EP1163423B1

EP1163423B1 - Carottier

Info

Publication number: EP1163423B1
Application number: EP00910440A
Authority: EP
Inventors: Philippe Fanuel
Original assignee: Halliburton Energy Services Inc
Current assignee: Halliburton Energy Services Inc
Priority date: 1999-03-15
Filing date: 2000-03-15
Publication date: 2004-05-06
Anticipated expiration: 2020-03-15
Also published as: CA2366118A1; US6644424B1; WO2000055473A1; NO323187B1; DE60010449D1; BE1012557A3; ES2220423T3; EP1163423A1; CA2366118C; NO20014446D0; NO20014446L; ATE266143T1

Description

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.

Un carottier de ce genre est décrit notamment dans les US-A-4.875.531, US-A-3.874.466 et US-A-5.592.994.

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'entraínement 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 entraínée 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 entraínée 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 entraínée 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 longitudinalement 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 I-I, 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 maítrisées 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 12A, 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 entraínée 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 entraínée 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 entraínée 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'entraínement 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'entraínement.

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'écarte 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 entraínée 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 l'encontre 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 entraínées 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
35: bossage annulaire de 9
36: rebord annulaire interne de 3
39: système de conduits de fluide
40: surface externe de 17
41: conduit de dérivation
42: entrée de 17
43: sortie de 17
45: soupape
46: (position de) butée antérieure sur 9
47: (position de) butée postérieure sur 9
48: siège de soupape
49: arrêt de 9
50: conduit d'alimentation
51: conduit de sortie
54: soupape d'obturation/ disque taré
55: système de joint, position active
55R: système de joint, position rabattue
56: espace annulaire
57: joint
57a: bord externe de 57
57b: pétales de 57
57c: intervalles de 57
58: joint
58a: bord externe de 58
58b: pétales de 58
58c: intervalles de 58
62: manchon
63: sonde
64: tronçon de 63
66: endroit de raccord de tronçons de 3
67: dispositif d'accrochage
68: barre de liaison
69: goupille d'immobilisation
70: évidement
70A: face antérieure de 70
70P: face postérieure de 70
71: broche d'arrêt
72: canal
73: canal
74: joint
75: espace annulaire
76: conduit
77: conduits
79: broches de liaison entre 62 et 68
80: canal

Claims

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 entraínée 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.
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 entraínée 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.
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).
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.
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.
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.
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.
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.
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).
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.
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.
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.
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).
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).
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.