Appareil carottier du type à câble
La présente invention concerne un appareil
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En substance, l'appareil carottier comprend un tube intérieur coulissant dans un tube extérieur.
Le tube intérieur est équipé inférieurement d'un manchon extracteur de carotte et supérieurement d'une tête. Le tube extérieur est formé par un train de tiges creuses et pourvu inférieurement d'une couronne de sondage. La tête du tube intérieur est suspendue à un câble pour l'extraction et éventuellement la descente de ce tube intérieur. La tête du tube intérieur présente une butée de suspension et des moyens de verrouillage de ce tube intérieur dans le tube extérieur. La butée de suspension repose, en position de sondage, sur une bague annulaire de suspension du tube extérieur. Les moyens de verrouillage sont engagés, en position de sondage, dans une encoche annulaire de verrouillage du tube extérieur.
En outre, le tube intérieur forme de haut en bas dans le tube extérieur, un passage d'eau pour admettre dans la zone de sondage, sous l'action d'une pompe en surface, un débit d'eau refroidissant la couronne de sondage et évacuant de bas en haut les débris de sondage entre le tube extérieur et la paroi du trou foré.
Dans la technique du carottage d'un sol à l'aide d'un appareil carottier à câble, on prélève des échantillons cylindriques de roche, c'est-à-dire des carottes, qui sont découpés par la couronne de sondage mise en rotation par le tube extérieur, qui sont engagés .... __ __ progressivement dans le manchon extracteur du tube intérieur lors du sondage ou du carottage et qui sont dégagés du sol restant et remontés à la surface par le tube intérieur à l'aide du câble susdit commandé par un treuil en surface. Au cours du sondage ou du carottage, l'eau circulant jusqu'au fond du trou foré refroidit la couronne de sondage et évacue vers la surface les débris produits.
Les appareils carottiers connus du genre susdit ne présentent pas de moyen monté dans leur tube intérieur, pour contrôler le débit d'eau traversant leur circuit d'eau formé par ce tube intérieur et alimentant la zone de sondage et de carottage .Conséquemment, selon les conditions de sondage ou de carottage et notamment dans les cas où la perte d'eau est supérieure au débit injecté,les appareils carottiers connus risquent d'admettre dans la zone de sondage et de carottage,un débit d'eau insuffisant et même nul. Or, un tel débit d'eau défavorable ne peut être détecté par l'opérateur en surface, qu'après une période suffisamment longue pour provoquer un échauffement excessif de
la couronne de sondage et la destruction rapide de cet outil onéreux.
Quelques données numériques d'un sondage et d'un carottage font comprendre le risque susdit des appareils connus.
Généralement, le débit d'eau mis en oeuvre lors
du sondage et du carottage d'un sol normal est tel que la vitesse ascensionnelle du courant d'eau ramenant les débris entre le tube extérieur et la paroi du trou foré dans le sol est de 50 cm/sec, environ.Avec un appareil-carottier dont le tube extérieur a un diamètre extérieur dé .114 mm et un diamètre intérieur de 103 mm et tourne dans un trou foré de <EMI ID=2.1>
litres/min. pour obtenir cette vitesse de 50 cm/sec.
Lorsque le sondage et le carottage atteignent... des roches très fissurées, il peut se produire dans les fissure failles, etc., une perte d'eau dépassant fortement le débit d'eau injecté par la pompe dans le tube extérieur. Dès lors il se crée un niveau d'eau dynamique situé dans le tube extérieur légèrement au-dessus du niveau phréatique. De ce fait, il faut considérer la charge d'une colonne d'eau dans
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nécessairement égale à la hauteur totale de la partie limer gée de l'appareil carottier. Conséquemment, il y a alors un espace vide d'eau dans le tube extérieur qui peut, dans le cas choisi, être apposé s'étendre sur une hauteur de 28 mètres, entre la surface et le niveau d'eau effectif dans le tube extérieur.
Lorsque le sondage et le carottage atteignent ensuite une couche d'argile, il peut se former un bouchon obturant le passage de l'eau au niveau de la couronne de sondage. Des que le bouchon en question coupe le passage d'eau dans la zone de sondage ou de carottage, le débit d'eau Injecté par la pompe doit d'abord remplir l'espace vide d'eau précité dans le tube extérieur, avant qu'une surpression se manifeste à cette pompe en surface, c'est-à-dire avant que l'opérateur soit informé que l'eau ne circule plus dans la' zone de sondage et de carottage. Le laps de temps écoulé entre la formation complète du bouchon susdit et l'apparition de la surpression au manomètre de la pompe peut être de 4 minutes environ. Or, quelques secondes suffisent pour produire la destruction de la couronne de sondage en cas de manque de circulation d'eau.
On comprend ainsi l'inconvénient des
appareils connus quant au risque de destruction
rapide de leur outillage de sondage, dans les trous en perte d'injection totale, lequel inconvénient est évité grâce à l'appareil carottier selon l'invention.
A cet effet, dans l'appareil carottier
selon l'invention, la tête du tube intérieur comporte
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d'une pression d'eau prédéterminée, indiquée à la pompe et au moins égale à la pression d'eau due à la différence des niveaux d'eau entre le niveau phréatique et le niveau de la pompe en surface, lorsque la profondeur de sondage et de carottage dépasse ce niveau phréatique ou au moins égale à la pression d'eau due à la différence des niveaux d'eau entre le fond du trou foré et le niveau de la pompe en surface, lorsque la profondeur de sondage et de carottage n'atteint pas le niveau phréatique, de manière :
- à rester fermée pendant la descente du tube intérieur dans le tube.extérieur, jusqu'à la mise à butée de la tête du tube intérieur contre la bague de suspension et verrouillage de ladite tête dans l'encoche de verrouillage,
- à s'ouvrir ensuite pour le carottage sous l'effet d'une augmentation de la pression indiquée à la pompe, pour que cette pression soit plus grande que la pression prédéterminée susdite,
- et à se refermer après le carottage sous l'effet d'une diminution de cette pression produite par l'arrêt de la pompe, en vue du déverrouillage et de la remontée du tube intérieur avec la carotte.
Ainsi, avec l'appareil carottier selon l'invention, ce n'est que lorsque le tube intérieur se trouve effectivement an position verrouillée propre au sondage et au carottage du sol, que la pression indiquée à la pompe en surface peut dépasser la valeur prédéterminée par le réglage de la soupape de contrôle. De la sorte, l'opérateur peut se rendre compte aisément si la pression indiquée à la pompe dépasse la valeur prédéterminée en question, auquel cas il est certain qu'un débit d'eau de refroidissement atteint la zone de sondage et de carottage.
En outre, l'opérateur peut aussi observer si cette pression ne monte pas subitement au cours du sondage et du carottage, suite à une obstruction par exemple accidentelle du passage d'eau notamment dans la zone de sondage et de carottage, auquel cas il arrête l'opération en cours.
Par ailleurs, avec des appareils carottiers connus du type précité, l'opérateur est certain de la mise en position verrouillée du tube intérieur dans le tube extérieur, uniquement par l'impact de la butée de suspension de ce tube intérieur contre la bague de suspension de ce tube extérieur*. Cet impact produit un bruit transmis en surface par le tube extérieur, pour autant que l'appareil carottier travaille à des petites profondeurs dans le sol. La perception de ce bruit particulier par l'opérateur est donc aléatoire, difficile et même impossible pour des opérations à grande profondeur ou pour des opérations avec injection de
boues de forage. En outre, l'opérateur coupe souvent
les moteurs de l'appareil et de la pompe, pour détecter le bruit en question.
Au contraire, avec un appareil carottier selon l'invention et grâce à la soupape de contrôle réglable
de cet appareil, l'opérateur dispose d'un moyen particulièrement simple, rapide et efficace pour savoir
quand et si le tube intérieur est en position correcte pour le sondage et le carottage. A cet effet, il lui suffit de suivre la pression indiquée à la pompe sans arrêter un moteur quelconque. Lorsque cette pression dépasse la valeur prédéterminée, réglée par la soupape
de contrôle, le tube intérieur est en position verrouillée et fonctionnelle.
Selon des caractéristiques constructives du nouvel appareil carottier,la soupape de contrôle réglable comprend un obturateur sphérique dans un corps formé
par un manchon constitutif de la tête du tube .intérieur. L'obturateur sphérique est sollicité axialement vers
le haut par un ressort de rappel, à prendre appui élastiquement sur un siège annulaire formé par la partie supérieure du corps. D'autre part, le ressort de rappel prend appui inférieurement sur une rondelle de réglage déplaçable axialement dans le corps. Enfin, ' le manchon formant le corps de la soupape de contrôle
est généralement le déflecteur de la tête du tube intérieur.
D'autres détails et particularités de l'invention apparaîtront au cours de la description et
des dessins annexés au présent mémoire et qui représen-tent schématiquement et à titre d'exemple seulement
une forme d'exécution de l'invention.
- Les figures 1A, 1B, 1C et 1D sont des coupes axiales successives d'un nouvel appareil carottier. Ces coupes se raccordent respectivement suivant les lignes a-a, b-b et c-c des figures.
L'appareil carottier représenté est du
type à câble et sert à prélever des carottes de roches dans un sol.
En substance, l'appareil carottier comprend un tube extérieur 1 et un tube intérieur 2.
Le tube extérieur 1 est constitué par un
train de tiges creuses coaxiales par exemple 3, 4, 5 et
6 vissées l'une par rapport à l'autre. Le tube extérieur 1 est pourvu inférieurement d'une couronne de sondage 7 garnie d'une concrétion diamantée. La couronne de sondage 7 est vissée à son tour sur la tige inférieure 6 du tube extérieur 1.Le tube extérieur 1 dans
son ensemble tourne en service autour de son axe sous l'action de moyens moteurs non représentés et installés en surface.
Le tube extérieur 1 présente entre autres
une encoche annulaire de verrouillage 8 et comporte
en outre une bague de suspension 9.
Le tube intérieur 2 est un ensemble mécanique complexe coulissant dans le tube extérieur 1 pour sa mise en place et son extraction. :En service, une partie du tube intérieur 2 reste stationnaire dans le tube extérieur 1 en rotation, tandis que l'autre partie tourne conjointement
à ce tube extérieur 1.
Pour son coulissement dans le tube extérieur 1, le tube intérieur 2 est suspendu à un câble partant d'un treuil en surface et aboutissant à
une tête d'accrochage 10 de ce tube intérieur.
Le câble est mis en oeuvre chaque fois pour l'extraction du tube intérieur 2 et éventuellement
la descente de ce tube intérieur 2 en cas de manque ' d'eau dans le tube extérieur t.
Dans le tube intérieur 2, la tête d'accrochage 10 est mécaniquement reliée à un tube 11 porte-verrous. La partie inférieure du tube 11 porteverrous est fixée à la partie supérieure d'un manchon déflecteur 12. Dans la partie inférieure taraudée du manchon déflecteur 12 est vissé un arbre 13 plein.
Un écrou de blocage 14 est vissé sur la partie supérieure filetée de l'arbre 13 et appliqué contre le bord inférieur du manchon déflecteur 12. L'arbre 13 porte autour de lui et de haut en bas, une bague de retenue 15, des rondelles d'appui 16, des bagues d'expansion 17 entre celles-ci, une butée à billes 18,
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billes 20, des rondelles ressort 21, et une autre bague de retenue 22. Les éléments mécaniques 16 à 21 entourant l'arbre 13 sont serrés entre les deux butées de retenue 15 et 22 par un écrou 23 auto-bloquant, vissé sur l'extrémité inférieure filetée de l'arbre 13. D'autre part, le manchon d'entretoisement 19 présente une partie filetée sur laquelle est vissé un support 24
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port 24 porte un tube 25 réceptacle de la carotte, fileté supérieurement et inférieurement. La partie inférieure du tube réceptacle 25 est vissée à son tour dans le manchon -extracteur 26 lequel est pourvu intérieurement d'un ressort extracteur 27.
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pourvu de deux verrous opposés 29 pivotant autour d'une goupille élastique 30 servant d'arbre de pivotement. Les deux verrous 29 sont constamment sollicités par un ressort 31 à s'écarter de l'axe du tube intérieur 2 et à traverser les deux évidements 28.
Le tube intérieur 2 comporte une butée de suspension 32 formée par un rebord du manchon déflecteur 12. Cette butée de suspension 32 est destinée à coopérer avec la bague de suspension 9 du tube extérieur 1.
Ainsi, l'ensemble des pièces 10 à 32 forme le tube intérieur 2 conventionnel et dans cet ensemble, les pièces 10 à 24, 29 à 32 constituent la tête du tube intérieur.
Dans le tube extérieur 1, le tube intérieur 2 forme un passage continu d'un débit d'eau produit en
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de forage et de carottage pour refroidir énergiquement
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paroi du trou foré.
Dans l'exemple choisi, le passage d'eau dans le tube extérieur 1 est formé d'abord par le tube exté- rieur lui-même, au-dessus du tube intérieur 2. Ensuite,
de haut en bas, le passage d'eau est.délimité entre le
tube 11 porte-verrous et la tige creuse 3 et est poursuivi
<EMI ID=14.1> il se prolonge vers le bas à l'intérieur du manchon déflecteur 12. Par après, le passage d'eau repasse
par des ouvertures latérales 33 du manchon déflecteur 12 entre celui-ci et la tige creuse 5. Plus bas,
le passage d'eau continue entre les tiges creuses 5
et 6 du tube extérieur 1 d'une part et l'arbre plein 13 avec ses accessoires, le support 24 et les tubes 25 et
26 du tube intérieur 2, d'autre part. Enfin, le passage d'eau débouche inférieurement entre le porte-extracteur 26 et la couronne de sondage 7 pour atteindre la zone de sondage et de carottage.
Conformément à l'idée inventive, la tête
du tube intérieur 2 comporte une soupape réglable 34
de contrôle du débit d'eau d'alimentation de la zone
de sondage et de carottage. La soupape de contrôle 34
est branchée dans le passage de ce débit d'eau. De préférence, la soupape de contrôle 34 se trouve légèrement en dessous des verrous 29 et plus précisément au niveau du manchon déflecteur 12.
En fait, dans l'exemple choisi, la soupape
de contrôle 34 comprend un corps constitué par le manchon déflecteur 12 lui-même, dans lequel est monté
un obturateur sphérique 35 coopérant avec un siège annulaire 36 de la partie supérieure du manchon déflecteur 12. L'obturateur sphérique 35 est constamment sollicité
vers le haut par un ressort hélicoïdal 37 taré pour être appliqué élastiquement sur le siège annulaire 36. La force de rappel du ressort hélicoïdal 37, c'est-à-dire
la force d'application de l'obturateur 35 contre le siège annulaire 36, est réglable. Dans ce but, le ressort hélicoïdal 37 repose contre une rondelle de réglage 33 du côté opposé à l'obturation sphérique 35. La rondelle de réglage 38 est déplaçable axialement dans le manchon déflecteur 12 en étant solidarisée à une vis de réglage
39 vissée dans un écrou de support 40 lui-même vissé dans la partie inférieure taraudée de ce manchon déflecteur 12. Toute rotation de la vis de réglage 39 entraîne une translation axiale de la rondelle de réglage 38 et une variation de la force de rappel du ressort hélicoïdal 37 de la soupape de contrôle 34.
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tage, le tube intérieur 2 est descendu dans le tube extérieur 1 avec la soupape de contrôle 34 fermée. La pompe injecte alors de l'eau dans le tube extérieur 1 au-dessus de la tête du tube intérieur 2. L'eau injectée est retenue par l'obturateur sphérique 35 appliqué contre le siège annulaire 36 sous l'action de la pres-
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Lors de la descente du tube intérieur 2
dans le tube extérieur 1, la pression indiquée à la pompe ou plus précisément au manomètre de cette pompe n'excède pas celle correspondant à la force de rappel
du ressort hélicoïdal 37, c'est-à-dire celle nécessaire à l'ouverture de la soupape de contrôle 34.
Au moment de l'arrivée du tube intérieur 2 en position inférieure propre au sondage et au verrouillage, la butée de suspension 32 de ce tube intérieur vient en contact avec la bague de suspension 9 du tube extérieur et le tube intérieur 2 est retenu et suspendu ainsi dams le tube extérieur 1, tandis que les verrous 29
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<EMI ID=18.1> ainsi par rapport au tube extérieur 1.
Aussitôt après la mise en position suspendue et verrouillée du tube intérieur 2 dans le tube
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pompe occasionne l'admission subséquente d'eau dans ce
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Dès lors, lorsque la pression croissante de l'eau dans l'appareil carottier au niveau de la soupape de contrôle 34 atteint et dépasse celle correspondant à la
force de rappel du ressort hélicoïdal 37, cette soupape
de contrôle 34 s'ouvre et un débit d'eau traverse le passage précité du tube intérieur 2 dans le tube extérieur 1 aussi longtemps que ces pressions restent pareilles l'une par rapporl à l'autre.
En fait, la pression d'eau qui existe au niveau de la soupape de contrôle 34 et qui équilibre
la force de rappel réglable du ressort hélicoïdal 37 correspond à une pression prédéterminée indiquée à la pompe. Le réglage de la vis 39 dans la soupape de contrôle 34 est tel que cette pression prédéterminée indiquée à la pompe soit au moins égale à la pression d'eau due à la différence des niveaux d'eau entre le niveau phréatique
et le niveau de la pompe en surface, lorsque la profondeur de sondage et de carottage dépasse ce niveau phréatique ou au moins égale à la pression d'eau due à la différence des niveaux d'eau entre le fond du trou foré
et le niveau de la pompe en surface, lorsque la profondeur de sondage et de carottage n'atteint pas le niveau phréatique. La pression prédéterminée indiquée de la
pompe et provoquant l'ouverture de la soupape de contrôle 34 est donc essentielle dans le fonctionnement et la mise en oeuvre de l'appareil carottier actuel.
Dans ces conditions, à la lecture au mano-
mètre de la pompe d'une pression supérieure à la pression prédéterminée en question, l'opérateur est certain de la j
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rieur 2 dans le tube extérieur 1 et du passage de l'eau jusqu'en dessous de la couronne de sondage 7 quel que soit
le niveau phréatique de l'eau dans le sol. L'opérateur peut alors mettre en marche le moteur de rotation du -tube
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une carotte de roche engagée progressivement dans le manchon extracteur 26 et le tube réceptacle 27.
Après formation de la carotte, la pompe est arrêtée et la pression de l'eau diminue et devient nulle
à son manomètre. De même, le moteur d'entraînement du tube extérieur 1 est aussi stoppé. Dès lors, la soupape de con- trale 34 se fente* et le tube intérieur 2 peut être relevé pour être d'abord déverrouillé et ensuite remonté à la surface afin de récupérer la carotte.
De la sorte, d'une manière générale, la
soupape de réglage 34 reste fermée pendant la descente du tube intérieur 2 jusqu'à mise à butée et verrouillage dans
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sous l'effet d'une augmentation de pression indiquée à la pompe motrice pour que cette pression dépasse la pression prédéterminée susdite et se referme ensuite après carottage, sous l'effet d'une diminution de cette pression due
à l'arrêt de la pompe, en vue du* déverrouillage et de la remontée du tube intérieur 2.
Il est à noter qu'en cours de sondage et
de carottage une brusque augmentation de la pression indiquée à la pompe informe immédiatement l'opérateur qu'il y. a une perte de charge anormale, par exemple une obstruction de passage de l'eau au niveau de la couronne de sondage 7 et qu'il y a lieu d'arrêter la rotation du tube extérieur 1 pour ne pas détruire cette couronne de sondage 7 diamantée et conséquemment onéreuse .
Il est évident que l'invention n'est pas exclusivement limitée à la forme de réalisation repré-
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tées dans la forme, la disposition et la constitution
de certains des éléments intervenant dans sa réalisation � condition que ces modifications ne scient pas
en contradiction avec l'objet de chacune des revendica- ' tiens suivantes.