Brevet FR2488938A1 — publié le 19820226

Installation decurage de tube carottier à l'intérieur du trou. La présente invention se rapporte au curage de tube carottier et elle concerne, plus particulièrement, un procédé et un appareil pour chasser le fluide de forage ou la boue d'un tube carottier sous pression situé à l'inté- rieur du trou avant de sceller le tube carottier sous pres- sion et la carotte qui y est contenue, à la pression de formation existante et de les ramener à la surface aux fins de solidification, démontage et analyse. Plusieurs tubes carottiers sous pression suscepti- bles de contenir, enfermées hermétiquement, des carottes et de les amener à la surface aux fins de séparation et de fixation à l'appareil de curage avant la solidification, le retrait et l'analyse de la carotte sont décrits dans les brevets US n' 2.238.609; 2.287.909; 2.381.845; 2.412.915; 2.445.494; 2.734.719 et 3.548.958. Un autre tube carottier sous pression perfectionné du type décrit dans le brevet US 3.548.958 et une installa- tion de curage au-dessus du trou, perfectionnée, correspon- dante sont décrits dans la demande de brevet US 06/99670 de la Demanderesse. Cependant, la Demanderesse ne connaît pas de procédés ou appareils de l'art antérieur destinés à curer un tube carottier situé à l'intérieur du trou aux conditions et à la pression qui y règnent avant de sceller la carotte qui y est prélevée et de l'amener à la surface aux fins de séparation, de solidification, de retrait et d'analyse. L'invention de la Demanderesse est originale en ce qu'elle permet de chasser et de déplacer le fluide de forage et la boue de tout tube carottier et notamment d'un tube carottier sous pression "in situ" ou dans les conditions régnant à l'intérieur du trou. Cela empêche également la perte de la pression régnant à l'intérieur du trou de la carotte que l'on rencontre fréquemment lorsque le curage est effectué en surface. D'autres avantages consistent en ce que le fluide de curage visqueux favorise l'élimination de matières soli- des du tube carottier sous pression, ce qui augmente la fiabilité et permet de mieux fermer sa valve d'obturation. Il faut moins de manoeuvres à la surface, ce qui réduit le risque de perte de pression et la durée entre la récupération de la carotte et son acheminement vers le stade d'analyse. L'invention a pour objet un procédé de curage de tube carottier et un dispositif correspondant insérable dans un chapelet de forage aux fins de fixation à une extrémité d'un ensemble de tube carottier, notamment du type décrit dans le brevet US 3.548.958 et, de préférence, sa version perfectionnée révélée dans la demande de brevet US 06/055.471 déposée le 6 juillet 1979, ainsi que la demande 06/99.670 déposée le 3 décembre 1979, incorporées ici à titre de référence pour des détails non indiqués dans la suite. Le dispositif de curage comprend un ensemble de tube extérieur comportant des surfaces d'étanchéité séparées axialement recevant des joints d'un ensemble de tube inté- rieur mobile axialement fixé à l'ensemble de tube extérieur par des chevilles de cisaillement. L'ensemble de tube intérieur comporte des passages permettant au fluide de forage de pénétrer dans le tube carottier et d'y circuler, un tube extérieur pouvant coulisser sur le tube intérieur et initialement maintenu dans une position contractée sur celui-ci par des chevilles de cisaillement. Une chambre comprise entre le tube intérieur et une section de l'ensemble de tube extérieur contient un fluide de curage qui en est chassé par un piston qui y est mobile axialement sous l'action de la pression du fluide de forage. Une fois que la carotte a été prélevée, l'ensemble de tube carottier est soulevé à une distance suffisante au- dessus du fond du trou pour permettre de le manoeuvrer. On fait alors descendre une bille qui se place contre l'extré- mité de l'ensemble de tube intérieur pour arrêter l'ccoule- ment de fluide de forage à travers lui. La pression s'accumule suffisamment pour cisailler les chevilles, ce qui permet à l'ensemble de tube intéricir de descendre Contiv une butée, elle relâche les joints et ouvre un passage à la pression de fluide de forage pour qu'elle agisse sur le piston annulaire et un passage par lequel le fluide de curage ainsi déplacé peut passer et chasser le fluide de forage du tube carot- tier ouvert. A une distance prédéterminée de l'extrémité inférieure de la chambre, le piston annulaire contacte la surface terminale annulaire du tube extérieur qui cisaille les chevilles et descend sous l'action dy piston par rap- port au tube intérieur fixe. Le mouvement du piston-continue à déplacer le fluide de curage, le tube extérieur et une broche de déclenchement située à son extrémité inférieure en les amenant en contact avec un cylindre d'actionnement de tube carottier, jusqu'à ce que le piston bute et dégage un passage par lequel le fluide de forage situé au-dessus du piston pénètre dans les tubes intérieur et extérieur ainsi déplacés en action- nant le cylindre d'actionnement de tube carottier. L'actionnement du cylindre relRche des cliquets, -ce qui permet au tube carottier extérieur de descendre, d'actionner la valve d'obturation et de sceller la carotte dans l'ensemble de tube carottier curé à la pression de for- mation et dans les conditions régnant à l'intérieur du trou. Sur le dessin annexé: Les figures 1 et 1A combinées constituent une vue en coupe transversale partielle montrant l'appareil de curage et une portion supérieure de l'ensemble de tube carot- tier qui lui est relié, dans un mode initial de préformation ou de formation de la carotte; Les figures 2 et 2A combinées constituent une vue en coupe transversale partielle montrant le dispositif de curage et le tube carottier contenant une carotte, dans le mode de curage; Les figures 3 et 3A combinées constituent une vue en coupe transversale partielle montrant l'appareil de curage et le tube carottier curé actionné par lui, à l'état scellé. Les figures montrent une portion de chapelet de forage comprenant un ensemble de tube carottier sous pression du type indiqué dans le brevet US n0 3.548.958 précité et les demandes 06/055471 et 06/99.670 précitées incorporées à titre de référence, et un appareil ou une installation F de curage à l'intérieur du trou qui y est fixé(e). Pour assurer la cohérence des références, on utilise ici les mêmes références que dans les demandes précitées pour identifier les composants correspondants de l'ensemble de tube carottier 10. Brièvement, l'ensemble de tube-carottier sous pression 10 comprend un ensemble de tube extérieur 11 com- prenant plusieurs sections reliées ensemble et une sonde à carottes ou foret CB à son extrémité inférieure. L'ensemble Il est relié à un ensemble de tube carottier intérieur 12 par un ensemble de joint glissant cannelé 13-et- maintenu dans une position supérieure ouverte ou contractée de carottage représentée sur les figures lA et 2A par des cliquets d'arrêt 24. Ces cliquets comportent des surfaces biseautées et sont mobiles radialement dans des fentes pratiquées dans la portion cannelée agrandie 26 de l'ensemble intérieur 12 pour pénétrer et en sortir dans des rainures cylindriques biseautées intérieurement 30 supérieure et inférieure axia- lement séparées formées dans une section d'accouplement , avec des cannelures femelles 29 dans l'ensemble exté- rieur 11. Un cylindre ou piston d'actionnement de cliquet d'arrêt creux 32 est monté coulissant dans la section can- nelée agrandie 26 et retenu normalement élastiquement dans une portion supérieure par un ressort 33, de sorte que les cliquets 24 sont repoussés à l'extérieur par la portion 34 biseautée de contact de diamètre entier du cylindre d'actionnement 32. L'actionnement du cylindre 32 fait descendre la portion 34, ce qui permet aux cliquets 24 de se déplacer vers l'intérieur et de libérer l'ensemble extérieur pour lui permettre de-descendre par rapport à lui dans la posi- tion fermée et scellée du tube carottier représentée sur la figure 3A. Le déplacement de l'ensemble extérieur 11 par rapport à l'ensemble intérieur 12 place l'ensemble de tube carottier inférieur 12 et la carotte 51 qu'il contient au- dessus du clapet sphérique 44, actionne un ensemble crémaillère-pignon 46 pour fermer le clapet sphérique 44 et rapprocher les surfaces d'étanchéité 52 et 54 pour fermer et obturer hermétiquement ses extrémités supérieure et in- férieure et constituer une chambre scellée autour de la carotte qui s'y trouve. De plus, à la fin de la descente, les cliquets 24 sont repoussés élastiquement pour pénétrer dans la rainure supérieure 30 et solidariser l'ensemble intérieur et l'ensem- ble extérieur pour les ramener à la surface. Un dispositif destiné à chasser le fluide de forage ou la boue d'un tube carottier situé à l'intérieur du trou sous la pression et dans les conditions régnant à l'intérieur du trou est prévu; il comprend une installation ou un dispositif F de curage à l'intérieur du trou devant être relié à l'ensemble de tube carottier 10 et une portion adjacente du chapelet de forage situé au-dessus. Le dispositif F représenté dans différents états sur les figures comprend un ensemble de tube extérieur comprenant une section d'obturateur inférieur 72 reliée à la portion terminale supérieure de l'ensemble de tube carottier intérieur 12 et montant de celle-ci à une portion terminale opposée comportant une portion d'obturateur inférieur 74 pourvue d'une surface de contact étanche. Une section intermédiaire ou cylindre 76 est reliée à l'extrémité opposée de la section d'obturateur inférieur 72 et s'étend de celle-ci à son extrémité opposée reliée à l'extrémité inférieure d'une section d'obturateur supérieure 78. La section 78 comporte une portion supérieure 80 comprenant des surfaces (ou épaulements) annulaires supé- rieure et inférieure biseautées rejoignant une surface de jonction étanche intérieure et une ouverture dans laquelle sont vissées ou fixées des chevilles de cisaillement 82 et une extrémité opposée reliée à la section contiguë du chape- let de forage. Un ensemble de tube intérieur 90 comportant un passage intérieur P est monté dans l'ensemble de tube exté- rieur et maintenu dans la position supérieure initiale et le mode de sondage des figures l et 1A par des portions terminales des chevilles de cisaillement 82. L'ensemble de tube intérieur 90 comprend une section d'étanchéité tubu- laire supérieure 92 comprenant une extrémité supérieure qui comporte un siège de bille intérieur 94, un passage central et une portion d'étanchéité inférieure 96. La portion 96 comporte une surface extérieure pourvue d'une rainure dans laquelle se trouve un joint torique devant être en contact hermétique avec la surface intérieure de l'obturateur 80 et des creux ou une rainure de réception de chevilles de cisaillement jusqu'o s'étendent les portions terminales des chevilles de cisaillement. Une section de tube intérieure intermédiaire 98 est fixée hermétiquement à l'extrémité inférieure ou opposée de la section 92 et en part; elle comporte des passages radiaux 100 s'étendant du passage intérieur P à une surface extérieure séparée de la surface intérieure de la section (ou cylindre) intermédiaire extérieure 76 de l'ensemble de cylindre extérieur 70 et un cylindre annulaire ou chambre C interposé(e). Un tube (ou section) extérieur inférieur 102 comprenant une surface intérieure entoure une longueur axiale prédéterminée de la portion terminale de sortie infé- rieure du tube intérieur 98, jusqu'à une portion terminale supérieure comprenant un joint torique en contact étanche avec la surface extérieure du tube 98 au-dessus des passages 100. L'extrémité taraudée inférieure opposée ou portion intermédiaire du tube extérieur 102 comporte une portion d'étanchéité 104 comprenant une surface extérieure et une rainure pourvue d'un joint torique devant entrer en contact étanche avec la surface intérieure de la portion d'étanchéité inférieure 74 de la section 72 de l'ensemble de tube extérieur 70. Une seconde série de chevilles de cisaillement 106 fixées au tube extérieur 102 à côté de la portion 104 pénètrent dans des creux ou une rainure se trouvant dans la portion terminale inférieure du tube intérieur 98 qui lui est relié et touche une extrémité d'une portion terminale de sortie ou raccord 108 fixé ou vissé à l'extrémité inférieure opposée ou portion intermédiaire du tube extérieur 102. Le raccord comporte un alésage central à une extrémité supé- rieure communiquant avec le passage central et des passages radiaux inclinés 100 reliant le passage central intérieur ou interne à un passage inférieur extérieur ou chambre s'éten- dant au-dessous des portions d'étanchéité 74-et 104 jus- qu'aux passages de liaison de l'ensemble de tube carottier 10. Le raccord 108 comporte une portion terminale inférieure filetée à laquelle est fixée une broche de déclen- chement 112 comprenant une portion terminale effilée devant entrer en contact hermétique avec le siège de bille 36 situé à l'extrémité supérieure du cylindre d'actionnement 32 du tube carottier. Un piston flottant libre annulaire 114 se trouve en haut ou à l'entrée de la chambre cylindrique annu- laire scellée pour déplacer une colonne annulaire d'un fluide de curage M approprié, par exemple du kérosène gélifié ou une matière équivalente, remplissant toute la portion et tout le volume de la chambre cylindrique annulaire scellée C au-dessous du piston 114. De préférence, le piston annulaire 114 comporte une tête annulaire supérieure ou portion terminale 116, une paroi tubulaire ou annulaire centrale étroite ou prolonge- ment 11S comportant une extrémité inférieure filetée vissée dans une tête annulaire inférieure ajustable ou écrou de garniture 120 et des joints d'étanchéité annulaires inté- rieur et extérieur 122 situés dans des faces creusées opposées du piston 114. En ajustant l'écrou d'étanchéité ou la tête inférieure 120 vers les joints d'étanchéité 122, on comprime et l'on dilate les joints annulaires en les mettant en contact glissant ou étanche avec la surface extérieure du tube intérieur 98 et la surface intérieure du cylindre exté- rieur 76. Lorsqu'une carotte a été prélevée comme indiqué sur la figure 2A, le fonctionnement de l'installation ou sys- tème de curage F est déclenché et passe séquentiellement du mode initial de forage et de réception de la carotte assemblé représenté sur les figures 1 et 1A au mode de curage représenté sur les figures 2 et 2A et au mode.d'actionnement du tube carottier et de fermeture étanche représenté sur les fi- gures 3 et 3A en faisant descendre ou passer une bille B ou un autre moyen d'obturation approprié contre le siège 94. La bille B s'appuyant contre le siège 94 arrête l'écoulement de fluide de forage à travers les passages centraux, ce qui fait augmenter la pression de fluide et la fait-agir sur la surface supérieure dégagée située au- dessus de la portion d'obturateur 96 pour déplacer l'ensemble de tube intérieur et cisailler l'extrémité des chevilles 82. Le cisaillement des chevilles 82 libère l'ensem- ble de tube intérieur 90 et lui permet de descendre par rapport au piston annulaire 114, au fluide de curage M et aux ensembles de tube carottier extérieurs et ouverts, pour passer dans le mode de curage représenté sur les figures 2 et 2A. La descente de l'ensemble de tube intérieur est arrê- tée par le contact de sa portion terminale supérieure fendue agrandie adjacente au siège de bille 94 avec la portion d'obturateur supérieure 80 de la section d'ensemble de tube extérieur-78. A ce moment, les portions d'étanchéité supérieure et inférieure 96 et 104 sont dégagées des portions 74 et 80 et assurent un passage d'entrée à la pression de fluide de forage vers la tête 116 du piston annulaire 114 et un passage de sortie pour le fluide de curage ainsi déplacé vers l'ensem- ble de tube carottier ouvert. La pression du fluide-de forage agit sur le pis- ton 114 en le faisant descendre dans la chambre annulaire et en faisant passer le fluide de curage M de celui-ci dans l'ensemble de tube carottier ouvert, Un grand volume de fluide de curage est envoyé, remplit et déplace le fluide de forage, la boue et les ma- tières solides de tous les passages accessibles se trou- vant dans et entre les composants de l'ensemble de tube carottier intérieur et l'ensemble de tube carottier exté- rieur avant sa fermeture. Par suite, le fonctionnement et la fiabilité des différents composants des mécanismes du tube carottier sont favorisés et ils sont moins susceptibles d'être dé- faillants. En approchant de la fin de sa course, la tête d'étanchéité inférieure 120 du piston 114 contacte la sur- face terminale annulaire supérieure du tube extérieur 102 qui est forcé de cisailler les extrémités des chevilles de cisaillement 106. Le piston 114 continue à descendre et à dépla- cer en même temps le fluide de curage, le tube 102, le rac- cord 108 rattaché et la broche de déclenchement 112 y com- pris son extrémité effilée en l'amenant en contact étanche avec le siège de soupape 36 du cylindre d'actionnement rappelé élastiquement 32 du tube carottier pour y fermer le passage central, comme le montre la figure 3A. Pendant ce dernier mouvement du piston 114 vers sa position terminale de sortie bloquée contre la surface terminale annulaire de la section 72, les passages 100 du tube otu cylindre intérieur 98 sont découverts et permettent à du fluide de forage sous pression de pénétrer dans le pas- sage central et de sortir des passages 110 du raccord 108 pour actionner l'ensemble de tube carottier 10. L'ensemble de tube carottier 10 est actionné, fermé et obturé avec une carotte en son intérieur, comme indiqué sur la figure 3A, par la pression du fluide de forage qui agit sur la surface exposée de l'extrémité supé- rieure du cylindre d'actionnement autour de la broche de déclenchement 112 et de la surface intérieure du raccord fixé à la cheville de déclenchement. Lorsqu'il s'accumule une pression suffisante pour vaincre la résistance du ressort 33, le tube extérieur 102, le raccord 108 rattaché, la broche de déclenchement et le cylindre 32 maintenu élastiquement en contact avec elle Jescendent en bloc par rapport au tube intérieur 98, à la portion cannelée agrandie 26 de l'ensemble de tube carottier intérieur 12 et aux cliquets 24. La descente du cylindre 32 et de ses portions biseautées 34 le dégageant des cliquets 24 permet au poids du tube carottier intérieur et des surfaces biseautées inté- Fieures en contact de la rainure cylindrique inférieure 50 de la section 15 de l'ensemble de tube carottier extérieur 11 de rappeler élastiquement les cliquets vers l'intérieur dans les portions en creux 37. L'ensemble de tube carottier extérieur 11 libéré descend à la fois sous l'action de son propre poids ou de la force de pesanteur et d'une force hydraulique différentielle appliquée par le fluide de forage passant par les ouvertures 38, ce qui garantit sa descente et sa fermeture. L'ensemble de tube extérieur 11 descend en amenant la surface d'étanchéité 54 de la section 19 au contact des joints 52, de la crémaillère et du pignon d'actionnement 46 et du clapet de fermeture à bille 44 qui forment ensemble une chambre hermétique entre eux dans laquelle la carotte 51 est enfermée hermétiquement dans les conditions et la pression de formation existant à l'intérieur du trou. Lorsque l'ensemble de tube carottier extérieur 11 est dans sa position inférieure bloquée, la rainure cylin- drique intérieure supérieure 30 de sa section 15 est alignée avec les cliquets 24 qui sont rappelés continuellement vers l'extérieur par les portions de contact 34 du cylindre 32 continuellement rappelé vers le haut par le ressort 33. Par suite, le cylindre 32, la broche de déclen- chement 112, le raccord 108 et le tube extérieur sont de même rappelés vers le haut par le ressort 33 et maintiennent les ensembles de tube carottier intérieur et extérieur 11 et 12 solidarisés pour venir à la surface. A la surface, l'ensemble de tube carottier scellé 10 est détaché du chapelet de forage et de l'ensemble de curage F aux fins de solidification, de retrait et d'ana- lyse de la carotte qui s'y trouve. Il va de soi que l'on peut apporter à la description précédente et au dessin annexé de nombreuses modifications de détail sans, pour cela, sortir du cadre de l'invention. R E V E N D I C A T I O N S 1. Dispositif de curage de tube carottier sus- ceptible d'être fixé à un chapelet de forage et un tube carottier à curer dans les conditions de prélèvement de carotte et de pression existant à l'intérieur du trou, caractérisé en ce qu'il comprend un tube extérieur (70), un tube intérieur (90) situé dans le tube extérieur et compor- tant un passage intérieur (P) par lequel le fluide de forage peut parvenir au tube carottier (12), une chambre (C) de longueur axiale et de volume prédéterminés à l'intérieur du tube extérieur, comportant une portion terminale d'entrée (92) et une portion terminale de sortie (98) opposée, un piston (114) pouvant se déplacer dans la chambre par rapport aux tubes intérieur et extérieur, un fluide de curage de volume prédéterminé suffisant dans la chambre entre le piston et l'extrémité de sortie de la chambre, des moyens d'obturation hermétique (80, 74) situés aux portions terminales d'entrée et de sortie de la chambre, susceptible de la fermer hermé- tiquement, et des moyens d'actionnement pour obturer le passage intérieur et stopper l'écoulement de fluide de forage dans celui-ci, assurant un passage d'entrée au fluide sous pression pour agir sur le piston et le déplacer, et un passage de sortie pour le fluide de curage déplacé par le piston dans le tube carottier et le curer à l'intérieur du trou. 2. Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce qu'il comprend des moyens de déclenchement actionnables par déplacement du piston près de l'extrémité de sa course de curage pour actionner et sceller le tube carottier curé et la carotte qui s'y trouve à l'intérieur du trou.