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"Carottier"
La présente invention concerne un carotter, en particulier dans le domaine de la prospection pétrolière, comprenant, d'une part, au moins un tube extérieur et une couronne de carottage qui forment un ensemble extérieur et, d'autre part, au moins un tube intérieur qui forme avec une carotte éventuellement présente à l'intérieur de celui-ci, et éventuellement avec une partie des formations disposée sous le pied de la carotte, un ensemble intérieur, des moyens de suspension et/ou de guidage étant prévus pour maintenir l'ensemble intérieur dans l'ensemble extérieur.
On connaît de nombreux carottiers de ce genre Leurs moyens de suspension et/ou de guidage forment entre les ensembles extérieur et intérieur des liaisons mécaniques du type à palier, à action radiale et à encastrement, et du type à butée (s) à double effet Il est alors usuel d'y avoir au moins une liaison mécanique supérieure, souvent du type à butée à l'extrémité postérieure du tube intérieur, en considérant un sens d'avance S du carottier dans le sol, et une liaison mécanique inférieure du type à palier et encastrement (dans la couronne par exemple) à l'extrémité antérieure du tube intérieur Il peut également y avoir des liaisons mécaniques intermédiaires, usuellement du type à palier et encastrement,
notamment dans le cas où le carottage doit être effectué dans une position fortement inclinée par rapport à la verticale ou même dans une position horizontale.
Dans la recherche d'un carottier apte à fournir une carotte la plus Intacte possible et la plus représentative possible des formations sondées, l'homme de métier tend à rendre sévères, c'est-à-dire par exemple à tolérance étroite, les liaisons mécaniques entres les
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ensembles extérieur et intérieur définis ci-dessus, afin d'obtenir un guidage le plus efficace possible du tube intérieur autour de la carotte.
Il s'avère cependant que les carottes obtenues peuvent être fortement endommagées à la suite des vibrations et à-coups transmis par le train de tiges qui commande le carottier, par le phénomène dit du"whirling"ou tournoiement de la couronne de carottage dans son trou, autour de son axe de rotation, et de la rotation de ce dernier autour de l'axe du trou, contre la paroi interne pseudocylindrique du trou de diamètre supérieur à celui de la couronne, ainsi que par l'accrochage de celle-ci dans la formation à carotter, etc, c'est- à-dire à la suite d'une action défavorable de l'ensemble extérieur sur l'ensemble intérieur.
Les inventeurs de la présente invention ont résolument choisi d'aller à contresens par rapport à la pratique expliquée ci-dessus et de considérer que le tube intérieur et la carotte qui s'y loge à mesure que le carottage progresse doivent être soulagés des contraintes que l'ensemble extérieur susdit subit au cours de ce même carottage et transmet à l'ensemble intérieur.
A cet effet, suivant l'invention, les moyens de suspension et/ou de guidage sont agencés de manière à ce que l'ensemble intérieur conserve au moins à l'endroit de ces moyens, par rapport à l'ensemble extérieur, une liberté de mouvement déterminée, axiale et/ou radiale et/ou angulaire, supérieure à celle usuelle
A la suite de-cela, il est ainsi apparu de façon surprenante que des contraintes brutales de l'ensemble extérieur ne sont plus transmises, ou le sont de façon très réduite, à la carotte qui n'en conserve que mieux son intégrité.
Il est aussi apparu à la suite de cela que le matériel du carottier subit nettement moins de contraintes et est mieux préservé que par le passé en ce qui concerne des destructions par choc, par forçage
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de pièces l'une sur l'autre, etc., et sur la carotte
Suivant une forme de réalisation de l'invention, les moyens de suspension et/ou de guidage comportent au moins une butée tournante de suspension et/ou d'appui du tube intérieur dans le tube extérieur, cette butée y étant montée avec un jeu radial et/ou axial et/ou angulaire supérieur au jeu usuel.
Suivant une forme de réalisation particulière de l'invention, les moyens de suspension et/ou de guidage comportent des moyens de palier hydrostatique dans lequel du fluide de carottage sous pression forme, en cours de carottage, un ou des coussins élastiques de localisation radiale et/ou axiale et/ou angulaire
Suivant une forme de réalisation avantageuse du carottier de l'invention.
des moyens y sont agencés pour maintenir en cours de carottage, en coopération avec les effets de la pression du fluide de carottage sur l'ensemble Intérieur, ce dernier en sustentation dans l'ensemble extérieur entre les limites de ladite liberté de mouvement et/ou du jeu précité
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 illustrent à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation avantageuses de l'invention représentées schématiquement, en coupe axiale sauf indication contraire, avec brisures et éventuellement à des échelles différentes.
La figure 1 montre une extrémité antérieure d'un carottier dans lequel peut être mis en oeuvre la présente invention
La figure 2 montre le carottier de la figure 1 à l'endroit de l'extrémité postérieure du tube intérieur et de la suspension de celui-c dans le tube extérieur
La figure 3 montre à une plus grande échelle l'endroit de ladite suspension du tube intérieur dans le tube extérieur
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La figure 4 montre à une plus grande échelle les extrémités antérieures des tubes intérieur et extérieur et la couronne de carottage.
La figure 5 montre une forme de réalisation d'un moyen de guidage intermédiaire mettant en oeuvre la présente Invention.
La figure 6 montre une autre forme de réalisation de la suspension du tube intérieur dans le tube extérieur
La figure 7 montre une autre variante des moyens de suspension et/ou de guidage du tube intérieur dans le tube extérieur.
La figure 8 montre une coupe transversale suivant le plan
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VII-VII de la figure 7.
La figure 9 montre, à l'endroit de l'extrémité postérieure du tube intérieur et de la suspension de celui-ci dans le tube extérieur, un carotter du type dit"wireline"dont l'extrémité antérieure peut être semblable à celle représentée à la figure 1.
La figure 10 montre, dans une vue semblable à celle de la figure 9, une forme de réalisation d'un carottier dont le tube intérieur ne peut pas être retiré du tube extérieur par la technique du"wireline"
La figure 11 montre à une plus grande échelle l'endroit de suspension précité de la figure 10, le tube intérieur occupant une position en appui dans le tube extérieur.
La figure 12 montre à la même échelle que celle de la figure 11, le même endroit de suspension, le tube intérieur occupant une position dite en sustentation dans le tube exténeur
Dans les différentes figures, les mêmes notations de référence désignent des éléments identiques ou analogues
Le carottier 1 (figures 1 et 2) de l'invention comprend, d'une part, un tube extérieur 2 et une couronne de carottage 3 qui peuvent être considérés comme formant un ensemble extérieur 4 et, d'autre part, au moins un tube intérieur 5 qui peut être considéré comme formant, avec une carotte 6 éventuellement présente à l'intérieur de celui-ci, un
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ensemble intérieur 7.
On peut aussi considérer qu'au moins une partie des formations disposées sous le pied de la carotte 6 fait partie de l'ensemble intérieur 7 Des moyens 9 de suspension et/ou de guidage de l'ensemble intérieur 7, essentiellement du tube intérieur 5, dans l'ensemble extérieur 4 sont prévus
Suivant l'invention, les moyens 9 de suspension et/ou de guidage sont agencés de manière à ce que l'ensemble Intérieur 7 conserve, au moins à l'endroit de ceux-ci, par rapport à l'ensemble extérieur 4 une liberté de mouvement déterminée supérieure à celle usuelle, que ce soit axialement et/ou radialement et/ou angulairement par rapport à l'axe longitudinal de l'ensemble extérieur 4
Cette liberté déterminée, ou cette liaison moins sévère qu'usuellement entre ensembles extérieur 4 et intérieur 7,
empêche que des mouvements brutaux, d'une amplitude définie, de l'ensemble extérieur 4 soient communiqués au tube intérieur 5 et par celui-ci à la carotte 6 qui serait alors endommagée par ces mouvements brutaux et/ou qui serait chaque fois cassée, à son pied. de la partie de formations située sous celui-ci Une carotte 6 ainsi cassée présente des discontinuités artificielles par rapport à la formation carottée et n'en montre donc pas la réelle nature Une carotte 6 ainsi cassée et/ou endommagée présente de plus un risque considérable, directement lié au nombre de discontinuités produites, de blocage dans le tube Intérieur 5 par rapport à une carotte 6 continue, SI possible d'une pièce.
Dans une forme de réalisation de l'invention, les moyens 9 de suspension et/ou de guidage comportent (figure 3) au moins une butée tournante 12, par exemple à billes, pour la suspension et/ou l'appui du tube Intérieur 5 dans le tube extérieur 2 Selon l'invention, cette butée 12 est montée avec un jeu radial et/ou axial et/ou angulaire supérieur au jeu usuellement ajusté dans le métier Pour ce faire, la butée 12 est tenue, avec un jeu axial ! cho ! Si.
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- du côté de son diamètre Interne, entre deux éléments 13 et 14 vissés par exemple à bloc l'un dans l'autre et supportant, par un filet mâle 15, le tube intérieur 5 proprement dit (non représenté), et - du côté de son diamètre externe, entre deux éléments de serrage 16 et 17 du tube extérieur 4 vissés également l'un dans l'autre et fixant un anneau 18 de butée (du type circlips)
Pour pouvoir être vissés l'un dans l'autre, Il ne dépend que d'un choix et/ou de contingences de construction que l'élément 13 porte à cet effet un filet mâle (figure 3) et l'élément 14 un filet femelle ou vice versa.
Comme le montre la figure 3, un jeu radial peut également être prévu entre ladite butée tournante 12 et, d'une part, les éléments 13, 14, et, d'autre part, les éléments de serrage 16 et 17
La combinaison des jeux axial et radiaux décrits au sujet de la figure 3 donne à ce montage un jeu angulaire entre l'axe du tube antérieur 5 et celui du tube extérieur 2.
Dans une autre forme de réalisation, séparément ou en plus de ce qui précède, les moyens 9 de suspension et/ou guidage comportent au moins un palier 20 (figures 1 et 4) et/ou 21 (figure 5) d'appui radial du tube intérieur 5 dans l'ensemble extérieur 4, ce palier 20, 21 étant agencé de façon à autoriser entre les tubes extérieur 2 et Intérieur 5 un jeu radial (figures 1 et 4) et/ou axial (figures 4 et 5) et/ou angulaire (par combinaison des jeux radiaux et axiaux supérieurs aux jeux usuellement réglés).
A la figure 5, le palier 21 présente, pour la partie du tube Intérieur 5 qui en constitue l'arbre, une forme de tonneau de façon à augmenter un jeu angulaire possible entre les axes des tubes intérieur 5 et extérieur 2, et donc une souplesse de la liaison mécanique à cet endroit.
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Suivant une forme de réalisation particulière de l'invention, les moyens 9 de suspension eUou guidage peuvent comporter (figure 6) des moyens élastiques 22. Ces moyens élastiques 22, destinés eux aussi à assouplir la liaison mécanique entre les ensembles extérieur 4 et intérieur 7 et à amortir une transmission de chocs, peuvent comporter des bagues 23 en caoutchouc ou matière synthétique disposées par exemple au-dessus et en dessous de la butée tournante 12 montée, pour le reste, comme celle de la figure 3 Ces bagues 23 peuvent comporter des bourrelets annulaires 23A destinés à coopérer avec des gorges des pièces entourantes en vue d'assurer un positionnement réciproque adéquat des éléments constitutifs ainsi empilés
Avantageusement, les moyens 9 de suspension et/ou guidage peuvent comporter (figure 7)
des moyens de palier hydrostatique 24 dans lequel du fluide de carottage sous pression, arrivant de la surface par un conduit central 25 et sortant par des conduits radiaux 26 forme en cours de carottage, entre une paroi interne cylindrique ou conique 27 de l'ensemble extérieur 4 et, en vis-à-vis, une paroi externe cylindrique ou conique 28 de l'ensemble intérieur 7, un ou des coussins élastiques de localisation radiale et/ou angulaire de cet ensemble intérieur 7 par rapport à l'ensemble extérieur 4 L'ajustement et la répartition du débit de fluide de carottage entre les conduits radiaux 26 et des conduits de liaison 29 usuels amenant le fluide du conduit central 25 à l'intervalle entre les tubes extérieur 2 et intérieur 5 permet d'obtenir une différence de pression provoquant un écoulement radial centrifuge depuis les conduits radiaux 26,
par exemple dans des chambres oblongues 31 dont une dimension (longitudinale) est visible à la figure 7 et dont l'autre dimension est visible à la figure 8 Chaque chambre oblongue 31 peut alors provoquer un coussin de fluide entre les parois 27 et 28
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La figure 9 montre un cas de carottier 1 du type"wireline", dans lequel le tube intérieur 5 est suspendu dans l'ensemble extérieur 4 sous l'effet de son propre poids et de la pression du fluide de carottage arrivant en 32 de la surface du sol.
En particulier dans ce type de carottier, des moyens 33 peuvent être agencés pour maintenir en cours de carottage, en coopération avec les effets de la pression du fluide de carottage poussant le tube intérieur 5 vers le bas et avec un frottement de la carotte 6 entrant dans ce tube Intérieur 5, ce dernier en sustentation dans l'ensemble extérieur 4 entre les limites de ladite liberté de mouvement et/ou du jeu précité.
A cet effet, les moyens 33 peuvent comprendre par exemple un ensemble de poils, ou un autre revêtement, (non représenté) disposé sur la paroi interne du tube intérieur 5 pour s'opposer avec une résistance connue à l'entrée de la carotte 6 dans ce tube 5
Les moyens 33 peuvent comprendre, en variante, des moyens de régularisation de l'échappement d'un fluide contenu dans le tube Intérieur 5, agencés pour opposer ainsi par un échappement contrôlé une résistance connue à l'entrée de la carotte 6 dans le tube 5.
Les moyens 33 peuvent comprendre une combinaison de passages 34 de fluide de carottage, dont les orifices de sortie 35 débouchent sur une surface périphérique de l'ensemble intérieur 7, et de surfaces internes 36 et 37 de l'ensemble extérieur 4 qui présentent des diamètres différents
Les orifices 35 de sortie de fluide occupent au repos une position, représentée aux figures 9 et 11, dans laquelle ils font face à une surface interne 36 écartée, de manière à en permettre une sortie non étranglée du fluide de carottage.
Par l'action de ladite résistance connue, le tube Intérieur 5 aura tendance à être repoussé par la carotte 6 en sens inverse du sens d'avance S du carottage, de façon à ne plus être en appui contre un
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épaulement de suspension 38 (figures 9 et 11) de l'ensemble extérieur 4. De ce fait, les orifices 35 occupent une position représentée à la figure 12, dans laquelle ils font progressivement face à une autre surface interne 37 moins écartée des onfices 35, de façon à progressivement étrangler la sortie du fluide de carottage et à donc augmenter sa pression en amont des onfices 35 à mesure que l'ensemble intérieur 7 remonte dans l'ensemble extérieur 4.
L'augmentation de pression aura tendance à repousser dans le sens d'avance S du carottage l'ensemble intérieur 7 et un équilibre se cherchera ainsi, à l'écart de l'épaulement 38, entre des poussées antagonistes dues à ladite résistance connue et à l'augmentation de pression de fluide qui résulte de son étranglement progressif
Lorsque l'ensemble intérieur 7 quitte l'épaulement 38, il se produit en fait une fuite de fluide à cet endroit (figure 12) L'équilibre "hydrostatique"obtenu pour la sustentation résulte donc du poids propre du tube intérieur 7 et de ses moyens de suspension, de ladite résistance connue, du débit de fluide de carottage et des fuites de celui-ci,
y compris à travers les orifices 35 Toute modification de pression du fluide ainsi produite est visible en surface pour l'opérateur du carottier 1 qui peut alors agir en conséquence pour par exemple, après en avoir déduit qu'il s'agit d'un blocage de la carotte 6 dans le tube intérieur 5, moduler cette pression et tenter de débloquer par cela la carotte 6
Dans la figure 9, l'ensemble intérieur 7 comporte à l'extrémité postérieure de ses moyens 9 de suspension et/ou de guidage un moyen de préhension 39, connu en soi dans la technique de 'wirellne", du tube intérieur 5 pour au moins retirer celui-ci (avec une carotte 6) du tube extérieur 2
Dans la figure 1 0, J'ensemble Intérieur 7 est semblable à celui de la figure 9, à l'exception de ce qu'il ne comporte pas de moyen de préhension 39 parce que,
par exemple en raison d'un diamètre
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intérieur restreint du tube extérieur 4 en amont de l'ensemble intérieur 7 (en considérant le sens de circulation du fluide de carottage dans le carottier), l'ensemble intérieur 7 ne peut pas être remonté par ladite technique du"wireline". A la suite de cela, la configuration des conduits de passage du fluide de carottage provenant de l'endroit 32 et dirigé vers l'extrémité antérieure du carottier 1 peut être différente de celle de la figure 9 et présenter par exemple une forme d'entonnoir.
La pression de ce fluide à l'endroit 32 est transformée en force de poussée du tube intérieur 5 dans le sens S vers ladite extrémité antérieure du carottier 1, en position de carottage, à l'exclusion de tout moyen mécanique
La figure 7 montre, à titre de variante, que les moyens 9 de suspension et/ou guidage peuvent comporter une butée à rotule 40 pour augmenter la souplesse des liaisons mécaniques entre ensembles extérieur 4 et intérieur 7.
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, la figure 4 montre qu'avantageusement la couronne 3 présente un passage interne 41 dont le diamètre est supérieur à celui que présente un ou des couteaux 42 les plus proches de son axe de rotation et destinés à déterminer le diamètre externe de la carotte 6. Ceci a pour but de donner du jeu à cet endroit, de façon à réduire un encastrement de la carotte 6 dans la couronne 3, et donc de ne pas solliciter cette carotte 6 par des réactions défavorables de la couronne 3 en cours de travail.
Cet encastrement peut également être réduit en diminuant autant que possible la longueur axiale de ce que l'on appelle la garde interne 48 (figures 1 et 4) de la couronne 3 (c'est-à-dire le passage prévu dans celle-ci pour la carotte 6)
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Cela entre dans le cadre des buts visés par l'invention, à savoir la recherche d'un nombre minimum optimal d'éléments et/ou points de liaison mécanique ou de contact entre ce que l'on a défini cidessus comme étant les ensembles extérieur 4 et intérieur 7.
De même, et dans le même but, les dimensions géométriques des moyens de suspension et/ou guidage 8 sont de préférence optimalisées notamment pour augmenter des jeux entre ces ensembles extérieur 4 et intérieur 7, pour diminuer des diamètres et/ou longueurs (par exemple pour réduire ou éviter des encastrements) par rapport à ce que l'homme de métier a tendance à faire jusqu'à présent
On peut remarquer, en particulier aux figures 11 et 12, un joint à labyrinthe 49 disposé sur une partie de corps 50 des moyens de suspension 9, en dessous de la butée tournante à billes 12 (ou, le cas échéant, à rotule) Le joint à labyrinthe 49 peut consister par exemple en un joint annulaire 51, monté serré sur la partie de corps 50, et une bague d'appui 52 qui.
par exemple, coopère avec l'épaulement de suspension 38 tel que cela est décrit ci-dessus et qui comporte une rainure annulaire dans laquelle peut être logé avec jeux annulaires le joint annulaire 51
Lorsque la bague d'appui 52 est en appui sur l'épaulement de suspension 38, du fluide de carottage passant entre le tube extérieur 2 (figure 11) et l'élément vissé 13 ne peut pratiquement pas passer à l'endroit de l'appui mais aura tendance à passer à travers la butée à billes 12 et les jeux de montage entre celle-ci et la partie de corps 50 ainsi qu'entre cette dernière et la bague d'appui 52 Cela peut restreindre de façon sensible le débit de fluide dans le trajet mentionné, en fonction des interstices annulaires organisés entre ces pièces.
Dans une forme de réalisation non décrite, un tube médian, compris entre les tubes extérieur 2 et intérieur 5 et sensiblement coaxial à ceux-ci, peut, selon le cas, faire partie de l'ensemble extérieur 4 ou de l'ensemble intérieur 7
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Légendes des figures :
S sens d'avance d'un carottage 1 carottier 2 tube extérieur 3 couronne de carottage 4 ensemble extérieur 5 tube intérieur 6 carotte 7 ensemble intérieur 9 moyens de suspension et/ou guidage 12 butée tournante 13 élément vissé de 7, 5 14 élément vissé de 7, 5 15 filet mâle de 14 16 élément de serrage de 4,2 17 élément de serrage de 4, 2 18 anneau de butée 20 palier de 9 21 palier de 9 22 moyens élastiques de 9 23 bague de 22 23A bourrelet annulaire de 23 24 palier hydrostatique de 9 25 conduit central de 1 26 conduits radiaux de 24 27 paroi interne cylindrique ou conique de 4,2 28 paroi externe cylindrique ou conique de 7,5 29 conduits de liaison de 7,5 31 chambres oblongues de 24 32 endroit d'arrivée du fluide de carottage sous pression
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33 moyens de sustentation de 5,
7 34 passages de fluide de carottage de 23 35 orifices de 34 36 surface interne de 4,2 37 surface interne de 4,2 38 épaulement de suspension 39 moyen de préhension de 5,7 40 butée à rotule 41 passage interne de 3 42 couteaux de 3 48 garde interne de 3 49 joint à labyrinthe 50 partie de corps de 9, 14 (figure 11) 51 joint annulaire sur 50 52 bague d'appui de 7,5