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"Carottier".
La présente invention concerne un carottier, notamment dans le domaine de la prospection pétrolière, comprenant, en particulier à son extrémité antérieure associée à une couronne de carottage, pour saisir une carotte à ramener à la surface du sol : une bague mobile, déformable, présentant une surface interne cylindrique prévue pour enserrer la carotte, en particulier lorsque celle-ci est en une matière dite consolidée, et une surface externe tronconique dont la conicité pointe vers l'extrémité antérieure, une cavité qui présente une paroi à surface d'appui en tronc de cône interne correspondant par sa forme et ses dimensions à la surface tronconique externe de la bague mobile,
qui est fixée au carottier au moins suivant la direction longitudinale de celui-ci et dans laquelle peut être logée la bague mobile de façon à pouvoir occuper suivant la direction longi- tudinale deux positions extrêmes, l'une étant une position d'enserrage dans laquelle la bague mobile pressée en appui, du côté du petit diamètre, dans le tronc de cône interne est déformée vers l'intérieur de façon à réduire sa section transversale interne et enserre par cela la carotte pour la bloquer en cet endroit dans le carottier.
Un inconvénient important d'un carottier de ce genre, connu à ce jour par la demande de brevet FR-A- 2.088. 255 (figure 1B) provient de ce que la bague mobile déformable est usuellement une bague élastique à surface tronconique externe, fendue longitudinalement et dont le
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diamètre interne est inférieur au diamètre interne nominal du carottier ou au diamètre externe d'une carotte en matière consolidée, découpée par le carottier. Alors, la carotte qui se forme doit être poussée dans la bague fendue de façon à ouvrir celle-ci et à la maintenir ouverte.
Un blocage, connu de l'homme de métier, de la carotte dans la bague fendue, et donc dans le carottier, est alors possible à la suite du frottement constant de la carotte dans la bague fendue et à la suite, par exemple, de débris de la carotte qui pourraient y être déplacés à cause de cela et se caler entre la carotte et l'extrémité d'une des fentes lorsque celles-ci ne sont pas réalisées sur toute la hauteur de la bague. Une coûteuse opération de carottage peut être totalement compromise par ce blocage. De plus, dans le cas d'une carotte non consolidée (sable, etc. ), ce diamètre interne inférieur de la bague déformable freine la progression de la carotte et bouscule la disposition originale de ses constituants, et cela compromet donc considérablement le rendement et les résultats du carottage.
Un autre inconvénient important du carottier connu provient de la complexité de produire un fourreau aplatissable tel que décrit dans la demande de brevet FR-A-2.088. 255, même élastique, parce qu'à l'évidence, pour une circonférence donnée permettant de loger une carotte cylindrique (figure 1B) le fourreau peut difficilement prendre une position aplatie dont la plus grande dimension transversale est égale à deux fois le diamètre de la circonférence précitée.
De plus, la flexibilité imposée du fourreau oblige à maintenir le système de fluide du carottier sous pression pendant la remontée de ce dernier et même au-delà, jusqu'à ce que l'on ait entrepris une manipulation complexe, non expliquée, si l'on ne veut pas que la carotte soit
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désorganisée sur une partie importante de sa longueur à partir de l'endroit d'aplatissement du fourreau.
De plus, le document précité ne montre ni ne suggère une interaction entre la bague fendue et le fourreau aplatissable.
La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et de procurer un carottier dont le fonctionnement soit sûr, dans le cas d'une carotte en matière consolidée, grâce au fait qu'un passage suffisant soit prévu pour celle-ci et éventuellement, dans le cas d'une carotte en matière indéterminée au départ, grâce à la présence de moyens aptes à saisir efficacement des carottes tant en matière consolidée que non consolidée.
A cet effet, suivant l'invention, il est prévu que dans l'autre position extrême, dite de départ, la bague mobile subit une contrainte nulle ou minimale de la part de la surface d'appui et présente un diamètre interne au moins égal au diamètre externe de la carotte à saisir, et - le carottier comporte des moyens de commande agencés pour déplacer la bague mobile, suivant la direction longitudinale, depuis la position extrême de départ jusqu'à la position extrême d'enserrage.
Suivant une forme de réalisation préférée de l'invention qui permet entre autres d'éviter l'autre inconvénient cité ci-dessus, les moyens de commande comprennent un manchon déformable, * agencé sensiblement coaxialement à la bague mobile, en appui contre le côté de celle-ci situé à l'opposé de l'extrémité antérieure du carot- tier, * présentant un diamètre interne au moins égal au diamètre externe de la carotte,
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* mobile suivant la direction longitudinale préci- tée, suivant une course au moins égale à celle de la bague mobile entre ses deux positions extrê- mes, et * comprenant une paroi cylindrique déformable située immédiatement autour de la carotte à saisir, et des moyens qui peuvent être commandés pour déformer vers l'intérieur la paroi déformable, par applica- tion d'une force sur celle-ci,
de façon à au moins enserrer la carotte pour s'y fixer.
Alors, il est particulièrement avantageux qu'au moins en ce qui concerne sa paroi déformable, le manchon soit réalisé en un métal ductile conservant la déformation donnée.
D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront des revendications secondaires et de la description des dessins qui sont annexés au présent mémoire et qui, éventuellement à des échelles différentes, illustrent, à titre d'exemples non limitatifs des formes de réalisation du carottier de l'invention.
La figure 1 représente schématiquement avec brisures et en coupe longitudinale une première forme de réalisation d'un carottier de l'invention.
La figure 2 représente schématiquement avec brisures et en coupe longitudinale une seconde forme de réalisation d'un carottier de l'invention.
La figure 3 représente en coupe longitudinale un manchon déformable utilisé dans le cas de la seconde forme de réalisation de l'invention.
La figure 4 montre schématiquement en coupe transversale un type de déformation, à son endroit le plus déformé, d'un manchon déformable dont la section de départ est représentée en traits interrompus.
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La figure 5 montre schématiquement en coupe longitudinale le même type de déformation du manchon déformable dont la forme de départ est représentée en traits interrompus.
La figure 6 montre schématiquement en coupe longitudinale un autre type de déformation du manchon déformable dont la forme de départ est représentée en traits interrompus.
La figure 7 représente schématiquement en coupe longitudinale, avec brisures, le carottier de la figure 1 ou 2 à l'endroit de la liaison des tubes intérieur et extérieur qu'il comporte.
La figure 8 représente schématiquement avec brisures et en coupe longitudinale une troisième forme de réalisation d'un carottier de l'invention.
La figure 9 représente schématiquement en coupe longitudinale, avec brisures, le carottier de la figure 4 à l'endroit de la liaison des tubes coaxiaux qu'il comporte.
Dans les différentes figures, les mêmes notations de référence désignent des éléments identiques ou analogues.
En vue de saisir une carotte (non représentée) à ramener à la surface du sol, le carottier 1 de l'invention (figure 1) comprend, en particulier à son extrémité antérieure 2 associée à une couronne de carottage 3 portée par un tube extérieur 4, une bague mobile 5 déformable qui présente une surface interne cylindrique 6 prévue pour enserrer, d'une manière connue, la carotte C, en particulier lorsque celle-ci est en une matière dite consolidée, et une surface externe tronconique 7 dont la conicité pointe vers l'extrémité antérieure 2.
La carottier 1 comporte également une cavité 8 qui, par exemple, fait partie d'un tube intérieur 9
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connu par lequel elle est fixée au carottier 1 au moins suivant la direction longitudinale de celui-ci. La cavité 8 présente pour la bague mobile 5 une paroi à surface d'appui 12 en forme de tronc de cône interne correspondant, de façon connue, par sa forme et ses dimensions à la surface tronconique externe 7 précitée.
La bague mobile 5 peut être logée dans la cavité 8 de façon à pouvoir y occuper, suivant la direction longitudinale, deux positions extrêmes. Une position extrême est celle d'enserrage dans laquelle la bague mobile 5 pressée, à la suite d'un déplacement en direction longitudinale vers le côté 13 de petit diamètre, dans le tronc de cône interne 12 est déformée vers l'intérieur de façon à réduire sa section transversale interne et dans laquelle elle enserre par cela la carotte C pour la bloquer en cet endroit dans le carottier 1.
Par déformable, on peut entendre que la bague mobile 5 est par exemple"chiffonnable"de façon à réduire sa section transversale interne à la suite d'un pressage radial vers l'intérieur, exercé sur sa surface tronconique externe, ou bien qu'elle est par exemple fendue dans toute son épaisseur et sur au moins une partie importante de sa hauteur (figure 2) ou sur toute sa hauteur (figure 1) de manière à ce que sa section transversale interne puisse être diminuée dans les mêmes conditions d'un pressage radial précité.
Au lieu d'un tronc de cône ou d'une surface tronconique, on peut utiliser également un tronc de pyramide ou l'on peut également combiner un cône et un tronc de pyramide.
Les surfaces interne, dite cylindrique, et/ou externe, dite tronconique, peuvent être formées par exemple par des plis d'un ruban sans fin agencé à la manière d'une cartouche filtrante dite en étoile comme par exemple en automobile.
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Suivant l'invention, dans l'autre position extrême, dite de départ, la bague mobile 5 subit de la part de la paroi tronconique interne 12 une contrainte nulle ou minimale et présente alors un diamètre interne au moins égal au diamètre externe de la carotte C à saisir.
Suivant l'invention également, le carottier 1 comporte des moyens de commande agencés pour déplacer la bague mobile 5, suivant la direction longitudinale, depuis la position extrême de départ jusqu'à la position extrême d'enserrage de la carotte.
Dans une forme de réalisation (non représentée) du carottier 1, ces moyens de commande peuvent être un piston annulaire relié à la bague mobile 5, disposé entre les tubes intérieur 9 et extérieur 4 et actionné par exemple par une pression du fluide de carottage fortement augmentée, de manière connue par l'homme de métier, à la fin du carottage, juste avant de commencer à remonter la carotte.
Suivant une forme de réalisation avantageuse de l'invention (figures 1 et 2), les moyens de commande peuvent comprendre un manchon déformable 15 qui est agencé sensiblement coaxialement à la bague mobile 5, en appui contre le côté de celle-ci qui est situé à l'opposé de l'extrémité antérieure 2. Le manchon déformable 15 présente un diamètre interne au moins égal au diamètre externe de la carotte C et il est mobile suivant la direction longitudinale précitée, suivant une course au moins égale à celle de la bague mobile 5 entre ses deux positions extrêmes. Le manchon déformable 15 comporte de plus une paroi cylindrique 16 déformable située immédiatement autour de la carotte C à saisir.
Les moyens de commande précités comportent en outre des moyens qui peuvent être commandés pour déformer vers l'intérieur la paroi déformable 16 par application d'une force, de préférence en plusieurs endroits répartis autour de la
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carotte, de façon à au moins enserrer celle-ci pour s'y fixer solidement si la carotte C est en une matière consolidée.
La carotte C pouvant être une matière non consolidée, au moins à l'endroit où le manchon déformable 15 l'enserre, la paroi déformable 16 de celui-ci peut être alors en une matière choisie pour qu'elle puisse pratiquement s'étirer vers l'intérieur du manchon déformable 15, à partir d'un endroit ou de préférence de plusieurs endroits situés pratiquement dans au moins un même plan transversal, en se rapprochant et en formant un étranglement qui bloque un passage de la matière non consolidée, retenue alors prisonnière dans le tube intérieur 9 du carottier 1. L'épaisseur de la paroi 16 est choisie en fonction de la force à appliquer et elle peut être variable en fonction d'endroits préférés pour la déformation.
Au moins dans le cas de matières non consolidées, il est préféré que, au moins pour sa paroi déformable 16, le manchon déformable 15 soit réalisé en une matière ductile qui conserve la déformation qu'elle a reçue, par exemple en un métal ou alliage métallique pratiquement non élastique.
Le manchon 15 de l'invention peut aussi être réalisé en un ou plusieurs matériaux combinés alors de diverses manières. Entre autres, au cas où l'on ne désire pas qu'apparaissent des passages ou des fissures dus à la déformation, le manchon 15 peut être métallique et comporter, au moins sur une partie de sa surface périphérique externe, par exemple la plus exposée à des fissurations, une enveloppe en matière élastique (par exemple en caoutchouc vulcanisé sur le manchon 15) qui reste sensiblement étanche à un passage du fluide déformant le manchon 15.
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Les manchons 15 précités peuvent avoir une surface interne rugueuse pour accrocher plus efficacement la carotte.
Les moyens de commande précités peuvent comporter une chambre annulaire 17 située sensiblement coaxialement autour du manchon déformable 15 dont la paroi déformable 16 peut former une paroi de la chambre 17 du côté de la carotte C. Une autre paroi de la chambre 17, parallèle à la précitée, peut être le tube intérieur 9 et la chambre 17 peut être fermée à ses extrémités par des parties épaissies de la paroi déformable 16 et par des joints toriques assurant l'étanchéité entre ces parties et le tube intérieur 9.
La chambre 17 est destinée à recevoir un fluide de commande. Un conduit 18 est prévu pour amener le fluide de commande dans la chambre annulaire 17. Des moyens de réglage connus de l'homme de métier sont prévus pour amener la pression du fluide de commande à au moins une pression à partir de laquelle la paroi déformable 16 se déforme pour au moins prendre appui contre la carotte C.
Ledit fluide de commande peut être le fluide de carottage usuel provenant d'une installation connue disposée en surface. Le conduit 18 peut être formé, sur au moins une partie de sa longueur par un espace intermédiaire ou canal longitudinal annulaire 19 entre deux tubes par exemple coaxiaux du carottier 1, agencés l'un dans l'autre comme le tube intérieur 9 dans le tube extérieur 4. Le canal longitudinal 19 est alors en liaison pour le fluide avec la chambre annulaire 17 par l'intermédiaire d'un ou de plusieurs passage 20 à travers le tube intérieur 9. A l'extrémité antérieure 2, le canal longitudinal 23 peut être également en communication pour le fluide (figure 1 ou 2) avec des ajutages 24 connus, disposés dans la couronne de carottage 3, par
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l'intermédiaire d'une bague de réglage de perte de charge 25 également connue.
Les figures 4 à 6 montrent, pour une matière de carotte fragile, des types de déformations de la paroi déformable 16 que l'on peut influencer par la réalisation préalable de lignes d'affaiblissement en des endroits et selon des orientations que l'homme de métier déterminera expérimentalement, par exemple pour obtenir un fort étranglement de la section de passage dans le manchon 15 déformé.
La figure 7 montre à titre d'exemple, à l'endroit de raccordement 21 du tube intérieur 9 et du tube extérieur 4 par une butée à billes 22, un conduit 23 d'amenée de fluide de carottage en provenance d'une installation en surface. Le conduit d'amenée 23 est en communication pour le fluide avec le canal longitudinal annulaire 19 entre les tubes extérieur 4 et intérieur 9.
Lorsqu'après une opération de carottage, il est souhaité remonter la carotte C, on commence par augmenter par exemple le débit de fluide de carottage qui provient du conduit d'amenée 23 et qui s'échappe par les ajutages 24. La pression du fluide de carottage augmente dans le canal longitudinal 19 à la suite de la perte de charge provoquée par la bague de réglage 25 située en aval des passages 20 suivant le sens d'écoulement du fluide. A partir d'un seuil de pression qui dépend entre autres de la matière et de l'épaisseur de la paroi déformable 16, la pression régnant dans la chambre annulaire 17 provoque une ou des déformations de la paroi déformable 16 qui enserre alors la carotte C et peut s'y fixer solidement si la carotte est en matière consolidée.
A ce moment, le carottier 1 peut être remonté et la carotte C, soit parce qu'elle est encore fixée au fond soit en raison de son poids, alors qu'elle est détachée du fond, force le manchon déformable 15 à s'appuyer contre la bague déformable 5 et à enfoncer
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celle-ci dans la cavité 8 à paroi tronconique 12. Ce mouvement d'enfoncement provoque, en raison des surfaces tronconiques, un serrage de la bague déformable 5 sur la périphérie de la carotte C et un blocage par cela de cette dernière à la base du carottier 1 pour la remonter.
Au cas où la matière de la carotte n'est pas consolidée à l'endroit de la paroi déformable 16, celleci peut être déformée, par la pression appliquée, au point qu'elle étrangle suffisamment le passage dans le tube intérieur 9 à cet endroit pour éviter que de la matière de la carotte s'en échappe. Alors au cours de la remontée, le poids de la carotte pesant sur le manchon déformable 15 force, dans ce cas également, la bague déformable à s'enfoncer dans la cavité 8. A ce moment, soit la bague déformable 5 se resserre sur une partie consolidée ou suffisamment résistante de la carotte C et cette partie agit comme un bouchon, soit la matière de la carotte à l'endroit de la bague déformable 5 n'a pas de résistance et s'échappe à mesure que la bague 5 se resserre, jusqu'à ce que la bague 5 arrive à butée.
A cet effet par exemple la bague 5 peut être fendue longitudinalement (figure 1) et les lèvres 28 de la fente butent l'une contre l'autre et cela empêche la bague 5 de s'enfoncer davantage. Dans ce cas, l'étranglement précité suffit à fermer le tube intérieur 9 à l'extrémité antérieure 2.
Deux coquilles semi-cylindriques 30 peuvent être agencées dans la chambre annulaire 17 afin d'empêcher une déformation de la paroi déformable 16 vers l'intérieur de cette chambre 17 sous l'action par exemple de débris de carotte C passant entre celle-ci et la paroi déformable 16.
La bague déformable 5 peut prendre appui sur la carotte par des génératrices de sa surface interne 6.
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Celle-ci peut être revêtue d'une matière d'accrochage ou être moletée, ou munie d'un filet d'accrochage, etc.
Comme le montrent les figures 2 et 3, la bague mobile déformable 5 et le manchon déformable 15 peuvent ne faire qu'une pièce, parce qu'ils sont soit fixés l'un à l'autre soit fabriqués ainsi. Dans ce dernier cas, la partie constituant la bague déformable 5 peut être formée par plusieurs lamelles 31 à section longitudinale en forme de coin et présentant entre elles des fentes afin de pouvoir se resserrer autour d'une carotte C. Les lamelles 31 peuvent par exemple avoir des contacts ponctuels ou selon des génératrices avec la carotte et/ou avec le tronc de cône interne 12. Elles peuvent également être revêtues ou usinées comme cela est expliqué ci-dessus pour la surface interne 6.
Une gorge circulaire 32 peut être prévue à l'endroit du raccordement des lamelles 31 et du manchon déformable 15, afin de faciliter la flexion des lamelles 31 à mesure qu'elles sont enfoncées dans la cavité 8, vers le petit diamètre de celle-ci.
Selon la figure 7, le tube intérieur 9 peut comporter entre autres, à son extrémité opposée à l'extrémité antérieure 2, une soupape 33 connue permettant que du fluide de carottage sorte du tube intérieur 9 à mesure que la carotte C y entre.
Suivant une autre forme de réalisation de l'invention (figures 8 et 9), les moyens de réglage de pression précités peuvent comprendre dans le conduit 18 agencé pour amener le fluide de carottage jusqu'à l'extrémité antérieure 2 deux canalisations 37,38 en parallèle pour le fluide. Chaque canalisation 37,38 peut présenter pour un débit de fluide donné une perte de charge donnée. Une des canalisations 37 est alors agencée de façon à pouvoir être fermée par une soupape commandée 39, par exemple par une bille 39 lancée au moment voulu sur un siège de soupape 40. La perte de
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charge dans l'autre canalisation 38 est choisie pour provoquer alors, au débit de fluide donné, une augmentation de pression, au moins jusqu'à la valeur de pression qui déforme de la manière souhaitée la paroi déformable 16.
Les deux canalisations 37,38 peuvent avantageusement être constituées, au moins pour une partie, par chaque fois un espace annulaire compris entre trois tubes sensiblement coaxiaux du carottier 1.
De préférence alors, un tube médian 41 est disposé entre les tubes extérieur 4 et intérieur 9. L'espace annulaire entre les tubes extérieur 4 et médian 41 est la canalisation 37 et celui entre les tubes médian 41 et intérieur 9 est la canalisation 38. Celle-ci est en liaison directe pour le fluide avec le ou les passages 20 et éventuellement avec des cannelures 42 de passage de fluide entre les tubes médian 41 et intérieur 9 à l'extrémité antérieure 2, tandis que la canalisation 37 est en liaison directe pour le fluide avec les ajutages 24.
Une autre soupape 43 (figure 9) sous forme d'une bille est disposée dans une chambre 44 qui est en liaison directe pour le fluide avec la canalisation 38 et avec le conduit d'amenée 23 et en liaison pour le fluide, commandée par l'autre soupape 43, avec l'intérieur du tube intérieur 9.
Au cours d'un carottage, à mesure que la carotte entre dans le tube intérieur 9, du fluide peut s'échapper de celui-ci par un passage 45, par l'autre soupape 43, par la chambre 44, par des passages 49 vers la canalisation 38 et par les cannelures 42 vers le fond du trou de carottage. En cas de bouchage de ce circuit, le fluide peut encore s'échapper vers un ou des passages 46, une autre chambre 47 (pour la soupape 39 absente à ce moment), un ou des passages 48 pour aboutir dans la canalisation 37 et donc aux ajutages 24.
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Par l'action de l'autre soupape 43, du fluide ne peut aller du conduit d'amenée 23 dans le tube intérieur 9. En même temps, du fluide de carottage peut aller du conduit d'amenée 23 aux ajutages 24 par l'intermédiaire du ou des passages 48 et de la canalisation 37.
A la fin du carottage, avant de remonter le carottier 1, il suffit d'envoyer la bille 39 dans le conduit 23. Elle y est poussée par le fluide jusqu'à aboutir sur son siège 40 et elle ferme alors l'entrée des passages 48 et donc pratiquement tout débit de fluide à travers les ajutages 24. Etant donné que le fluide venant du conduit d'amenée 23 ne peut plus que passer par les passages 46, la chambre 44 et les passages 49 vers la canalisation 38 et donc vers les cannelures de passage 42, la pression du fluide augmente et, par l'intermédiaire des passages 20 le fluide déforme la paroi déformable 16. Les opérations suivantes de remontée de la carotte sont telles que déjà décrites cidessus.
Il doit être entendu que l'invention n'est nullement limitée aux formes de réalisation décrites et que bien des modifications peuvent être apportées à ces dernières sans sortir du cadre de la présente invention.
Ainsi, l'ensemble de la bague mobile déformable 5, des moyens de commande précités de celle-ci et de la cavité peuvent être agencés à d'autres niveaux du carottier 1 qu'à celui de son extrémité antérieure 2.
De plus, les canalisations 37,38 peuvent être réalisées autrement que par les espaces annulaires 37,38 correspondants précités.
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Liste des numéros de référence C Carotte 1 Carottier 2 Extrémité antérieure du carottier 1 3 Couronne de carottage 4 Tube extérieur 5 Bague mobile déformable 6 Surface interne cylindrique de 5 7 Surface externe tronconique de 5 8 Cavité 9 Tube intérieur 12-Paroi - Surface d'appui - Tronc de cône interne - Paroi tronconique interne 13 Côté du petit diamètre de 12 15 Manchon déformable 16 Paroi cylindrique déformable 17 Chambre annulaire 18 Conduit 19-Espace intermédiaire - Canal longitudinal annulaire 20 Passages 21 Endroit de raccordement 22 Butée à billes 23 Conduit d'amenée de fluide 24 Ajutages 25 Bague de réglage de perte de charge 28 Lèvres de la bague déformable 5 fendue 30 Coquilles semi-cylindriques 31 Lamelles 32 Gorge circulaire 33 Soupape 37-Canalisation - Espace annulaire
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38-Canalisation - Espace annulaire
39-Soupape commandée - Bille 40 Siège de la soupape 39 41 Tube médian 42 Cannelures de passage 43 Autre soupape (bille) 44 Chambre de soupape 45 Passage 46 Passage (s) 47 Autre chambre, pour la soupape 39 48 Passage (s) 49 Passages