Principe de travail du gyroscope à recherche du nord
Aujourd'hui encore, on étudie les techniques de recherche du nord géographique. Trouver le nord, c'est déterminer la direction du nord vrai. On distingue généralement deux méthodes : la recherche du nord non gyroscopique et la recherche du nord gyroscopique. La recherche du nord non gyroscopique repose principalement sur la recherche du nord magnétique, l'orientation de référence et le positionnement par satellite. Cette méthode est sensible aux interférences du champ magnétique, aux contraintes climatiques et environnementales, aux perturbations météorologiques et à la dépendance aux satellites, entre autres facteurs, ce qui entraîne une faible précision et un positionnement non autonome.
Actuellement, la plupart des gyroscopes utilisés dans les installations souterrainessystème de recherche du nordOn trouve, tant en Chine qu'à l'étranger, des gyroscopes à cadre, à fibre optique, mécaniques, à modulation dynamique, à intégration de vitesse par fluide caloporteur, etc. Cependant, chacun présente des inconvénients. Le gyroscope à cadre est volumineux, peu précis, difficile à compenser, son autonomie est limitée et il est rarement utilisé en positionnement et navigation. Le gyroscope à fibre optique est coûteux, sensible aux perturbations extérieures et difficilement adapté aux mesures en milieu souterrain complexe. Le gyroscope à intégration de vitesse par fluide caloporteur nécessite une longue préparation avant utilisation et n'est pas adapté aux puits où la température est variable. Le gyroscope à modulation dynamique est peu résistant aux chocs et aux vibrations et ne convient pas aux mesures en cours de forage. Le gyroscope mécanique est peu fiable, sa plage dynamique est limitée et il s'adapte mal à l'environnement.
Avec le développement de la technologie de mesure inertielle,Gyroscope MEMS Les capteurs inertiels MEMS, caractérisés par leur faible coût, leur taille réduite et leur faible consommation d'énergie, ont vu le jour. Initialement, leur précision était moindre et ne correspondait pas à celle des systèmes de mesure en cours de forage (MWD). Grâce aux progrès de la technologie des circuits intégrés, les capteurs inertiels MEMS ont connu un développement rapide et leur précision s'est considérablement améliorée. Ils répondent désormais aux exigences de l'exploration souterraine, de la navigation, de l'aérospatiale, des mesures de précision et d'autres domaines, tout en offrant des avantages uniques, tels qu'une grande fiabilité et une production en série aisée. Ils sont ainsi devenus le dispositif inertiel de prédilection dans les secteurs militaire et civil, notamment dans le domaine du forage, où les conditions spécifiques exigent une taille réduite et une grande résistance aux chocs.
La recherche du nord magnétique est principalement réalisée à l'aide d'un gyroscope. Ce dernier fournit des informations sur l'orientation et le nord géographique du forage. L'objectif du MWD (mesure en cours de forage) est de mesurer l'azimut grâce au système de recherche du nord magnétique. Le capteur magnétique mesure la direction du nord magnétique, c'est-à-dire l'angle nord magnétique. Le gyroscope mesure l'angle entre son axe de sensibilité et le nord géographique, ainsi que l'angle entre ce dernier et une direction de référence. Comparé au capteur à fluxgate, le gyroscope présente l'avantage d'une haute précision, d'une taille réduite et d'une insensibilité aux conditions météorologiques et aux interférences géomagnétiques. En effet, il détermine l'orientation du forage en combinant la vitesse de rotation de la Terre avec un schéma de mesure et une méthode mathématique. Par conséquent, lors du processus de mesure du système de recherche du nord magnétique, la précision de la mesure et la transmission et l'accumulation des erreurs restent optimales quelle que soit la profondeur de forage.
Le gyroscope est le capteur principal du système de prospection souterrain basé sur ce principe. Lors des travaux souterrains, l'outil de forage et le gyroscope sont soumis à des températures et des pressions élevées, ainsi qu'à de fortes vibrations et à d'autres facteurs, ce qui impose des exigences strictes à ces composants. Le gyroscope doit présenter un faible encombrement pour pouvoir être intégré à l'outil de forage, et il doit résister aux hautes températures et aux fortes vibrations.
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