BE1005240A7

BE1005240A7 - Equipement de forage pour carottage.

Info

Publication number: BE1005240A7
Application number: BE9200314A
Authority: BE
Inventors: Steven R Radford; Helma S Wiser
Original assignee: Baker Hughes Inc
Priority date: 1991-04-04
Filing date: 1992-04-06
Publication date: 1993-06-08
Also published as: GB2254351A; CA2065143A1; GB9207385D0; US5146999A; NO921312D0; NO921312L

Abstract

Equipement de forage pour carottage, comportant un dispositif attrapeur de carotte destiné à retenir une carotte d'une roche non consolidée à l'intérieur d'un tube carottier, cet assemblage de carottage comprenant une section tubulaire (10) destinée à s'adapter de façon amovible dans le tube carottier près du trépan de carottage, deux jeux de doigts articulés (16, 18) étant attachés à la surface interne de la section tubulaire suivant des lignes circonférentielles respectives, qui sont décalées l'une par rapport à l'autre, ces doigts étant mobiles autour d'extrémités articulées entre une position ouverte dans laquelle dans laquelle les doigts n'obturent pas le passage de façon significatieve, et une position fermée dans laquelle ces doigts obturent ce passage.

Description

"Equipement de forage pour carottage"
L'invention est relative, d'une manière générale, à un équipement de forage destiné à réaliser des trous de sondage souterrains, et plus particulièrement à des outils de forage destinés à obtenir des échantillons carottés.

Le carottage comprend le forage et l'enlèvement d'échantillons carottés d'une roche depuis un trou de sondage foré. Cette technique est utilisée depuis longtemps dans l'industrie du forage des gisements de pétrole et de gaz en vue d'obtenir des informations concernant la roche qui est forée. De bonnes carottes peuvent donner des informations pour des estimations de production, des calculs des réserves, et concernant le comportement attendu de différentes couches souterraines durant les périodes de forage et de production. En particulier, la porosité de la roche réservoir et sa saturation en eau fossile peuvent être déterminées avec une grande précision au départ d'échantillons carottés.

Le procédé de carottage est normalement le suivant. Un trépan carottier découpe une carotte cylindrique qui glisse dans un tube carottier interne, non rotatif. Le tube carottier se loge dans un corps de forage extérieur qui est attaché au trépan carottier et tourne avec celui-ci. Le tube carottier intérieur comprend un"attrapeur"destiné à attraper et retenir la carotte à l'intérieur du tube carottier, tandis que celui-ci est retiré hors du trou de forage.

Pour obtenir les informations les plus précises et les plus intéressantes, il est important que la carotte, telle que retirée du tube carottier soit

intacte et qu'elle reflète avec précision les couches de roche depuis lesquelles cette carotte est retirée. L'attrapeur joue un rôle important dans le maintien de la carotte dans son état d'origine, c'est-à-dire à l'état tel que retiré du trou.

La plupart des attrapeurs de ce genre sont conçus en vue d'une utilisation dans des couches ou formations dites consolidées, qui sont relativement solides, autoportantes et généralement dures. Une carotte issue d'une telle formation ne se dissociera pas facilement et, de ce fait, un dispositif attrapeur ne doit pas recouvrir la totalité de l'ouverture inférieure du tube carottier. En fait, un dispositif attrapeur peut être simplement un accessoire à frottement, formant une partie rétrécie du tube carottier, à travers laquelle la carotte ne peut pas aisément glisser en sens inverse pour sortir de ce tube carottier.

Toutefois, lorsqu'on retire des carottes depuis des formations non consolidées, telles que du grès, des dispositifs attrapeurs de ce type ne conviennent pas. La carotte peut s'émietter, des parties de cette carotte peuvent être perdues à travers l'ouverture inférieure du tube carottier, et des zones supérieures de la carotte peuvent changer de place du fait de la perte des parties susdites. De ce fait, un dispositif attrapeur destiné à s'utiliser dans des formations non consolidées doit assurer une fermeture pratiquement totale de la section transversale du tube carottier. En outre, dans des formations non consolidées, il faut moins de force pour séparer la carotte depuis la formation avec laquelle cette carotte formait un tout.

Un type de dispositif attrapeur pour carotte, conçu en vue d'une utilisation dans des formations non consolidées, comprend un jeu de clapets antiretours coopérants, qui assurent une fermeture

relativement complète de la section transversale du tube carottier. Toutefois, les rebords des clapets peuvent empêcher un passage de la carotte vers le tube et provoquer un coincement. Un coincement de la carotte nécessite l'arrêt du procédé de carottage.

Un autre type de dispositif attrapeur pour carotte, tel que décrit dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique nO 4. 605.075 et 4.606. 416, comprend une enveloppe ou un manchon intérieur, qui isole les clapets antiretours par rapport à la carotte jusqu'à ce que le carottage soit terminé. Lorsque le carottage est terminé, le manchon est déplacé pour libérer les volets afin qu'ils attrapent la carotte. Malheureusement, de tels dispositifs sont relativement complexes et peuvent occasionnellement présenter des défaillances, menant à une perte partielle ou totale des carottes.

Le brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 4.607. 710 décrit un dispositif attrapeur pour carotte, sans manchon intérieur et dans lequel les clapets antiretours sont sollicités vers une position d'ouverture et un mécanisme de libération d'une douille de serrage permet à des cames d'entraîner les clapets vers un état fermé. Ce dispositif est également relativement compliqué et coûteux à fabriquer.

Une autre solution proposée encore pour un dispositif attrapeur pour carotte, destiné à une utilisation dans des formations non consolidées, utilise un mécanisme à déplacement positif, qui peut être actionné extérieurement par voie hydraulique ou d'une autre manière afin d'étendre les butées dans le tube carottier (voir, par exemple, les brevets des Etats-Unis d'Amérique nO 4.651. 835 et 4.552. 229). Ce mécanisme est également très compliqué et coûteux.

En raison de leur complexité, telle que mise en évidence ci-dessus, les mécanismes d'évacuation

sont sujets à des défaillances, qui peuvent avoir pour résultat une perte ou une dislocation des carottes.

En conséquence, il reste un besoin de pouvoir disposer d'un dispositif simple, non coûteux et sûr, permettant de retenir une carotte d'une formation non consolidée à l'intérieur du tube carottier durant son enlèvement hors du trou de forage.

Un assemblage formant talon, comportant un dispositif attrapeur pour carotte, destiné à retenir une carotte d'une roche ou d'une formation de sol non consolidée dans un tube carottier a été prévu suivant l'invention. L'assemblage formant talon comprend une section tubulaire destinée à être fixée, de façon amovible, à l'ensemble formant le tube intérieur, destiné à être placé dans le corps extérieur de carottage, à son extrémité inférieure voisine du trépan de carottage. La section tubulaire est ouverte à ses deux extrémités pour créer un passage à travers lequel une carotte peut s'étendre. Deux jeux d'éléments formant doigts articulés sont attachés à la surface intérieure de la section tubulaire sur des lignes circonférentielles respectives qui sont décalées longitudinalement l'une par rapport à l'autre.

Les doigts sont déplaçables autour des extrémités articulées entre une position ouverte dans laquelle les doigts ne ferment pas le passage de façon significative, et une position fermée dans laquelle les doigts forment une obturation de ce passage.

Les éléments formant doigts sont sollicités vers la position fermée grâce à des ressorts correspondants associés à chaque doigt. Lorsqu'ils se trouvent dans la position fermée, les deux jeux d'éléments formant doigts obturent ensemble au moins 90 % de la section transversale du passage. Les doigts sont poussés vers la position ouverte par l'action d'une carotte se déplaçant à travers le tube de carottage depuis l'extrémité de

forage. Lorsque le déplacement de la carotte vers le tube s'arrête, et ensuite s'inverse durant l'enlèvement de la carotte depuis le puits de forage, les ressorts exercent une force suffisante pour déplacer les doigts vers la carotte prélevée d'une formation non consolidée, et une poursuite du mouvement ascendant du tube carottier pousse les doigts à travers la carotte vers la position fermée.

Dans la position fermée, le dispositif attrapeur de carotte maintient celle-ci au-dessus du dispositif attrapeur, 1 en place dans le tube carottier durant son enlèvement depuis le trou de forage.

La Figure 1 est une vue en plan du dispositif attrapeur pour carotte.

La Figure 2 est une vue en coupe du dispositif attrapeur pour carotte, cette vue étant prise le long de la ligne de coupe 2-2 de la Figure 1.

La Figure 3 est une vue en plan du dispositif attrapeur pour carotte, dans son association avec l'extrémité inférieure d'un tube carottier intérieur.

Un assemblage formant talon comprend une section tubulaire 10 comportant une extrémité inférieure 12, filetée extérieurement, et une extrémité supérieure taraudée 14 (Figure 1). La section tubulaire est conformée pour pouvoir être installée de façon amovible à l'intérieur d'un corps de forage en tant que partie d'un assemblage de tube carottier intérieur, l'extrémité inférieure 12 étant l'extrémité la plus proche du trépan de carottage. Les extrémités 12,14 sont ouvertes de sorte que la section tubulaire 10 forme un passage pour un échantillon carotté qui pénètre par l'extrémité inférieure 12.

Plusieurs premiers éléments 16 formant doigts et plusieurs seconds éléments 18 formant doigts s'étendent depuis la surface intérieure 20 de la section tubulaire 10. Bien que cela ne soit pas illustré par la

Figure 1, il doit être entendu que des couronnes d'éléments 16 et 18, formant doigts, sont disposées tout autour de la surface intérieure 20 de la section tubulaire. Les éléments formant doigts 16,18 sont attachés à la section tubulaire 10 par plusieurs broches correspondantes 22,24 qui constituent des moyens de fixation articulés. D'une manière avantageuse, les éléments formant doigts 16,18 sont d'une longueur semblable au rayon intérieur du tube 10 mais pas plus longs que ce rayon.

Les broches 22 s'adaptent dans des trous coopérants, localisés aux points de fixation le long d'une première circonférence intérieure du tube 10, tandis que les broches 24 sont attachées, de façon similaires, le long d'une seconde circonférence intérieure décalée d'une distance D par rapport à la première circonférence intérieure. D est de préférence au moins supérieur à la longueur des doigts 16,18.

Les éléments formant doigts 16,18 sont déplaçables autour de leurs broches respectives 22,24 entre une position fermée et une position ouverte. Dans la position fermée, les éléments formant doigts 16,18 s'étendent plus ou moins perpendiculairement à l'axe longitudinal du tube 10 à l'intérieur du passage de celui-ci en l'obturant partiellement (Figure 1). Comme on peut le voir particulièrement bien sur la Figure 2, les premiers et les seconds éléments formant doigts 16,18 obturent ensemble, dans la position fermée, plus de 90 % de l'aire transversale du passage. Dans une forme de réalisation préférée, les éléments formant doigts 16,18 obturent, dans la position fermée, 97 % de l'aire du passage.

Dans la position ouverte, les éléments formant doigts 16,18 s'étendent plus ou moins parallèlement à l'axe longitudinal du tube 10 vers l'extrémité supérieure 14. Les éléments formant doigts 16,18 n'obturent pas le passage de façon significative, dans la position ouverte.

La surface intérieure 20 est avantageusement conformée pour présenter des cavités annulaires 26,28 dans lesquelles les éléments formant doigts 16 et 18 peuvent respectivement se loger de manière à ne pas obstruer le passage de la carotte vers le tube carottier.

La Figure 2 illustre un agencement de premiers et de seconds éléments formant doigts, qui assurent une obturation de 97 %. six premiers éléments formant doigts 16 et six seconds éléments formant doigts 18 sont disposés par paires de manière que les éléments d'une paire soient attachés à des côtés opposés de la surface intérieure 20. Chaque doigt est attaché en un point décalé, suivant la circonférence, d'environ 6011 par rapport à ses voisins. En outre, les points de fixation des premiers éléments 16 sont décalés, suivant la circonférence, d'environ 300 par rapport aux points de fixation des seconds éléments 18. Bien que la forme de réalisation illustrée assure l'obturation désirée du passage, d'autres agencements et d'autres nombres d'éléments formant doigts 16,18 sont envisagés.

A titre d'exemple, on pourrait utiliser trois niveaux ou couches d'éléments formant doigts, on pourrait utiliser plus de six éléments formant doigts par niveau ou moins de six éléments, et les formes des éléments formant doigts pourraient être également modifiées, et ce tout en restant dans le cadre de la présente invention.

Dans la forme de réalisation illustrée, les éléments formant doigts 16,18 sont disposés par paires, les deux éléments de chaque paire étant attachés à l'opposé l'un de l'autre (figure 1). Comme on peut le voir particulièrement bien sur la Figure 2, chacun des éléments formant doigts 18 est essentiellement perpendiculaire à l'extrémité attachée 33, les coins de l'extrémité libre 34 étant tronqués le long de lignes diamétrales correspondantes 36,36A, qui sont, suivant la

circonférence, décalées de 300 par rapport à l'axe de symétrie 38 du doigt. Chaque doigt s'amincit ainsi vers un point se situant à l'extrémité libre 34. Les bords angulaires de l'extrémité libre 34 sous-tendent un angle de 600.

Dans la position fermée, les pointes respectives de tous les six éléments formant doigts 18 se rencontrent approximativement au centre de la section tubulaire cylindrique 10. Les éléments formant doigts 16 sont conformés et agencés d'une manière similaire.

Des ressorts de torsion hélicoïdaux 30,32 sont associés respectivement aux premiers et seconds éléments formant doigts 16,18. Les ressorts 30, 32 constituent des moyens de sollicitation permettant de solliciter les éléments formant doigts 16,18 vers la position fermée illustrée. Tous ensemble, les doigts 16, 18 et leurs ressorts associés 30,32 forment la partie constituant l'attrapeur pour carotte de l'assemblage à sabot.

Les ressorts 30,32 doivent exercer une tension suffisante pour pousser les éléments formant doigts 16, 18 à travers les formations non consolidées vers la position fermée, tout en étant relaxés de façon suffisante pour que le déplacement de la carotte à l'intérieur du corps ou tube puisse pousser les éléments formant
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doigts 16, 18 latéralement et l'intérieur des cavités 26, 28, et ce de façon efficace sans endommager la carotte.

La Figure 3 illustre le dispositif attrapeur pour carotte de la Figure 1, en association avec l'extrémité inférieure d'un assemblage de tube carottier intérieur typique. Les éléments formant doigts 16,18 sont illustrés dans la position ouverte qu'ils prennent lorsqu'une carotte est poussée dans le tube carottier. L'extrémité inférieure 12 du dispositif attrapeur pour carotte est attaché par vissage sur un sabot intérieur 40. D'une manière facultative mais préférée, un disposi-

tif attrapeur typique pour des formations consolidées 42 est également disposé à l'intérieur d'un sabot 40. L'extrémité supérieure 14 du dispositif attrapeur pour carotte de la présente invention est attaché par vissage sur un tube carottier intérieur 44.

Durant l'opération de carottage, un trépan de carottage associé à l'extrémité inférieure du corps de forage découpe une carotte. La carotte est poussée à l'intérieur du tube carottier intérieur à travers la section tubulaire 10 de l'ensemble formant sabot, par le déplacement descendant du trépan carottier au fur et à mesure que celui-ci découpe. Le déplacement de la carotte à travers la section tubulaire 10 pousse les éléments formant doigts 16,18 vers le haut et contre la surface intérieure 20 de la section tubulaire.

Lorsque l'opération de carottage est terminé, le forage est arrêté et la carotte cesse d'être poussée dans le tube carottier. La tension exercée par les ressorts 30,32 pousse ensuite les éléments formant doigts 16,18 dans la matière non consolidée de l'échantillon, et le retrait du tube carottier hors du puits de forage a pour résultat la poursuite de la pénétration de la carotte grâce aux éléments formant doigts 16,18 jusqu'à ce que l'on atteigne leurs positions fermées. Les deux jeux d'éléments formant doigts 16, 18 maintiennent la carotte à l'intérieur du tube carottier au fur et à mesure que cette carotte est retirée du trou de forage.

Claims

REVENDICATIONS 1. Appareil de carottage du type comportant un tube carottier et un trépan carottier en vue de l'enlèvement d'une carotte d'une formation rocheuse, dans lequel un dispositif retenant une carotte comprend : une section tubulaire (10) comportant une première extrémité (12) et une seconde extrémité (14), ainsi qu'une surface intérieure (20) formant un passage cylindrique destiné à recevoir une carotte, cette section tubulaire étant destinée à s'adapter de façon amovible à l'intérieur d'un tube carottier, la première extrémité susdite (12) se trouvant au voisinage d'un trépan carottier ;

plusieurs premiers éléments formant doigts (16) comportant chacun des moyens d'articulation à une extrémité en vue de leur fixation à la surface intérieure susdite, ces premiers éléments formant doigts étant attachés en des points se situant sur une première circonférence intérieure de la section tubulaire, les extrémités d'articulation respectives de chacun de ces premiers éléments formant doigts étant décalées suivant la circonférence par rapport à un premier élément formant doigt adjacent ;

et plusieurs seconds éléments formant doigts (18), comportant chacun des moyens d'articulation à une extrémité destinée à la fixation à la surface intérieure précitée, ces seconds éléments formant doigts étant attachés en des points se situant suivant une seconde circonférence intérieure de la section tubulaire susdite, les extrémités d'articulation respectives de chacun de ces seconds éléments formant doigts étant décalées, suivant la circonférence, par rapport à un second élément formant doigt adjacent ;

chacun des premiers et des seconds éléments formant doigts (16,18) étant mobile à l'endroit des moyens d'articulation entre une position ouverte dans laquelle ces éléments formant doigts n'obturent pas le passage, et <Desc/Clms Page number 11> une position fermée dans laquelle ces éléments formant doigts obturent partiellement le passage susdit.
2. Dispositif de retenue de carotte suivant la revendication 1, comprenant en outre des moyens de sollicitation associés, pour le fonctionnement, aux éléments susdits formant doigts en vue de la sollicitation de ces éléments formant doigts vers la position fermée susdite.
3. Dispositif de retenue de carotte suivant la revendication 2, dans lequel, dans la position fermée susdite, les premiers et seconds éléments formant doigts s'étendent sensiblement perpendiculairement à un axe longitudinal de la section tubulaire précitée, et en ce que, dans la position ouverte précitée, ces premiers et seconds éléments formant doigts s'étendent sensiblement parallèlement à l'axe longitudinal susdit depuis la première extrémité précitée.
4. Dispositif de retenue de carotte suivant la revendication 3, dans lequel les éléments susdits formant doigts sont poussés vers la position ouverte précitée par une carotte reçue dans le passage précité.
5. Dispositif de retenue de carotte suivant la revendication 4, dans lequel les moyens de sollicitation consistent en un ressort.
6. Dispositif de retenue de carotte suivant la revendication 2, dans lequel les points de fixation précités des premiers éléments formant doigts susdits sont décalés, suivant la circonférence, par rapport aux points de fixation des seconds éléments formant doigts susdits de manière que, dans la position fermée précitée, ces premiers éléments formant doigts obturent une partie essentiellement différente de l'aire transversale de l'ouverture du tube que les seconds éléments formant doigts précités. <Desc/Clms Page number 12>
7. Dispositif de retenue de carotte suivant la revendication 6, dans lequel les premiers et les seconds éléments formant doigts obturent ensemble plus d'environ 95 % de l'ouverture du tube précité.
8. Dispositif de retenue de carotte suivant la revendication 3, dans lequel les premiers et les seconds éléments formant doigts sont chacun d'une longueur essentiellement égale au rayon intérieur du tube.
9. Dispositif de retenue de carotte suivant la revendication 3, dans lequel la surface intérieure susdite de la section tubulaire comporte des cavités conformées pour recevoir les premiers et les seconds éléments formant doigts, dans la position ouverte précitée.
10. Dispositif de retenue de carotte suivant la revendication 1, dans lequel la section tubulaire précitée comporte des moyens de fixation destinés aux premières et secondes extrémités précitées pour fixer, de façon amovible, la section tubulaire susdite à des segments adjacents d'un tube carottier intérieur.
11. Dispositif de retenue de carotte suivant la revendication 10, dans lequel les moyens d'articulation susdits comportent des broches qui s'adaptent dans les extrémités d'articulation susdites des premiers et des seconds doigts et dans des trous correspondants prévus dans la section tubulaire précitée.
12. Assemblage formant talon, comportant un dispositif attrapeur de carotte, destiné à s'utiliser dans un appareil de carottage du type comprenant un tube carottier et un trépan de carottage associé à une extrémité du tube carottier, comprenant une section tubulaire présentant une première et une seconde extrémité (12,14) et une surface inférieure formant un <Desc/Clms Page number 13> passage cylindrique destiné à recevoir une carotte, cette section tubulaire étant destinée à s'adapter de façon amovible à l'intérieur d'un tube carottier, la première extrémité susdite étant proche d'un trépan carottier ;

plusieurs premiers et seconds éléments formant doigts (16,18), chacun de ces éléments formant doigts présentant une extrémité libre et une extrémité d'articulation, chaque élément formant doigt susdit comportant en outre des moyens d'articulation associés à l'extrémité d'articulation susdite, pour la fixation, de manière articulée, de l'élément formant doigt susdit à la section tubulaire précitée et pour permettre un déplacement de cette extrémité libre entre une position ouverte dans laquelle cette extrémité libre est disposée au voisinage de la surface intérieure de la section tubulaire précitée, et une position fermée dans laquelle cette extrémité libre s'étend à l'écart de la surface intérieure précitée, dans le passage précité, et des moyens de sollicitation (30, 32)

associés pour le fonctionnement avec l'extrémité d'articulation susdite pour solliciter l'élément formant doigt susdit vers la position fermée ; et dans lequel les premiers éléments formant doigts (16) sont attachés à la section tubulaire en des points se situant sur une première circonférence intérieure de cette section tubulaire, et les seconds éléments formant doigts (18) sont attachés à cette section tubulaire en des points se situant sur une seconde circonférence intérieure de la section tubulaire, ces première et seconde circonférences intérieures étant décalées longitudinalement l'une de l'autre d'une distance égale ou supérieure à la longueur des éléments formant doigts précités.
13. Assemblage formant talon suivant la revendication 12, dans lequel le point de fixation de chaque premier élément formant doigt est décalé, suivant la circonférence, des points de fixation des premiers <Desc/Clms Page number 14> éléments formant doigts adjacents, et en ce que le point de fixation de chaque second élément susdit est déplacé, circonférentiellement, par rapport au point de fixation des seconds éléments formant doigts adjacents.
14. Assemblage formant talon suivant la revendication 13, dans lequel le point de fixation de chaque second élément formant doigt individuel est en outre décalé, suivant la circonférence, par rapport aux points de fixation de chacun des premiers éléments formant doigts susdits.
15. Assemblage formant talon suivant la revendication 12, dans lequel, dans la position fermée précitée, les premiers et seconds éléments formant doigts obturent ensemble au moins 90 % de l'aire superficielle du passage précité.
16. Assemblage formant talon suivant la revendication 12, dans lequel les moyens de sollicitation sont constitués par un ressort.
17. Assemblage formant talon suivant la revendication 12, dans lequel les éléments formant doigts sont poussés vers la position ouverte précitée par une carotte reçue dans le passage précité.
18. Assemblage formant talon suivant la revendication 12, dans lequel les moyens d'articulation comprennent une broche qui s'adapte dans l'extrémité d'articulation précitée du premier ou du second élément formant doigt et dans des fentes correspondantes prévues dans la section tubulaire.