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EP0874947B1 - Procede de carottage et carottier pour sa mise en oeuvre - Google Patents

Procede de carottage et carottier pour sa mise en oeuvre Download PDF

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Publication number
EP0874947B1
EP0874947B1 EP97900512A EP97900512A EP0874947B1 EP 0874947 B1 EP0874947 B1 EP 0874947B1 EP 97900512 A EP97900512 A EP 97900512A EP 97900512 A EP97900512 A EP 97900512A EP 0874947 B1 EP0874947 B1 EP 0874947B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
piston
core
fluid
internal space
inner barrel
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP97900512A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP0874947A1 (fr
Inventor
Philippe Fanuel
Rune Holt
Cor Kenter
Marco Brignoli
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Halliburton Energy Services Inc
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.)
Filing date
Publication date
Application filed by Halliburton Energy Services Inc filed Critical Halliburton Energy Services Inc
Publication of EP0874947A1 publication Critical patent/EP0874947A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP0874947B1 publication Critical patent/EP0874947B1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • E21B25/08—Coating, freezing, consolidating cores; Recovering uncontaminated cores or cores at formation pressure
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a coring process, in particular in the field oil tanker, comprising a coring proper in the by means of a core barrel comprising at least one inner tube, an outer tube and a crown.
  • the object of the present invention is to solve this problem and to provide a coring process which preserves carrots obtained in these formations from characteristics as close as possible to those formations in the state they were in before coring.
  • the coring process of the invention includes the features of claim 1.
  • the above corer includes the features of claim 5.
  • Figure 1 shows schematically in longitudinal section, broken, one end anterior of a core barrel, according to an embodiment of the invention, during coring.
  • Figure 2 shows schematically, in longitudinal section, broken, one end anterior of another embodiment of the core barrel of the invention, in a position ready for coring.
  • Figure 3 shows schematically in longitudinal section, with broken edges, the core barrel of the figure 1 or 2 at the place of the tube connection inside and outside.
  • Figure 4 shows schematically in longitudinal section, broken, anterior end of another embodiment of the invention, in a position ready for coring.
  • Figure 5 shows schematically in longitudinal section, with broken edges, the core barrel of the Figure 4 at the location of the inner tube connection and exterior, according to one embodiment.
  • Figure 6 shows schematically in longitudinal section, with broken edges, the core barrel of the Figure 4 at the location of the inner tube connection and exterior, according to another embodiment.
  • the core barrel 1 according to the invention and illustrated as an example in the drawings is intended coring, for example in the field of prospecting petroleum or natural gas.
  • the aforementioned core barrel 1 further includes elastically compressible means 13, arranged in connection with the internal space 6 so to be able to accumulate and restore energy from, pressurization of the introduced fluid. This bet under pressure can result from at least one compression of this fluid by the action of the piston 8 pushed into the internal space 6 as the core 7 enters it.
  • elastically compressible means 13 could be constituted for example by a chamber (not shown) filled with a compressible gas.
  • the core barrel 1 comprises further means 14 for adjusting a fluid leak introduced.
  • These adjustment means 14 are arranged so that fluid introduced into the internal space 6 can escape as the carrot 7 grows there piston 8 and so that depending on the leak regulated for example by an orifice of reduced section, the pressure of the fluid introduced into the internal space 6 increases to a value corresponding to a force of substantially axial compression F applied by the piston 8 on the top 7A of the core 7, this force F being between selected limits notably in depending on the material of the carrot 7.
  • the elastically compressible means 13 preferably include, on the opposite side 15 of the piston 8 compared to core 7 (during core drilling), a auxiliary piston 16 and, between it and piston 8, a compressible elastic element 17 which is advantageously a compression spring 17.
  • the auxiliary piston 16 is arranged to slide in space internal 6 and preferably present at least one seal annular 18 for its tightness with respect to the wall of the inner tube 5.
  • a face 19 of the auxiliary piston 16, facing towards the bottom 10 is intended to receive the above pressure and is sized to provide the minus part of the force F applied to the vertex 7A of the carrot 7. If necessary, the additional part of force F can come from a face 20 of the piston 8 facing the bottom 10 of the inner tube 5.
  • the piston 8 may have, on the bottom side 10, a rod 23 coaxial with the inner tube 5 and the auxiliary piston 16 may have an annular shape and be slidably mounted on the coaxial rod 23. This may include stop means 24 located at the distance from the piston 8 and determining an extreme position remote from the auxiliary piston 16 relative to the piston 8. At least one annular seal 25 can be arranged between the auxiliary piston 16 and the coaxial rod 23 to prevent fluid from escaping internal space control 6.
  • the spring 17 can be mounted around the coaxial rod 23 as shown Figures 1, 2 and 4.
  • the piston 8 may include the means for leakage setting 14 and channels 27 associated therewith and arranged to link the internal space 6, for the fluid, with the top 7A of the carrot and, at from there, with an annular gap 28 between the carrot 7 being formed (figure 1) and the tube interior 5 by means of these adjustment means leak 14.
  • the leakage adjustment means 14 of the Figure 1 include a ball 29 pressed against a seat valve 30 by a compression spring 31 whose force on ball 29 can be adjusted by a set of screw and nut 32, so as to obtain pressure desired in the internal space 6 before a leak of fluid takes place, and therefore a compressive force desired on vertex 7A.
  • a cap 33 protects the adjustment assembly 32.
  • the leakage adjustment means 14 of the Figure 2 have a calibrated or adjustable spring 31 by the use of thicknesses 34.
  • the channels 27 consist of an axial duct 27A upstream of the ball 29 with respect to the direction of exit of the fluid to the opening of the ball 29 and, downstream thereof, of a or of radial conduits 27B opening into a conduit annular 27C which is connected to one or more conduits radials 27D opening to the outside of the piston 8.
  • the piston 8 can be made so that coring start position (figure 2), it presents a portion 38 which protrudes from the crown 3. This portion 38 has the front end 39 of the piston 8 intended to cooperate with the top 7A of the carrot. At the location of this end 39 it can be provided in the piston 8, for the means for introducing fluid in the interior space 6, a filling orifice 40 provided for example with a ball and a spring non-return valve 41, a pipe 42 connected to the orifice of filling 40 and passing through the piston 8 in the form a radial pipe 42A, an annular pipe 42B, one or more longitudinal pipes 42C and one or more radial lines 42D opening for example in the axial duct 27A and, at through the rod 23, in the internal space 6.
  • a filling orifice 40 provided for example with a ball and a spring non-return valve 41
  • a pipe 42 connected to the orifice of filling 40 and passing through the piston 8 in the form a radial pipe 42A, an annular pipe 42B
  • a screw 43 can be used to plug the filling port 40 so to protect it.
  • a radial position (figure 2) of this orifice 40 is favorable for example because then a filling means (not shown), used for inject fluid into at least part of the space internal 6, screwed on the orifice 40 does not tend to turn the piston 8 in the internal space during this screwing.
  • the fluid introduced into the internal space 6 ( Figures 1 to 3) before coring may be different who can be sent during the coring, to from a surface tank (not shown), at through the usual nozzles 44 of the crown 3 by through a longitudinal pipe 45 annular formed between the inner tube 5 and the tube exterior 2.
  • the fluid thus injected into space internal 6 can be chosen for example for its properties carrot protection and / or lubrication 7 in progress and penetration in this internal space 6.
  • the core barrel 1 of the invention can also include (Figure 3), on the bottom side 10 of the inner tube 5 or internal space 6, a safety valve 46 arranged for example so as to open for bleed air from internal space 6 to time of filling it or to limit to a maximum pressure chosen that prevails during the filling or during coring or also after this one.
  • the embodiment of Figure 3 is such that during filling, only the strength of a valve spring holds it against its seat while during coring, the fluid pressure core drilling sent via the longitudinal pipe 45 adds, by its action on the valve 46, a force important to that of the spring.
  • the valve security 46 When the valve security 46 is open, it connects the internal space 6 and a space or pipe 45 between the outer 2 and inner 5 tubes.
  • Figure 3 also shows means of link 47 arranged so that the inner tube 5 is carried coaxially by the outer tube 2 and can rotate independently of it around their axis longitudinal 48 joint.
  • the connecting means 47 are also arranged to guide towards the pipeline longitudinal 45 the coring fluid from the tank located on the ground surface.
  • the coring method of the invention can now be explained using the core barrel 1 of the invention which comprises at least the inner tube 5, the outer tube 2 and the crown 3.
  • the method of the invention comprises in in addition, during at least most of the core drilling, application of a compressive force F substantially axial on the top 7A of the carrot being training.
  • This compressive force F is included between limits chosen in particular according to the core material 7.
  • This compressive force F is preferably deleted after completing the coring and at the latest just before taking out the core 7 of the inner tube 5.
  • the compression force F is produced by installing in the internal space 6 of the inner tube 5 the piston 8 of which a face 8A can be placed on the top 7A of the carrot 7, preferably by means of an element 49 by elastic example, absorbing irregularities of apex surface 7A.
  • the fluid thus introduced into the internal space 6 is practically under pressure from the environment of the crown 3 (outside and in the coring hole).
  • the piston 8 As the core 7 enters the inner tube 5, it pushes the piston 8 which consequently compresses the fluid at a pressure within a pressure range chosen, determined for example by a calibrated leak fluid through the leakage adjusting means 14.
  • the fluid compressed in the internal space 6 acts on the face 19 of the auxiliary piston 16 and slides this one along the rod 23 and compresses by this movement spring 17 to accumulate energy and to push the piston 8 against the core 7 at the same time.
  • the fluid pressure can also act on a part from the face 20 of the rod 23 so as to help push the piston 8 against the carrot 7.
  • the one included in the hollow of the rod 23 repels ball 29, from a pressure threshold (calibrated leak 14) and can flow through channels 27 in longitudinal grooves 52 around the periphery of the piston 8. From there, the fluid can partly go back along the spring 17 and, for the most part, be pushed to the top 7A of carrot 7 and into interstice 28 and beyond it, so that coat and / or lubricate the carrot 7 as it is made and that it enters the inner tube 5. Excess fluid from the internal space 6 can mix with the fluid leaving the nozzles 44 and be evacuated through the latter.
  • Figures 4 to 6 show another form for making the core barrel 1 of the invention.
  • a tube median 53 possibly in several sections, is arranged coaxially between the outer tubes 2 and interior 5.
  • a first annular longitudinal channel 54 is then formed by a space between the outer tubes 2 and median 53 and it connects for coring the nozzles 44 of the crown 3 and a conduit 55 for coring fluid supply from the tank above ground.
  • a second longitudinal channel annular 56 is formed by a space between the median tubes 53 and interior 5 and is in communication for fluid, for example through splines 57, on the one hand with the bottom 10 of the tube interior 5 and, on the other hand, (at the anterior end 4) with the circumference of the carrot 7 near the exit 57A splines 57.
  • FIGS. 4 to 6 presents, compared to that of the previous figures, the advantage that the coring fluid which must escape from internal space 6 cannot be prevented by obstruction of the annular space 28 between the core 7 and the inner tube 5 unlike what might be the case in the embodiment of Figure 1.
  • the leakage adjusting means 14 are arranged in said communication for the fluid between the bottom 10 and the second longitudinal channel 56.
  • the piston 8 can consequence be simplified and include only the means for introducing fluid 9.
  • the leakage adjusting means 14 can also be used as a safety valve 46 with leak through the same longitudinal channel 56.
  • the embodiment of Figure 6 differs from that of figure 5 by the fact that the safety valve 46 is separated from the adjusting means leakage 14.
  • the channels 27 are also in communication with a room 58 and, from there, through the valve safety 46 (thus located downstream of the adjustment means leak 14 for fluid leaving the internal space 6), with one or more radial conduits 59 in communication for the fluid with the longitudinal channel 54.
  • an obstruction prevents the fluid from leaving the second longitudinal channel 56 at the anterior end 4, this one can escape, by the safety valve 46, by the first longitudinal channel 54 and by the nozzles 44, with the coring fluid from the supply pipe 55.
  • a pressure relief means 60 towards the open air for example in the form of a needle screw 60, arranged so that it can be actuated by an operator when the inner tube 5 (FIG. 3) or, if necessary, this and the middle tube 53 fixed one to the other (as shown then in the figure 6) is or respectively are at least partially removed of the outer tube 2, after coring, so take out the finished core 7. So a pressure residual fluid blocked in the internal space 6 between the carrot 7, the bottom 10 and the pressed ball 29 by spring 31 can be removed using this medium 60 before releasing and removing the carrot 7 from internal space.
  • another needle screw 61 is provided to eliminate a prevailing fluid pressure, before removing from inner tube 5 the core 7, in the chamber 58, the conduits 27 and the second longitudinal channel 56 at the following a blockage thereof.
  • the skilled person is able to calculate, according to their interactions, the springs to use and depending on operating pressures reigning in a core hole and in the coring sent from the ground, the pressures to be produced in the core barrel 1 of the invention.
  • the corer 1 of the invention can be fitted with a blocking system 62 with a frustoconical ring split, known in the art and schematically in the Figures 1, 2 and 4.
  • conduits, channels, conduits, pipes, grooves, grooves, etc. aforementioned may have different forms of those given above by way of example.

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Description

La présente invention se rapporte à un procédé de carottage, en particulier dans le domaine pétrolier, comprenant un carottage proprement dit au moyen d'un carottier comportant au moins un tube intérieur, un tube extérieur et une couronne.
Il est apparu qu'en cours de carottage, et/ou au cours d'une certaine période de temps après celui-ci, certaines formations à carotter ont tendance à perdre une partie plus ou moins importante de leurs caractéristiques d'origine, en particulier mécaniques. Par exemple, leur cohésion peut être plus ou moins altérée. Dans ce cas, il peut même arriver qu'une partie de la carotte soit complètement détruite pendant le carottage. On perd alors au moins une partie des informations que l'on espérait obtenir au moyen de l'opération. Dans d'autres cas, les formations peuvent avoir tendance à se dissocier en couches superposées séparées, qui présentent alors l'aspect d'une pile d'assiettes et de telles carottes ne reproduisent pas la situation réelle et ne comportent pas les paramètres réels de la formation que l'on souhaite analyser.
La présente invention a pour but de résoudre ce problème et de procurer un procédé de carottage qui conserve à la carotte obtenue dans ces formations des caractéristiques aussi proches que possible de celles des formations dans l'état où elles se trouvaient avant carottage.
Le document US-A-5 360 074 divulge un carottier de ce genre dans lequel un piston se déplace de manière non étanche dans le tube intérieur et donc sous contrôle de sa force d'appui sur le sommet de la carotte.
A cet effet, le procédé de carottage de l'invention comprend les particularités de la revendication 1.
La solution à ce problème, proposée par la présente invention est apparue de façon surprenante pour l'homme de métier qui a tendance à solliciter le moins possible une carotte au cours de sa réalisation, de crainte de la détériorer. Il a fallu un nombre important d'essais de laboratoire très coûteux, effectués sur des formations de différentes natures, pour établir que le procédé de l'invention résout le problème précité.
Suivant un mode de réalisation de l'invention, on produit sur le piston une accumulation d'énergie provenant de la pression du fluide et; lorsque ladite pression du fluide diminue, une restitution de l'énergie accumulée, sous la forme d'un maintien au moins temporaire de la force de compression sur le sommet de la carotte.
La présente invention concerne également un carottier adapté pour mettre en oeuvre le procédé de l'invention et comprenant :
  • un tube extérieur,
  • une couronne de carottage portée par une extrémité du tube extérieur, dite antérieure en considérant le sens d'avance du carottier en cours de carottage, de façon à mettre la couronne en rotation,
  • un tube intérieur, logé dans le tube extérieur et présentant un espace interne pour y recevoir une carotte,
  • un piston agencé dans l'espace interne pour y coulisser et pour pouvoir prendre appui contre le fond d'un trou de carottage et sur le sommet de la carotte qui se forme et qui pénètre dans le tube intérieur, et
  • des moyens d'introduction d'un fluide dans l'espace interne entre le piston et un fond du tube intérieur, situé à l'extrémité postérieure de celui-ci,
Suivant l'invention, le carottier ci-dessus comprend les particularités de la revendication 5.
Suivant une forme de réalisation de l'invention :
  • les moyens élastiquement compressibles comprennent, du côté opposé du piston par rapport à la carotte, un piston auxiliaire agencé pour coulisser dans l'espace interne et un élément élastique compressible, de préférence un ressort disposé entre le piston et le piston auxiliaire, et
  • le piston auxiliaire présente, du côté opposé au piston, une face qui est destinée à recevoir la pression précitée et qui est dimensionnée pour procurer au moins une partie de la force susdite, le cas échéant la partie complémentaire de cette force provenant alors d'une face du piston, tournée vers le fond du tube intérieur.
D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront des revendications secondaires et de la description des dessins qui sont annexés au présent mémoire et qui illustrent, à titre d'exemples non limitatifs le procédé de carottage et le carottier de l'invention.
La figure 1 représente schématiquement en coupe longitudinale, avec brisures, une extrémité antérieure d'un carottier, suivant une forme de réalisation de l'invention, en cours de carottage.
La figure 2 représente schématiquement, en coupe longitudinale, avec brisures, une extrémité antérieure d'une autre forme de réalisation du carottier de l'invention, dans une position prête pour un carottage.
La figure 3 représente schématiquement en coupe longitudinale, avec brisures, le carottier de la figure 1 ou 2 à l'endroit de la liaison des tubes intérieur et extérieur.
La figure 4 représente schématiquement en coupe longitudinale, avec brisures, une extrémité antérieure d'une autre forme de réalisation de l'invention, dans une position prête pour un carottage.
La figure 5 représente schématiquement en coupe longitudinale, avec brisures, le carottier de la figure 4 à l'endroit de la liaison des tubes intérieur et extérieur, suivant une forme de réalisation.
La figure 6 représente schématiquement en coupe longitudinale, avec brisures, le carottier de la figure 4 à l'endroit de la liaison des tubes intérieur et extérieur, suivant une autre forme de réalisation.
Dans les différentes figures, les mêmes notations de référence désignent des éléments identiques ou analogues.
Le carottier 1 suivant l'invention et illustré à titre d'exemple dans les dessins est destiné au carottage, par exemple dans le domaine de la prospection pétrolière ou de celle du gaz naturel.
Le carottier 1 peut comporter (figures 1, 2 et 4) :
  • un tube extérieur 2 composé par exemple de plusieurs tronçons vissés bout à bout,
  • une couronne de carottage 3 portée par l'extrémité antérieure 4 du tube extérieur 2, de façon à mettre la couronne 3 en rotation,
  • un tube intérieur 5, par exemple également composé de plusieurs tronçons fixés bout à bout, logé de façon connue dans le tube extérieur 2 et présentant un espace interne 6 pour y recevoir une carotte 7 au cours d'un carottage,
  • un piston 8 agencé, avec ou sans joints d'étanchéité, dans l'espace interne 6 pour y coulisser et pour pouvoir être guidé par la paroi du tube intérieur 5 et pour prendre appui contre le fond d'un trou de carottage (non représenté) au moment de commencer le carottage et ensuite, au cours du carottage, sur le sommet 7A de la carotte 7 qui se forme et qui pénètre dans le tube intérieur 5, et
  • des moyens 9 d'introduction d'un fluide dans l'espace interne 6 entre le piston 8 et un fond 10, du tube intérieur 5, situé à l'extrémité postérieure de celui-ci en considérant le sens d'avance du carottier 1 en cours de carottage.
Suivant l'invention, le carottier 1 précité comporte en outre des moyens élastiquement compressibles 13, agencés en liaison avec l'espace interne 6 de façon à pouvoir accumuler et restituer une énergie provenant, d'une mise sous pression du fluide introduit. Cette mise sous pression peut résulter d'au moins une compression de ce fluide par l'action du piston 8 poussé dans l'espace interne 6 à mesure que la carotte 7 y pénètre. Ces moyens 13 pourraient être constitués par exemple par une chambre (non représentée) remplie d'un gaz compressible.
Suivant l'invention, le carottier 1 comporte de plus des moyens 14 de réglage d'une fuite du fluide introduit. Ces moyens de réglage 14 sont agencés de façon que du fluide introduit dans l'espace interne 6 puisse s'en échapper à mesure que la carotte 7 y pousse le piston 8 et de façon qu'en fonction de la fuite réglée par exemple par un orifice de section réduite, la pression du fluide introduit dans l'espace interne 6 augmente jusqu'à une valeur correspondant à une force de compression F sensiblement axiale appliquée par le piston 8 sur le sommet 7A de la carotte 7, cette force F étant comprise entre des limites choisies notamment en fonction de la matière de la carotte 7.
Plutôt que la chambre à fluide compressible précitée, les moyens élastiquement compressibles 13 comprennent de préférence, du côté opposé 15 du piston 8 par rapport à la carotte 7 (en cours de carottage), un piston auxiliaire 16 et, entre celui-ci et le piston 8, un élément élastique compressible 17 qui est avantageusement un ressort de compression 17. Le piston auxiliaire 16 est agencé pour coulisser dans l'espace interne 6 et présents de préférence au moins un joint annulaire 18 pour son étanchéité par rapport à la paroi du tube intérieur 5. Une face 19 du piston auxiliaire 16, tournée vers le fond 10 est destinée à recevoir la pression précitée et est dimensionnée pour procurer au moins une partie de la force F appliquée sur le sommet 7A de la carotte 7. Le cas échéant, la partie complémentaire de la force F peut provenir d'une face 20 du piston 8 tournée vers le fond 10 du tube intérieur 5.
Le piston 8 peut comporter, du côté du fond 10, une tige 23 coaxiale au tube intérieur 5 et le piston auxiliaire 16 peut avoir une forme annulaire et être monté de façon coulissante sur la tige coaxiale 23. Celle-ci peut comporter des moyens d'arrêt 24 situés à l'écart du piston 8 et déterminant une position extrême éloignée du piston auxiliaire 16 par rapport au piston 8. Au moins un joint d'étanchéité annulaire 25 peut être agencé entre le piston auxiliaire 16 et la tige coaxiale 23 pour éviter que du fluide s'échappe de façon non contrôlée de l'espace interne 6. Le ressort 17 peut être monté autour de la tige coaxiale 23 comme le montrent les figures 1, 2 et 4.
Le piston 8 peut comporter les moyens de réglage de fuite 14 et des canaux 27 associés à ceux-ci et agencés pour mettre l'espace interne 6 en liaison, pour le fluide, avec le sommet 7A de la carotte et, à partir de là, avec un interstice annulaire 28 entre la carotte 7 en cours de formation (figure 1) et le tube intérieur 5 par l'intermédiaire de ces moyens de réglage de fuite 14.
Les moyens de réglage de fuite 14 de la figure 1 comportent une bille 29 appuyée contre un siège de soupape 30 par un ressort de compression 31 dont la force sur la bille 29 peut être réglée par un ensemble de vis et d'écrou 32, de façon à obtenir une pression souhaitée dans l'espace interne 6 avant qu'une fuite de fluide ait lieu, et donc une force de compression souhaitée sur le sommet 7A. Une coiffe 33 protège l'ensemble de réglage 32.
Les moyens de réglage de fuite 14 de la figure 2 comportent un ressort 31 calibré ou réglable par l'utilisation d'épaisseurs 34. En outre, les canaux 27 se composent d'un conduit axial 27A en amont de la bille 29 par rapport au sens de sortie du fluide à l'ouverture de la bille 29 et, en aval de celle-ci, d'un ou de conduits radiaux 27B débouchant dans un conduit annulaire 27C qui est relié à un ou plusieurs conduits radiaux 27D débouchant à l'extérieur du piston 8. L'homme de métier peut comprendre la construction des pièces des figures 1 et suivantes et leur montage pour obtenir le résultat souhaité. Il n'est donc pas nécessaire de donner d'autres détails à leur sujet.
Le piston 8 peut être réalisé de façon qu'en position de début de carottage (figure 2), il présente une portion 38 qui dépasse de la couronne 3. Cette portion 38 comporte l'extrémité antérieure 39 du piston 8 destinée à coopérer avec le sommet 7A de la carotte. A l'endroit de cette extrémité 39 il peut être prévu dans le piston 8, pour les moyens d'introduction de fluide dans l'espace intérieur 6, un orifice de remplissage 40 muni par exemple d'une bille et d'un ressort antiretour 41, une conduite 42 raccordée à l'orifice de remplissage 40 et traversant le piston 8 sous la forme d'une conduite radiale 42A, d'une conduite annulaire 42B, d'une ou de plusieurs conduites longitudinales 42C et d'une ou de plusieurs conduites radiales 42D débouchant par exemple dans le conduit axial 27A et, à travers la tige 23, dans l'espace interne 6. Une vis 43 peut servir à boucher l'orifice de remplissage 40 afin de le protéger. Une position radiale (figure 2) de cet orifice 40 est favorable par exemple parce qu'alors un moyen de remplissage (non représenté), utilisé pour injecter un fluide dans au moins une partie de l'espace interne 6, vissé sur l'orifice 40 ne tend pas à faire tourner le piston 8 dans l'espace interne au cours de ce vissage.
Le fluide introduit dans l'espace interne 6 (figures 1 à 3) avant un carottage peut être différent de celui qui peut être envoyé pendant le carottage, à partir d'un réservoir en surface (non représenté), à travers des ajutages 44 usuels de la couronne 3 par l'intermédiaire d'une canalisation longitudinale 45 annulaire formée entre le tube intérieur 5 et le tube extérieur 2. Le fluide injecté ainsi dans l'espace interne 6 peut être choisi par exemple pour ses propriétés de protection et/ou de lubrification de la carotte 7 en cours de réalisation et de pénétration dans cet espace interne 6.
Le carottier 1 de l'invention peut également comporter (figure 3), du côté du fond 10 du tube intérieur 5 ou de l'espace interne 6, une soupape de sécurité 46 agencée par exemple de façon à s'ouvrir pour purger de l'air compris dans l'espace interne 6 au moment du remplissage de celui-ci ou pour limiter à une pression maximale choisie celle qui y règne au cours du remplissage ou en cours de carottage ou aussi après celui-ci. La forme de réalisation de la figure 3 est telle qu'en cours de remplissage, seule la force d'un ressort de soupape retient celle-ci contre son siège tandis qu'en cours de carottage, la pression du fluide de carottage envoyé par la canalisation longitudinale 45 ajoute, par son action sur la soupape 46, une force importante à celle du ressort. Lorsque la soupape de sécurité 46 est ouverte, elle met en communication l'espace interne 6 et un espace ou canalisation 45 entre les tubes extérieur 2 et intérieur 5.
La figure 3 montre également des moyens de liaison 47 agencés pour que le tube intérieur 5 soit porté coaxialement par le tube extérieur 2 et puisse tourner indépendamment de celui-ci autour de leur axe longitudinal 48 commun. Les moyens de liaison 47 sont également agencés pour guider vers la canalisation longitudinale 45 le fluide de carottage en provenance du réservoir situé à la surface du sol.
Le procédé de carottage de l'invention peut être expliqué à présent à l'aide du carottier 1 de l'invention qui comprend au moins le tube intérieur 5, le tube extérieur 2 et la couronne 3. Dans son mode le plus général, le procédé de l'invention comprend en outre, pendant au moins une majeure partie du carottage, une application d'une force de compression F sensiblement axiale sur le sommet 7A de la carotte en cours de formation. Cette force de compression F est comprise entre des limites choisies en fonction notamment de la matière de la carotte 7. Cette force de compression F est supprimée de préférence après avoir terminé le carottage et au plus tard juste avant de sortir la carotte 7 du tube intérieur 5.
Dans le cas du carottier 1 décrit ci-dessus, on produit la force de compression F en installant dans l'espace interne 6 du tube intérieur 5 le piston 8 dont une face 8A peut être mise en appui sur le sommet 7A de la carotte 7, de préférence au moyen d'un élément 49 par exemple élastique, absorbant les irrégularités de surface du sommet 7A. On introduit alors dans le tube intérieur 5, du côté du piston 8 situé à l'opposé de sa face 8A en appui sur le sommet 7A, par exemple par les moyens d'introduction 9, un fluide que l'on amène, au moins pendant le carottage, à une pression correspondant à la force de compression F. On accumule, par exemple par une compression partielle du ressort 17, de l'énergie provenant de la pression du fluide dans l'espace interne 6. Lorsque cette pression de fluide tend à diminuer, au cours du carottage, le ressort restitue l'énergie accumulée, sous la forme d'un maintien au moins temporaire de la force de compression F sur le sommet 7A de la carotte 7.
De préférence, au début du carottage, le fluide ainsi introduit dans l'espace interne 6 est pratiquement à la pression de l'environnemen de la couronne 3 (hors du trou de carottage et dans celui-ci). A mesure que la carotte 7 entre dans le tube interne 5, elle y pousse le piston 8 qui comprime en conséquence le fluide à une pression située dans une plage de pressions choisie, déterminée par exemple par une fuite calibrée du fluide à travers les moyens de réglage de fuite 14.
Le fait que (figure 2) l'extrémité 39 du piston 8 dépasse de l'extrémité antérieure 4 procure une course préalable du piston 8 pour comprimer le fluide dans l'espace interne 6 et donc pour procurer une force F (que l'on peut choisir) appliquée, dès le début du carottage, sur le sommet 7A de la carotte 7.
Suivant la forme de réalisation de la figure 1, le fluide comprimé dans l'espace interne 6 agit sur la face 19 du piston auxiliaire 16 et fait coulisser celui-ci le long de la tige 23 et comprime par ce mouvement le ressort 17 pour accumuler de l'énergie et pour pousser en même temps le piston 8 contre la carotte 7. La pression du fluide peut agir également sur une partie de la face 20 de la tige 23 de façon à aider à pousser le piston 8 contre la carotte 7.
Lorsque la pression du fluide augmente, celui qui est compris dans le creux de la tige 23 repousse la bille 29, à partir d'un seuil de pression (fuite calibrée 14) et peut s'écouler par les canaux 27 dans des rainures longitudinales 52 sur le pourtour du piston 8. A partir de là, le fluide peut en partie remonter le long du ressort 17 et, en majeure partie, être poussé vers le sommet 7A de la carotte 7 et dans l'interstice 28 et au-delà de celui-ci, de façon à enrober et/ou lubrifier la carotte 7 à mesure qu'elle est réalisée et qu'elle pénètre dans le tube intérieur 5. Un excédent du fluide provenant de l'espace interne 6 peut se mélanger au fluide sortant des ajutages 44 et être évacué par l'intermédiaire de ce dernier.
Les figures 4 à 6 montrent une autre forme de réalisation du carottier 1 de l'invention. Un tube médian 53, éventuellement en plusieurs tronçons, est disposé coaxialement entre les tubes extérieur 2 et intérieur 5. Un premier canal longitudinal annulaire 54 est alors formé par un espace entre les tubes extérieur 2 et médian 53 et il met en liaison pour du fluide de carottage les ajutages 44 de la couronne 3 et un conduit 55 d'amenée de fluide de carottage en provenance du réservoir à la surface du sol. Un second canal longitudinal annulaire 56 est formé par un espace entre les tubes médian 53 et intérieur 5 et est en communication pour du fluide, par exemple par l'intermédiaire de cannelures 57, d'une part avec le fond 10 du tube intérieur 5 et, d'autre part, (à l'extrémité antérieure 4) avec le pourtour de la carotte 7 proche de la sortie 57A des cannelures 57.
La configuration des figures 4 à 6 présente, par rapport à celle des figures précédentes, l'avantage que le fluide de carottage qui doit s'échapper de l'espace interne 6 ne peut en être empêché par une obstruction de l'espace annulaire 28 entre la carotte 7 et le tube intérieur 5 contrairement à ce qui pourrait être le cas dans la forme de réalisation de la figure 1.
Dans la configuration des figures 4 à 6, les moyens de réglage de fuite 14 sont agencés dans ladite communication pour le fluide entre le fond 10 et le second canal longitudinal 56. Le piston 8 peut en conséquence être simplifié et ne comporter que les moyens d'introduction de fluide 9. De plus, dans le cas de la figure 5, les moyens de réglage de fuite 14 peuvent servir également de soupape de sécurité 46 avec fuite par le même canal longitudinal 56.
La forme de réalisation de la figure 6 diffère de celle de la figure 5 par le fait que la soupape de sécurité 46 est séparée des moyens de réglage de fuite 14. Dans le cas de la figure 6, les canaux 27 sont en outre en communication avec une chambre 58 et, à partir de là, par l'intermédiaire de la soupape de sécurité 46 (située ainsi en aval des moyens de réglage de fuite 14 pour du fluide quittant l'espace interne 6), avec un ou des conduits radiaux 59 en communication pour le fluide avec le canal longitudinal 54. Dans ce cas, si une obstruction empêche le fluide de quitter le second canal longitudinal 56 à l'extrémité antérieure 4, celui-ci peut s'échapper, par la soupape de sécurité 46, par le premier canal longitudinal 54 et par les ajutages 44, avec le fluide de carottage provenant du conduit d'amenée 55.
En communication avec le fond 10 (figures 3 et 6) il peut y avoir un moyen 60 de décharge de pression vers l'air libre, par exemple sous la forme d'une vis-pointeau 60, agencé pour pouvoir être actionné par un opérateur lorsque le tube intérieur 5 (figure 3) ou, le cas échéant, celui-ci et le tube médian 53 fixés l'un à l'autre (comme cela est représenté alors à la figure 6) est ou respectivement sont retirés au moins partiellement du tube extérieur 2, après un carottage, afin d'en sortir la carotte 7 terminée. Ainsi une pression résiduelle de fluide bloqué dans l'espace interne 6 entre la carotte 7, le fond 10 et la bille 29 pressée par le ressort 31 peut être éliminée à l'aide de ce moyen 60 avant de libérer et de retirer la carotte 7 de l'espace interne.
Dans le cas de la figure 6, une autre vis-pointeau 61 est prévue pour permettre d'éliminer une pression de fluide qui règnerait, avant de retirer du tube intérieur 5 la carotte 7, dans la chambre 58, les conduits 27 et le second canal longitudinal 56 à la suite d'un bouchage de celui-ci.
Il doit être entendu que l'invention n'est nullement limitée aux formes de réalisation décrites et que bien des modifications peuvent être apportées à ces dernières sans sortir du cadre de la présente invention.
Ainsi, l'homme de métier est à même de calculer, en fonction de leurs interactions, les ressorts à utiliser et en fonction des pressions de service régnant dans un trou de carottage et dans le fluide de carottage envoyé depuis le sol, les pressions à produire dans le carottier 1 de l'invention.
Pour saisir à l'extrémité antérieure 4 une carotte 7 terminée, le carottier 1 de l'invention peut être muni d'un système de blocage 62 à bague tronconique fendue, connu dans le métier et schématisé dans les figures 1, 2 et 4.
Il doit être entendu que les conduits, canaux, conduites, canalisations, rainures, cannelures, etc. précités peuvent avoir des formes différentes de celles données ci-dessus à titre d'exemple.
Liste des numéros de référence
1
Carottier
2
Tube extérieur
3
Couronne de carottage
4
Extrémité antérieure (par exemple du tube extérieur 2)
5
Tube intérieur
6
Espace interne
7
Carotte
7A
Sommet de la carotte
8
Piston
8A
Face du piston 8 en appui sur la carotte 7
9
Moyens d'introduction d'un fluide
10
Fond du tube intérieur 5
13
Moyens élastiquement compressibles
14
- Moyens de réglage de fuite
- Fuite calibrée
15
Côté opposé du piston 8
16
Piston auxiliaire
17
- Elément élastique compressible
- ressort
18
Joint annulaire d'étanchéité
19
Face du piston auxiliaire 16
20
Face du piston 8
23
Tige coaxiale
24
Moyens d'arrêt
25
Joint annulaire d'étanchéité
27
Canaux
27A
Conduit axial
27B
Conduits radiaux
27C
Conduit annulaire
27D
Conduits radiaux
28
Interstice annulaire entre carotte 7 et couronne 3
29
Bille
30
Siège de soupape
31
Ressort de compression
32
Ensemble de réglage du ressort 31
33
Coiffe
34
Epaisseur de réglage
38
Portion du piston 8
39
Extrémité antérieure du piston 8
40
Orifice de remplissage
41
Bille et ressort antiretour
42
Conduite
42A
Conduite radiale
42B
Conduite annulaire
42C
Conduite(s) longitudinale(s)
42D
Conduite(s) radiale(s)
43
Vis de bouchage
44
Ajutages de la couronne 3
45
Canalisation longitudinale
46
Soupape de sécurité
47
Moyen de liaison
48
Axe longitudinal commun
49
Elément élastique
52
Rainures longitudinales
53
Tube médian
54
Premier canal longitudinal annulaire
55
Conduit d'amenée de fluide
56
Second canal longitudinal annulaire
57
Cannelures
57A
Sortie de cannelure
58
Chambre
59
Conduit radial
60
- Moyen de décharge de pression
- vis-pointeau
61
Autre vis-pointeau
62
Système de blocage à bague tronconique fendue.

Claims (13)

  1. Procédé de carottage pour la mise en oeuvre d'un carottier comportant au moins un tube intérieur (5), un tube extérieur (2) et une couronne (3), un fluide étant prévu dans le tube intérieur (5) et exerçant une pression notamment sur le sommet (7A) d'une carotte (7) en cours de formation, un piston (8) étant prévu dans le tube intérieur (5),
       caractérisé en ce qu'il consiste à exercer cette pression sur le sommet (7A) par l'intermédiaire du piston (8) pouvant se déplacer d'une manière étanche et coaxialement dans le tube intérieur (5) sous l'action du fluide précité, de façon à prendre appui sur ledit sommet (7A) et à exercer sur celui-ci une force de compression (F), au moins pendant la durée du carottage, la pression du fluide étant choisie notamment en fonction de la matière dans laquelle la carotte est réalisée.
  2. Procédé de carottage suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on réalise
    sur le piston (8) une accumulation d'énergie provenant de la pression du fluide, et
    lorsque ladite pression du fluide diminue, une restitution de l'énergie accumulée, sous la forme d'un maintien au moins temporaire de la force de compression (F) sur le sommet (7A) de la carotte (7).
  3. Procédé de carottage suivant la revendication 2, caractérisé en ce que :
    au début du carottage, le fluide introduit dans le tube intérieur (5) est pratiquement à la pression de l'environnement de la couronne (3), et
    à mesure que la carotte (7) entre dans le tube interne (5), elle y pousse le piston (8) qui comprime de ce fait le fluide à une pression située dans une plage de pressions déterminé par une fuite calibrée (14) du fluide.
  4. Procédé de carottage suivant la revendication 3, caractérisé en ce qu'au moins une partie du fluide qui s'échappe par la fuite calibrée (14) est répartie autour de la carotte (7) pour l'enrober et/ou la lubrifier pendant son mouvement d'entrée dans le tube intérieur (5).
  5. Carottier, en particulier dans le domaine pétrolier, comprenant :
    un tube extérieur (2),
    une couronne de carottage (3) portée par une extrémité du tube extérieur (2), dite antérieure en considérant le sens d'avance du carottier (1) en cours de carottage, de façon à mettre la couronne (3) en rotation,
    un tube intérieur (5), logé dans le tube extérieur (2) et présentant un espace interne (6) pour y recevoir une carotte (7),
    un piston (8) agencé dans l'espace interne (6) pour y coulisser et pour pouvoir prendre appui contre le fond d'un trou de carottage et sur le sommet (7A) de la carotte (7) qui se forme et qui pénètre dans le tube intérieur (5), et
    des moyens (9) d'introduction d'un fluide dans l'espace interne (6) entre le piston (8) et un fond (10) du tube intérieur (5), situé à l'extrémité postérieure de celui-ci,
    caractérisé en ce qu'il comprend en outre :
    pour ledit piston (8), une face (20), tournée vers le fond (10) du tube intérieur (5), soumise à une pression dudit fluide, une face opposée (8A) destinée à prendre appui contre le fond du trou de carottage et sur ledit sommet (7A), et une étanchéité autour du piston (8) entre ces deux faces,
    des moyens élastiquement compressibles (13), agencés en liaison avec l'espace interne (6) de façon à pouvoir accumuler et restituer une énergie provenant d'une mise sous pression du fluide introduit, au moins à la suite d'une compression de ce dernier par le piston (8) poussé dans l'espace interne (6) par la carotte (7), et
    des moyens (14) de réglage d'une fuite du fluide introduit, agencés de façon que du fluide introduit dans l'espace interne (6) puisse s'en échapper à mesure que la carotte (7) y pousse le piston (8), et de façon qu'en fonction de la fuite réglée, la pression du fluide introduit dans l'espace interne (6) augmente jusqu'à une valeur correspondant à une force de compression (F) sensiblement axiale, appliquée par le piston (8) sur le sommet (7A) de la carotte (7) et comprise entre des limites choisies en fonction de la matière de la carotte (7).
  6. Carottier suivant la revendication 5, caractérisé en ce que :
    les moyens élastiquement compressibles (13) comprennent, du côté (15) opposé du piston (8) par rapport à la carotte (7), un piston auxiliaire (16) agencé pour coulisser dans l'espace interne (6) et un élément élastique compressible (17), de préférence un ressort (17) disposé entre le piston (8) et le piston auxiliaire (16), et
    le piston auxiliaire (16) présente, du côté opposé au piston, une face (19) qui est destinée à recevoir la pression précitée et qui est dimensionnée pour procurer au moins une partie de la force (F) susdite, le cas échéant la partie complémentaire de cette force (F) provenant alors d'une face (20) du piston (8), tournée vers le fond (10) du tube intérieur (5).
  7. Carottier suivant la revendication 6, caractérisé en ce que :
    le piston (8) comporte, du côté du fond (10) du tube intérieur (5), une tige (23) coaxiale avec celui-ci et
    le piston auxiliaire (16) est annulaire et est monté de façon à pouvoir coulisser sur la tige coaxiale (23) vers le piston (8), à partir d'une position éloignée du piston (8) déterminée par des moyens d'arrêt (24) situés à l'écart du piston (8) sur la tige coaxiale (23), et vers ces derniers.
  8. Carottier suivant l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que le piston (8) comporte les moyens de réglage de fuite (14) et des canaux (27) associés à ceux-ci et agencés pour mettre l'espace interne (6) en liaison avec le sommet (7A) de la carotte (7), et à partir de là, avec un interstice annulaire (28) entre la carotte (7) en cours de formation et le tube intérieur (5), par l'intermédiaire des moyens de réglage de fuite (14).
  9. Carottier suivant l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte
    un tube médian (53) disposé coaxialement entre les tubes extérieur (2) et intérieur (5),
    un premier canal longitudinal (54) annulaire qui est formé par un espace entre les tubes extérieur (2) et médian (53) et qui met en liaison des ajutages (44) de la couronne (3) et un conduit (55) d'amenée de fluide de carottage depuis un réservoir à la surface du sol,
    un second canal longitudinal (56) annulaire qui est formé par un espace entre les tubes médian (53) et intérieur (5) et qui est en communication pour le fluide, d'une part, avec le fond (10) du tube intérieur (5) et, d'autre part, avec le pourtour de la carotte (7) dans la couronne (3) et éventuellement, à partir de là, avec un espace annulaire (28) entre la carotte (7) et le tube intérieur (5), et en ce que
    au moins les moyens précités de réglage de fuite (14) sont agencés dans la communication pour le fluide entre le fond (10) du tube intérieur (5) et le second canal longitudinal (56).
  10. Carottier suivant l'une quelconque des revendications 5 à 9, caractérisé en ce que le piston (8) comporte, à l'endroit de son extrémité (39) destinée à coopérer avec le sommet (7A) de la carotte (7), un orifice de remplissage (40) et, raccordée à celui-ci, une conduite (42) à travers le piston (8), de façon à pouvoir injecter, par l'orifice (40) et la conduite (42), un fluide au moins dans une partie de l'espace interne (6), préalablement à un carottage, lorsque le piston (8) est pratiquement à l'endroit de l'extrémité antérieure (4) de l'espace interne (6).
  11. Carottier suivant l'une quelconque des revendications 5 à 10, caractérisé en ce que le fluide introduit dans l'espace interne (6) est différent du fluide de carottage proprement dit.
  12. Carottier suivant l'une quelconque des revendications 5 à 11, caractérisé en ce qu'il comporte au fond de l'espace interne (6) une soupape de sécurité (46) qui est agencée de façon à s'ouvrir pour purger l'air de l'espace interne (6) lors d'un remplissage de ce dernier et/ou pour une pression maximale choisie dans cet espace interne (6) et qui, lorsqu'elle est ouverte, met en communication l'espace interne (6) et un espace annulaire pour fluide entre les tubes extérieur (2) et intérieur (5), le cas échéant entre les tubes extérieur (2) et médian (53), éventuellement par l'intermédiaire des moyens de réglage de fuite (14).
  13. Carottier suivant l'une quelconque des revendications 5 à 12, caractérisé en ce qu'il comporte, en communication avec le fond (10) de l'espace interne (6), un moyen (60) de décharge de pression vers l'air libre, agencé pour être actionné lorsque le tube intérieur (5) ou, le cas échéant les tubes intérieur (5) et médian (53) fixés l'un dans l'autre est/sont retiré(s) au moins partiellement du tube extérieur (2) après un carottage.
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