acoustiques. Les procédés et appareils

de consignation acoustique d'un puits sont habituel-

lement conçus pour mesurer le temps de transit d'une onde acoustique entre une première et une deuxième impulsion. Dans le brevet des Etats- Unis d'Amérique n0 3.900.824 accordé le 19 août 1975 aux noms de J.C. Trouiller et al., on a proposé d'empêcher les sauts d'impulsions en pratiquant la mesure au cours

d'une séquence N-1 mémorisée dans une mémoire au-

xiliaire et en comparant cette mesure avec la mesure suivante (séquence N) . Le brevet des Etats-Unis d'A!.;érique n0 3.900.824 est repris ici à titre de

référence. L'autre procédé proposé suivant l'in-

vention et basé sur le code à impulsions dans le temps permet de corriger de manière plus efficace et plus fiable, les erreurs de mesure dues à des

sauts cycliques.

(7} Le code à groupe triple d'impul-

sions dans le temps offre un très large champ d'applications en dehors d'une consignation en

cours de forage. Il peut être adopté dans n'impor-

te quel système de communication pour.la transmis-

sion de messages entre un poste de transmission et un poste récepteur, ainsi que dans différents types de systèmes de consignation d'un puits (et non nécessairement pour la consignation en cours de forage), par exemple, la consignation acoustique

(voir remarque n0 6).

2475 1 11

(8) Il est entendu que, pour capter et

mémoriser une onde en vue de l'utiliser ultérieure-

ment dans les filtres numériques décrits dans la présente spécification, certaines mesures doivent être prises sur place ainsi qu'on l'a décrit. Il

est parfois souhaitable de capter une onde indi-

viduelle (au lieu d'une onde double), comme c'est le cas dans la forme de réalisation de la figure 19

o l'on prévoit le filtre formateur de pointes 351A.

Afin de capter une onde individuelle, il convient de synchroniser l'émission du signal produit par

l'équipement en sous-sol avec l'équipement de détec-

tion en surface. Cette synchronisation peut être effectuée en remplaçant un des capteurs 1, 2, 3 et

4 de l'équipement de surface (figure 4A) par un dis-

positif tel qu'une "horloge" ou un générateur de signaux constants contrôlés dans le temps assurant des fonctionnements du clapet 40 de la figure 4A, espacés uniformément dans le temps. L'opération devrait alors se dérouler comme suit (a) En arrêtant et en faisant démarrer les pompes à boue en surface dans l'ordre approprié, le commutateur 91 illustré en figure 4A peut être amené à connecter le capteur modifié (c'est-à-dire

le générateur d'impulsions uniformément espacées).

Dès lors. une série d'impulsions sera émise par le clapet à des moments connus. (Bien entendu, des corrections doivent être effectuées pour le temps de parcours de l'impulsion entre le sous-sol et la

surface du sol, ce temps ayant été déterminé anté-

rieurement par des procédés bien connus).

(b) L'équipement de surface est con-

trôlé par son horloge propre qui est en synchro-

nisme, en temps et en phase, avec le transmetteur

de signaux en sous-sol.

24?51 1 41

(c) Par une commutation appropriée en

surface, on peut interrompre le captage et la mémo-

risation de l'onde double de telle sorte que le circuit de mémorisation ne soit connecté que pendant le temps d'une onde de clapet, pour être ensuite déconnecté automatiquement au cours de l'apparition

de la deuxième onde.

Bien entendu, la même opération peut être effectuée manuellement (par l'opérateur), Cette opération est effectuée aisément lorsque cette

onde est distincte et surmonte nettement le bruit.

Lorsque cette onde est noyée dans le bruit, on uti-

lise le système automatique tel que celui décrit

dans la présente spécification.

(9) Il existe deux signaux de bruits

perturbateurs ayant tendance à dissimuler la récep-

tion du signal utile B(t) (voir équation 22). Un de ces signaux représente le bruit de pompe P(t) et l'autre, le bruit U(t) associé aux différentes opérations de forage autres que le fonctionnement

de la pompe. Afin d'éliminer ces signaux pertur-

bateurs, suivant l'invention, on prévoit trois

systèmes de filtrage n0 1, n0 2 et no 3.

Le système de filtrage n0 1 est le filtre analogique 150. Ce filtre a pour but de supprimer la composante constante de la sortie du transducteur représentant la pression produite par la pompe 27, ainsi que d'autres fréquences se

situant en dehors de la gamme concernée.

Le système de filtrage n0 2 comprend

un élément à retard 152 et un soustracteur 160.

Ce système a pour but de supprimer ou d'éliminer

le bruit de pompe P(t).

Le système de filtrage n0 3 comprend un corrélateur ou un filtre numérique qui peut

être un filtre adapté, un filtre conformateur d'im-

247511 1

pulsions ou un filtre formateur de pointes et il comprend également différents éléments associés tels que des éléments de mémorisation et d'appel, de même que des ordinateurs en vue de déterminer les valeurs optimales des éléments de mémorisation pour les filtres numériques correspondants (voir figures 9, 12, 13, 14 et 15). Le système no 3 a

pour but d'éliminer ou de supprimer le bruit U(t).

Les systèmes de filtrage- n 1, n0 2 et no 3 sont raccordés en cascade. Dans les formes de réalisation de l'invention qui ont été décrites cidessus, le système de filtrage n0 1 est raccordé au transducteur à pression 51, le système n0 2 est raccordé au conducteur de sortie 151, tandis que le système no 3 est raccordé au conducteur de sortie

164 du système n0 2.

Chacun des systèmes de filtrage ci-

dessus est un système linéaire. En conséquence,

les fonctions de ces systèmes peuvent être inter-

changées ou inversées. On peut commencer par le système de filtrage ne 1, puis interchanger l'ordre des systèmes de filtrage n0 2 et n0 3. De même, dans certains cas, il peut être superflu d'utiliser les trois systèmes de filtrage. Deux systèmes de filtrage quelconques peuvent être suffisants et, dans certains cas, un seul peut suffire. De même,

le système monté entre le conducteur 182 et le con-

ducteur 210 peut parfois être supprimé, tandis.que le convertisseur numérique/analogique 211 peut être

conçu pour accepter des ondes doubles.

(10) Lorsque le signal formé par le procédé décrit au chapitre XIII (étapes a à f) est capté et mémorisé, il peut être mis en corrélation

croisée avec le signal brut émis par le transduc-

teur 51 ou avec le signal préconditionné sur le conducteur 162 des figures 9-19. Dans le cas diune corrélation croisée avec le signal brut émis au transducteur 51, la seconde onde del] bnde double" devra être éliminée par des moyens appropriés bien connus dans la technique de telle sorte qu'elle puisse être mise en corrélation croisée avec l'onde

unique émise à la sortie du transducteur 51.

122.

Claims

REVENDICATIONS

1 - Système de circulation de boue utilisé lors de la consignation d'informations en cours de forage, système dans lequel des impulsions de pression de boue sont produites par l'ouverture et la fermeture d'un clapet, caractérisé en ce qu'il comprend un capteur (101) destiné à capter la valeur d'un paramètre dans un trou de sondage, un premier élément (79) destiné à maintenir ce clapet (60),pendant des périodes relativement longues, dans une position ouverte ou fermée, ainsi qu'un deuxième élément (96) réagissant à ce capteur pour assurer, de manière séquentielle, l'ouverture de ce clapet en

une période relativement courte, puis la fermeture de ce cla--

pet également en une période relativement courte,créant ainsi

de nettes impulsions de pression dans une séquence représen-

tant la valeur de ce paramètre.

2 - Système suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la vitesse K de chaque ouvertLra du clapet (40)

de même que la vitesse K de chaque fermeture de'ce clapet, dé-

2 (y)

passent la valeur de 1CO cm /secon-de, K = SoT, So reDré-

sentant, en cm, la section d'ouverture du clape: lorsque ce dernier est complètement ouvert, tandis que T indique, en

secondes, la période d'ouverture ou de fermeture du clapet.

3 - Système suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le premier élément (79:) est conçu pour maintenir la stabilité du clapet en position ouverte ou fermée., 4 - Système suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le premier élément (79) est conçu pour maintenir la

stabilité du clapet en position ouverte ou fermée.

- Système suivant la revendication 3, caractérisé

en ce que le clapet (40) est un clapet contrôlable électrique-

ment, tandis que le deuxième élément (96) est un élément géné-

rateur de courant électrique destiné à produire de courtes impulsions de courant pour l'ouverture et la fermeture de ce clapet. 6 - Système suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le temps d'ouverture du clapet (40) est suffisamment court pour créer, au sommet du trou de sondage, une réduction, 123. puis une élévation de pression suite à cette ouverture du

clapet, tandis que le temps de fermeture du clapet est suf-

fisamment court pour produire, au sommet du trou,une éléva-

tion, puis une réduction de pression suite à cette fermeture du clapet. 7 - Système suivant la revendication l,caractérisé en ce que le temps d'ouverture ou le temps de fermeture du

clapet (40) est suffisamment court pour produire, à l'inté-

rieur du système de circulation de boue (22, 23,24) une onde la de choc hydraulique après une ouverture du clapet et une onde

de choc hydraulique après une fermeture de ce clapet.

8 - Système suivant la revendication 4, caractérisé

en ce que le temps d'ouverture du clapet (40) est suffisam-

ment court pour produire, au sommet du trou de sondage, une réduction, puis une élévation de pression suite à l'ouverture du clapet, tandis que le temps de fermeture du clapet est

suffisamment court pour produire, au sommet du trou, une élé-

vation, puis une réduction de pression suite à cette ferme-

ture du clapet.

9 - Système suivant la revendication 4, caractérisé

en ce que le temps d'ouverture ou letemps de fermeture du cla-

pet (40) est suffisamment court pour produire, à l'intérieur

de ce système de circulation de boue, une onde de choc hy-

draulique après une ouverture du clapet et une onde de choc

hydraulique après une fermeture de ce clapet.

- Système suivant la revendication 1, caractéri-

sé en ce que la vitesse d'ouverture du clapet (40), de même que la vitesse de fermeture de ce dernier sont calculées de façon à produire, dans ce système de circulation de boue (22, 23, 24),une vitesse d'accroissement ou une vitesse de réduction du débit de boue qui, en amplitude absolue, dépasse

2 x 105 cm/seconde2.

1l - Système suivant la revendication 1, caractéri-

sé en ce que la période relativement courte T (y) < 20 milli-

a -

secondes.

12 - Système suivant la revendication 1, caractéri-

sé eoice que la période relativement courte T (V) < 5 millise-

ac- condes.

2 4 751

124.

13 - Système suivant la revendication 1, caracté-

risé en ce que la période relativement longue Tb(v)< 0,25 se-

conde.

14 - Système suivant la revendication 1, caracté-

(y) risé en ce que la période relativement longue Tb() < 0,1 se- conde.

- Système suivant la revendication l,caractéri-

sé en ce que la période totale de fonctionnement du clapet

(40) Tt(V) < 270 millisecondes.

16 - Système suivant la revendication 1, caracté-

risé en ce que la période totale de fonctionnement du clapet

(40) Tt(V) < 110 millisecondes.

17 - Système de circulation de boue utilisé lors

de la consignation d'informations en cours de forage,-systè-

me dans lequel des impulsions de pression de boue sont produi-

tes par le fonctionnement récurrent d'un clapet, ce système

comprenant un capteur destiné à capter une valeur d'un para-

mètre dans un trou de sondage, un élément réagissant à ce cap-

teur pour assurer l'alimentation d'un courant électrique en vue d'actionner ce clapet, caractérisé en ce qu'il comprend

également un élément (281) réagissant au mouvement de ce cla-

pet (40), lorsque celui-ci est actionné afin de contrôier ce courant. 18 Système de circulation de boue utilisé lors de la consignation d'informations en cours de forage, système

dans lequel les impulsions de pression de boue sont produi-

tes par l'ouverture et la fermeture d'un clapet, caractérisé

en ce qu'il comprend un capteur (10) destiné à mesurer la va-

leur d'un paramètre dans un trou de sondage, un premier élé-

ment à solénoide (79) destiné à actionner ce clapet-(40), un deuxièmeélément contrôlable (96) comprenant un condensateur (452), une source d'énergie (104, 450) destinée à-produire un courant électrique en vue de charger ce condensateur, ainsi qu'une résistance (451) intercalée entre cette source et ce condensateur, cette résistance étant prévue pour maintenir ce courant à une valeur pratiquement constante au cours de la charge de ce condensateur, un troisième élément (102, 103) 125. réagissant à ce capteur en vue de contrôler ce deuxième

élément pour effectuer des décharges successives de ce con-

densateur et appliquer des impulsions de courant résultant

de ces décharges à ce premier élément afin d'actionner suc-

cessivement le clapet, produisant ainsi des impulsions de

pression dans une séquence représentant la valeur de ce para-

mètre.