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Carottier
La présente invention concerne un carottier, en particulier pour de la prospection pétrolière, comprenant un tube extérieur, une couronne montée à l'extrémité antérieure du tube extérieur, suivant un sens de progression de carottage du carottier, un tube intérieur, monté dans le tube extérieur et destiné à recevoir une carotte dans son espace intérieur et une trousse coupante agencée coaxialement devant l'extrémité antérieure du tube intérieur, de manière à faire saillie de l'extrémité antérieure de la couronne
Un tel agencement de trousse coupante peut convenir particulièrement bien dans des formations meubles du fait que, précédant la couronne au cours d'un carottage,
la trousse coupante enferme la carotte proprement dite par rapport au fluide de carottage utilisé à l'endroit de la couronne et donc peut protéger efficacement la carotte contre une intrusion de ce fluide.
On connaît des carottiers de ce genre dans lesquels ladite trousse coupante est fixée rigidement au, ou fait partie intégrante du, tube intérieur et ne reçoit qu'à travers toute la longueur de ce tube intérieur une force pour son enfoncement dans la formation à carotter. Dans un tel montage, au moins le tube intérieur, dans toute sa longueur, a un effet de ressort qui s'avère considérablement gênant parce que cet effet modifie constamment, d'une façon non contrôlée et à variation trop progressive, la force d'enfoncement de la trousse coupante dans la formation.
De plus, la matière de ce tube intérieur et l'épaisseur de sa paroi doivent être choisies pour résister à ladite force d'enfoncement, et cela va à l'encontre d'une utilisation des parois minces et matières synthétiques recherchées actuellement entre autre pour leur légèreté
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On connaît également des carottiers de ce genre dans lesquels ladite trousse coupante est fixée rigidement au tube extérieur ou à la couronne ou fait partie intégrante de l'un ou l'autre Dans ces conditions, la longueur du tube extérieur, qui peut être considérable, amène celui-ci à se comporter également comme un ressort.
Toute action prise en surface, à l'endroit de la plate forme de forage, pour faire progresser la trousse coupante et/ou la couronne freinées par la formation est amortie et donc pratiquement sans effet positif à l'endroit du carottage.
Ainsi dans le cas où les formations à carotter sont constituées d'argiles plastiques, une trousse coupante pourrait s'avérer utile à l'homme de métier qui peut estimer que celle-ci traversera ces argiles qui ont parfois une allure de feuilles superposées. Cependant les couteaux en PDC (= Polycrystalline Diamond Compact = élément comprimé de diamant polycristallin) d'une couronne usuelle de carottage peuvent s'avérer inefficaces dans ces formations comme le sait l'homme de métier. De ce fait, le carottier ainsi équipé est au moins très nettement freiné et même bloqué dans sa progression D'autre part, la trousse coupante dont le bord de coupe est relativement peu effilé est alors bloquée elle aussi dans sa progression par manque de force d'enfoncement qui est amoindrie par le manque de progression de la couronne.
La présente invention a pour but de remédier aux problèmes susdits, ainsi qu'à d'autres connus de l'homme de métier, et de procurer un carottler qui comporte des moyens simples et fiables pour enfoncer la trousse coupante, dans la formation à carotter, en reportant directement, au moins temporairement, sur la trousse coupante une charge maximale déterminée de la partie dite en compression dudit carottier et, le cas échéant, du train de tiges supportant celui-ci.
A cet effet, suivant l'invention, le carottier comporte à son extrémité antérieure des moyens de pressage agencés pour, d'une part,
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agir directement sur la trousse coupante dans un sens d'enfoncement de celle-ci dans une formation à carotter et pour, d'autre part, presser la trousse coupante en appui contre et dans ladite formation à carotter.
Suivant une forme de réalisation du carottier de l'invention, les moyens de pressage comportent - des moyens permettant, d'une part, une rotation relative et, d'autre part, un déplacement axial de la trousse coupante par rapport au reste du carottier, - solidaire de la trousse coupante, au moins une piste d'appui oblique qui est constituée par une portion d'hélicoïde coaxiale autour de l'axe longitudinal du carottier et se terminant sensiblement à son intersection avec un plan axial à partir duquel cette portion d'hélicoïde ou une autre semblable commence, la face libre de la piste d'appui oblique faisant face vers l'extrémité postérieure du carottier, et - solidaire du tube extérieur, le cas échéant par l'intermédiaire de la couronne, au moins une piste d'appui oblique dont la face libre est tournée vers la formation à carotter,
qui correspond, au moins quant à son obliquité, à la piste d'appui oblique de la trousse coupante, qui se termine également sensiblement à son intersection avec un plan axial et qui est agencée pour coopérer avec la piste oblique précitée de la trousse coupante, au cours d'une rotation relative déterminée de la trousse coupante par rapport au reste du carottier, de manière à provoquer alternativement, lorsque ces deux pistes sont appuyées l'une contre l'autre, un effet de poussée de la trousse coupante vers l'avant et, lorsqu'une piste arrive au bout de l'autre, un effet de relâchement de la poussée
On voit qu'en outre, suivant cette forme de réalisation, si la trousse coupante ne s'enfonce pas suffisamment dans la formation, la couronne est quelque peu soulevée du fond du trou, par l'action combinée des pistes,
au cours de sa rotation et peut retomber
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énergiquement contre la formation. Ceci peut aider les couteaux de la couronne à mieux attaquer la formation.
Suivant une forme de réalisation particulière du carottier de l'invention, la trousse coupante comporte au moins trois pistes d'appui obliques, et de préférence quatre, et un même nombre de pistes sont solidaires du tube extérieur.
D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront des revendications secondaires et de la description du dessin qui est annexé au présent mémoire et qui illustre, à titre d'exemple non limitatif une forme de réalisation particulière du carottier de l'invention.
La figure unique représente en coupe axiale, avec brisure. la partie d'extrémité du carottier de l'invention, portant la couronne et une trousse coupante.
Le carottier 1 de l'invention comporte un tube extérieur 2, une couronne 3 montée à l'extrémité antérieure 4 du tube extérieur 2, suivant un sens de progression S1 de carottage dudit carottier 1, et un tube intérieur 5 monté dans le tube extérieur 2 et destiné à recevoir une carotte (non représentée) dans son espace intérieur 6. Le carottier 1 comporte de plus une trousse coupante 7 agencée coaxialement devant l'extrémité antérieure 8 du tube intérieur 5, de manière à faire saillie de l'extrémité antérieure 9 de la couronne 3.
Suivant l'invention, pour résoudre les problèmes précités, le carottier comporte à son extrémité antérieure 4,9 des moyens de pressage 11 agencés pour agir directement sur la trousse coupante 7, dans un sens d'enfoncement S2 de celle-ci dans une formation à carotter, et pour presser en plus la trousse coupante 7 en appui contre et dans ladite formation à carotter.
Ainsi, la charge de la partie dite en compression du carottier, connue de l'homme de métier, est immédiatement et directement pleinement disponible en cas de besoin à l'endroit de la trousse coupante 7 dès que des couteaux usuels 12 de la couronne 3 ne
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sont plus soumis à cette charge à la suite d'une réduction ou d'un arrêt de progression de la trousse coupante 7 dans la formation à carotter (les couteaux 12 situés à droite de l'axe de rotation 13 du carottier peuvent être réalisés et disposés, et sont représentés, d'une manière usuelle dans le métier).
Pour au moins reporter temporairement toute la charge susdite du carottier 1 sur la trousse coupante 7 et pour donc agir directement sur celle-ci, lesdits moyens de pressage 11 peuvent être disposés au niveau de la couronne 3 elle-même et prennent directement appui sur cette-a
Les moyens de pressage 11 pourraient être constitués par un système hydraulique à cylindre et piston annulaires agissant progressivement et/ou par chocs entre la trousse coupante 7 et la couronne 3 ou l'extrémité antérieure du tube extérieur 2.
Les moyens de pressage 11 peuvent comporter cependant avantageusement des moyens 15 permettant, d'une part, une rotation relative et, d'autre part, un déplacement axial de la trousse coupante 7 par rapport au reste du carottier 1. Ces moyens 15 peuvent comprendre deux bagues 16 en matière antifriction, permettant ladite rotation et un coulissement, et au moins une butée 17 coopérant avec un rebord 18 fixé au carottier 1 de façon à limiter au moins vers le bas la course de déplacement et/ou coulissement axial de la trousse coupante 7 De plus, solidaire de cette dernière, il peut être prévu,
une piste d'appui oblique 19 qui peut être constituée par une portion d'hélicoïde coaxiale autour de l'axe 13 du carottier 1 et se terminant sensiblement à son intersection avec un plan axial 20 à partir duquel cette portion d'hélicoïde ou une autre semblable commence, la face libre de cette piste d'appui oblique 19 faisant face vers l'extrémité postérieure du carottier 1.
Destinée à coopérer avec cette piste d'appui oblique 19, il peut être prévu alors au moins une autre piste d'appui oblique 21 qui est solidaire du tube extérieur 2, le cas échéant par l'intermédiaire de la couronne 3, dont la
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face libre est tournée vers la formation à carotter, qui correspond, au moins quant à son obliquité (voir le dessin), à la piste d'appui oblique 19 précitée de la trousse coupante 7 et qui se termine également sensiblement à son intersection avec un autre plan axial 22.
Ladite coopération entre les pistes obliques 19 et 21 est alors choisie de façon à ce qu'au cours d'une rotation relative, dans un sens déterminé S3, de la trousse coupante 7 par rapport au reste du carottier 1, il soit provoqué alternativement, lorsque ces deux pistes obliques 19 et 21 sont appuyées l'une contre l'autre par un appui de la trousse coupante 7 contre le fond du trou de carottage, un effet de poussée vers ce fond (dans le sens S2) de ladite trousse coupante 7 et, lorsqu'une piste 19, 21 arrive au bout de l'autre, à l'endroit des plans axiaux 20 et 22 respectifs, un effet de relâchement de cette poussée.
Il est clair qu'usuellement, en cours de carottage, la trousse coupante 7 ne tourne pas ou que peu avec le carottier 1 de l'invention mais que c'est ce dernier qui tourne dans le sens inverse du sens S3.
En outre, lorsque les pistes obliques 19, 21 arrivent au bout l'une de l'autre, étant donné qu'elles se terminent à des plans de préférence axiaux 20,22 respectifs, il y aura non seulement un relâchement de ladite poussée dans le sens S2 mais une descente énergique (en considérant la représentation du dessin) de la piste oblique 21 solidaire du tube extérieur 2 contre la piste oblique 19 solidaire de la trousse coupante 7 Cette descente énergique peut provoquer un choc à effet de poinçonnage de feuilles d'argile susdites.
Il doit être entendu que les pistes obliques 19, 21 pourraient se terminer par des plans ayant d'autres orientations que celles des plans axiaux 20,22 susdits, en fonction par exemple d'un souhait d'éviter des chocs trop énergiques pouvant très vite fatiguer les matériaux utilisés pour la construction de divers composants du carottier 1
De préférence, la ou les pistes d'appui obliques 21 solidaires du tube extérieur 2 ou, le cas échéant, de la couronne 3 sont
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portées par un manchon 23 fixé de façon démontable à ladite couronne 3, par exemple par vissage en 24. Ainsi, un remplacement des pistes obliques abîmées est facilité Eventuellement des couronnes 3 non pourvues d'origine de telles pistes 21 peuvent alors en être aussi équipées.
Pour la limitation de son déplacement axial de coulissement, la trousse coupante 7 peut être suspendue (par la butée 17) à la couronne 3, le cas échéant par l'intermédiaire du manchon démontable 23 susdit (qui porte alors le rebord 18 précité).
Pour un guidage efficace d'une carotte progressant à travers la trousse coupante 7 jusque dans le tube intérieur 5, il est avantageux que la trousse coupante 7 présente à son extrémité 25 opposée à celle 26 destinée au carottage, avec un jeu axial correspondant par exemple au moins au déplacement axial de coulissement susdit, un emboîtement réciproque avec le tube intérieur 5 De préférence alors, ladite extrémité opposée 25 pénètre dans le tube intérieur 5.
Un joint d'étanchéité 27 peut être prévu à l'endroit où s'emboîtent le tube intérieur 5 et ta trousse coupante 7 afin par exemple d'éviter un passage non souhaitable de fluide contenu dans le tube intérieur 5 vers des ajutages 28 de la couronne 3 et/ou inversement de fluide destiné à ces ajutages 28, et provenant de l'interstice entre les tubes extérieur 2 et intérieur 5 vers l'espace interne 6 de ce dernier et vers la carotte que cela pourrait endommager ou rendre peu représentative de la formation carottée.
Pour des raisons diverses comme une facilité de construction, de montage, d'entretien et d'échange de la trousse coupante 7, celle-ci peut comporter, à son extrémité 25 opposée à celle 26 destinée au carottage, un manchon démontable 29 (par exemple à visser et dévisser en 30 au reste de la trousse coupante 7) agencé pour
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suspendre la trousse coupante 7 au carottier 1. Ledit manchon 29 comporte alors la butée 17.
Le nombre de pistes obliques 19,21 peut être égal ou différent. Ce nombre est avantageusement égal ou de préférence supérieur à deux (donc pratiquement de l'ordre de trois ou quatre) pour chaque type de piste oblique 19,21.
Des avantages obtenus avec le carottier 1 de la présente invention sont par exemple que, quand la trousse coupante 7 ne passe pas à travers la formation en cours de carottage, la couronne 3 perd immédiatement contact avec le fond du trou de carottage et la trousse coupante 7 reçoit alors la pleine charge prévue sinon pour la couronne 3.
Il n'y a pas entre la trousse coupante 7 et la couronne 3 le moindre élément qui fasse ressort et qui absorberait donc une partie, même réduite, de ladite pleine charge. L'élasticité du train de tiges, néfaste sans la présence des moyens de pressage 11 est à présent la particularité par laquelle on agit avantageusement sur la force communiquée à la couronne 3 et/ou à la trousse coupante 7.
Le carottier 1 de l'invention procure également une protection de la carotte réalisée, en particulier par le fait que du fluide de carottage en provenance des ajutages 28 est maintenu à l'écart de ladite carotte par la trousse coupante 7 elle-même, qui précède la couronne 3 dans la formation et qui enferme la carotte à l'abri de ce fluide en avant de la couronne 3, et par le joint 27 susdit.
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 des revendications de la présente invention.
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Légende des figures 81 sens de progression du carottage
S2 sens d'enfoncement de la trousse
S3 sens de rotation relative
1 carottier
2 tube extérieur
3 couronne
4 extrémité antérieure de 2
5 tube antérieur
6 espace intérieur de 5
7 trousse coupante
8 extrémité antérieure de 5
9 extrémité antérieure de 3
11 moyen de pressage
12 couteaux
13 axe longitudinal/de rotation
15 moyens permettant une rotation relative
17 butée
18 rebord
19 piste d'appui oblique (de 7)
20 plan axial (de 7)
21 piste d'appui oblique (de 2)
22 plan axial (de 2)
23 manchon démontable
25 extrémité de 7 opposée
26 extrémité de 7 destinée au carottage
27 joint d'étanchéité
28 ajutages
29 manchon démontable
30 endroit de vissage/dévissage