Brevet FR2473652A1 — publié le 19810717

La présente invention se rapporte à un dispositif assurant le déplacement d'un élément ou organe dans un conduit rempli d'un liquide. Par élément ou organe, on désigne des outils, tels que des outils racleurs, des mini-carottiers, etc., des organes de mesure, tels que sonde de mesure, ou tout autre type d'organe qui, à un moment donné, doit 9tre déplacé à l'intérieur d'un conduit. Le terme conduit est utilisé aussi bien pour désigner les conduits délimités par des tubes que des puits résultant du forage des sols par tout procédé. Pour une meilleure compréhension de ce qui suit, on se réfère, plus spécialement mais non limitativement, au cas d'un dispositif assu- rant le déplacement d'une sonde de mesure à l'intérieur d'un puits déviw, c'est-à-dire un puits dont une portion au moins fait avec la verticale un angle notable. Selon l'art antérieur, les sondes de mesure se déplacent sous l'action de la gravité, sans grande difficulté, tant que l'inclinaison du puits foré par rapport à la verticale ne dépasse pas 45 environ. Au deJlà de cette limite, le déplacement de la sonde n'est possible que si l'on conneit le profil et les variations de diamètre du puits foré et si on utilise des sondes de dimensions réduites. Pour les puits forte- ment inclinés le déplacement de la sonde ne peut être obtenu qu'en exerçant une poussée par l'intermédiaire d'une tige relativement rigide à l'extrémité de laquelle la sonde est fixée. Malgré cela, lb déplacement d'une sonde dans un puits reste une opération d'autant plus longue et délicate que l'inclinaison de ce puits est plus forte. Pour remédier à ces inconvénients, la présente invention propose un dispositif assurant le déplacement d'un élément dans un conduit rempli d'un liquide. L'invention pourra âtre bien comprise et tous ses avantages apparaîtront clairement à la lecture du texte descriptif qui suit, il- lustré par les figurss annexées parmi lesquelles: - les figures 1A et lB montrent respectivement, de façon schématique, la partie supérieure et la partie inférieure du dispositif selon l'invention en coupe axiale, et - les figures 2 et 3 représentent des modes non limitatifs de réa- lisation des manchons élastiques. Les figures 1A et lB représentent en coupe le dispositif selon l'invention désigné dans son ensemble par la référence 1. Ce dispositif est, par exemple, utilisé pour déplacer dans un puits de forage 2 une sonde de mesure 3 schématisée en trait mixteo Cette sonde est de tout type connu, l'élément sensible (électrique, magnétique, acoustique, etc.) étant porté par le corps de sonde ou par un organe adapté à venir en contact avec la paroi du puits 2. La sonde 3 est reliée à la surface par un câble de manoeuvre ou câble porteur non représentS, dans lequel sont incorporées des lignes de transmission d'énergie et d'informations. Cette sonde ne fait pas partie de l'invention et n'est pas décrite en détail. Dans l'exemple illustré, le dispositif 1 est fixé à l'extré- mité libre de la sonde 3 par un filetage 4. Le corps du dispositif dont le diamètre extérieur est infé- rieur au diamètre du puits 2, se compose de plusieurs éléments tubu- laires la, lb, lc o.. raccordés bout à bout.. A l'intérieur du corps tubulaire est placé un groupe moto- pompe schématisé en 5. L'admission 6 de la pompe communique avec l'inté- rieur du corps tubulaire tandis que l'évacuation communique avec l'espace annulaire délimité entre la paroi du puits 2 et le dispositif 1 par des orifices ou lumières 7 pratiqués dans la partie supérieurse du corps. A sa partie inférieure le corps tubulaire est en communication avec le forage 2 par l'intermédiaire d'orifices B. Le corps du dispositif 1 est entouré,sur une portion de sa longueur, par une membrane élastique ou manchon placée à un niveau intermédiaire, entre les orifices 7 et 8. De préférence, et comme repré- senté sur les figures IA et 1B, on utilise deux membranes 9 et 10 écar- tées l'une de l'autre, c'est-à-dire placées à des niveaux différents. A une de ses extrémités, la membrane supérieure 9 est fixée sur une bague 11 par tout procédé connu tel que vulcanisation. La bague 11 est solidaire du corps du dispositif 1. A son autre extrémité le manchon 9 est solidaire d'une bague 12 qui peut coulisser axialement le long du corps du dispositif 1. De la m8me façon, le manchon 10 est fixé à une extrémité sur une bague 13 solidaire du corps du dispositif 1 et à l'autre extrémité sur une bague 14 qui peut coulisser le long du corps du dispositif 1. L'étanchéité entre les bagues 12 et 14 et le corps du dispo- sitif 1 est assurée par des joints non représentés. Les manchons 9 et 10 délimitent avec le corps tubulaire des espaces annulaires étanches désignés respectivement par les références 15 et 16. Lorsqu'ils ne sont soumis à aucun effort extérieur, les man- chons 9 et 10 ont une forme générale cylindrique dont le diamètre exté- rieur est notablement inférieur au diamètre du puits foré 2. Dans le mode de réalisation illustré, ces manchons ont, au repos, un diamètre extérieur sensiblement égal à celui du corps tubulaire comme on peut le voir sur les parties gauches de ces figures. Le dispositif comporte également des moyens de gonflage per- mettant d'augmenter le diamètre extérieur des manchons, par introduction d'un liquide sous pression dans les espaces annulaires 15 et 16. Ces moyens de gonflage comprennent un réservoir 19 contenant un liquide tel que de l'huile. Ce réservoir, qui est maintenu par des bras 17, 18 à l'intérieur du corps du dispositif, se compose d'une mem- brane souple 19a protégée par un carter 19b. L'huile contenue dans ce réservoir est ainsi à la pression hydrostatique du fluide remplissant le forage 2. Ce réservoir 19 alimente, par une canalisation 20, une enceinte étanche 26 dans laquelle sont logés un moteur 21, une pompe 22 qui, de préférence, est du type à débit constant, actionnée par le moteur 2, et deux vannes 23 et 24 à deux voies et deux positions. L'orifice 25 d'admis- sion de la pompe communique avec l'intérieur de l'enceinte 26. L'orifice 27 de refoulement de la pompe 22 communique, par une canalisation 28, avec l'un des orifices de la vanne 23 dont le second orifice est en communica- tion, d'une part avec l'un des orifices de la vanne 24 et, d'autre part, avec les espaces annulaires 15 et 16 par l'intermédiaire des canalisations 29 et 30, chacune d'elles débouchant dans l'un des espaces annulaires 15 et 16. Le second orifice de la vanne 24 est en communication avec l'inté- rieur de l'enceinte 26. Des câbles, non représentés, assurent l'alimentation en énergie du groupe moto-pompe 5, du moteur 21 et permettent la commande des vannes 23 et 24 qui sont par exemple des électrovannes. Ces câbles peuvent 8tre intégrés au câble de manoeuvre de la sonde 3. Le fonctionnement du dispositif est indiqué ci-dessous. Le dispositif 1, fixé à l'extrémité de la sonde 3, est introduit dans le puits 2, les manchons 9 et 10 n'étant pas gonflés comme illustré sur la partie gauche des figures 1A et 1B. Lorsque l'ensemble ainsi formé ne peut plus progresser sous l'action de la gravité, c'est-à-dire lorsque l'inclinaison du forage est trop grande, on effectue les opérations suivantes: a) on actionne X'électrovanne 24 pour la mettre dans la posi- tion interrompant toute communication entre ses deux orifices, b) on actionne l'électrovanne 23 pour mettre en communication ses deux orifices, c) on alimente le groupe moto-pompe 5 qui fait circuler le fluide remplissant le puits dans le sens indiqué par les flèches repré- sentées en traits continus; ce fluide pénètre, par les orifices 8,dans le corps tubulaire du dispositif, puis traverse la pompe pour être refoulé, par les lumières 7, dans l'espace annulaire délimité entre la paroi du puits 2 et le dispositif 1, c'est-à-dire en aval des manchons 9 et 10 si l'on considère le sens d'écoulement de ce fluide à l'intérieur du corps du dispositif 1 et, simultanément d) on alimente en énergie le moteur 21 qui actionne la pompe 22 l'huile aspirée par la pompe est envoyée, par l'intermédiaire de la vanne 23 et des canalisations 29 et 30, dans les espaces annulaires 15 et 16 avec,pour conséquencele gonflage des manchons 9 et 10 (cf. partie droite des figures 1A et 1B); ce gonflage se poursuit jusqu'à ce que les manchons aient un diamètre extérieur légèrement plus faible que celui du puits 2; les manchons se comportent alors comme des pistons sur lesquels agit la pression du fluide refoulé par le groupe moto-pompe 5 et le dispositif avance dans le forage, et e) lorsque les manchons ont atteint en gonflant le diamètre désiré, l'électrovanne 23 est placée par télécommande dans la position pour laquelle la communication entre ses deux orifices est interrompue et le moteur 21 n'est plus alimenté en énergie ce qui arrête le fonction- nement de la pompe 22. Il est aisé de comprendre de ce qui précède que lthuile néces- saire au gonflage des manchons a été fournie par le réservoir 17. Le gonflage optimal des membranes 9 et 10 dépend du diamètre du conduit dans lequel circule le dispositif. Il est facile à déterminer dans le cas d'un conduit tel qu'un tubage de diamètre constant. Dans le cas d'un forage traversant des couches de terrain, l'utilisateur peut aisément déterminer ce gonflage optimal qui correspond à la vitesse maxi- male de défilement en surface du câble de manoeuvre et d'alimentation auquel est suspendu l'ensemble du dispositif 1 et de la sonde 3. Dans le cas d'une sonde de mesure de diagraphie 3, les mesures sont habituellement effectuées en ramenant la sonde vers la surface par traction sur le câble de manoeuvre. Pour que cette opération puisse être effectuée sans difficulté, les manchons doivent tre dégonflés. Ceci est obtenu en actionnant la vanne 24 pour la placer dans la position o ses deux orifices sont en communication. L'huile sous pression contenue dans les espaces annulaires 15 et 16 s'écoule via l'enceinte 26 dans la réser- voir 17 jusqu'à ce que les manchons 9 et 10 reprennent leur position initiale. Néanmoins, il est possible d'assurer le déplacement du dispo- sitif dans l'autre sens en utilisant un groupe moto-pompe 5 réversible, c'est-à-dire capable d'aspirer par l'orifice 7 le fluide remplissant le puits pour le refouler par l'orifice 6. Les manchons sont constitués d'un matériau élastique tel qu'un élastomère et peuvent être renforcés sur une partie de leur longueur pour que cette partie conserve une forme générale cylindrique pendant le gon- flage des manchons. Ces renforcements peuvent être constitués par au moins une couche de fils métalliques disposés axialement ou hélicoldalement et noyés dans l'épaisseur du manchon 9 ou 10 comme le montre la figure 2. Mais ces éléments de renforcement peuvent avoir toute forme appropriée et être, par exemple, constitués de barres 32 présentant en section droite une forme de T dont seule la partie pénétrant dans l'épaisseur du manchon adhère au matériau élastique constituant le manchon comme le montre la figure 3. Des modifications pourront tre apportées sans pour autant sortir du cadre de la présente invention. Par exemple, il sera possible d'équiper le dispositif 1 d'un organe diamétreur 33 schématisé en trait interrompu sur la figure 1B. Ce diamétreur comporte un élément déplaçable, suivant au moins une direction radiale, pour venir en contact avec la paroi du puits et indiquer ainsi localement le diamètre du forage. Ce diamétreur qui peut Otre de tout type connu ne sera pas décrit en détail. L'utilisateur peut alors se référer aux informations de ce diamétreur pour gonfler les manchons 9 et 10 à la valeur désirée. Des capteurs tels que jauge de contrainte, capteur de pression, dispositif de mesure du déplacement de la bague 14, etc... peuvent être utilisés après étalonnage pour indiquer le diamètre de gonflage des manchons. Dans le cas illustré par les figures, le dispositif selon l'invention est raccordé à une sonde de diagraphie mais il est possible d'utiliser le dispositif 1 comme corps de sonde. De plus, l'utilisation de ce dispositif pour déplacer une sonde de diagraphie n'a été indiqué qu'à titre d'exemple non limitatif, le dispositif pouvant être mis en oeuvre pour déplacer n'importe quel organe qu'il est nécessaire de faire circuler dans un conduit. Dans le cas o le système moteur 21 pompe 22 n'est pas rever- sible, il est possible de supprimer l'électrovanne 23. Il est également possible de la remplacer par un clapet anti-retour. Il est, bien entendu, possible de fixer les deux extrémités des manchons 9 et 10 sur le corps du dispositif, la déformation de ces manchons étant alors permise par leur seule élasticité. R E V E N D I CATIONS 1. - Dispositif assurant le déplacement d'un organe (3) solidaire de ce dispositif, à l'intérieur d'un conduit (2) rempli d'un fluide, ce dispositif comportant un corps (la-le) de section droite inférieure à celle du conduit (2) et étant caractérisé en ce que le corps (la-le) du dispositif est tubulaire et ouvert à ses deux extrémités, et en ce que le dispositif comporte des moyens (5) pour faire circuler le fluide à l'in- térieur du corps de sorte que ce fluide pénètre par une extrémité (8) du corps et soit refoulé par l'autre extrémité (7), au moins un manchon (9, 10) élastique, enveloppant une portion du corps (la-le) et délimitant avec celui-ci un espace annulaire (15-16) étanche et des moyens de gon- flage (19-30) dudit manchon (9-10) jusqu'à ce que son diamètre extérieur soit légèrement inférieur à celui du conduit. 2. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens pour faire circuler le fluide à l'intérieur du corps tubulaire comprennent un groupe moto-pompe (5)dans lequel l'orifice d'admission de la pompe communique avec l'une des extrémités du corps tubulaire et l'orifi- ce d'évacuation de la pompe avec l'autre extrémité. 3. - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le groupe moto-pompe (5) a un fonctionnement réversible. 4. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de gonflage (19-30) comprennent un réservoir (19) de liquide ayant au moins une portion de paroi déformable (19a), un groupe moto-pompe (2122),l'orifice (25) d'admission de la pompe communiquant directement avec le réservoir (19) et l'orifice (27) de refoulement communiquant avec un circuit hydraulique (23, 28, 29, 30) alimentant l'espace annu- laire (15-16) et des moyens télécommandés (24) pour relier directement de manière séquentielle l'espace annulaire (15-16) au réservoir (19) de liquide. 5. - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens télécommandés sont constitués par une électrovanne (24) à deux positions dont l'une met directement en communication l'espace annulaire (15-16) et le réservoir. 6. - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le circuit hydraulique comporte un organe du type clapet anti-retour per- mettant la circulation du liquide uniquement dans le sens assurant le gonflage du manchon. 7. - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs manchons entourant le corps du dispositif, ces man- chons étant alimentés en parallèle par le circuit hydraulique. 8. - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que chaque manchon est fixé à une de ses extrémités sur le corps du dis- positif. 9. - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte un organe de mesure du diamètre du conduit en amont du corps du dispositif en considérant le sens de progression du dispositif dans le conduit.