FR2551222A1 - Appareil et procede de diagraphie - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN APPAREIL ET UN PROCEDE DE DIAGRAPHIE ACOUSTIQUE. L'APPAREIL COMPORTE UNE SONDE 20 RENFERMANT UNE SOURCE 10 DESTINEE A EMETTRE DES ONDES DE COMPRESSION A 2 POLES DANS UNE FORMATION DE TERRAIN VIERGE, N ETANT UN ENTIER SUPERIEUR A ZERO, ET DES MOYENS 12 DE DETECTION SITUES A L'INTERIEUR DU CORPS DE LA SONDE ET DESTINES A DETECTER L'ARRIVEE DE L'ONDE DE COMPRESSION A 2 POLES AYANT PARCOURU LA FORMATION DE TERRAIN VIERGE, EN AU MOINS UN EMPLACEMENT DU SONDAGE 22 ESPACE, DANS LA DIRECTION LONGITUDINALE DU SONDAGE, DES MOYENS EMETTANT LES ONDES. DOMAINE D'APPLICATION: EXPLORATION SISMIQUE.

Description

L'invention concerne d'une manière générale la diagraphie acoustique de

puits, et plus particulièrement la diagraphie acoustique d'ondes de compression de puits et la diagraphie acoustique d'ondes transversales ou de cisaillement de puits. La diagraphie acoustique a généralement été reconnue comme procédé pour l'obtention d'informations concernant des formations souterraines entourant des puits ou des sondages Les applications de la diagraphie acousti10 que comprennent la détermination de la lithologie, de la densité et de la porosité de la formation, la conversion de coupes-temps sismiques en coupes-profondeurs, la détermination de constantes élastiques de matières se trouvant au-dessous de la surface et la détection de fractures, 15 ainsi que la production d'informations concernant leur orientation. Dans la diagraphie acoustique de puits, il est courant de mesurer la vitesse des ondes de compression ou des ondes de cisaillement dans des formations souter20 raines entourant, ou encaissant des sondages Les ondes de compression sont également connues sous le nom d'ondes P Les ondes de cisaillement ou transversales sont également connues sous le nom d'ondes secondaires ou ondes S Un système classique de diagraphie de vitesse d'ondes 25 de compression comprend une sonde cylindrique de diagraphie conçue pour être mise en suspension dans un liquide contenu dans un sondage, une source reliée à la sonde pour générer des ondes de compression dans le liquide du sondage et deux détecteurs reliés à la sonde et espacés de la source 30 d'ondes de compression afin de détecter les ondes de compression dans le liquide du sondage Une onde de compression passant dans le liquide du sondage et générée par la source subit une réfraction dans la formation de terre (l'expression "formation de terrain" ou "formation terrestre" 35 utilisée dans le présent mémoire désignant toute formation souterraine et n'étant pas utilisée au sens étroiz pour désigner un type particulier quelconque de formation souterraine) entourant le sondage Elle se propage à travers une partie de la formation et est renvoyée par réfraction dans le liquide du sondage o elle est détectée par deux détecteurs espacés verticalement l'un de l'autre et de la source d'ondes de compression Le rapport de la distance 5 séparant les deux détecteurs au temps écoulé entre les

détections de l'onde de compression par les deux détecteurs donne la vitesse de l'onde de compression dans la formation.

Les ondes de compression revenant, par réfraction, dans

le liquide du sondage peuvent être appelées arrivées d'ondes 10 de compression.

La vitesse des ondes de compression dans la formation de terrain entourant un sondage varie souvent avec la distance radiale à partir du sondage Plusieurs facteurs sont à l'origine d'un tel effet, ces facteurs 15 comprenant l'endommagement de la formation par le forage, la pénétration de fluides de forage dans la formation adjacente au sondage et, dans l'hémisphère arctique, la

fusion du pergélisol à proximité du sondage.

La partie de la formation qui a été ainsi endom20 magée, pénétrée ou fondue est connue sous le nom de zone envahie, et la partie restante de la formation qui n'a pas été ainsi affectée est appelée formation vierge Ainsi, le sondage est entouré de la zone envahie qui est ellemême entourée de la formation vierge La vitesse des ondes 25 de compression dans la formation vierge est habituellement

différente de celle traversant la zone envahie Il est bien connu qu'une diagraphie de vitesse d'ondes de compression de la formation vierge donne une information utile pour déterminer la porosité, la lithologie rocheuse et 30 la densité de la formation de terrain vierge.

La source classique de diagraphie d'ondes de compression est symétrique par rapport à l'axe de la sonde de diagraphie Les ondes de compression générées par une source symétrique classique ne pénètrent pas profondément 35 dans la formation de terrain entourant le sondage La profondeur de pénétration de l'arrivée de l'onde de compression dépend de la distance ou de l'écartement entre la source de l'onde de compression et les détecteurs: plus la distance source-détecteurs est grande, plus grande est la profondeur de pénétration d'une partie, également plus grande, de l'énergie de l'onde de compression renvoyée par réfraction dans le sondage et détectée Avec l'écartement de 1,8 à 3 mètres couramment utilisé dans une diagraphie classique d'ondes de compression, la plus grande partie de l'énergie des ondes de compression générées par la source et détectées par les détecteurs ne pénètre 10 souvent pas au- delà de la zone envahie et seule une petite partie de l'énergie des ondes de compression atteint la'formation vierge Les ondes de compression qui atteignent et parcourent la formation vierge présentent généralement des amplitudes inférieures à celles des ondes de compres15 sion qui ne pénètrent pas au-delà de la zone envahie, de sorte que leurs arrivées peuvent être masquées par les arrivées des ondes de compression n'ayant pas pénétré au-delà de la zone envahie Par conséquent, lorsque l'écartement source-détecteurs ne dépasse pas l'écartement clas20 sique de 1,8 à 3 mètres, il peut ne pas être possible

d'utiliser une source symétrique classique pour diagraphier la vitesse des ondes de compression dans la formation vierge L'écartement sourcedétecteurs peut être augmenté pour accroître la pénétration des ondes de compression.

Cependant, un accroissement de l'écartement source-détecteurs réduit la force du signal de l'arrivée de l'onde de compression L'atténuation des ondes de compression lorsqu'elles parcourent la formation augmente avec la distance qu'elles parcourent dans la formation Par conséquent, si l'écarte30 ment source-détecteurs est augmenté, les arrivées des

ondes de compression détectées sont plus faibles et la diagraphie d'ondes de compression résultante peut avoir un faible rapport signal/bruit Il est donc souhaitable d'augmenter la pénétration des ondes de compression sans 35 accroître l'écartement entre la source et les détecteurs.

Des sources asymétriques d'ondes de compression ont été conçues pour diagraphier la vitesse des ondes transversales ou de cisaillement dans une formation de terrain Dans de telles sources asymétriques, la source génère, dans le fluide du sondage, une onde de pression positive dans un premier sens et une onde simultanée de 5 pression négative en sens opposé L'interférence des deux ondes de pression donne une onde de cisaillement qui est réfractée dans la formation de terrain Ce type de sources asymétriques est décrit dans la demande de brevet européen N 31989 au nom de Angona et collaborateurs, 10 et dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique

N 3 593 255 et N 4 207 961.

La demande précitée décrit une source du type à élément de flexion qui comprend deux plaques circulaires piézo-électriques liées entre elles et fixées à une sonde 15 de diagraphie, par leurs périmètres Lorsqu'une tension est appliquée à travers les deux plaques piézo-électriques, leur partie centrale vibre pour engendrer une onde de compression positive dans un sens et une onde simultanée de compression négative en sens opposé- Les deux ondes de compression interfèrent pour donner une onde transversale dans le terrain entourant le sondage La source du type à élément de flexion, décrite dans la demande précitée, possède une bande de fréquence limitée Il est indiqué, dans la demande précitée, que l'appareil qu'elle décrit 25 est capable de générer un signal acoustique ayant des composantes de fréquence dans la bande d'environ 1 à 6 k Hz, bande de fréquence dans laquelle l'amplitude des ondes transversales générées et réfractées dans la formation est susceptible d'être notablement supérieure à celle 30 des ondes de compression générées et réfractées dans la même formation, et, par conséquent, cette bande de fréquence est trop basse pour une diagraphie d'ondes de compression

dans la plupart des formations.

Le brevet N 3 593 255 précité décrit une source 35 asymétrique comprenant deux segments piézo-électriques

ayant chacun la forme d'un demi-cercle creux Les deux segments sont assemblés pour former un cylindre fendu.

Les deux segments sont de polarisation opposée et une tension électrique est appliquée à chacun d'eux, provoquant son expansion radiale en même temps que l'autre segment se contracte radialement, ce qui produit une onde de com5 pression positive dans un sens et une onde simultanée de compression négative en sens opposé Les deux ondes

de compression interfèrent pour produire une onde transversale dans la formation de terrain adjacente au sondage.

Cette onde transversale se propage le long du sondage 10 et est détectée par deux transducteurs placés sensiblement directement au-dessus ou audessous des segments piézoélectriques de la source L'appareil décrit dans le brevet N 3 953 255 précité "accentue" les ondes transversales et élimine pratiquement les ondes de compression, se dépla15 çant plus rapidement, qu'il génère et détecte Ce brevet ne décrit ni ne suggère un appareil convenant généralement à une diagraphie d'ondes de compression, ni un procédé convenant à une diagraphie acoustique de vitesse de la

formation vierge entourant un sondage.

Dans le brevet N 4 207 961 précité, des enroulements montés sur un assemblage de bobines sont placés dans le champ magnétique d'un aimant permanent et on fait circuler un courant à travers les enroulements afin de commander l'assemblage de bobines Le mouvement de 25 cet assemblage de bobines éjecte un volume d'eau dans un sens et aspire simultanément un volume d'eau équivalent en sens opposé, générant ainsi une onde de compression positive dans un sens et une onde simultanée de compression négative en sens opposé Cependant, la source asymétrique décrite dans le brevet N 4 207 961 précité ne peut être

commandée à des fréquences élevées ou sous une puissance suffisante, demandée pour la diagraphie d'ondes de compression de la plupart des formations Elle ne peut pas non plus être mise en oeuvre à de grandes profondeurs ou sous 35 de fortes pressions.

Dans un autre type de source asymétrique de diagraphie d'ondes transversales, au lieu de coupler la source à la paroi du sondage par l'intermédiaire du fluide du sondage, la source est soit couplée directement à la paroi du sondage, soit par l'intermédiaire de moyens mécaniques tels que des patins de montage De telles sources 5 de diagraphie d'ondes transversales sont décrites dans les brevets des EtatsUnis d'Amérique N 3 354 983 et

N 3 949 352.

Le procédé et l'appareil de l'invention sont destinés à la diagraphie de la vitesse d'ondes de compres10 sion, ou de la vitesse d'ondes de cisaillement ou ondes transversales, dans la formation de terrain vierge entourant un sondage, mais séparée de ce dernier par une zone envahie, et pour une diagraphie portant sur le rayon de cette zone envahie L'appareil selon l'invention comprend un corps 15 conçu pour être monté et descendu dans un sondage, des

moyens de génération de signaux situés dans le corps et destinés à émettre une onde acoustique à 2 N poles (la nomenclature multipolaire utilisée dans ce mémoire étant expliquée ci-dessous dans le premier paragraphe de la 20 description de la forme préférée de réalisation) à travers

la formation de terrainvierge entourant un sondage, N étant un entier supérieur à zéro, et des moyens de détection de signaux connectés au corps et espacés longitudinalement, d'une distance suffisante, le long du sondage, des moyens 25 de génération de signaux pour détecter l'arrivée d'une

telle onde acoustique à 2 N pôles.

Le procédé de diagraphie d'ondes de compression selon l'invention consiste à émettre une onde de compression à 2 N poles à travers la formation de terrain vierge 30 entourant un sondage, N étant un entier supérieur à zéro, et à détecter l'arrivée de l'onde de compression à 2 n pôles, en au moins un point espacé longitudinalement, le long du sondage, du point d'émission Si l'arrivée de l'onde de compression est détectée en deux points, 35 le laps de temps entre les détections, aux deux points, est mesuré pour déterminer la vitesse de l'onde de compression dans la formation vierge entourant le sondage Si l'arrivée de l'onde à 2 N pôles est détectée en un seul point, le laps de temps entre l'émission et la détection est mesuré afin de déterminer la vitesse de l'onde de compression dans la formation vierge Ce dernier procédé est plus difficile à exécuter et beaucoup moins précis. Dans tous les cas, la vitesse de l'onde de compression dans la formation de terrain est avantageusement mesurée de façon répétée, avec des écartements source- détecteurs croissants, jusqu'à ce que les vitesses des ondes de com10 pression mesurées, lors de deux mesures successives, soient sensiblement les mêmes Cette vitesse mesurée sensiblement constante est la vitesse de l'onde de compression dans la formation vierge Lorsque les vitesses des ondes de compression dans la zone envahie et dans la formation 15 vierge sont connues, l'écartement minimal source-détecteur, qui donne cette vitesse mesurée sensiblement constante, peut être utilisé pour déterminer le rayon de la zone envahie. Le procédé de diagraphie d'ondes transversales selon l'invention est identique au procédé de diagraphie de vitesse d'ondes de compression, sauf que des ondes transversales ou de cisaillement, à 2 N pôles (au lieu

d'ondes de compression à 2 N pôles) sont émises à travers la formation de terrain vierge et détectées pour déterminer 25 la vitesse de l'onde transversale dans la formation vierge.

L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels: la figure 1 illustre schématiquement trois trajets 30 suivis par des ondes acoustiques générées par une source à pôles multiples, un premier trajet indiquant la propagation d'une onde acoustique dans la zone envahie de la formation de terrain entourant un sondage, un autre trajet indiquant la propagation d'une onde acoustique à travers 35 la formation vierge entourant la zone envahie et réfractée

par cette formation vierge, et le troisième trajet indiquant une onde acoustique réfléchie par l'interface zone envahie-

formation vierge; la figure 2 est une vue simplifiée, partiellement schématique et partiellement en perspective, d'un dispositif de diagraphie d'ondes de compression à quatre pôles, illustrant une forme préférée de réalisation de l'invention; la figure 3 est une coupe longitudinale partielle de la forme préférée de réalisation de la source d'ondes de compression à quatre pôles, illustrée de façon simplifiée sur la figure 2, la coupe suivant un plan contenant l'axe 10 de la sonde de diagraphie; la figure 4 est une vue partielle en perspective, partiellement schématique et simplifiée, du dispositif de diagraphie d'ondes de compression à quatre pôles de la figure 2, illustrant l'orientation des détecteurs par 15 rapport à celle de la source à quatre pôles, et les connexions électriques réalisées avec la source et les détecteurs; la figure 5 est une coupe transversale d'une source de diagraphie d'ondes de compression à quatre pôles, 20 illustrant une variante de l'invention; la figure 6 est une coupe transversale d'une source de diagraphie d'ondes de compression à huit pôles illustrant une autre forme de réalisation de l'invention; la figure 7 est une coupe transversale d'une 25 source de diagraphie d'ondes de compression à huit pôles illustrant une autre forme de réalisation de l'invention; la figure 8 est une coupe transversale d'une source de diagraphie d'ondes de compression à deux pôles illustrant une autre variante de l'invention; la figure 9 est une coupe transversale d'une source de diagraphie d'ondes de compression à deux pôles illustrant une autre forme de réalisation; la figure 10 est une coupe transversale de la source de diagraphie d'ondes de compression à quatre pôles, 35 suivant la ligne 10-10 de la figure 3; la figure 11 est un graphique illustrant schématiquement la variation de la vitesse des ondes de compres sion mesurée par l'appareil selon l'invention lorsque l'écartement source-détecteurs augmente; et la figure 12 est un graphique illustrant schématiquement la variation des temps prévus, respective5 ment, de l'arrivée P de l'onde réfractée provenant de v la formation vierge, de l'arrivée P de l'onde réfractée provenant de la zone envahie, et de l'arrivée R de l'onde réfléchie à l'interface zone envahie-formation vierge,

lorsque l'épaisseur de la zone envahie augmente.

La nomenclature multipolaire est basée sur des

puissances successives de deux, c'est-à-dire 2 N, N étant un entier et N = 1, 2, 3 et ainsi de suite, indéfiniment.

Ainsi, les multipôles comprennent le dip 6 le (n = 1), le quadripôle (n = 2) et la formation à huit pôles (ni = 3). 15 La nomenclature pour des pôles multiples d'ordre plus élevé est basée sur 2 n, N étant égal à 4, 5, 6 et ainsi de suite, indéfiniment Les multipôles ne comprennent

pas la formation à un seul pâle (n= 0).

La figure 1 illustre trois trajets de rayonnement 20 des ondes acoustiques générées par une source acoustique et reçues par l'un des détecteurs D 1 d'un ensemble 12 de détecteurs Les vitesses des ondes acoustiques dans la zone envahie peuvent augmenter de façon continue, avec l'accroissement de la distance à partir du sondage, en 25 raison des différents degrés de pénétration du liquide du sondage dans la zone envahie ou de l'endommagement proche du sondage Les trajets de rayonnement des ondes acoustiques dans la zone envahie s'incurvent, sensiblement comme montré sur la figure 1, lorsque la vitesse des ondes 30 acoustiques dans la zone envahie dépend ainsi de la distance

à partir du sondage Pour plus de simplicité, la figure 1 sera décrite cidessous, alors que l'on suppose que les ondes acoustiques sont des ondes de compression (ondes P) Il convient de noter que cette description peut égale35 ment s'appliquer dans le cas o les ondes acoustiques

sont des ondes de cisaillement ou ondes transversales

(ondes S).

En plus de suivre les trajets de rayonnement indiqués, les ondes de compression générées par la source 10 se déplacent également dans les régions situées des deux c 6 tés de chaque trajet de rayonnement: la région 5 plus rapprochée du sondage et la région plus éloignée vers l'intérieur de la zone envahie Les ondes de compression parcourant la zone envahie peuvent être appelées Pl et celles parcourant la formation vierge Pv En plus des arrivées réfractées Pl et Pv, il est représenté une 10 autre arrivée précoce, R, résultant de la réflexion à l'interface zone envahie-formation vierge Cependant, l'une ou l'autre des arrivées Pl et Pv (ou les deux) arrive toujours au détecteur Dl avant R Pour une onde de compression à un seul p 6 le, une grande partie de l'énergie détectée 15 par l'ensemble 12 ne pénètre pas au-delà de la zone envahie,

de sorte que Pv peut être faible ou, au mieux, d'une amplitude comparable à celle de Pi Il est donc difficile de distinguer l'arrivée Pv détectée de l'arrivée Pl détectée de façon à déterminer la vitesse de l'onde de compression 20 dans la formation vierge.

On a découvert que, lorsqu'elle est générée au même écartement sourcedétecteurs, l'énergie de crête d'une onde bipolaire de compression pénètre dans le terrain plus profondément que celle d'une onde unipolaire de com25 pression, et l'énergie de crête d'une onde quadripolaire de compression pénètre plus profondément que celle d'une onde bipolaire de compression En d'autres termes, en comparaison avec l'onde unipolaire de compression, un plus grand pourcentage de l'énergie de l'onde bipolaire 30 de compression parcourt la formation vierge Dans le cas de l'onde quadripolaire de compression, un pourcentage encore plus élevé de l'énergie parcourt la formation vierge, de sorte que l'onde Pv possède une intensité notablement supérieure à celle de l'onde Pl et que la vitesse des 35 ondes de compression dans la formation vierge peut être

obtenue par diagraphie de Pv.

On a également découvert que, pour le même écartement source-détecteurs, le pourcentage d'énergie parcourant la formation vierge augmente avec l'ordre de la source multipolaire d'ondes de compression Ainsi, une source 5 d'ondes de compression d'ordre plus élevé présente un meilleur rapport Pv à Pi Cependant, les sources d'ondes de compression à 16 pôles et à pôles multiples d'ordre supérieur produisent généralement des ondes de compression plus faibles que celles produites par les sources d'ondes 10 de compression à quatre pôles et à huit pôles Par conséquent, les sources d'ondes de compression à quatre pôles et à huit pôles constituent les sources préférées d'ondes

de compression pour la diagraphie de la formation vierge.

La figure 2 est une vue partiellement schématique 15 et partiellement en perspective d'un système de diagraphie acoustique, illustrant une forme préférée de réalisation de l'appareil selon l'invention Une sonde 20 de diagraphie est conçue pour être descendue dans un sondage 22 et pour en être retirée Pour amorcer la diagraphie, on met la 20 sonde 20 en suspension dans un liquide 24 contenu dans le sondage 22 qui est entouré d'une formation 26 de terrain comprenant une zone envahie immédiatement adjacente au liquide 24 et une formation vierge entourant la zone envahie

(la zone envahie et la partie vierge de la formation 26 25 de terrain n'étant pas représentées sur la figure 2).

Pour faciliter les opérations d'assemblage, de mise en oeuvre et de réparation, la sonde 20 de diagraphie comprend un certain nombre de tronçons cylindriques creux Le tronçon supérieur 32 contient une source 10 de diagraphie 30 d'ondes de compression à quatre pôles et il présente des fenêtres 34 qui permettent aux ondes de compression générées par la source 10 de se propager aisément, à travers elles, dans le liquide du sondage Bien que quatre fenêtres 34 soient représentées, le tronçon 32 peut présenter un nombre 35 de fenêtres supérieur ou inférieur à 4 Les tronçons 36 et 38 contiennent, respectivement, les deux premiers détecteurs D 1 et D 2 de l'ensemble 12 de détecteurs et un tronçon

contient le dernier détecteur Dn de l'ensemble 12.

D'autres tronçons contenant la partie restante de l'ensemble

ne sont pas représentés ou ne sont que partiellement représentés sur la figure 2.

Le tronçon 42 est un tronçon d'écartement séparant le tronçon 32 du tronçon 36 L'écartement source-détecteurs peut être réglé à l'aide d'un tel tronçon d'espacement, de longueur appropriée, ou bien au moyen d'un nombre plus ou moins grand d'entretoises séparant la source des détec10 teurs En variante, l'écartement utile source-détecteurs

peut être augmenté par la mise en place d'un ensemble de détecteurs, tel que l'ensemble 12 de la figure 2, et l'enregistrement sélectif des arrivées détectées par les détecteurs individuels ou des paires de détecteurs placés 15 à des distances croissantes de la source.

Chaque tronçon qui contient un détecteur de l'ensemble 12 présente des fenêtres (telles que les fenêtres

46, 48 et 50 de la figure 2) à travers lesquelles les ondes de compression réfractées, provenant de la formation 20 26 de terrain, peuvent atteindre l'ensemble 12.

La source 10 est connectée à un dispositif 62 de commande de tir et d'enregistrement par l'intermédiaire d'un commutateur 64 Les ondes de compression détectées par l'ensemble 12 sont transmises, par l'intermédiaire 25 d'un câble contenant des fils 66, à un commutateur 68, un filtre passe-bande 70, un amplificateur 72 et une unité

74 d'intervalles de temps.

D'une manière décrite ci-dessous, le dispositif 62 de commande de tir et d'enregistrement est utilisé 30 pour commander le tir de la source 10 qui produit, dans

la formation 26, une onde quadripolaire de compression.

L'arrivée de cette onde quadripolaire de compression est détectée par les détecteurs D 1 à Dn de l'ensemble 12, ces détecteurs transformant les signaux acoustiques enre35 gistrés en signaux électriques Les signaux sont appliqués à un filtre 70, par l'intermédiaire du commutateur 68 dont la fonction sera décrite ci-dessous Les signaux électriques sont filtrés par le filtre 70 et amplifiés par l'amplificateur 72 L'intervalle de temps entre les détections, par des détecteurs adjacents, peut ensuite être mémorisé ou affiché, comme souhaité, par le dispositif 74. Lorsqu'une onde bipolaire donnée de compression ou une onde de compression d'ordre plus élevé est émise dans une formation, les temps des arrivées, aux détecteurs, des signaux des ondes de compression réfractées varient 10 avec l'épaisseur de la zone envahie La figure 12 illustre schématiquement la variation des temps d'arrivée prévus des arrivées réfractées Pv et Pi, et de l'arrivée réfléchie R lorsque l'épaisseur de la zone envahie augmente L'épaisseur de la zone envahie est égale à la différence entre 15 r 2, le rayon extérieur de la zone envahie, et r 1, le rayon du sondage La courbe hyperbolique représentant les temps d'arrivée de l'arrivée réfléchie R est tangente à la courbe rectiligne représentant les temps d'arrivée de Pv lorsque l'épaisseur de la zone envahie est égale à une épaisseur 20 critique: 1/2 r* = (z/2) (((Cv/Ci)-1) ((Cv/Ci)+ 1))1/2, o z est l'écartement source-détecteurs, Cv est la vitesse des ondes de compression dans la formation vierge et Ci est la vitesse des ondes de compression dans la zone envahie. 25 On a découvert que, sur une plage importante de valeurs de l'épaisseur de la zone envahie, proches de r*, l'arrivée réfractée Pv et l'arrivée réfléchie R arrivent à des temps différents de moins de 1 %, de sorte que R renforce efficacement l'amplitude détectée de Pv L'amplitude maximale 30 de l'arrivée réfléchie R apparaît lorsque l'épaisseur

de la zone envahie est égale à r* Ce n'est que dans le cas o l'épaisseur de la zone envahie est notablement supérieure à r* que l'amplitude de l'arrivée réfléchie R est suffisamment diminuée pour que Pl soit la première 35 arrivée significative.

Un accroissement de l'écartement source-détecteurs accroît la profondeur de pénétration de l'énergie des

ondes de compression dans la zone envahie S'il est incertain que l'arrivée détectée est celle de Pl ou de Pv, le procédé préféré pour faire la distinction entre les arrivées Pl et Pv consiste à tracer la vitesse de l'arrivée 5 en fonction de l'écartement z source-détecteurs, comme montré sur la figure 11 A de faibles écartements sourcedétecteurs, la vitesse relevée dépend de l'écartement source-détecteurs z, pour des raisons indiquées ci-dessous.

Lorsque l'écartement source-détecteurs atteint une certaine 10 valeur critique z*, la vitesse relevée approche d'une

constante Cette vitesse constante est sensiblement égale à Cv, la vitesse des ondes de compression dans la formation vierge L'écartement critique z* est l'écartement auquel la partie dominante de l'énergie des ondes de compression 15 atteint l'interface zone envahie-formation vierge.

L'écartement critrique z* peut être déterminé par le tracé de la vitesse mesurée des ondes de compression en fonction de l'écartement sourcedétecteurs z, comme indiqué sur la figure 11 La vitesse des ondes de compres20 sion à tracer est calculée par division de la distance compriseentre deux détecteurs par l'intervalle de temps entre les détections de l'arrivée des ondes de compression par les deux détecteurs Si l'écartement source-détecteurs est suffisamment faible pour que l'onde de compression 25 ne pénètre jamais dans la formation vierge, la totalité du trajet de rayonnement entre la source et le détecteur est incurvée et la différence de longueur entre les deux trajets est inférieure à la distance comprise entre les deux détecteurs Par conséquent, lorsque le trajet de 30 rayonnement de l'onde de compression n'atteint jamais

la formation vierge, la vitesse de l'onde de compression calculée conformément à l'approximation ci-dessus tend à surestimer la vitesse réelle de l'onde de compression.

Lorsque l'écartement source-détecteurs est augmentée suf35 fisamment pour que le trajet de rayonnement des ondes

de compression atteigne la formation vierge, la vitesse mesurée des ondes de compression est une bonne approxima-

tion de la vitesse des ondes de compression dans la formation vierge Cet écartement minimal source-détecteurs est l'écartement critique z* Lorsque l'écartement sourcedétecteurs est augmenté au-delà de la valeur critique, 5 la vitesse mesurée des ondes de compression est sensiblement constante, déterminant ainsi le point, sur la figure 11, au-delà duquel la vitesse mesurée des ondes de compression est sensiblement constante.

L'appareil de la figure 2 peut également être 10 utilisé pour déterminer la profondeur d'invasion D entourant le sondage, par l'exploitation de la relation suivante: d = (z/2) (((Cv/Ci)-1)((Cv/Ci)+ 1))1/2 o z est l'écartement source-détecteurs; d est la profondeur de pénétration d'une onde de compression dans la 15 formation; Cv est la vitesse des ondes de compression

dans la formation vierge; et Ci est la vitesse des ondes de compression dans la zone envahie La profondeur de pénétration des ondes de compression est égale à D, la profondeur d'invasion, lorsque les ondes de compression 20 pénètrent dans la zone envahie de façon à atteindre l'interface entre cette dernière et la formation vierge Ainsi, si l'écartement critique z* et les vitesses des ondes de compression dans la zone envahie et dans la formation vierge sont connus, la profondeur d'invasion D peut être 25 calculée à l'aide de la formule précédente.

La description précédente concernant la diagraphie

de vitesse d'ondes de compression et la propagation des ondes de compression dans la zone envahie et dans la formation de terrain vierge, entourant un sondage, s'applique 30 également à une diagraphie de vitesse d'ondes de cisaillement ou ondes transversales et à la propagation des ondes transversales Les méthodes décrites ici peuvent donc être appliquées à une diagraphie de vitesse d'ondes transversales aussi bien qu'à une diagraphie de vitesse d'ondes 35 de compression.

L'énergie sismique émise par l'appareil à sonde de diagraphie décrit dans le présent mémoire peut être divisée en deux catégories: Es, qui est l'énergie émise sous la forme d'ondes transversales, et Ep qui est l'énergie émise sous la forme d'ondes de compression Le rapport de Ep à Es dépend du spectre de fréquence du rayonnement 5 sismique généré par l'appareil L'appareil décrit ici peut donc convenir à une diagraphie de vitesse d'ondes transversales aussi bien qu'à une diagraphie de vitesse d'ondes de compression Pour une diagraphie efficace d'ondes de compression, il est souhaitable que la bande de fréquence 10 du rayonnement généré soit celle qui donne une valeur maximale au rapport Ep à Es La bande préférée de fréquence dépend de la vitesse des ondes de compression dans la formation de terrain à diagraphier On a découvert que pour une diagraphie d'ondes de compression, lorsque la 15 vitesse des ondes de compression dans la formation est (a) de plusieurs milliers de mètres par seconde, la bande de fréquence du rayonnement généré par l'appareil selon l'invention contient avantageusement la fréquence

(a)( 10/d)k Hz, o d est le diamètre du sondage, en unités 20 égales à 2, 54 cm.

Le fonctionnement de la source sismique à pâles multiples de la présente invention, à des fréquences notablement inférieures à (a)( 10/d)k Hz a pour résultat la génération d'un signal d'ondes transversales relativement 25 fort et d'un signal d'ondes de compression relativement faible On a découvert qu'il pouvait être souhaitable de mettre en oeuvre l'appareil selon l'invention dans cette bande de basses fréquences pour effectuer une diagraphie efficace de vitesse d'ondes transversales Un fonction30 nement dans une telle bande de basses fréquences permet

au signal relativement fort des ondes transversales de pénétrer profondément dans la formation à partir du sondage.

Avec un écartement suffisamment grand entre la source et les détecteurs, on peut donc effectuer sur la formation 35 vierge une diagraphie de vitesse des ondes transversales.

Le procédé préféré pour effectuer, sur une formation vierge, une diagraphie de vitesse des ondes de compres-

sion à l'aide de l'appareil décrit ici consiste à générer un signal à bande large, qui est réfracté à travers la formation vierge, détecté par des détecteurs D 1 à Dn et transmis par un filtre passe-bande 70 Pour une diagraphie 5 d'ondes de compression, le filtre passe-bande 70 est choisi de façon à filtrer le signal détecté afin que les arrivées Pv enregistrées des ondes de compression aient une grande amplitude par rapport aux arrivées enregistrées des ondes transversales Pour une diagraphie d'ondes transversales, 10 le filtre passe-bande 70 est choisi de façon à filtrer le signal détecté afin que les arrivées enregistrées des ondes transversales aient une grande amplitude par rapport

aux arrivées enregistrées des ondes de compression.

Les figures 3 et 10 illustrent plus en détail 15 une forme préférée de réalisation de l'appareil selon l'invention La figure 3 est une coupe de la forme préférée de réalisation de la source de diagraphie d'ondes de compression à quatre p 6 les, illustréesous une forme simplifiée sur la figure 2, la coupe suivant un plan qui contient 20 l'axe de la sonde de diagraphie La figure 10 est une vue suivant la ligne 10-10 de la figure 3 montrant la source quadripolaire en coupe transversale par un plan

perpendiculaire à l'axe de la sonde de diagraphie.

La source 10 de la figure 10 comprend quatre 25 secteurs (ou "éléments") sensiblement similaires 102, 104, 106, 108 d'un cylindre creux, piézoélectrique, polarisé radialement, ces secteurs étant agencés de façon à être sensiblement centrés sur l'axe de la sonde et à en être équidistants Des secteurs de cylindres différents,

ayant des rayons différents, peuvent également être utilisés.

Il convient de noter que ces quatre secteurs peuvent être utilisés même s'ils ne sont pas centrés sur l'axe de la sonde, pourvu que leurs axes soient sensiblement parallèles à l'axe de la sonde et qu 'ils soient orientés de façon 35 que l'axe de la sonde se trouve sur la face concave de chaque secteur On peut obtenir une telle configuration en écartant radialement de l'axe de la sonde, à des distances différentes, les quatre secteurs 102, 104, 106 et 108 de la figure 10 L'ordre cyclique 102, 64, et 108 des quatre secteurs de la figure 10 définit e positions relatives de ces secteurs Etant donné que l'ordre

est cyclique ou périodique, l'un quelconque des ordres 5 périodiques suivants peut également être utilisé pour que l'on obtienne les mêmes positions relatives: 104,106, 108, 102; 106, 108, 102, 104; et 108, 102, 104, 106.

Bien que les quatre secteurs soient avantageusement espacés à peu près régulièrement autour de l'axe de la sonde, 10 comme montré sur la figure 10, il convient de noter que l'on peut également utiliser, sans sortir du cadre de l'invention, des configurations dans lesquelles les quatre secteurs ne sont pas espacés régulièrement autour de l'axe de la sonde Le fonctionnement de la source de la figure 15 10 n'est pas non plus affecté par une inversion de deux secteurs opposés l'un à l'autre, tels que les secteurs

102 et 106 ou les secteurs 104 et 108.

Il n'est pas nécessaire que la source 10 comprenne quatre secteurs d'un cylindre creux comme montré 20 sur la figure 10, mais elle peut comprendre des éléments de toute forme ou de toute dimension, pourvu que leurs centres de gravité de surface soient disposés, les uns par rapport aux autres, d'une manière décrite ci-dessous et qu'ils génèrent des ondes de pression d'une manière 25 similaire à celles des secteurs de la figure 10 décrite précédemment Le centre de gravité de surface ou centroide est défini, dans l'ouvrage "American Heritage Dictionary of the English Language", 1978, Houghton Mifflin Co, Boston, Massachusetts, comme le centre de masse d'un objet 30 de densité constante (c'est-à-dire uniforme) Si l'objet

présente une densité variable, le "centroide" d'un tel objet peut être défini comme étant le point qui serait le "centroide" de ce même objet si celui-ci était de densité constante.

Les quatre éléments (premier, deuxième, troisième et quatrième éléments) de toute forme ou de toute dimension sont reliés à un corps d'une manière telle que, dans un quadrilatère dont les quatre angles sont définis par les "centro'des" des premier, deuxième et troisième éléments et la projection normale du centro{de du quatrième élément sur le plan défini par et contenant les centrofdes des premier, deuxième et troisième éléments, les quatre angles dt quadrilatère aient chacun une valeur inférieure à 180 . Les centroides des quatre éléments sont de préférence coplanaires et forment les quatre angles d'un carré Il est avantageux que le plan contenant les centroides soit 10 perpendiculaire à l'axe du sondage Si les quatre éléments

sont petits au point de devenir pratiquement des sources ponctuelles d'ondes de pression, les quatre ondes de pression sont alors générées sensiblement en quatre points dont la disposition spatiale est la même que celle des 15 centrolides des quatre éléments.

En se référant de nouveau à la forme préférée de réalisation montrée sur la figure 10, on peut appliquer pratiquement la même impulsion électrique à travers les surfaces cylindriques de chacun des quatre secteurs 102, 20 104, 106 et 108, à peu près simultanément de manière que les impulsions appliquées à deux secteurs adjacents quelconques soient de polarité opposée Cet agencement est illustré sur la figure 10 Avec un tel agencement, si l'impulsion électrique provoque une expansion radiale d'un secteur, 25 les deux secteurs adjacents se contractent alors radialement, et vice versa Si les quatre secteurs sont polarisés radialement vers l'extérieur, les sens d'expansion et de contraction sont alors tels qu'illustrés par les flèches blanches sur la figure 10 Pendant la contraction d'un 30 secteur, la totalité de sa surface cylindrique intérieure se déplace vers l'intérieur; pendant son expansion, la totalité de sa surface cylindrique extérieure se déplace vers l'extérieur Il convient de noter que la polarisation des quatre secteurs peut être orientée radialement vers 35 l'intérieur, en sens opposé à celui montré sur la figure Dans ce cas, les sens d'expansion et de contraction sous l'effet des impulsions électriques de la polarité indiquée sur la figure 10 sont opposés à ceux illustrés par les flèches blanches sur la figure 10 L'expansion et la contraction sensiblement simultanées des quatre secteurs engendrent une onde quadripolaire de compression 5 dans le liquide 24 du sondage de la figure 2, cette onde

étant alors transmise dans la formation 26 de terrain et détectée par l'ensemble 12 comme décrit précédemment.

Commandée de la manière décrite ci-dessus en référence à la figure 10, la source 10 peut être considérée comme 10 travaillant en mode quadripolaire.

Les quatre éléments piézo-électriques 102, 104, 106 et 108 de la source 10 des figures 3 et 10 peuvent être connectés à la sonde 20 de diagraphie d'une manière que l'on peut plus aisément comprendre en se référant 15 à la figure 3 Des pistons 83 et 84 ont un diamètre tel

qu'ils s'ajustent étroitement dans la sonde 20 de diagraphie.

Ces pistons 83 et 84 présentent des évidements taraudes 85 et 86, respectivement, et les deux pistons peuvent être reliés à une tige 114 dont les deux extrémités sont 20 filetées et sont dimensionnées de façon à pouvoi T être vissées dans les évidements 85 et 86 des pistons 83 et 84 Pour assembler la source 10, on introduit la tige 114 du piston dans un corps annulaire d'une matière 112 de soutien et on place les quatre éléments 102, 104, 106, 25 108 sur la surface cylindrique extérieure du corps 112 de façon qu'ils soient sensiblement coaxiaux à la tige 114 du piston Le corps 112 est avantageusement constitué d'une matière d'appui présentant de bonnes qualités d'amortissement pour amortir les réverbérations des quatre élé30 ments afin que les quatre trains d'ondes de pression

générés par les quatre éléments soient de courte durée.

Deux bagues annulaires 80 et 82 de garniture s'ajustent étroitement sur les quatre éléments et le corps 112 pour les maintenir en position La tige 114 et les pistons 35 83 et 84 sont ensuite assemblés comme décrit précédemment et l'ensemble est introduit en totalité dans la sonde 20 de diagraphie Cette dernière présente quatre fenêtres réparties sur sa circonférence, à proximité de la source 10, et fermées de façon étanche par quatre membranes 87, 88, 89 et 90 en caoutchouc Bien que quatre fenêtres soient montrées sur la figure 10, la sonde 22 peut présenter un nombre de fenêtres supérieur ou inférieur à quatre. Les quatre membranes en caoutchouc ferment hermétiquement les quatre fenêtres en étant fixées à la sonde de diagraphie par des moyens classiques tels que des pinces mécaniques Les espaces entre les quatre membranes de 10 caoutchouc et les quatre éléments piézo-électriques sont remplis d'une huile 116 Des bagues toriques 94 et 96 assurent l'étanchéité aux surfaces de contact entre les pistons 83 et 84 et la sonde 20 de diagraphie afin d'empêcher l'huile 116 de fuir Les espaces en forme de secteur 15 situés entre les espaces remplis d'huile sont eux-mêmes

remplis d'une matière 118 d'appui qui amortit les réverbérations des vibrations des quatre secteurs.

Pour permettre le passage de connexions électriques, le piston 83 et sa tige 114 présentent des trous 20 120 et 121 ménagés en leurs centres respectifs Les deux trous communiquent entre eux La tige 114 du piston présente en outre un canal 122 perpendiculaire à son axe et qui communique avec le trou 121 Le piston 83 présente en outre quatre canaux 123 communiquant chacun, par une extré< 5 mité, avec le trou 120 et aboutissant chacun, par son autre extrémité, à la surface cylindrique extérieure de l'un des quatre éléments Le dispositif 62 de commande de tir et d'enregistrement, qui comprend un générateur d'impulsions électriques, est connecté aux quatre éléments 30 par deux groupes de fils conducteurs: un groupe 124 comprenant quatre fils 124 a, 124 b, 124 c et 124 d; et un groupe 125 comprenant des fils 125 a, 125 b, 125 c et 125 d Les fils du groupe 124 et les fils du groupe 125 sont connectés au générateur par l'intermédiaire d'un commutateur afin 35 que les impulsions appliquées aux surfaces extérieures d'éléments adjacents puissent avoir les mêmes polarités ou des polarités opposées Les fils 124 c et 124 d sont passés dans le trou 120, puis dans les canaux 123 et ils sont connectés aux surfaces cylindriques extérieures des éléments 104 et 108 Les fils 124 a et 124 b sont passés dans le trou 120 du piston 83 et dans le trou 121 de la 5 tige 114 du piston et ils sont connectés par le trou 122 et le corps 112 aux surfaces cylindriques intérieures des éléments 102 et 106, respectivement D'une manière similaire, les fils 125 a et 125 b sont passés dans le trou 120, dans les canaux 123 et ils sont connectés aux surfaces 10 cylindriques extérieures des éléments 102 et 106, respectivement De même, les fils 125 c et 125 d sont passés dans les trous 120, 121 et 122 et ils sont connectés aux surfaces cylindriques intérieures des éléments 104 et 108, respectivement Ainsi, lorsque le générateur d'impulsions électri15 ques applique une impulsion électrique par les deux groupes de fils, l'impulsion est transmise par chaque paire de fils à l'un des quatre éléments Si les fils du groupe 124 sont connectés à la borne positive du générateur et si les fils du groupe 125 sont connectés à la borne négative, 20 l'impulsion porte les surfaces cylindriques intérieures des éléments 102 et 106 à un potentiel électrique supérieur à celui de leurs surfaces cylindriques extérieures Si les éléments 102 et 106 sont polarisés radialement vers l'extérieur, il est bien connu que de tels potentiels 25 électriques provoquent initialement une contraction radiale des éléments 102 et 106 Les impulsions appliquées par le générateur portent les surfaces cylindriques extérieures des éléments 104 et 108 à un potentiel électrique supérieur à celui de leurs surfaces cylindriques intérieures Les 30 éléments 104 et 108 sont polarisés radialement vers l'extérieur et ce potentiel électrique provoque initialement

une expansion radiale des deux éléments.

Par conséquent, avec les connexions décrites ci-dessus, pratiquement la même impulsion électrique est 35 appliquée par le générateur à peu près simultanément aux

quatre éléments, ce qui a pour effet de les déplacer sensiblement simultanément: les éléments 102 et 106 se contrac-

tent et se déplacent initialement vers l'intérieur et les éléments 104 et 108 s'expansent et se déplacent initialement vers l'extérieur Il est bien connu qu'après qu'une matière piézo-électrique a été soumise initialement à 5 une expansion ou à une contraction par une impulsion électrique, elle s'expanse et se contracte de façon alternée, quand bien même aucune impulsion électrique n'est appliquée après l'impulsion initiale de déclenchement Par conséquent, après l'application des impulsions électriques aux quatre 10 éléments, provoquant une contraction des éléments 102 et 106 et une expansion des éléments 104 et 108, les éléments 102 et 106 s'expansent et se contractent ensuite de façon alternée, et les éléments 104 et 108 se contractent et s'expansent de façon alternée Lors de leurs expansions 15 et contractions alternées, les quatre éléments perdent de l'énergie et leurs vibrations finissent par s'amortir jusqu'à disparaître mais, pendant la durée de leurs expansions et de leurs contractions, les quatre éléments génèrent quatre trains d'ondes de pression Etant donné que les 20 quatre impulsions électriques appliquées par le générateur aux quatre éléments sont sensiblement les mêmes, hormis la polarité, les quatre trains d'ondes de pression ont sensiblement la même forme d'onde Les trains d'ondes générés par les éléments 102 et 106 sont sensiblement 25 en phase Les trains d'ondes générés par les éléments 104 et 108 sont sensiblement en phase entre eux, mais sensiblement en opposition de phase par rapport aux trains d'ondes générés par les éléments 102 et 106 Ces ondes de pression sont transmises à travers l'huile 116, les 30 membranes en caoutchouc, puis dans le fluide 24 du sondage et elles pénètrent finalement dans la formation 26 de terrain Les quatre ondes de pression ainsi générées interfèrent et produisent une onde de compression quadripolaire dans la formation 26 de terrain Cette onde de compression 35 se propage à travers la formation de terrain, est renvoyée par réfraction dans le fluide 24 du sondage et est détectée à une certaine distance de la source 10 de diagraphie,

comme expliqué ci-dessous.

Les quatre éléments piézo-électriques 102, 104, 106 et 108 peuvent être aisément réalisés à partir de cristaux piézo-électriques disponibles dans le commerce. 5 Des cristaux piézo-électriques fournis par la firme Vernitron Company, Bedford, Ohio, donnent satisfaction Un type de cristal piézo-électrique disponible dans le commerce se présente sous la forme d'un cylindre creux polarisé radialement vers l'extérieur Les surfaces cylindriques 10 intérieure et extérieure de ces cristaux sont revêtues chacune d'une couche de matière conductrice, telle que de l'argent Etant donné que l'impulsion électrique provenant du générateur peut être appliquée, sous des polarités opposées, à des éléments adjacents faisant partie des 15 quatre éléments, les surfaces cylindriques intérieures

d'éléments adjacents doivent être isolées électriquement, aussi bien que leurs surfaces cylindriques extérieures.

Cette isolation peut être obtenue par découpage de quatre sectionslongitudinalesétroitespour donner les quatre secteurs 20 102, 104, 106 et 108 En variante, au lieu de procéder à un découpage suivant de telles sections longitudinales étroites, la couche conductrice de ces sections peut être éliminée par raclage sur les deux surfaces intérieure

et extérieure.

La figure 4 est une vue en perspective simplifiée du dispositif de diagraphie d'ondes de compression quadripolaire de la figure 2, illustrant comment le dispositif peut être utilisé pour effectuer une diagraphie de la vitesse d'ondes de compression dans la formation vierge. 30 Pour détecter l'onde quadripolaire de compression générée par la source 10, chaque détecteur de l'ensemble 12 est également, de préférence, un détecteur quadripolaire de construction similaire à celle de la source 10 Pour plus de simplicité, seul le détecteur D 1 de l'ensemble 12 est 35 illustré sur la figure 4 Les quatre secteurs du détecteur D 1 sont disposés de façon qu'ils possèdent sensiblement le même axe que les quatre secteurs de la source 10 et qu'ils occupent sensiblement les mêmes positions latérales, autour de l'axe commun, que celles des secteurs de la

source 10.

Comme montré sur la figure 4, le dispositif 5 62 de commande de tir et d'enregistrement applique une impulsion électrique à travers chacun des quatre secteurs par l'intermédiaire d'un commutateur 64 afin que les impulsions appliquées à deux secteurs adjacents quelconques soient de polarités opposées En basculant le commutateur 10 64, on peut modifier les polarités des impulsions appliquées aux secteurs afin que les impulsions appliquées aux quatre secteurs aient la même polarité Autrement dit, les surfaces cylindriques extérieures des quatre secteurs sont sensiblement au même potentiel électrique Ce potentiel est diffé15 rent de celui des potentiels électriques des surfaces

cylindriques intérieures des quatre secteurs Les surfaces cylindriques intérieures des quatre secteurs ont aussi sensiblement le même potentiel électrique Lorsque les lmpuls ons appliquées aux quatre secteurs sont de même 20 polarité, les quatre secteurs sont en mode unipolaire.

Dans ce Maode, les quatre secteurs s'expansent et se contractent radialement sensiblement en phase, et la source 10

devient une source unipolaire.

Chaque détecteur de l'ensemble 12 peut être 25 connecté à un filtre passebande 70 par l'intermédiaire d'un conummutateur 68, sensiblement de la même manière que dans le cas de la connexion entre le dispositif 62 de commande de tir et d'enregistrement et la source 10 de façon que, si la source 10 est mise en oeuvre en mode 30 quadripolaire, chaque détecteur soit alors mis en oeuvre également en mode quadripolaire et, si la source 10 est mise en oeuvre en mode unipolaire, chaque détecteur soit alors également mis en oeuvre en mode unipolaire Avec l'agencement illustré sur la figure 4, le dispositif de 35 diagraphie acoustique de la figure 2 peut être utilisé pour effectuer une diagraphie à la fois de l'arrivée de l'onde de compression unipolaire et de l'arrivée de l'onde de compression quadripolaire Comme expliqué précédemment, l'onde de compression Pi, parcourant la zone envahie, peut être comparable, en amplitude, à l'onde de compression Pv parcourant la formation vierge La diagraphie d'ondes 5 de compression unipolaire indique l'arrivée résultant de la transmission de l'onde de compression à travers la zone envahie Cette information peut être utile pour identifier des bruits engendrés par Pl dans la diagraphie

d'ondes de compression quadripolaire de Pv.

La figure 5 est une coupe transversale d'une autre forme de réalisation d'une source de diagraphie d'ondes de compression quadripolaire, qui peut être utilisée pour la réalisation de diagraphie de vitesse d'ondes de compression dans des formations éloignées du sondage. 15 La source de la figure 5 est de construction similaire à celle de la source des figures 3 et 10, sauf que, au lieu de quatre secteurs cylindriques, la source de la figure 5 comprend quatre plaques composites piézo-électriques allongées 142, 144, 146 et 148, orientées spatialement 20 à l'intérieur de la sonde de diagraphie de manière que ces quatre plaques forment sensiblement les quatre c 6 tés rectangulaires d'un tube allongé Chacune des quatre plaques composites comprend deux plaques piézo-électriques, de polarisation opposée, liées l'une à l'autre Les quatre 25 plaques composites sont reliées à la sonde de diagraphie par deux plaques de bridage (non représentées sur la figure 5) Chacune des deux plaques de bridage présente quatre fentes dans lesquelles les extrémités des quatre plaques composites sont ajustées étroitement Les deux plaques 30 de bridage sont ensuite insérées et fixées dans la sonde,

dans une position telle que les plaques composites allongées sont sensiblement parallèles à l'axe de la sonde de diagraphie La partie de chaque plaque composite comprise entre les deux extrémités sera désignée ci-après "partie non 35 bridée".

Sensiblement la même impulsion électrique peut être appliquée à travers les surfaces plates de chacune

des quatre plaques composites, à peu près en même temps.

Les impulsions appliquées à deux plaques composites adjacentes quelconques peuvent être de polarité opposée de façon que, si la partie non bridée d'une première plaque composite fléchit et se déplace radialement vers l'extérieur, les parties non bridées des deux plaques composites adjacentes fléchissent et se déplacent alors radialement vers l'intérieur Les sens des mouvements de flexion des quatre plaques composites sont indiqués par des flèches blanches 10 sur la figure 5 Les mouvements de flexion des quatre plaques composites engendrent une onde de compression quadripolaire dans le liquide du sondage, onde qui est transmise à travers la formation de terrain et qui est détectée comme décrit précédemment Pour détecter l'arrivée 15 de l'onde de compression quadripolaire dans le liquide du sondage, les détecteurs de l'ensemble 12 sont de préférence du type quadripolaire qui peut être de construction similaire à celle des sources quadripolaires illustrées sur la figure 3 ou sur la figure 5 Les sources et les 20 détecteurs quadripolaires du type illustré sur la figure peuvent être mis en oeuvre en tant que sourceset détecteurs unipolaires, sensiblement de la même manière que

celle décrite en regard de la figure 4.

Les plaques composites illustrées sur la figure 25 5 sont disponibles dans le commerce Les plaques composites fournies par la firme Vernitron Company, Bedford, Ohio,

ont donné satisfaction.

La figure 6 est une coupe transversale d'une source d'ondes de compression à huit pôles qui peut être 30 utilisée pour une diagraphie de la vitessed'ondes de compression dans la formation vierge Six secteurs sensiblement similaires 162, 164, 166, 168, 170 et 172, d'un cylindre piézo-électrique creux, polarisé radialement, sont disposés spatialement de façon à être sensiblement centrés 35 sur l'axe de la sonde et à en être équidistants La même impulsion électrique est appliquée sensiblement à travers les surfaces cylindriques de chacun des secteurs, à peu près en même temps, de manière que les impulsions appliquées à deux secteurs adjacents quelconques soient de polarités opposées Cet agencement est illustré sur la figure 6. 5 Avec un tel agencement, des secteurs adjacents sont animés de vibrations en opposition de phase Si les six secteurs sont polarisés radialement vers l'extérieur, les sens des mouvements d'expansion et de contraction des six secteurs, lorsqu'ils commencent à vibrer, sont alors tel 10 qu'indiqué par des flèches blanches, sur la figure 6 Les vibrations des six secteurs engendrent une onde de compression à huit pôles qui est transmise dans la formation de terrain et détectée comme décrit précédemment Pour détecter l'arrivée de l'onde de compression à huit pôles, 15 les détecteurs de l'ensemble 12 peuvent être d'une construction similaire à celle de la source à huit pôles illustrée sur la figure 6 ou sur la figure 7 qui sera décrite ciaprès La source à huit pôles illustrée sur la figure 6 peut être reliée au tronçon 32 de la sonde 22 de la 20 même manière que la source quadripolaire de la figure 3 Le tronçon contenant la source à huit pôles de la figure 6 peut aussi être d'une construction similaire à celle du tronçon contenant la source quadripolaire de la figure 3. La figure 7 est une coupe transversale d'une autre forme de réalisation de source à huit pôles pouvant être utilisée pour effectuer une diagraphie de la vitesse d'ondes de compression dans une formation vierge La source à huit pôles de la figure 7 est similaire à la source 30 à quatre pôles de la figure 5, sauf que six plaques composites allongées sont utilisées au lieu de quatre Les six plaques composites piézo-électriques allongées 182, 184, 186, 188, 190 et 192 sont disposées spatialement de façon à former sensiblement les parallélogrammes d'un 35 prisme hexagonal Les six plaques composites sont reliées

à la sonde de diagraphie par des plaques de bridage d'une manière similaire à celle utilisée pour la source quadri-

t-= polaire de la figure 5 La partie non bridée des six plaques composites est mise en vibrations par des impulsions électriques d'une manière similaire à celle utilisée pour la source quadripolaire de la figure 5, de sorte que les parties non bridées de plaques adjacentes vibrent sensiblement en opposition de phase Les sens des mouvements de flexion des six plaques lorsqu'elles commencent à vibrer sont indiqués par des flèches blanches sur la figure 7. Les vibrations des six plaques engendrent une onde de 10 compression à huit p 6 les qui pénètre dans la zone envahie pour atteindre la formation vierge pour qu'une diagraphie

de celle-ci puisse être réalisée.

Les sources et détecteurs à p 6 les multiples d'ordre plus élevé peuvent être réalisés d'une manière 15 similaire à celles utilisées pour les formes de réalisation de la source d'ondes de compression à huit p 6 les illustrée sur 11 S figures 6 et 7 Ainsi, une source à 16 p 6 les peut être construite par disposition spatiale de huit secteurs

sensiblleit identiques sur un cylindre creux, piézoz O Électrique, polarisé radialement, autour d'un axe commun.

La:ême impulsion électrique est appliquée sensiblement à chacun des secteurs de manière que des secteurs adjacents vibrent sensiblement en opposition de phase On obtient une autre forme de réalisation de la source à 16 p 6 les 25 en remplawant les huit secteurs par huit plaques composites piézo-électriques allongées, disposées de façon à former les huit parallélogrammes d'un prisme octogonal La même impulsion électrique est appliquée sensiblement à chacune des buit plaques composites, sous des polarités telles que des plaques adjacentes vibrent sensiblement en opposition de phase D'autres modes de réalisation et de mise en vibration des plaques et des secteurs peuvent être utilisés, pourvu que les plaques et les secteurs vibrent de la même manière D'autres sources et détecteurs à p 6 les 35 multiples d'ordre plus élevé peuvent être réalisés d'une manière similaire Les détecteurs utilisés pour détecter des arrivées d'ondes de compression d'ordre plus élevé sont de préférence d'un ordre qui correspond à celui de

la source.

La figure 8 est une coupe transversale d'une source dipolaire d'ondes de compression qui peut être 5 utilisée pour réaliser une diagraphie de la vitesse d'ondes

de compression dans la formation vierge Deux secteurs 202 et 204 sensiblement similaires, faisant partie d'un cylindre piézo-électrique creux, polarisé radialement, sont disposés spatialement de façon à être sensiblement 10 centrés sur l'axe de la sonde et équidistants de cet axe.

La même impulsion électrique est sensiblement appliquée à travers les surfaces cylindriques de chaque secteur, à peu près en même temps, de manière que les impulsions appliquées aux deux secteurs soient de polarités opposées. 15 Cet agencement est illustré sur la figure 8 Avec un tel agencement, les vibrations des deux secteurs engendrent une onde bipolaire de compression qui est transmise dans la formation de terrain et est détectée comme décrit précédemment La source bipolaire de la figure 8 peut être 20 reliée au tronçon 32 de la même manière que la source quadripolaire de la figure 3 Le tronçon contenant la source bipolaire de la figure 8 peut également être d'une construction similaire à celle du tronçon contenant la

source quadripolaire de la figure 3.

La figure 9 est une coupe transversale d'une autre forme de source bipolaire pouvant être utilisée pour effectuer une diagraphie de la vitesse d'ondes de compression dans une formation vierge La source bipolaire de la figure 9 est analogue à la source quadripolaire 30 de la figure 5, sauf qu'une plaque composite piézo-électrique allongée unique 222 est utilisée, plutôt que quatre plaques La plaque piézo-électrique 222 peut être reliée à la sonde de diagraphie par les plaques de bridage, d'une manière similaire à celle utilisée pour la source quadri35 polaire de la figure 5 La partie non bridée de la plaque 222 est mise en vibration par des impulsions électriques d'une manière similaire à celle utilisée pour la source

quadripolaire de la figure 5 afin d'engendrer une onde bipolaire de compression qui est transmise dans la formation de terrain et est détectée comme décrit précédemment.

La source bipolaire de la figure 9 peut être reliée au tronçon 32 de la même manière que la source quadripolaire

de la figure 3 Le tronçon contenant la source bipolaire de la figure 9 peut également être d'une construction similaire à celle du tronçon contenant la source quadripolaire de la figure 3.

Le nombre de plaques ou de secteurs composites des formes de réalisation à huit pâles et à 16 pâles de la source, décrites ci-dessus, ne correspond pas à la nomenclature des sources à huit pâles et à 16 pâles Ainsi, une source bipolaire (n= 1) comprend deux fois une ou deux 15 plaques ou secteurs Une source quadripolaire (n= 2) comprend deux fois deux ou quatre plaques ou secteurs Une source à huit pâles (n= 3), une source à 16 pâles (n= 4) et une source à 32 pâles (n= 5) comprennent, respectivement, six, huit et dix plaques ou secteurs Par conséquent, d'une 20 manière générale, une source à 2 N pôles comprend 2 N plaques ou secteurs, N étant un entier égal à 1, 2,

3 et ainsi de suite, indéfiniment.

Il va de soi que de nombreuses modifications

peuvent être apportées à l'appareil décrit et représenté 25 sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (14)

REVENDICATIONS

1 Appareil de diagraphie de la vitesse d'ondes de compression dans une formation de terrain vierge entourant un sondage ( 22), caractérisé en ce qu'il comprend un corps ( 32, 36, 38, 40) conçu pour être descendu dans le sondage et remonté de celui-ci, des moyens ( 10) de génération de signaux situés à l'intérieur du corps et destinés à émettre une onde de compression à 2 N pôles

dans la formation de terrain vierge, N étant un entier 10 supérieur à zéro, et des moyens ( 12) de détection de signaux situés à l'intérieur du corps et destinés à détecter l'arrivée de l'onde de compression à 2 N pôles parcourant la formation de terrain vierge, en au moins un point du sondage espacé, le long dudit sondage, des moyens de génération 15 de signaux.

2 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'onde de compression à 2 N pôles émise est une

onde de compression à quatre pôles.

3 Appareil selon la revendication 1, caractérisé 20 en ce que l'onde de compression à 2 N pôles émise est une

onde de compression à huit pôles.

4 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de détection de signaux détectent l'arrivée de l'onde de compression à 2 N pôles en deux 25 points situés dans le sondage et espacés, le long de ce dernier, l'un de l'autre, l'appareil comprenant en outre des moyens ( 74) destinés à mesurer l'intervalle de temps entre les détections de l'arrivée de l'onde de compression

à 2 N pôles aux deux points.

5 Appareil de diagraphie de la vitesse d'ondes de compression dans une formation de terrain vierge entourant un sondage ( 22) contenant un liquide ( 24), caractérisé en ce qu'il comporte une sonde ( 20) de diagraphie conçue pour être descendue dans le sondage et remontée de celui35 ci, une source acoustique ( 10) à 2 N pôles reliée à la sonde pour émettre une onde de compression à 2 N pôles à travers le liquide, vers l'intérieur -de la formation de terrain vierge, N étant un entier supérieur à zéro, et des moyens ( 12) de détection de signaux reliés à la sonde et comprenant au moins un détecteur destiné à détecter l'arrivée de l'onde de compression à 2 N pôles, ce détecteur 5 étant espacé, dans la direction longitudinale du sondage, suffisamment de la source pour que toutes arrivées significatives d'ondes générées par la source, autres que l'arrivée de l'onde de compression à 2 pôles, soient détectées après l'arrivée de l'onde de compression à 2 N pôles et puissent être distinguées de cette arrivée de l'onde de

compression à 2 N pôles.

6 Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un filtre passe-bande ( 70) destiné à supprimer toutes les composantes de fréquence 15 de toutes arrivées détectées par les moyens de détection de signaux et ayant des fréquences extérieures à une bande choisie, cette dernière comprenant des fréquences auxquelles l'amplitude de l'arrivée détectée de l'onde de compression à 2 ?n p êles est grande par rapport à l'amplitude de toute 20 autre des arrivées détectées, 7 Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens ( 42) destinés à augmenter la distance entre la source acoustique à 2

2 N p 6 les et ledit détecteur.

8 appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que la sonde de diagraphie comporte des tronçons séparables comprenant un premier tronçon ( 32) contenant la source acoustique à 2 pôles et un second tronçon ( 36) contenant au moins un détecteur (D 1), la distance entre 30 la source acoustique et le détecteur étant augmentée par des tronçons d'entretoisement ( 42) placés entre les premier

et second tronçons.

9 Appareil selon la revendication 5, caractérisé

en ce que la source acoustique à 2 N pôles est une source 35 à quatre pôles.

Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que la source acoustique à 2 N p 6 les est une source

à huit pô 16 es.

11 Procédé de diagraphie de la vitesse d'ondes de compression dans une formation de terrain vierge qui entoure un sondage, mais qui est séparée de celui-ci par une zone envahie, le procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste: (a) à émettre, à partir d'un point situé dans le sondage, une onde de compression à 2 N pôles dans une zone de la formation entourant le sondage, N étant un entier supérieur à zéro; (b) à mesurer la vitesse de l'onde de compression dans la zone de formation en détectant l'arrivée de l'onde de compression à 2 N pôles en un point situé dans le sondage et espacé, le long de ce dernier, du point d'émission; et (c) à répéter les étapes (a) et (b) avec des écartements successivement croissants entre ledit point d'émission et ledit point de détection jusqu'à ce que les vitesses des ondes de compression, mesurées lors de deux mesures successives, soient sensiblement égales, ladite 20 vitesse mesurée de l'onde de compression étant sensiblement la vitesse de l'onde de compression dans la formation

de terrain vierge.

12 Procédé de diagraphie de la vitesse d'ondes de compression dans une formation vierge qui entoure un 25 sondage, mais qui en est séparée par une zone envahie, caractérisé en ce qu'il consiste: (a) à émettre une onde de compression à 2 N pales à partir d'un point situé dans le sondage, vers l'intérieur d'une zone de formation entourant le sondage, N étant 30 un entier supérieur à zéro; (b) à mesurer la vitesse de l'onde de compression dans une région de la zone de la formation située à une première distance du sondage en détectant l'arrivée de l'onde de compression en deux points situés dans le sondage 35 et espacés, le long de ce sondage, du point d'émission et l'un de l'autre, et à mesurer l'intervalle de temps entre les détections de l'arrivée de l'onde de compression 2 N pôles auxdits deux points; et (c) à répéter les étapes (a) et (b) en augmentant successivement les écartements entre le point d'émission et lesdits deux points de détection afin de mesurer les 5 vitesses des ondes de compression dans les régions de la zone de la formation situées à des distances de plus en plus éloignées du sondage jusqu'à ce que les vitesses des ondes de compression, mesurées lors de deux mesures consécutives, soient sensiblement égales, lesdites vitesses 10 mesurées des ondes de compression étant sensiblement égales à la vitesse de l'onde de compression dans la formation

de terrain vierge.

13 Procédé pour déterminer le rayon d'une zone envahie dans une formation de terrain entourant un sondage, 15 ce dernier étant également entouré d'une formation de terrain vierge qui est séparée du sondage par la zone envahie, le procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste: (a) à émettre les ondes de compression à n 2 pdles à partir d'un point, situé dans le sondage, vers 20 l'intérieur de la formation de terrain entourant lesondage, n étant un entier supérieur à zéro; (b) à mesurer la vitesse de l'onde de compression dans une zone de la formation de terrain située à une première distance du sondage en détectant l'arrivée de 25 l'onde de compression à 2 poles en un premier emplacement et en un second emplacement situés dans le sondage et espacés, le long de ce dernier, du point d'émission et l'un de l'autre, et à mesurer l'intervalle de temps entre les détections de l'arrivée de l'onde de compression à n 2 pôles aux premier et second emplacements; et (c) à répéter les étapes (a) et (b) en augmentant successivement les écartements entre ledit point d'émission et le premier emplacement et entre ledit point d'émission et le second emplacement afin de mesurer les vitesses 35 des ondes de compression dans des zones de la formation de terrain de plus en plus éloignées du sondage jusqu'à ce que les vitesses des ondes de compression, mesurées lors de deux mesures successives, soient sensiblement égales, le rayon de la zone envahie de la formation de terrain pouvant être identifié de la manière suivante 1/12 (z/2)(((Cv/Ci)-l)((Cv/Ci)+ 1))1/2, o z est le plus faible écartement entre le point d'émission et le premier emplacement et entre le point d'émission

et le second emplacement auquel ladite mesure de vitesse sensiblement constante de l'onde de compression est obtenue, Cv est la vitesse des ondes de compression dans la formation vierge, et Ci est la vitesse des ondes de compression 10 dans la zone envahie.

14 Procédé de diagraphie de la vitesse d'ondes transversales dans une formation de terrain vierge qui entoure un sondage, mais qui en est séparée par une zone envahie, le procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste: 15 (a) à émettre, à partir d'un point situé dans le sondage, une onde transversale à 2 N pôles dans une zone de la formation entourant le sondage, N étant un entier supérieur à zéro; (b) à mesurer la vitesse de l'onde transversale 20 de la zone de la formation en détectant l'arrivée de l'onde transversale à 2 N pôles en un point, situé dans le sondage, espacé, le long de ce dernier, du point d'émission; et (c) à répéter les étapes (a) et (b) en augmentant progressivement les écartements entre le point d'émission 25 et le point de détection jusqu'à ce que les vitesses des ondes transversales, relevées lors de deux mesures consécutives, soient sensiblement égales, ladite vitesse mesurée de l'onde transversale -étant sensiblement la vitesse de

l'onde transversale dans la formation de terrain vierge.

15 Procédé de diagraphie de la vitesse d'ondes transversales dans une formation vierge qui entoure un sondage, mais qui en est séparée par une zone envahie, le procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste: (a) à émettre, à partir d'un point situé dans 35 le sondage, une onde transversale à 2 N pôles dans une zone de la formation entourant le sondage, N étant un entier supérieur à zéro; (b) à mesurer la vitesse de l'onde transversale S dans une région de la zone de la formation située à une première distance du sondage en détectant l'arrivée de l'onde transversale en deux emplacements situés dans 5 le sondage et espacés, le long de ce dernier, du point d'émission et l'un de l'autre, et à mesurer l'intervalle de temps entre les détections des arrivées des ondes transversales à 2 N pôles aux deux emplacements; et (c) à répéter les étapes (a) et (b) en augmentant 10 successivement les écartements entre ledit point d'émission et les deux emplacements de détection afin de mesurer les vitesses des ondes transversales des régions de la zoue de la formation situées à des distances de plus en plus eloinées du sondage jusqu'à ce que les vitesses -15 de ondes transversales, relevées lors de deux mesures consecutives, soient sensiblement égales, ladite vitesse mesurée de l'onde transversale étant sensiblement égale à i vi-esse de l'onde transversale dans la formation

_erra tverrain erge.

-16, Procédé pour déterminer le rayon d'une zone envahie dans une formation de terrain entourant un sondage, une formation de terrain vierge entourant le sondage duquel elle est séparée par la zone envahie, le procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste: 2 z 5 (a) à émettre, à partir d'un point situé dans le sondage, une onde transversale à 2 N pôles dans la formation de terrain entourant le sondage, N étant un entier supérieur à zéro; (b) à mesurer la vitesse de l'onde transversale 30 dans une zone de la formation de terrain située à une première distance du sondage en détectant l'arrivée de l'onde transversale à 2 N pôles en un premier emplacement et en un second emplacement situés dans le sondage et espacés, le long de ce dernier, du point d'émission et l'un de l'autre, et à mesurer l'intervalle de temps entre les détections de l'arrivée de l'onde transversale à 2 N pôles aux premier et second emplacements; et (c) à répéter les étapes (a) et (b) en augmentant successivement les distances entre le point d'émission et le premier emplacement et entre le point d'émission et le second emplacement afin de mesurer les vitesses d'ondes transversales dans des zones de la formation de terrain de plus en plus éloignées du sondage jusqu'à ce que les vitesses d'ondes transversales relevées lors de deux mesures consécutives soient sensiblement égales, le rayon de la zone envahie de la formation de terrain pouvant être identi10 fié de la manière suivante: 1/2 (z/2) (((Cv/Ci)-1)((Cv/Ci)+ 1))1/2, o z est le plus faible écartement entre le point d'émission et le premier emplacement et entre le point d'émission et le second emplacement auquel ladite mesure de vitesse15 sensiblement constante d'onde transversale est obtenue, Cv est la vitesse des ondes transversales dans la formation vierge et Ci est la vitesse des ondes transversales dans

la zone envahie.