WO2000055473A1 - Carottier - Google Patents

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WO2000055473A1
WO2000055473A1 PCT/BE2000/000024 BE0000024W WO0055473A1 WO 2000055473 A1 WO2000055473 A1 WO 2000055473A1 BE 0000024 W BE0000024 W BE 0000024W WO 0055473 A1 WO0055473 A1 WO 0055473A1
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WO
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inner tube
outer tube
assembly
coring
section
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Application number
PCT/BE2000/000024
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English (en)
Inventor
Philippe Fanuel
Original Assignee
Halliburton Energy Services, Inc.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Priority to CA002366118A priority patent/CA2366118C/fr
Priority to US09/936,654 priority patent/US6644424B1/en
Priority to AT00910440T priority patent/ATE266143T1/de
Priority to DE60010449T priority patent/DE60010449D1/de
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Priority to NO20014446A priority patent/NO323187B1/no

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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B23/00—Apparatus for displacing, setting, locking, releasing or removing tools, packers or the like in boreholes or wells
    • E21B23/08—Introducing or running tools by fluid pressure, e.g. through-the-flow-line tool systems
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B25/00—Apparatus for obtaining or removing undisturbed cores, e.g. core barrels or core extractors
    • E21B25/02—Apparatus for obtaining or removing undisturbed cores, e.g. core barrels or core extractors the core receiver being insertable into, or removable from, the borehole without withdrawing the drilling pipe
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B4/00—Drives for drilling, used in the borehole
    • E21B4/02—Fluid rotary type drives

Definitions

  • the present invention relates to a corer, in particular for oil prospecting, the corer comprising a drill string, an outer tube fixed to the anterior end of the drill string, considering a direction of advance of the corer in a formation, a coring ring mounted on a front section of the outer tube, and an inner tube assembly, which is mounted in a "wire line", that is to say mounted in the outer tube so that it can be picked up and reassembled at the surface through the drill string, and which comprises hydrodynamic means arranged to transform a pressure of coring fluid flowing in the drill string into a pushing force of said assembly forward of the corer.
  • the object of the present invention is to provide a solution to the problems set out above and thus to provide a core barrel, the crown of which may not be constantly pushed directly by the drill string, especially in the horizontal position, for its advance in a formation but can be pushed especially by the pressure of the coring fluid sent to the bottom of the well through the drill string, the crown can however be retained, if necessary, in its advance by this drill string.
  • the corer mentioned at the beginning comprises according to the invention the following particularities: the front section of the outer tube is mounted with axial sliding, limited by anterior and posterior stops, in a posterior section of the same outer tube and in fact protrudes longitudinally; the inner tube assembly includes a support stop arranged to selectively push forward the front section of the outer tube; and means are arranged between the inner tube proper and said anterior section of outer tube so that the latter can be rotated about its longitudinal axis independently of said inner tube, the latter being able to be held fixed in rotation by compared to training during coring.
  • the crown is pushed by the inner tube assembly in the core formation as long as the front section is not in abutment against one or the other of the stops. .
  • at least part of the drill string is not subject to buckling and is significantly less pressed against the wall of the cored well, for example in an elbow thereof, than would be the case in a usual corer configuration.
  • the corer of the invention comprises for the rotation of the front section of the outer tube and the crown a motor mounted in a rear part of the inner tube assembly. Means are then arranged between the front and rear sections of the outer tube so that one can be rotated about its longitudinal axis independently of the other.
  • the motor stator may be fixed in rotation relative to the rear section of the outer tube, during coring, while the motor rotor is then fixed in rotation to the front section of outer tube.
  • the drill string and the rear section of the outer tube are significantly less subject to wear and fatigue due to stresses of the type by alternating bending of the tubes rotating in curves of the well.
  • the regularity of the rotation of the crown thus driven by the motor is greater than that which the drill string would provide since there is no interference from friction of the rods against the wall of the well.
  • the stator of the motor can be kept fixed in rotation relative to the rear section of the outer tube by at least one set of pawl and corresponding longitudinal groove.
  • the rotor can be kept fixed in rotation relative to the front section of the outer tube by also at least one set of pawl and corresponding longitudinal groove.
  • One and / or the other of the pawls can then be arranged to engage in a corresponding groove or to be released automatically when the inner tube assembly is placed in the coring position in the outer tube or is respectively took of. This construction allows for easier installation and removal of the inner tube assembly in the outer tube.
  • ratchet and groove assemblies such as for example reciprocal grooves.
  • the engine can participate in the aforementioned hydrodynamic means, at least for the part of said fluid which activates it and is therefore subject to a pressure drop.
  • the core barrel may include, to assist the inner tube assembly to descend into the outer tube, a seal system mounted on the inner tube assembly so as to close the assembly substantially annular space between this assembly and the outer tube and thus to receive, like a piston, the full pressure and the full flow of drilling fluid.
  • the seal system can comprise at least two flat circular seals whose external edge is cut into a kind of petals, the two seals being arranged one on the other so that a petal of a seal overlaps a gap between two petals of the other joint.
  • the corer of the invention is thus advantageously arranged to operate in two modes.
  • a decoupled mode in which the front section of the outer tube slides freely during coring with respect to the drill string and the rear section, under the thrust of the assembly of the inner tube, with the advantages explained above. and the additional advantage that variations in the progression of the drill string in the well are no longer transmitted to the coring ring.
  • There is also a coupled mode in which the inner tube assembly pulls via stops on the rear section of the outer tube and therefore on the drill string. At least part of the drill string then being in traction, and this is advantageous from the point of view of wear and the directional behavior of the complete assembly in the well.
  • Figure 1 shows in axial section a section of a core barrel of the invention in a location for attachment of the recovery means of the inner tube assembly.
  • Figure 2 shows an axial section of a section of the core barrel of the invention, which follows that of Figure 1, by connecting to it at the location of a transverse plane l-l, going towards the crown.
  • FIG. 3 shows in axial section, as a variant of that of FIG. 1, another type of section of a core barrel of the invention at the point of attachment of the recovery means of the inner tube assembly.
  • Figure 4 shows a cross section, at the location of the section plane IV-IV of Figure 2, seen in the direction of the arrows.
  • Figure 5 shows in a plan view a seal system used in one embodiment of the invention.
  • Figure 6 shows an axial section of a section of the core barrel of the invention, which follows that of Figure 2, going towards the crown.
  • Figure 7 shows in axial section a section of a corer of the invention downstream from that of Figure 6 and at the location of the coring ring.
  • FIG. 8 shows in axial section a variant of the end of the corer section of FIG. 7.
  • the core barrel 1 of the invention comprises, as is known ( Figures 1 and 3), a drill string 2, an outer tube 3 fixed to the anterior end of the drill string 2, considering a direction of advance S of the core barrel 1 in a formation 4 (FIG. 7), a core bit 5 mounted on a front section 3A of the outer tube 3, and an inner tube assembly 8, comprising inter alia the inner tube 9 proper.
  • This assembly 8 is intended to be lowered into the outer tube 3 and to be raised to the surface through the drill string 2 and it comprises hydrodynamic means arranged to transform the pressure of the coring fluid flowing in the drill string 2 into a pushing force of said inner tube assembly 8 forward.
  • the anterior section 3A (FIGS. 6 and 7) of the outer tube 3 is mounted to slide axially, limited by reciprocal anterior stops 12A, 12P (FIG. 6 or 7) and posterior 13A, 13P (FIG. 7), in a posterior section 3P of the same outer tube 3 and protrudes longitudinally therefrom.
  • the stops 12A and 13A are fixed relative to the front section 3A while the stops 12P and 13P are fixed relative to the rear section 3P.
  • This can form a kind of sheath for the front section 3A, as shown in Figure 7. It goes without saying that the skilled person can choose to arrange the stops 12 A, 12P either according to Figure 6 either according to FIG. 7 or again according to any other corresponding embodiment.
  • the inner tube assembly 8 includes a support stop 14 arranged to selectively push forward the front section 3A of the outer tube 3.
  • means 15 described below are arranged between the inner tube proper 9 (intended to receive a core) and said front section of outer tube 3A so that the latter can be rotated about its longitudinal axis independently of said inner tube 9, the latter being able to be kept fixed in rotation compared to formation 4, during coring.
  • the crown 5 of the core barrel 1 can be driven in rotation via the outer tube 3 and the drill string 2. It is however preferred that the core barrel 1 comprises a motor 17 for the rotation of the front section 3A and of the crown 5.
  • the core barrel 1 comprises a motor 17 for the rotation of the front section 3A and of the crown 5.
  • means, for example of the type of rings 18 (FIGS. 6 and 7) for rotation and sliding bearings, are arranged between said anterior section 3A and the posterior section 3P of the outer tube 3, so that one section can be rotated around its longitudinal axis, independently of the other.
  • the motor 17 is advantageously mounted in a rear part 19 (FIG. 6) of the internal tube assembly 8.
  • the stator 20 of the motor 17 can be fixed in rotation relative to the rear section 3P of the external tube 3, during coring, while the rotor 21 of this motor 17 is fixed in rotation to the front section 3A of the outer tube 3.
  • the inner tube 9 proper can be supported by the rotor 21 of the motor 17, by means 15 which can be a ball thrust assembly 15, to allow independent rotation of the inner tube 9 relative to the rotor 21.
  • the stator 20 of the motor 17 can be kept fixed in rotation relative to the rear section 3P of the outer tube 3 ( Figures 2 and 4) by at least one set 26 of pawl 27 and corresponding groove 28.
  • the pawl 27 is then advantageously arranged to engage in the groove 28 or to be released automatically when the inner tube assembly 8 is placed in the coring position in the outer tube 3 or is respectively removed therefrom.
  • Three assemblies 26 can advantageously be arranged around the longitudinal axis of the assembly 8 and of the core barrel 1.
  • the rotor 21 can be coupled in rotation to the front section 3A of the outer tube 3 (FIG.
  • the pawl 32 is then advantageously arranged to engage in groove 33 or to be released automatically during the same operation of placing in the coring position or respectively of withdrawal as above of the inner tube assembly 8.
  • the assemblies 31 can be arranged three in number, in a manner similar to that of the assemblies 26 of FIG. 4.
  • the pawls 27 and 32 may include springs, stops and chamfers shown in Figures 2 and 6, to facilitate their introduction into the grooves 28 and 33 respectively and their exit therefrom.
  • the grooves 28 ( Figure 4) and 33 may have a longitudinal face (for example 29) sloping to promote a smooth entry of the pawls 27 and 32 respectively in the appropriate groove by rotating the assembly 8 or respectively of rotor 21 clockwise in the rear section 3P or respectively the front section 3A.
  • cooperating means 34 throttling the passage of the coring fluid.
  • These throttling means 34 are arranged so as to be inactive during normal coring and so as to throttle said passage in the event that the inner tube assembly 8 is pushed back into the outer tube 3 in the opposite direction to the direction of advance. S coring.
  • these throttling means 34 are formed for example by an annular boss 35 on the inner tube assembly 8 and by an internal annular flange 36 corresponding to the outer tube 3.
  • These throttling means 34 are provided to indicate for example an abnormal situation during coring, as described below.
  • the motor 17 is advantageously of a type actuated by the coring fluid.
  • the motor 17 can be arranged in the system of conduits 39 (FIGS. 2 and 6) for the passage of fluid so that it participates in the aforementioned hydrodynamic means, at least for the part of said fluid which actuates it. .
  • a bypass duct 41 (FIG. 2) of coring fluid can be provided in the system of fluid conduits 39, between an inlet 42 and an outlet 43 of the engine 17 for this fluid.
  • the inner tube assembly 8 can be fitted with a valve 45 mounted in the bypass duct 41, so that it can slide longitudinally between two stop positions, an anterior 46 and a posterior 47 on said assembly 8.
  • the anterior stop 46 can be constituted for example, for ease of construction, of two half-rings as is suggested in FIG. 2.
  • the rear section 3P of the outer tube 3 can be provided with a seat valve 48 which is fixed to said rear section 3P, downstream of valve 45, and which is arranged to cooperate as follows with the latter.
  • the bypass duct 41 is closed when the valve 45 is in the rear stop position 47 shown in FIG. 2 and is applied at the same time against said seat 48 by the weight of the inner tube assembly 8 and, if necessary, by the pressure of the fluid on this assembly 8 or also when the valve 45 slides on this same assembly 8, between the positions of anterior stop 46 and posterior 47, but is applied at the same time against said seat 48 by the pressure of the fluid upstream in the bypass duct 41.
  • the motor 17 can then receive maximum pressure and flow rate of the coring fluid and produce its maximum torque for driving the crown 5.
  • bypass duct 41 is open when the valve 45 is in the anterior stop position 46 and is moved away from said seat 48 at the same time by the effect of the assembly of inner tube 8 pushed upstream. in the rear section 3P of the outer tube 3.
  • the motor 17 is then short-circuited as to the fluid which actuates it and therefore has practically no more drive torque.
  • shut-off valve 54 arranged to open in the event of fluid overpressure at inlet 42 of motor 17, this shut-off valve 54 preferably being a calibrated disc 54 which pierces at a determined overpressure.
  • the core barrel 1 of the invention may further comprise ( Figures 1 and 3) a seal system 55 mounted on the inner tube assembly 8 so that in the active position, it substantially completely closes the annular space 56 between the outer tube 3 and this assembly 8 and it thus receives, in the manner of a piston, the full pressure of the coring fluid.
  • the seal system 55 may comprise at least two flat circular seals 57 and 58, the external edge 57a, 58a (FIG.
  • the inner tube assembly 8 can advantageously include a sleeve 62 disposed downstream of the seal system 55 so as to have no action on the latter during the descent of the inner tube assembly 8 in the outer tube 3 and in during core drilling, but so as to slide beforehand upstream on the inner tube assembly 8 during a withdrawal of the latter from the outer tube 3.
  • the sleeve 62 engages with the system seal 55 and then moved away from the outer tube 3, in a folded position 55R against the inner tube assembly 8, so that the fluid can again flow through the annular space 56, having an effect more reduced or even practically zero on the joint system 55 and therefore on said assembly 8.
  • the core barrel 1 of the invention with a probe 63 disposed in the inner tube proper 9.
  • a section 64 of this probe 63 equipped with measurement means not shown or described in detail because they are known from those skilled in the art then protrude from this inner tube 9 during the descent of the inner tube assembly 8 into the outer tube 3 and in the core position of the inner tube proper 9 relative to the outer tube 3 then that the latter is still away from a bottom of a well.
  • the probe 63 is also arranged in the inner tube 9 so as to be able to be pushed back inside of it, during coring, by the bottom of the well and or by the top of the core.
  • This type of probe 63 may include means for recording the measurements made, so that they can be examined on the surface when the assembly 8 has been removed from the well and that the probe 63 has been put in connection with suitable apparatus. .
  • the front section 3A of the outer tube 3 is introduced into the rear section 3P, from the rear, before connecting to each other at 66 (FIG. 6) sections of the outer tube 3. It is arranged so as to be able to slide there between a position of suspension in the rear section 3P, by the reciprocal effect of the stops 13A, 13P ( Figure 7), and an extreme pressed position, in the rear section 3P, limited by the reciprocal effect of the stops 12A , 12P (figure 6 or 7).
  • the crown 5 can then be mounted on the front section 3A.
  • the outer tube 3 thus equipped can be fixed to the drill string 2 ( Figure 1 or 3) and be lowered into a well to be cored.
  • the inner tube assembly 8 can be lowered into the outer tube 3, according to the known technique known as the wire-line, the case if necessary using a hooking device 67 ( Figure 1 or 3) known that the assembly 8 comprises. Coring fluid sent at this time under pressure into the outer tube 3 can bear on the seal system 55 in order to assist in the descent of the inner tube assembly 8, especially if the outer tube 3 does not only follow a vertical but takes a steep inclination with respect to it, even to the horizontal.
  • the inner tube assembly 8 can thus descend until it abuts (FIG. 2) against the abovementioned stop 49.
  • said assembly 8 is at the same time in abutment, during coring, against the abutment abutment 14 (FIG. 6) by which it can act on the front section 3A.
  • the hooking device 67 is forced to push in a direction S a connecting bar 68 (FIG. 1 or 3) into said assembly 8, by causing a locking pin 69 to break, until 'a face 70P of a recess 70 of the bar 68 comes to bear against a stop pin 71.
  • channels 72 and 73 isolated from each other until there by seals 74, are placed in communication and coring fluid can flow from this moment from inside the drill string 2, through the annular space 75 and the channels 72, 73 in a conduit 76 ( Figure 1 or 3, and Figure 2) dug in the connecting bar 68, in conduits 77, to the crown 5.
  • the fluid undergoes from at least the upper end of the tube assembly inside 8 until it leaves the crown 5 a usable pressure drop.
  • the front section 3A is rotated by the rear section 3P by means, not shown but known to those skilled in the art, which allow the aforementioned sliding.
  • the crown 5 can, if necessary, partially push back in the rear section 3P the front section 3A, until the latter is in abutment against the bearing stop 14 of the inner tube assembly 8.
  • the assembly 8 subjected to the pressure of the fluid, offers the front section 3A a resistance determined by this pressure which depends inter alia on the pressure drop produced by the nozzle 10.
  • said anterior section is rotated by the rear section 3P by means, not shown but known to those skilled in the art, which allow the aforementioned sliding.
  • the crown 5 can, if necessary, partially push back in the rear section 3P the front section 3A, until the latter is in abutment against the bearing stop 14 of the inner tube assembly 8.
  • the assembly 8 subjected to the pressure of the fluid,
  • the drill string 2 is at least partially in tension and therefore held straighter, even horizontally, than is usually possible when it is completely in compression and therefore subject to a buckling.
  • the crown 5 receives under these conditions a much more regular weight than with a train of rods in a situation of buckling and subjected to significant friction against the wall of the well.
  • the crown 5 can therefore progress with more regularity in training 4. All of this promotes, among other things, the ability to correctly direct the crown 5.
  • the anterior section 3A can be maintained in the posterior section 3P, by the pressure on the assembly 8, in positions in which the reciprocal stops 12A, 12P on the one hand and 13A, 13P on the other hand are not in respective contact. If in addition the assembly 8 is not abutted against the valve 45 but the latter is held against its seat 48 by a fluid pressure upstream higher than that downstream, we obtain what can be called a decoupled operating mode.
  • the anterior 3A and posterior 3P sections of the outer tube 3 can then slide relative to each other under the effect of the pressure on the assembly 8.
  • the front section 3A can progress on its side in a regular manner, solely as a function of the action of the crown 5 in formation 4 during coring.
  • the assembly 8, the front section 3A and the crown 5 can thus move longitudinally in one direction or the other, relative to the rest of the drill string 2, depending on whether the speed of the drill string 2 is lower or higher. to that of the crown 5 in formation 4, and this can be adjusted from the surface by acting on the drill string 2.
  • the anterior stop 46 which the assembly 8 carries comes into contact with the valve 45 and can push the latter away from the valve seat 48. From this fact, the fluid which until then could only pass through the conduit 50 (FIG. 2) and the nozzle 10 can now also pass between the valve 45 and its seat 48, and this considerably reduces the pressure drop in the core barrel 1, therefore the pressure applied to the assembly 8 and consequently the force exerted by the crown 5 on the formation 4.
  • the core barrel 1 of the invention is thus put out of service practically automatically in the event of an exaggerated effort to be provided, and that for the benefit of its constituents, by direct action at the place of these at the bottom of the well.
  • the drill string 2 should not rotate the crown 5, it can be rotated at reduced speed in order to, for example, prevent the train 2 from sticking to the wall of the well. If, for any reason known to those skilled in the art, the crown 5 and / or the front section 3A oppose an excessive resistive torque to the motor 17, this increases the pressure upstream of the latter. The tared disc 54 can then be pierced when the pressure reaches a safety limit value there for the motor 17, and the fluid is diverted from the inlet 42 of the engine 17 towards the duct 51 and the outlet at the location of the crown. 5, and the motor 17 stops.
  • the throttling means 34 (FIG. 3) can come into action and, by throttling the passage of the fluid, cause a significant increase in pressure upstream of these means 34.
  • This increase in pressure causes the warning explained above and the operator can again adjust the fluid flow and / or the advance of the drill string accordingly 2.
  • three different protections of the motor 17 and of the crown 5 can be provided simultaneously or separately or even according to any combination of two of them.

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Abstract

Carottier, en particulier pour de la prospection pétrolière, comportant un train de tiges, un tube extérieur (3) fixé à l'extrémité antérieure du train de tiges, une couronne de carottage montée sur une section antérieure (3A) du tube extérieur, et un assemblage de tube intérieur (8) monté dans le tube extérieur et comportant des moyens hydrodynamiques transformant une pression de fluide de carottage en une force de poussée dudit assemblage vers l'avant du carottier, la section antérieure du tube extérieur étant montée à coulissement axial, limité par des butées d'arrêt antérieures (12A, 12P) et postérieures, dans une section postérieure (3P) du même tube extérieur pour en faire saillie longitudinalement, l'assemblage comportant une butée d'appui (14) agencée pour pousser sélectivement vers l'avant la section antérieure du tube extérieur, des moyens (15) étant agencés entre le tube intérieur (9) proprement dit et ladite section antérieure de façon à ce que cette dernière puisse être entraînée en rotation autour de son axe longitudinal indépendamment dudit tube intérieur, un moteur (17) pouvant entraîner en rotation la couronne par rapport au train de tiges.

Description

"Carottier"
La présente invention concerne un carottier, en particulier pour de la prospection pétrolière, le carottier comportant un train de tiges, un tube extérieur fixé à l'extrémité antérieure du train de tiges, en considérant un sens d'avance du carottier dans une formation, une couronne de carottage montée sur une section antérieure du tube extérieur, et un assemblage de tube intérieur, qui est monté en "wire line", c'est-à-dire monté dans le tube extérieur de manière à pouvoir être repêché et remonté à la surface à travers le train de tiges, et qui comporte des moyens hydrodynamiques agencés pour transformer une pression de fluide de carottage circulant dans le train de tiges en une force de poussée dudit assemblage vers l'avant du carottier.
Il y a un besoin pressant d'améliorer ce genre de carottier surtout pour son utilisation dans des puits à tronçons inclinés par rapport à la verticale ou plus particulièrement à tronçons horizontaux, et cela d'autant plus lorsque ces tronçons sont à grande distance du tronçon d'entrée vertical du puits. Il est en effet connu que dans ce cas le train de tiges est soumis au moins localement à une compression et donc à un risque de flambage amplifié par une position inclinée ou horizontale. Cette situation amène le train de tiges à frotter inutilement contre la paroi du puits, donc à s'user, à être freiné dans son avance et, le cas échéant, dans sa rotation d'entraînement de la couronne.
La présente invention a pour but de proposer une solution aux problèmes énoncés ci-dessus et de procurer ainsi un carottier dont la couronne peut ne pas être poussée constamment directement par le train de tiges, surtout en position horizontale, pour son avance dans une formation mais peut être poussée surtout par la pression du fluide de carottage envoyé au fond du puits à travers le train de tiges, la couronne pouvant cependant être retenue, si nécessaire, dans son avance par ce train de tiges. A cet effet, le carottier mentionné au début comporte suivant l'invention les particularités suivantes : la section antérieure du tube extérieur est montée à coulissement axial, limité par des butées d'arrêt antérieure et postérieure, dans une section postérieure du même tube extérieur et en fait saillie longitudinalement; l'assemblage de tube intérieur comporte une butée d'appui agencée pour pousser sélectivement vers l'avant la section antérieure du tube extérieur; et des moyens sont agencés entre le tube intérieur proprement dit et ladite section antérieure de tube extérieur de façon à ce que cette dernière puisse être entraînée en rotation autour de son axe longitudinal indépendamment dudit tube intérieur, celui-ci pouvant être tenu fixe en rotation par rapport à la formation en cours de carottage.
Par cet agencement du carottier de l'invention, la couronne est poussée par l'assemblage de tube intérieur dans la formation à carotter tant que la section antérieure n'est pas en appui contre l'une ou l'autre des butées d'arrêt. De ce fait, une partie au moins du train de tiges n'est pas soumise à un flambage et est sensiblement moins pressée contre la paroi du puits carotté, par exemple dans un coude de celui-ci, que ce ne serait le cas dans une configuration usuelle de carottier.
Suivant une forme de réalisation préférée du carottier de l'invention, celui-ci comporte pour la mise en rotation de la section antérieure du tube extérieur et de la couronne un moteur monté dans une partie postérieure de l'assemblage de tube intérieur. Des moyens sont alors agencés entre les sections antérieure et postérieure du tube extérieur de façon à ce que l'une puisse être entraînée en rotation autour de son axe longitudinal indépendamment de l'autre. Le stator du moteur peut être fixe en rotation par rapport à la section postérieure du tube extérieur, en cours de carottage, tandis que le rotor du moteur est alors fixé en rotation à la section antérieure de tube extérieur.
Par ces mesures, le train de tiges et la section postérieure du tube extérieur sont nettement moins soumis à de l'usure et à une fatigue due à des contraintes du type par flexions alternées des tubes tournant dans des courbes du puits. De plus, la régularité de la rotation de la couronne ainsi entraînée par le moteur est supérieure à celle que fournirait le train de tiges puisqu'il n'y a pas d'interférence d'un frottement des tiges contre la paroi du puits.
Avantageusement, le stator du moteur peut être maintenu fixe en rotation par rapport à la section postérieure du tube extérieur par au moins un ensemble de cliquet et de rainure longitudinale correspondante. De même, le rotor peut être maintenu fixe en rotation par rapport à la section antérieure du tube extérieur par également au moins un ensemble de cliquet et de rainure longitudinale correspondante. L'un et/ou l'autre des cliquets peut être alors agencé pour entrer en prise dans une rainure correspondante ou s'en libérer automatiquement lorsque l'assemblage de tube intérieur est mis en position de carottage dans le tube extérieur ou en est respectivement retiré. Cette construction permet une mise en place et un retrait des plus aisés de l'assemblage de tube intérieur dans le tube extérieur.
D'autres moyens techniquement équivalents peuvent être mis en oeuvre à la place des ensembles de cliquet et rainure, comme par exemple des cannelures réciproques.
Le moteur est de préférence d'un type actionné par le fluide de carottage, par exemple un moteur PDM (= Positive Displacement Motor = moteur à déplacement positif) ou une turbine connu(e) dans le métier. Dans ce cas, le moteur peut participer aux moyens hydrodynamiques précités, au moins pour la partie dudit fluide qui l'actionne et qui y est donc soumise à une perte de charge.
Un avantage d'un moteur PDM ou surtout d'une turbine est à voir dans sa vitesse de rotation élevée, donc dans une vitesse d'avance intéressante, en particulier dans le cas de roches dures pour lesquelles on utilise de préférence des couronnes de type imprégnées ou à concrétion. Cependant, étant donné le petit diamètre imposé à ce genre de moteur pour pouvoir passer dans le tube extérieur du carottier de l'invention, il peut y avoir lieu d'en choisir un du type rallongé ou à plusieurs étages afin d'obtenir une puissance suffisante à l'endroit de la couronne. Cela ne constitue pourtant pas un handicap puisqu'il y a moyen d'organiser aisément longitudinaiement de la place à cet effet.
Dans un forme de réalisation de l'invention, le carottier peut comporter, pour aider l'assemblage de tube intérieur à descendre dans le tube extérieur, un système de joint monté sur l'assemblage de tube intérieur de façon à fermer sensiblement complètement l'espace annulaire entre cet assemblage et le tube extérieur et à recevoir ainsi, à la manière d'un piston, la pleine pression et le plein débit du fluide de forage. Alors, le système de joint peut comporter au moins deux joints circulaires plats dont le bord externe est découpé en un genre de pétales, les deux joints étant agencés l'un sur l'autre de manière à ce qu'un pétale d'un joint recouvre un intervalle entre deux pétales de l'autre joint.
Le carottier de l'invention est ainsi avantageusement agencé pour fonctionner suivant deux modes. Il y a un mode découplé dans lequel la section antérieure du tube extérieur coulisse librement en cours de carottage par rapport au train de tiges et à la section postérieure, sous la poussée de l'assemblage du tube intérieur, avec les avantages expliqués ci-dessus et l'avantage supplémentaire que des variations dans la progression du train de tiges dans le puits ne sont plus transmises à la couronne de carottage. Il y a aussi un mode couplé dans lequel l'assemblage de tube intérieur tire par l'intermédiaire de butées sur la section postérieure de tube extérieur et donc sur le train de tiges. Au moins une partie du train de tiges étant alors en traction, et cela est avantageux du point de vue de l'usure et du comportement directionnel de l'ensemble complet dans le puits.
D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront des revendications ci-jointes et de la description du carottier de l'invention, donnée ci-après à titre d'exemple non limitatif, en faisant référence aux dessins annexés. La figure 1 montre en coupe axiale un tronçon d'un carottier de l'invention en un endroit d'accrochage des moyens de repêchage de l'assemblage de tube intérieur.
La figure 2 montre une coupe axiale d'un tronçon, du carottier de l'invention, qui suit celui de la figure 1, en s'y raccordant à l'endroit d'un plan transversal l-l, en allant vers la couronne.
La figure 3 montre en coupe axiale, en variante de celui de la figure 1, un autre type de tronçon d'un carottier de l'invention à l'endroit d'accrochage des moyens de repêchage de l'assemblage de tube intérieur. La figure 4 montre une coupe transversale, à l'endroit du plan de coupe IV-IV de la figure 2, vue suivant le sens des flèches.
La figure 5 montre dans une vue en plan un système de joint utilisé dans une forme de réalisation de l'invention.
La figure 6 montre une coupe axiale d'un tronçon, du carottier de l'invention, qui suit celui de la figure 2, en allant vers la couronne.
La figure 7 montre en coupe axiale un tronçon d'un carottier de l'invention en aval de celui de la figure 6 et à l'endroit de la couronne de carottage. La figure 8 montre en coupe axiale une variante de l'extrémité du tronçon de carottier de la figure 7.
Dans les différentes figures, les mêmes références désignent des éléments semblables ou analogues. Le carottier 1 de l'invention comporte, comme cela est connu (figures 1 et 3), un train de tiges 2, un tube extérieur 3 fixé à l'extrémité antérieure du train de tiges 2, en considérant un sens d'avance S du carottier 1 dans une formation 4 (figure 7), une couronne de carottage 5 montée sur une section antérieure 3A du tube extérieur 3, et un assemblage de tube intérieur 8, comportant entre autres le tube intérieur 9 proprement dit. Cet assemblage 8 est prévu pour être descendu dans le tube extérieur 3 et être remonté à la surface à travers le train de tiges 2 et il comporte des moyens hydrodynamiques agencés pour transformer la pression du fluide de carottage circulant dans le train de tiges 2 en une force de poussée dudit assemblage de tube intérieur 8 vers l'avant. Ces moyens hydrodynamiques sont constitués entre autres par les différentes surfaces de l'assemblage de tube intérieur 8 soumises à des pressions différentes que le fluide de carottage présente, tant le long de cet assemblage 8 qu'à ses extrémités, en raison des pertes de charge qui s'y produisent comme cela est connu dans le métier, ces pressions différentes allant en diminuant à mesure que l'on se rapproche de la couronne 5. Ces pertes de charge peuvent être maîtrisées dans l'ensemble et peuvent être réglées par exemple en adaptant un ajutage échangeable 10 (figure 2) approprié dans un conduit 11 parcouru par le fluide.
Suivant l'invention, la section antérieure 3A (figures 6 et 7) du tube extérieur 3 est montée à coulissement axial, limité par des butées d'arrêt réciproques antérieures 12A, 12P (figure 6 ou 7) et postérieures 13A, 13P (figure 7), dans une section postérieure 3P du même tube extérieur 3 et en fait saillie longitudinalement. Les butées 12A et 13A sont fixes par rapport à la section antérieure 3A tandis que les butées 12P et 13P sont fixes par rapport à la section postérieure 3P. Celle-ci peut former une sorte de gaine pour la section antérieure 3A, comme le montre la figure 7. Il va de soi que l'homme de métier peut choisir de disposer les butées d'arrêt 12 A, 12P soit suivant la figure 6 soit suivant la figure 7 soit encore suivant toute autre forme de réalisation correspondante.
En outre, l'assemblage de tube intérieur 8 comporte une butée d'appui 14 agencée pour pousser sélectivement vers l'avant la section antérieure 3A du tube extérieur 3. De plus, des moyens 15 décrits ci-dessous sont agencés entre le tube intérieur proprement dit 9 (destiné à recevoir une carotte) et ladite section antérieure de tube extérieur 3A de façon à ce que cette dernière puisse être entraînée en rotation autour de son axe longitudinal indépendamment dudit tube intérieur 9, celui-ci pouvant être tenu fixe en rotation par rapport à la formation 4, en cours de carottage.
La couronne 5 du carottier 1 peut être entraînée en rotation par l'intermédiaire du tube extérieur 3 et du train de tiges 2. Il est cependant préféré que le carottier 1 comporte un moteur 17 pour la mise en rotation de la section antérieure 3A et de la couronne 5. Dans ce cas, des moyens, par exemple en genre de bagues 18 (figures 6 et 7) de palier de rotation et de coulissement, sont agencés entre ladite section antérieure 3A et la section postérieure 3P du tube extérieur 3, de façon à ce qu'une section puisse être entraînée en rotation, autour de son axe longitudinal, indépendamment de l'autre. Le moteur 17 est avantageusement monté dans une partie postérieure 19 (figure 6) de l'assemblage de tube intérieur 8. Le stator 20 du moteur 17 peut être fixe en rotation par rapport à la section postérieure 3P du tube extérieur 3, en cours de carottage, alors que le rotor 21 de ce moteur 17 est fixé en rotation à la section antérieure 3A du tube extérieur 3. Dans l'assemblage de tube intérieur 8, le tube intérieur 9 proprement dit peut être supporté par le rotor 21 du moteur 17, par l'intermédiaire des moyens 15 qui peuvent être un ensemble de butée à billes 15, pour permettre la rotation indépendante du tube intérieur 9 par rapport au rotor 21.
Le stator 20 du moteur 17 peut être maintenu fixe en rotation par rapport à la section postérieure 3P du tube extérieur 3 (figures 2 et 4) par au moins un ensemble 26 de cliquet 27 et de rainure 28 correspondante. Le cliquet 27 est alors avantageusement agencé pour entrer en prise dans la rainure 28 ou s'en libérer automatiquement lorsque l'assemblage de tube intérieur 8 est mis en position de carottage dans le tube extérieur 3 ou en est respectivement retiré. Trois ensembles 26 peuvent être avantageusement agencés autour de l'axe longitudinal de l'assemblage 8 et du carottier 1. De son côte, le rotor 21 peut être accouplé en rotation à la section antérieure 3A du tube extérieur 3 (figure 6) par au moins un ensemble 31 de cliquet 32 et de rainure 33 correspondante, le cliquet 32 est alors avantageusement agencé pour entrer en prise dans la rainure 33 ou s'en libérer automatiquement lors de la même manoeuvre de mise en position de carottage ou respectivement de retrait que ci-dessus de l'assemblage de tube intérieur 8. Les ensembles 31 peuvent être disposés au nombre de trois, d'une manière semblable à celle des ensembles 26 de la figure 4.
Les cliquets 27 et 32 peuvent comporter des ressorts, des butées et des chanfreins représentés aux figures 2 et 6, afin de faciliter leur introduction dans les rainures 28 et respectivement 33 et leur sortie de celles-ci. Les rainures 28 (figure 4) et 33 peuvent présenter de leur côté une face longitudinale (par exemple 29) en pente pour favoriser une entrée en douceur des cliquets 27 et respectivement 32 dans la rainure appropriée par une rotation de l'assemblage 8 ou respectivement du rotor 21 dans le sens des aiguilles d'une montre dans la section postérieure 3P ou respectivement l'antérieure 3A.
Il peut être prévu sur l'assemblage de tube intérieur 8 et dans le tube extérieur 3 (figure 3) des moyens 34 coopérants d'étranglement du passage du fluide de carottage. Ces moyens d'étranglement 34 sont agencés de manière à être inactifs en cours de carottage normal et de manière à étrangler ledit passage au cas où l'assemblage de tube intérieur 8 est repoussé dans le tube extérieur 3 en sens inverse du sens d'avance S du carottage. A cet effet, ces moyens d'étranglement 34 sont formés par exemple par un bossage annulaire 35 sur l'assemblage de tube intérieur 8 et par un rebord annulaire interne 36 correspondant du tube extérieur 3. Ces moyens d'étranglement 34 sont prévus pour indiquer par exemple une situation anormale au cours du carottage, comme cela est décrit ci-dessous. Le moteur 17 est avantageusement d'un type actionné par le fluide de carottage. Dans ce cas, le moteur 17 peut être agencé dans le système de conduits 39 (figures 2 et 6) de passage de fluide de manière à ce qu'il participe aux moyens hydrodynamiques précités, au moins pour la partie dudit fluide qui l'actionne. Un conduit de dérivation 41 (figure 2) de fluide de carottage peut être prévu dans le système des conduits de fluide 39, entre une entrée 42 et une sortie 43 du moteur 17 pour ce fluide. Alors, d'un côté, on peut équiper l'assemblage de tube intérieur 8 d'une soupape 45 montée, dans le conduit de dérivation 41 , de façon à ce qu'elle puisse coulisser longitudinalement entre deux positions de butée, une antérieure 46 et une postérieure 47 sur ledit assemblage 8. La butée antérieure 46 peut être constituée par exemple, pour une facilité de construction, de deux demi-bagues comme cela est suggéré à la figure 2. D'un autre côté, dans le même conduit de dérivation 41 , la section postérieure 3P du tube extérieur 3 peut être munie d'un siège de soupape 48 qui est fixé à ladite section postérieure 3P, en aval de la soupape 45, et qui est agencé pour coopérer comme suit avec celle-ci.
D'une part, le conduit de dérivation 41 est fermé lorsque la soupape 45 est dans la position de butée postérieure 47 représentée à la figure 2 et est appliquée en même temps contre ledit siège 48 par le poids de l'assemblage de tube intérieur 8 et, le cas échéant, par la pression du fluide sur cet assemblage 8 ou encore lorsque la soupape 45 coulisse sur ce même assemblage 8, entre les positions de butée antérieure 46 et postérieure 47, mais est appliquée en même temps contre ledit siège 48 par la pression du fluide en amont dans le conduit de dérivation 41. Le moteur 17 peut recevoir alors des pression et débit maximaux du fluide de carottage et produire son couple maximum pour l'entraînement de la couronne 5.
D'autre part, le conduit de dérivation 41 est ouvert lorsque la soupape 45 est dans la position de butée antérieure 46 et est écartée en même temps dudit siège 48 par l'effet de l'assemblage de tube intérieur 8 repoussé vers l'amont dans la section postérieure 3P du tube extérieur 3. Le moteur 17 est alors mis en quelque sorte en court-circuit quant au fluide qui l'actionne et n'a dès lors pratiquement plus de couple d'entraînement.
Dans le cas de l'exemple montré à la figure 2, on voit que la butée postérieure 47, la soupape 45 et le siège de soupape 48 forment un arrêt 49 qui positionne longitudinalement, dans le sens d'avance S, l'assemblage 8 susdit dans le tube extérieur 3 et plus précisément dans la section postérieure 3P de celui-ci. Un autre genre d'arrêt peut cependant être mis en oeuvre aux mêmes fins.
Entre un conduit d'alimentation 50 du moteur 17 et un conduit de sortie 51 (figures 2, 6 et 7) du fluide de carottage vers la couronne 5, on peut monter avantageusement une soupape d'obturation 54 agencée pour s'ouvrir en cas de surpression du fluide à l'entrée 42 du moteur 17, cette soupape d'obturation 54 étant de préférence un disque taré 54 qui se perce à une surpression déterminée.
Pour aider l'assemblage de tube intérieur 8 à descendre dans le tube extérieur 3, le carottier 1 de l'invention peut comporter en outre (figures 1 et 3) un système de joint 55 monté sur l'assemblage de tube intérieur 8 de façon à ce qu'en position active, il ferme sensiblement complètement l'espace annulaire 56 entre le tube extérieur 3 et cet assemblage 8 et il reçoit ainsi, à la manière d'un piston, la pleine pression du fluide de carottage. Le système de joint 55 peut comporter au moins deux joints circulaires plats 57 et 58 dont le bord externe 57a, 58a (figure 5) est chaque fois découpé en un genre de pétales 57b, 58b, les deux joints 57, 58 étant agencés l'un sur l'autre de manière à ce qu'un pétale 57b ou 58b d'un joint recouvre un intervalle 58c ou respectivement 57c entre deux pétales de l'autre joint.
L'assemblage de tube intérieur 8 peut avantageusement comporter un manchon 62 disposé en aval du système de joint 55 de manière à être sans action sur celui-ci en cours de descente de l'assemblage de tube intérieur 8 dans le tube extérieur 3 et en cours de carottage, mais de manière à coulisser préalablement vers l'amont sur l'assemblage de tube intérieur 8 lors d'un retrait de celui-ci du tube extérieur 3. Lors de ce coulissement, le manchon 62 entre en prise avec le système de joint 55 et l'écarté alors du tube extérieur 3, dans une position rabattue 55R contre l'assemblage de tube intérieur 8, pour que le fluide puisse à nouveau s'écouler par l'espace annulaire 56, en ayant un effet des plus réduits ou même pratiquement nul sur le système de joint 55 et donc sur ledit assemblage 8.
Il doit être entendu que la présente invention n'est en aucune façon limitée aux formes de réalisation décrites ci-dessus et que bien des modifications peuvent y être apportées sans sortir du cadre des revendications données ci-dessous.
Ainsi, on peut avantageusement équiper le carottier 1 de l'invention d'une sonde 63 disposée dans le tube intérieur proprement dit 9. Un tronçon 64 de cette sonde 63, équipé de moyens de mesures non représentés ni décrits en détails parce que connus de l'homme de métier, fait alors saillie de ce tube intérieur 9 au cours de la descente de l'assemblage de tube intérieur 8 dans le tube extérieur 3 et en position de carottage du tube intérieur proprement dit 9 par rapport au tube extérieur 3 alors que celui-ci est encore à l'écart d'un fond de puits de carottage. La sonde 63 est en outre disposée dans le tube intérieur 9 de façon à pouvoir être repoussée à l'intérieur de celui-ci, au cours d'un carottage, par le fond du puits et ou par le sommet de la carotte. Ce genre de sonde 63 peut comporter des moyens d'enregistrement des mesures effectuées, afin qu'elles puissent être examinées à la surface lorsque l'assemblage 8 a été retiré du puits et que la sonde 63 a été mise en liaison avec des appareils adéquats.
Des modes de fonctionnement du carottier de l'invention sont décrits ci-après à titre d'exemples non limitatifs.
La section antérieure 3A du tube extérieur 3 est introduite dans la section postérieure 3P, par l'arrière, avant de raccorder l'un à l'autre en 66 (figure 6) des tronçons de tube extérieur 3. Elle est agencée de manière à pouvoir y coulisser entre une position de suspension dans la section postérieure 3P, par l'effet réciproque des butées 13A, 13P (figure 7), et une position enfoncée extrême, dans la section postérieure 3P, limitée par l'effet réciproque des butées 12A, 12P (figure 6 ou 7). La couronne 5 peut être montée alors sur la section antérieure 3A. Le tube extérieur 3 ainsi équipé peut être fixé au train de tiges 2 (figure 1 ou 3) et être descendu dans un puits à carotter.
L'assemblage de tube intérieur 8 peut être descendu dans le tube extérieur 3, suivant la technique connue dite du wire-line, le cas échéant à l'aide d'un dispositif d'accrochage 67 (figure 1 ou 3) connu que l'assemblage 8 comporte. Du fluide de carottage envoyé à ce moment sous pression dans le tube extérieur 3 peut prendre appui sur le système de joint 55 afin d'aider à la descente de l'assemblage de tube intérieur 8, surtout si le tube extérieur 3 ne suit pas seulement une verticale mais prend une forte inclinaison par rapport à celle-ci, même jusqu'à l'horizontale. L'assemblage de tube intérieur 8 peut descendre ainsi jusqu'à venir en butée (figure 2) contre l'arrêt 49 précité. De préférence, dans cette position à butée, ledit assemblage 8 est en même temps en appui, en cours de carottage, contre la butée d'appui 14 (figure 6) par laquelle il peut agir sur la section antérieure 3A.
A ce moment, on force le dispositif d'accrochage 67 à enfoncer suivant le sens S une barre de liaison 68 (figure 1 ou 3) dans ledit assemblage 8, en faisant se briser une goupille d'immobilisation 69, jusqu'à ce qu'une face 70P d'un évidement 70 de la barre 68 vienne en appui contre une broche d'arrêt 71. Suite à la course ainsi parcourue de la barre 68, des canaux 72 et 73, isolés l'un de l'autre jusque là par des joints 74, sont mis en communication et du fluide de carottage peut s'écouler à partir de ce moment depuis l'intérieur du train de tiges 2, par l'espace annulaire 75 et les canaux 72, 73 dans un conduit 76 (figure 1 ou 3, et figure 2) creusé dans la barre de liaison 68, dans des conduits 77, jusqu'à la couronne 5. Sur ce trajet, le fluide subit depuis au moins l'extrémité supérieure de l'assemblage de tube intérieur 8 jusqu'à sa sortie de la couronne 5 une perte de charge utilisable. Dans un mode de fonctionnement, la section antérieure 3A est entraînée en rotation par la section postérieure 3P par des moyens, non représentés mais connus de l'homme de métier, qui permettent le coulissement précité. En début de carottage, la couronne 5 peut, le cas échéant, repousser partiellement dans la section postérieure 3P la section antérieure 3A, jusqu'à ce que celle-ci soit en appui contre la butée d'appui 14 de l'assemblage de tube intérieur 8. L'assemblage 8, soumis à la pression du fluide, offre à la section antérieure 3A une résistance déterminée par cette pression qui dépend entre autres de la perte de charge produite par l'ajutage 10. D'un côté, en cours de carottage, ladite section antérieure
3A, poussée en avant par l'assemblage 8 soumis à la pression du fluide, peut être poussée au maximum hors de la section postérieure 3P (figure 7) contre la formation à carotter, les butées 13A et 13P n'étant pas nécessairement l'une contre l'autre (cela dépendant des positions relatives de celles-ci et de l'arrêt 49). Déjà avant d'atteindre cette première situation extrême, un freinage de l'avance du train de tiges 2 à la surface peut provoquer une retenue de l'avance de la couronne 5 dans la formation par l'action de l'arrêt 49 sur l'assemblage 8. Avantageusement alors, le train de tiges 2 est au moins partiellement en traction et donc tenu plus droit, même à l'horizontale, que ce n'est usuellement possible lorsqu'il est complètement en compression et sujet de ce fait à un flambage. De plus, la couronne 5 reçoit dans ces conditions un poids nettement plus régulier qu'avec un train de tiges en situation de flambage et soumis à des frottements importants contre la paroi du puits. La couronne 5 peut donc progresser avec davantage de régularité dans la formation 4. Tout cela favorise entre autres l'aptitude à diriger correctement la couronne 5.
Si au contraire, la section antérieure 3A était repoussée au maximum dans la section postérieure 3P, à rencontre de la pression sur l'assemblage 8, les butées 12A, 12P (figure 6 ou 7) entrant en contact, on pourrait obtenir une seconde situation extrême dans laquelle une avance du train de tiges 2 pourrait forcer la pénétration de la couronne 5 dans la formation 4.
D'un autre côté, en cours de carottage, la section antérieure 3A peut être maintenue dans la section postérieure 3P, par la pression sur l'assemblage 8, dans des positions dans lesquelles les butées réciproques 12A, 12P d'une part et 13A, 13P d'autre part ne sont pas en contact respectif. Si de plus l'assemblage 8 n'est pas à butée contre la soupape 45 mais que cette dernière est maintenue contre son siège 48 par une pression de fluide en amont supérieure à celle en aval, on obtient ce que l'on peut appeler un mode de fonctionnement découplé. Les sections antérieure 3A et postérieure 3P du tube extérieur 3 peuvent alors coulisser l'une par rapport à l'autre sous l'effet de la pression sur l'assemblage 8. Dans ce cas, même si le train de tiges 2 n'avance que par à-coups, par exemple à la suite d'un collage temporaire aux parois du puits et/ou à la suite de courbes entre des tronçons verticaux et horizontaux du puits, la section antérieure 3A peut progresser de son côté de manière régulière, en fonction uniquement de l'action de la couronne 5 dans la formation 4 au cours du carottage. L'assemblage 8, la section antérieure 3A et la couronne 5 peuvent ainsi se déplacer longitudinalement dans un sens ou dans l'autre, par rapport au reste du train de tiges 2, selon que la vitesse du train de tiges 2 est inférieure ou supérieure à celle de la couronne 5 dans la formation 4, et cela peut être réglé depuis la surface en agissant sur le train de tiges 2.
Si à présent l'assemblage 8 est repoussé davantage dans le tube extérieur 3, la butée antérieure 46 que porte l'assemblage 8 entre en contact avec la soupape 45 et peut pousser celle-ci à l'écart du siège de soupape 48. De ce fait, le fluide qui jusqu'alors ne pouvait passer que par le conduit 50 (figure 2) et l'ajutage 10 peut à présent passer aussi entre la soupape 45 et son siège 48, et cela réduit considérablement la perte de charge dans le carottier 1 , donc la pression appliquée sur l'assemblage 8 et par conséquent la force exercée par la couronne 5 sur la formation 4. Le carottier 1 de l'invention est ainsi mis pratiquement automatiquement hors service en cas d'effort exagéré à fournir, et cela au bénéfice de ses constituants, par une action directe à l'endroit de ceux-ci au fond du puits.
Si la variante suivant la figure 3 est mise en application, on peut obtenir un autre type de signalisation d'un processus de fonctionnement du carottier 1 de l'invention. Dans ce cas, lorsque l'assemblage de tube intérieur 8 est repoussé vers l'amont, que ce soit par une carotte qui se bloque dans le tube intérieur 9 (figure 7) et qui continue à être découpée par la couronne 5 ou que ce soit parce que la section antérieure 3A est repoussée dans la section postérieure 3P, on obtient ce qui suit à l'endroit des moyens coopérants d'étranglement 34 (figure 3). A mesure que l'assemblage 8 est repoussé dans le tube extérieur 3, le bossage annulaire 35 prévu sur l'assemblage 8 se rapproche du rebord annulaire 36 du tube extérieur 3 et de ce fait, le passage du fluide y est étranglé. Ceci provoque, en amont des moyens 34, une augmentation de la pression du fluide, que les opérateurs peuvent constater et interpréter. Ceci peut accentuer en plus la force résultante sur au moins l'assemblage 8 et éventuellement sur la section antérieure 3A et sur la couronne 5 mais on peut alors limiter cette force depuis la surface en agissant directement sur le débit de fluide ou, de préférence, sur l'avance du train de tiges 2.
Lorsque la section antérieure 3A et la couronne 5 ne sont pas entraînées en rotation par la section postérieure 3P mais par un moteur 17 agencé dans le carottier 1 de l'invention comme cela est décrit ci-dessus, on peut obtenir un autre mode de fonctionnement. En cours de carottage, le moteur 17 est alimenté par du fluide arrivant du train de tiges 2 et parcourant successivement (figure 1 ou 3) l'espace annulaire 56, les canaux 72 et 73, le conduit 76, les conduits 77 (figure 2), le conduit 11 et par exemple l'ajutage 10 disposé à l'entrée 42 du moteur 17. Le fluide quitte alors le moteur 17 par sa sortie 43 (figure 6) et est amené par divers conduits 51 jusqu'à la couronne 5. On peut constater que l'on profite avantageusement de la butée interne du moteur 17 (entre les stator 20 et rotor 21) pour transmettre à la section antérieure 3A les forces de poussée de la pression du fluide sur l'assemblage 8 et dans le moteur 17, puisque ces forces sont transmises précisément par le stator 20 et le rotor 21. Les butées internes des moteurs connus sont en effet à même de supporter les forces nécessaires à cet effet.
On notera que, bien que le train de tiges 2 ne doive pas faire tourner la couronne 5, il peut être mis en rotation à vitesse réduite afin par exemple d'éviter un collage du train 2 à la paroi du puits. Si, pour un quelconque motif connu de l'homme de métier, la couronne 5 et/ou la section antérieure 3A opposent un couple résistant excessif au moteur 17, cela fait augmenter la pression en amont de celui- ci. Le disque taré 54 peut alors se percer lorsque la pression y atteint une valeur limite de sécurité pour le moteur 17, et le fluide est dévié de l'entrée 42 du moteur 17 vers le conduit 51 et la sortie à l'endroit de la couronne 5, et le moteur 17 s'arrête.
Si d'un autre côté la section antérieure 3A est repoussée pour une cause quelconque dans la section de tube extérieur 3P au point que la soupape 45 (figure 3) quitte le siège de soupape 48, le fluide qui arrive des conduits 77 peut s'échapper entre la soupape 45 et le siège 48 vers le conduit 51. Le moteur 17 est ainsi pratiquement déchargé de toute pression de fluide puisque celle-ci est à ce moment sensiblement égale des côtés de l'entrée 42 et de la sortie 43 du moteur 17, de sorte qu'au moins le moteur 17 et la couronne 5 ne sont plus soumis à des couples qui pourraient leur être préjudiciables.
Si l'assemblage de tube intérieur 8 est repoussé vers l'amont dans le tube extérieur 3, que ce soit par l'effet d'une carotte qui s'y coince ou par l'effet de la section antérieure 3A de tube extérieur qui pousse contre la butée d'appui 14, les moyens d'étranglement 34 (figure 3) peuvent entrer en action et, en étranglant le passage du fluide, provoquer une augmentation sensible de la pression en amont de ces moyens 34. Cette augmentation de pression provoque l'avertissement expliqué ci-dessus et l'opérateur peut à nouveau régler en conséquence le débit de fluide et/ou l'avance du train de tiges 2. Comme on l'a vu, trois protections différentes du moteur 17 et de la couronne 5 peuvent être prévues simultanément ou séparément ou encore selon n'importe quelle combinaison de deux d'entre elles.
Si l'on souhaite remonter l'assemblage de tube intérieur 8, on le saisit de manière usuelle par le dispositif d'accrochage 67 (figure 1 ou 3) et l'on tire sur celui-ci en direction de la surface. Cela provoque un coulissement de la barre de liaison 68 jusqu'à ce qu'une face 70A de l'évidement 70 vienne en appui contre la broche d'arrêt 71 fixée à l'assemblage 8. Pendant ledit coulissement, la barre de liaison 68 tire avec elle le manchon 62, par l'intermédiaire de broches 79 (figure 2), et celui-ci vient écarter du tube extérieur 3 le système de joint 55, jusqu'à le rabattre contre l'assemblage 8, par exemple dans la position représentée en 55R. De ce fait, le fluide présent dans le tube extérieur 3 ne fait pratiquement plus obstacle à la remontée de l'assemblage de tube intérieur 8. De plus, le fluide peut encore s'échapper à cet effet, le cas échéant, par des canaux 80 (figure 1 ou 3), non encore décrits, mis en regard à ce moment avec les canaux 72 par le coulissement de la barre de liaison 68 vers l'amont, dans l'assemblage 8.
LEGENDE DES FIGURES
S sens d'avance de carottage
1 carottier
2 train de tiges 3 tube extérieur
3A section antérieure de 3
3P section postérieure de 3
4 formation
5 couronne de carottage 8 assemblage de tube intérieur
9 tube intérieur proprement dit
10 ajutage échangeable
11 conduit
12A butée d'arrêt antérieure sur 3A 12P butée d'arrêt antérieure sur 3P
13A butée d'arrêt postérieure sur 3A
13P butée d'arrêt postérieure sur 3P
14 butée d'appui
15 moyens/ensemble de butée à billes 17 moteur
18 moyens/bagues de rotation/coulissement
19 partie postérieure de 9
20 stator
21 rotor 26 ensemble de cliquet et de rainure
27 cliquet
28 rainure
29 face longitudinale en pente de 28 31 ensemble de cliquet et de rainure 32 cliquet
33 rainure
34 moyens coopérants d'étranglement bossage annulaire de 9 rebord annulaire interne de 3 système de conduits de fluide surface externe de 17 conduit de dérivation entrée de 17 sortie de 17 soupape (position de) butée antérieure sur 9 (position de) butée postérieure sur 9 siège de soupape arrêt de 9 conduit d'alimentation conduit de sortie soupape d'obturation/ disque taré système de joint, position active R système de joint, position rabattue espace annulaire joint a bord externe de 57 b pétales de 57 c intervalles de 57 joint a bord externe de 58 b pétales de 58 c intervalles de 58 manchon sonde tronçon de 63 endroit de raccord de tronçons de 3 dispositif d'accrochage barre de liaison goupille d'immobilisation évidement A face antérieure de 70 P face postérieure de 70 broche d'arrêt canal canal joint espace annulaire conduit conduits broches de liaison entre 62 et 68 canal

Claims

REVENDICATIONS
1. Carottier, en particulier pour de la prospection pétrolière, comportant :
- un train de tiges (2), - un tube extérieur (3) fixé à l'extrémité antérieure du train de tiges (2), en considérant un sens d'avance (S) du carottier (1) dans une formation (4),
- une couronne de carottage (5) montée sur une section antérieure (3A) du tube extérieur (3), et - un assemblage de tube intérieur (8) monté dans le tube extérieur (3), de manière à pouvoir être remonté à la surface à travers le train de tiges (2), et comportant des moyens hydrodynamiques agencés pour transformer une pression de fluide de carottage circulant dans le train de tiges (2) en une force de poussée dudit assemblage de tube intérieur (8) vers l'avant du carottier (1), caractérisé en ce que :
- la section antérieure (3A) du tube extérieur (3) est montée à coulissement axial, limité par des butées d'arrêt antérieures (12A, 12P) et postérieures (13A, 13P), dans une section postérieure (3P) du même tube extérieur (3) et en fait saillie longitudinalement,
- l'assemblage de tube intérieur (8) comporte une butée d'appui (14) agencée pour pousser sélectivement vers l'avant la section antérieure (3A) du tube extérieur (3),
- des moyens (15) sont agencés entre le tube intérieur (9) proprement dit et ladite section antérieure (3A) de tube extérieur de façon à ce que cette dernière puisse être entraînée en rotation autour de son axe longitudinal indépendamment dudit tube intérieur (9), celui-ci pouvant être tenu fixe en rotation par rapport à la formation (4) en cours de carottage.
2. Carottier suivant la revendication 1 , caractérisé en ce que :
- il comporte un moteur (17) pour la mise en rotation de la section antérieure (3A) de tube extérieur et de la couronne (5), - des moyens (18) sont agencés entre ladite section antérieure (3A) et la section postérieure (3P) du tube extérieur (3) de façon à ce que l'une puisse être entraînée en rotation autour de son axe longitudinal indépendamment de l'autre,
- le moteur (17) est monté dans une partie postérieure (19) de l'assemblage de tube intérieur (8),
- le stator (20) du moteur (17) est fixe en rotation par rapport à la section postérieure (3P) du tube extérieur (3), en cours de carottage, et
- le rotor (21) du moteur (17) est fixé en rotation à la section antérieure (3A) de tube extérieur, en cours de carottage.
3. Carottier suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le tube intérieur (9) proprement dit est supporté par le rotor (21) du moteur (17) par l'intermédiaire d'un ensemble de butée à billes (15).
4. Carottier suivant l'une ou l'autre des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le stator (20) est maintenu fixe en rotation par rapport à la section postérieure (3P) du tube extérieur (3) par au moins un ensemble (26) de cliquet (27) et de rainure (28) correspondante, le cliquet (27) étant avantageusement agencé pour entrer en prise dans la rainure (28) ou s'en libérer automatiquement lorsque l'assemblage de tube intérieur (8) est mis en position de carottage dans le tube extérieur (3) ou en est respectivement retiré.
5. Carottier suivant l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le rotor (21) est maintenu fixe en rotation par rapport à la section antérieure (3A) du tube extérieur (3) par au moins un ensemble (31) de cliquet (32) et de rainure (33) correspondante, le cliquet (32) étant avantageusement agencé pour entrer en prise dans la rainure (33) ou s'en libérer automatiquement lorsque l'assemblage de tube intérieur (8) est mis en position de carottage dans le tube extérieur (3) ou en est respectivement retiré.
6. Carottier suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il est prévu sur l'assemblage de tube intérieur (8) et dans le tube extérieur (3) des moyens (34) coopérants d'étranglement du passage du fluide de carottage, ces moyens d'étranglement (34) étant agencés de manière à être inactifs en cours de carottage normal et de manière à étrangler ledit passage au cas où l'assemblage de tube intérieur (8) est repoussé dans le tube extérieur (3) en sens inverse du sens d'avance (S) du carottage.
7. Carottier suivant l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que le moteur (17) est d'un type actionné par le fluide de carottage.
8. Carottier suivant la revendication 7, caractérisé en ce que le moteur (17) participe aux moyens hydrodynamiques précités, au moins pour la partie dudit fluide qui l'actionne.
9. Carottier suivant l'une ou l'autre des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que :
- il comporte un conduit de dérivation (41) de fluide de carottage, branché entre une entrée (42) et une sortie (43) du moteur (17) pour ce fluide,
- l'assemblage de tube intérieur (8) comporte dans le conduit de dérivation (41) une soupape (45) montée de façon à pouvoir coulisser longitudinalement entre deux positions de butée, une antérieure (46) et une postérieure (47), et
- la section postérieure (3P) du tube extérieur (3) comporte dans le conduit de dérivation (41) un siège de soupape (48) fixé à ladite section postérieure (3P), en aval de la soupape (45), et agencé pour coopérer avec celle-ci
* de manière à fermer le conduit de dérivation (41) lorsque la soupape (45), dans la position de butée postérieure (47), est appliquée contre ledit siège (48) par l'assemblage de tube intérieur (8) et lorsque la soupape (45), entre les positions de butée antérieure (46) et postérieure (47), est appliquée contre ledit siège (48) par la pression du fluide en amont dans le conduit de dérivation (41), et
* de manière à ouvrir le conduit de dérivation (41) lorsque la soupape (45), dans la position de butée antérieure (46), est écartée dudit siège (48) par l'effet de l'assemblage de tube intérieur (8) repoussé vers l'amont dans la section postérieure (3P) du tube extérieur (3).
10. Carottier suivant l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte entre un conduit d'alimentation (50) du moteur (17) et un conduit de sortie (51) du fluide de carottage une soupape d'obturation (54) agencée pour s'ouvrir en cas de surpression à l'entrée (42) du moteur (17), cette soupape (54) étant avantageusement un disque taré (54) qui se perce à la surpression.
11. Carottier suivant l'une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisé en ce qu'il comporte, pour aider l'assemblage de tube intérieur (8) à descendre dans le tube extérieur (3), un système de joint
(55) monté sur l'assemblage de tube intérieur (8) de façon à fermer sensiblement complètement l'espace annulaire (56) entre cet assemblage (8) et le tube extérieur (3) et à recevoir ainsi, à la manière d'un piston, la pression du fluide de forage.
12. Carottier suivant la revendication 11 , caractérisé en ce que le système de joint (55) comporte au moins deux joints circulaires plats (57, 58) dont le bord externe (57a, 58a) est découpé en un genre de pétales (57b, 58b), les deux joints (57, 58) étant agencés l'un sur l'autre de manière à ce qu'un pétale (57b, 58b) d'un joint recouvre un intervalle (58c, 57c) entre deux pétales de l'autre joint.
13. Carottier suivant l'une ou l'autre des revendications 11 et 12, caractérisé en ce que l'assemblage de tube intérieur (8) comporte un manchon (62) disposé en aval du système de joint (55), de manière à être sans action sur celui-ci en cours de descente de l'assemblage de tube intérieur (8) dans le tube extérieur (3) et en cours de carottage, mais de manière à coulisser préalablement vers l'amont sur l'assemblage de tube intérieur (8) lors d'un retrait de celui-ci du tube extérieur (3) et à écarter alors le système de joint (55) du tube extérieur (3).
14. Carottier suivant l'une quelconque des revendications 9 à 13, caractérisé en ce qu'il est agencé pour fonctionner suivant deux modes dans lesquels les sections antérieure (3A) et postérieure (3P) peuvent coulisser l'une dans l'autre et dans lesquels la soupape (45) est appliquée contre le siège de soupape (48) :
- un mode couplé dans lequel en outre l'assemblage de tube intérieur (8) est appliqué à butée contre la section postérieure (3P), dans le sens d'avance de carottage (S), par la pression de fluide et dans lequel la section antérieure (3A) peut venir à butée contre l'assemblage de tube intérieur (8) dans le sens opposé au sens d'avance (S), et
- un mode découplé, dans lequel en outre la section antérieure (3A) repousse, en sens inverse du sens d'avance (S) précité, l'assemblage de tube intérieur (8) à l'écart de la position en butée contre la section postérieure (3P).
15. Carottier suivant l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce qu'il comporte dans le tube intérieur (9) proprement dit une sonde (63) disposée de manière à ce qu'un tronçon (64) de celle-ci, équipé de moyens de mesures, fasse saillie de ce tube intérieur (9) au cours de la descente de l'assemblage de tube intérieur (8) dans le tube extérieur (3) et en position de carottage du tube intérieur
(9) proprement dit par rapport au tube extérieur (3), celui-ci étant à l'écart d'un fond de puits de carottage, et de manière à ce que la sonde (63) puisse être repoussée à l'intérieur du tube intérieur (9) proprement dit au cours d'un carottage par le fond du puits et/ou par le sommet de la carotte.
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