Brevet FR2548259A1 — publié le 19850104

Il est important de disposer de bons échantillons carottés, en particulier lors d'un travail en mer Il en est notamment ainsi lors de l'étude d'un site marin qui est une condition préalable à l'analyse du soubassement pour des structures marines et autres. Jusqu'à présent des carottiers à piston ont été utilisés pour obtenir des échantillons carottés marins Ces carottiers nécessitent un équipement auxiliaire important, tel que des compensateurs, et des coulisses de battage, montés 10 sur la garniture de forage,ainsi que des vérins puissants pour prendre appui sur le fond de la mer pendant le carottage Il existe donc un besoin en carottiers perfectionnés, simples et durables. D'une façon générale, l'invention concerne un 15 carottier remontable par l'intérieur des tiges de forage destiné à être utilisé dans un raccord de garniture de forage Un tube cylindrique de guidage peut être inséré de façon amovible dans le raccord Un corps cylindrique extérieur est monté de façon à pouvoir tourner et exécuter un mouvement 20 alternatif à l'intérieur du tube de guidage et peut sortir par l'extrémité inférieure du raccord Un tube carottier est logé à l'intérieur du corps cylindrique extérieur Des moyens de sondage, sensibles à la pression du liquide dans la gar niture de forage, sont destinés à faire tourner le corps extérieur et à le faire sortir ainsi que le tube carottier, par l'extrémité inférieure du raccord, afin de prélever un échantillon de sol. L'invention concerne plus particulièrement un carottier à tube tournant remontable par l'intérieur des tiges de forage, destiné à être utilisé dans une garniture 30 de forage Il est prévu un raccord cylindrique tubulaire pouvant être relié à l'extrémité inférieure d'une garniture de forage et, en cours de fonctionnement, ce raccord est relié à l'extrémité inférieure d'une garniture allongée de forage Un tube cylindrique de guidage peut être inséré 35 de façon amovible dans le raccord Des moyens d'étanchéité à la boue sont disposés de façon à fermer l'espace annulaire entre le raccord tubulaire et le tube de guidage et à empê- cher le tube de guidage de sortir de l'extrémité inférieure du raccord Un corps cylindrique extérieur est monté de façon à pouvoir tourner et exécuter un mouvement alternatif dans le tube de guidage et il peut sortir par les extrémités 5 inférieures du tube de guidage et du raccord Un tube carottier est logé à l'intérieur du corps cylindrique extérieur. Des moyens d'adaptation,présentant une ouverture centrale non circulaire relient le tube carottier au corps cylindrique extérieur afin d'en suivreles mouvements alternatifs sans 10 tourner pratiquement par rapport à eux Une tige allongéepasse dans 1 'ouverture non circulaire des moyensyr daadtation iLa tige comporte un tronçon supérieur configuré pour s'emboeter dans l'ouverture non circulaire afin de faire tourner les moyens d'adaptation,et un tronçon inférieur configuré pour tourner librement à l'intérieur de l'ouverture non circulaire Une douille supérieure est reliée à l'extrémité supérieure du tube de guidage La douille présente une ouverture centrale Une turbine à boue,destinée à faire tourner la tige, est reliée à cette tige allongée en sortant-par l'ou20 verture centrale de la douille supérieure Les moyens d'évacuation de la boue sont formés dans la turbine à boue afin d'évacuer la boue dans l'espace compris entre les moyens d'adaptation et la douille supérieure Un canal étranglé d'écoulement de boue est prévu afin de permettre à une partie 25 de la boue de s'écouler au-delà des moyens d'adaptation et à une autre partie de la boue de s'écouler par l'espace annulaire entre le corps cylindrique extérieur et le tube carottier, et, dans les deux cas, de sortir du raccord. L'invention a pour objet principal un carottier 30 rotatif remontable par l'intérieur des tiges de forage, à deux corps, actionné par la pression de la boue de forage provenant du circuit de boue d'un navire de forage ou autre. L'invention sera décrite en détails en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif 35 et sur lesquels: la figure 1 est une élévation avec coupe partielle, d'une forme préférée de réalisation de l'appareil assemblé conformément à l'invention. la figure 2 est une coupe partielle suivant la ligne 2-2 de la figure 1; la figure 3 est une coupe partielle suivant la ligne 3-3 de la figure 1; la figure 4 est une élévation avec coupe partielle, analogue à celle de la figure 1, mais à échelle réduite, montrant la forme préférée de réalisation de l'appareil assemblé conformément à l'invention, le tube carottier étant représenté en position de retrait dans le raccord inférieur 10 de la garniture de forage; la figure 5 est une élévation avec coupe partielle montrant la forme préférée de réalisation de l'appareil assemblé conformément à l'invention, le tube carottier étant sorti du raccord inférieur de la garniture de forage, en po15 sition de carottage; la figure 6 est une coupe suivant la ligne 6-6 de la figure 4; et la figure 7 est une coupe suivant la ligne 7-7 de la figure 4. Les figures 1 à 7 représentent la forme préférée de réalisation de l'invention Un raccord cylindrique tubulaire 10 est destiné à être relié à l'extrémité inférieure d'une tige tubulaire allongée telle qu'une garniture de forage L'extrémité inférieure du raccord peut comporter un 25 trépan 9 de forage Un tube cylindrique 12 de guidage est inséré de manière amovible dans le raccord cylindrique 10 et forme avec ce dernier une chambre annulaire Des joints à boue, représentés globalement en 14, sont formés à proximité de l'extrémité inférieure du raccord tubulaire 10 pour 30 obturer l'espace annulaire compris entre le raccord tubulaire 10 et le tube 12 de guidage Les joints à boue peuvent être formés par un anneau 15 fixé à la face intérieure du raccord tubulaire 10 et portant contre une partie à rebords 17, située sur l'extrémité inférieure du tube 12 de guidage. 35 Le joint à boue peut comprendre une clavette de blocage en rotation, qui est destinéeà empêcher le tube de guidage de tourner. Un corps cylindrique extérieur 20 est monté de façon à pouvoir tourner et exécuter un mouvement alternatif à l'intérieur du tube 12 de guidage Comme montré sur la figure 5, le corps cylindrique extérieur 20 peut sortir par 5 l'extrémité inférieure du raccord 10 Un tube carottier 22 est logé à l'intérieur du corps cylindrique extérieur 20. Une bague 24 d'adaptation traversée par une ouverture centrale non circulaire, relie le tube carottier 22 au corps cylindrique extérieur 20 afin d'en suivre les mouvements alternatifs sans pouvoir tourner pratiquement par rapport à eux Par conséquent, un roulement à billes 30 de la bague 24 d'adaptation est utilisé pour le montage du tube carottier 22 à l'intérieur du corps extérieur 20, afin que ce dernier puisse être tourné tandis que le tube carottier 22 reste pratiquement sans tourner tout en étant abaissé à l'intérieur du matériau devant être carotté. Une turbine à boue 40 (figures 4 et 5) est placée dans la partie supérieure du raccord tubulaire 10 et présente une extrémité supérieure 42 conçue pour être reliée 20 à un câble Les turbines à boue sont connues dans la technique et sont destinées à faire-circuler un liquide entrant par l'orifice 41 de la turbine, comme indiqué par des flèches sur les figures 4 et 5, afin de faire tourner un arbre 43 La turbine est calée sur une douille 44 L'arbre cylin25 drique 43 du rotor de la turbine à boue tourillonne dans cette douille ou ce palier 44 La douille 44 est reliée fixement à l'extrémité supérieure du tube cylindrique 12 de guidage La douille 44 peut être introduite de façon amovible avec le tube 12 de guidage dans le raccord 10. L'arbre 43 du rotor présente un canal intérieur 48 qui expulse le liquide utilisé par la turbine à boue 40 pour faire tourner cet arbre, à l'intérieur de l'espace annulaire situé au-dessus de la bague 24 d'adaptation Le tronçon intermédiaire 53 de l'arbre 43 n'est pas circulaire, 35 et sa section est de préférence carrée, comme illustré sur la figure 3 Par conséquent, lorsque l'arbre est mis en rotation, il fait tourner la bague 24 d'adaptation et le corps cylindrique extérieur 20, avec lui La pression du liquide exercée sur la surface supérieure de l'adaptateur 24, tend à pousser ce dernier et les éléments qui lui sont reliés hors de l'extrémité inférieure du raccord 10. L'effet de rotation décrit ci-dessus, associé 5 à la force exercée vers le bas sur un trépan annulaire 52, sert à enfoncer le corps extérieur 20 dans le matériau à carotter Le tube carottier 22 exécute un mouvement d'extension avec le corps extérieur 20 sans rotation sensible, ce qui permet d'obtenir un meilleur échantillon de matériau. Un élement de pied 23 est relié à l'extrémité inférieure de l'arbre et aide au guidage du tube carottier si cela est nécessaire Lorsque le tube carottier 22 est totalement sorti ou en position d'extension complète comme montré sur la figure 5, la bague adaptatrice 24 a été déplacée du tronçon 15 carré 53 de l'arbre 43 vers un tronçon circulaire 61 de diamètre réduit, adjacent à l'élément de pied 23, de sorte que la rotation du corps extérieur 20 cesse et que la carotte peut &tre récupérée avec une perturbation minimale L'effet du tronçon circulaire 61 tournant librement à l'intérieur de 20 la bague adaptatrice 24 provoque également une chute de pression dans le circuit du liquide de forage, cette chute de pression pouvant être observée sur les commandes situées à la surface, et indiquant la fin de la récupération de la carotte. La bague adaptatrice 24 présente un canal 62 d'écoulement des liquides qui permet à une partie des liquides provenant de la turbine 40 de s'écouler entre le tube 12 de guidage et le corps extérieur 20 afin de faciliter la rotation et le mouvement d'extension de ce corps extérieur par 30 rapport au tube fixe de guidage Un second canal 50 permet à une partie du liquide d'entraînement de la turbine de s'écouler entre le corps extérieur 20 et le tube carottier 22. Ceci facilite la rotation du corps extérieur tout en maintenant le tube carottier pratiquement exempt de rotation, 35 pendant qu'ils sont avancés dans la carotte. Le carottier selon l'invention est commandé par câble Il est descendu à l'intérieur de la garniture de forage qui est pleine de liquide (boue de forage) et il des- cend jusqu'à la position de carottage,sous l'effet de son propre poids Le carottier est actionné par la pression de la boue de forage, provenant du circuit de forage situé à bord du navire de forage L'opération de carottage est sur5 veillée au moyen de commandes de débit et de pression faisant partie du circuit de forage Lorsque le carottage est achevé, le carottier est remonté de la garniture de forage par une opération de repêchage au câble classique. Par conséquent, en résumé, l'invention conceroe un carottier 10 remontable par l'intérieur des tiges de forage, destiné à être utilisé dans un raccord de garniture de forage Un tube cylindrique de guidage peut être inséré de façon amovible dans le raccord Un corps cylindrique extérieur est monté de façon à pouvoir tourner et exécuter un mouvement alternatif à l'intérieur 15 du tube de guidage et peut être sorti par l'extrémité inférieure du raccord Un tube carottier est logé à l'intérieur du corps cylindrique extérieur Des moyens de fond de sondage sensibles à la pression d'un liquide dans la garniture de forage, sont destinés à faire tourner le corps extérieur et 20 à le faire sortir, ainsi que le tube carottier par l'extrémité inférieure du raccord pour prélever un échantillon de terrain. Il va de soi que de noimbreuses modifications peuvent être apportées au carottier décrit et représenté sans sortir 25 du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Carottier remontable par l'intérieur des tiges de forage, destiné à être utilisé dans un raccord( 10)de garniture de forage, caractérisé en ce qu'il comporte un tube cylindrique 02)de guidage pouvant être inséré de façon amovible dans le raccord, un corps cylindrique extérieur ( 20) monté de façon à pouvoir tourner et exécuter un mouvement alternatif à l'intérieur du tube de guidage et pouvant être sorti par l'extrémité inférieure du raccord, un tube carot10 tier ( 22)logé à l'intérieur du corps cylindrique extérieur, et des moyens de fond de sondage qui en réponse à la pression d'un liquide dans la garniture de forage, font tourner le corps extérieur et le font sortir ainsi que le tube carottier, par l'extrémité inférieure du raccord pour prendre 15 un échantillon de terrain. 2 Carottier remontable par l'intérieur des tiges de forage,destiné à être utilisé dans un raccord ( 1 O)de garniture de forage, caractérisé en ce qu'il comporte un tube cylindrique ( 12)de guidage pouvant être inséré de façon amo20 vible dans le raccord, un corps cylindrique extérieur ( 20) monté de façon à pouvoir tourner et exécuter un mouvement alternatif à l'intérieur du tube de guidage et pouvant être sorti par l'extrémité inférieure du raccord, un tube carottier( 22)logé à l'intérieur du corps cylindrique extérieur, 25 une bague adaptatrice ( 24)reliant le tube carottier au corps cylindrique extérieur afin d'en suivre les mouvements alternatifs sans tourner pratiquement par rapport à eux, des moyens destinés à faire tourner le corps extérieur et des moyens destinés à faire sortir le corps extérieur et le tube carottier par l'extrémité inférieure du raccord pour prélever un échantillon de terrain. 3 Carottier remontable par l'intérieur des tiges de forage, destiné à être utilisé dans une garniture de forage, caractérisé en ce qu'il comporte un raccord tubulaire 35 ( 10)pouvant être relié à l'extrémité inférieure d'une garniture de forage, un tube cylindrique ( 2)de guidage pouvant être inséré de façon amovible dans le raccord, un corps cylindrique extérieur g O)monté de façon à pouvoir tourner et exécu- ter un mouvement alternatif à l'intérieur du tube de guidage et pouvant être sorti par l'extrémité inférieure du raccord, un tube carottier ( 22) logé à l'intérieur du corps cylindrique extérieur,une bague adaptatrice( 24)reliant le tube carottier au corps cylindrique extérieur afin d'en suivre les mouvements alternatifs, mais sans tourner sensiblement par rapport à eux, des moyens destinés à faire tourner le corps extérieur et des moyens destinés à faire sortir le corps extérieur et le tube carottier par l'extrémité inférieure du raccord afin de pren10 dre un échantillon de terrain. 4 Carottier remontable par l'intérieur des tiges de forage, destiné à être utilisé dans un raccord 1 O)de garniture de forage, caractérisé en ce qu'il comporte un tube cylindrique( 12)de guidage pouvant être inséré de façon amovible 15 dans le raccord, un joint à boue ( 14) destiné à fermer l'espace annulaire compris entre le raccord tubulaire et le tube de guidage et à empêcher ce dernier de sortir par l'extrémité inférieure du raccord, un corps cylindrique extérieur ( 20) monté de façon à pouvoir tourner et exécuter un mouvement alternatif à l'intérieur du tube de guidage et pouvant être sorti par l'extrémité inférieure du raccord, un tube carottier 22)logé à l'intérieur du corps cylindrique extérieur, une bague adaptatrice ( 4) traversée par une ouverture centrale non circulaire et reliant le tube carottier au tube cylin25 drique extérieur afin d'en suivre les mouvements alternatifs sans tourner sensiblement par rapport à eux, une tige allongée ( 43)passant dans l'ouverture non circulaire de la bague adaptatrice et comprenant un tronçon supérieur 53) configuré pour s'embolter dans l'ouverture non circulaire afin de faire 30 tourner la bague adaptatrice et un tronçon inférieur( 61)configureé pour tourner librement dans l'ouverture non circulaire, une douille supérieure e 4)reliée à l'extrémité supérieure du tube de guidage et présentant une ouverture centrale, une turbine à boue( 40)reliée à la tige allongée en passant par 35 l'ouverture centrale de la douille supérieure afin de faire tourner ladite tige, des moyens d'évacuation de la boue, situés dans la turbine et destinés à évacuer la boue dans l'espace compris entre la bague adaptatrice et la douille supérieure, et un canal étranglé ( 62) d'écoulement de la boue permettant à une partie de la boue de s'écouler à travers la bague adaptatrice dans l'espace annulaire entre le tube de guidage et le corps cylindrique extérieur, et à une partie de la boue de s'écouler par l'espace annulaire entre le corps cylindrique extérieur et le tube carottier afin de sortir du raccord. Carottier remontable par l'intérieur des tiges de forage, destiné à être utilisé dans une garniture de forage, caractérisé en ce qu'il comporte un raccord cylindrique tubulaire O) pouvant être relié à l'extrémité inférieure d'une garniture de forage, un tube cylindrique ( 12) de guidage pouvant être inséré de façon amovible dans le rac15 cord, un joint à boue ( 14)destiné à fermer l'espace annulaire compris entre le raccord tubulaire et le tube de guidage et à empêcher ce dernier de sortir par l'extrémité inférieure du raccord, un corps cylindrique extérieur ( 20)monté de façon à pouvoir tourner et exécuter un mouvement alternatif à l'intérieurdu tube de guidage et pouvant sortir par l'extrémité inférieure du raccord, un tube carottier ( 22)logé à l'intérieur du corps cylindrique extérieur, une bague adaptatrice 24) traversée par une ouverture centrale non circulaire et reliant le tube carottier au corps cylindrique extérieur afin d'en suivre les mouvements alternatifs sans tourner sensiblement avec eux, une tige allongée( 43) passant dans l'ouverture de la bague adaptatrice et comportant un tronçon supérieur ( 5 configuré pour s'emboîter dans l'ouverture non circulaire afin de faire tourner la bague adaptatrice, et un 30 tronçon inférieur ( 61)configuré pour tourner librement à l'intérieur de l'ouverture non circulaire, une douille supérieure ( 44)reliée à l'extrémité supérieure du tube de guidage et présentant une ouverture centrale, une turbine à boue ( 40)reliée à la tige allongée en passant par l'ouverture centrale de la 35 douille supérieure afin de faire tourner ladite tige, des moyens d'évacuation de la boue, situés dans la turbine et destinés à évacuer la boue dans l'espace compris entre la bague adaptatrice et la douille supérieure, et un canal étranglé 62)d'écoulement de boue permettant à une partie de la boue de s'écouler à travers la bague adaptatrice dans l'espace annulaire compris entre le tube de guidage et le corps cylindrique extérieur, et à une autre partie de la boue de s'écouler par l'espace annulaire entre le corps cylindrique extérieur et le tube carottier et de sortir du raccord.