Brevet FR2679594A1 — publié le 19930129

La présente invention concerne un dispositif de prélèvement d'échantillons des dépôts se formant, en cours d'usage, sur la paroi interne d'un trou de forage éventuellement pourvu d'un tubage On sait que les équipements tubulaires des forages, destinés à puiser de l'eau dans le sol, ont une longévité qui est souvent limitée par la formation, sur la surface interne des tubages et crépines, de dépôts et concrétions d'origine et de natures diverses. On sait qu'il est économiquement plus avantageux de restaurer un forage et son équipement dont la qualité est gravement perturbée par de tels dépôts et concrétions, plutôt que d'en créer un nouveau destiné à remplacer le premier. Cependant, afin de pouvoir mettre en oeuvre un traitement physique/ou chimique apte à supprimer le dépôt parasite, il est nécessaire, au préalable, d'établir un diagnostic permettant de déterminer la nature dudit dépôt parasite. Jusqu'à présent les moyens d'analyse de ces dépôts étaient limités à des informations physiques, faisant appel à des caméras vidéo, que l'on descendait dans le puits et qui transmettaient à l'extérieur les images des substances déposées sur les parois de celui-ci. Bien évidemment, une telle analyse physique ne permet pas de déterminer, de façon rigoureuse, la nature des substances constituant ces dépôts, de sorte que les traitements chimiques ultérieurs mis en oeuvre sont parfois dépourvus de toute efficacité. La présente invention a pour but de proposer un dispositif permettant de recueillir des échantillons des substances déposées sur les parois internes des trous de forages, en vue de réaliser, au jour, des analyses chimiques qui permettent d'obtenir des résultats plus fiables et plus précis. La présente invention a ainsi pour objet un dispositif de prélévement d'échantillons de substances déposées sur les parois internes d'un conduit, à savoir un trou de forage éventuellement pourvu d'un tube de forage, caractérisé en ce qu'il est constitué d'un corps cylindrique partiellement creux comportant, sur sa surface externe, au moins une zone, telle qu'une fenêtre, ouvrant sur une cavité interne, de moyens applicateurs permettant d'appliquer ladite zone sur la paroi interne du conduit, de moyens d'injection permettant de projeter sur la paroi interne du conduit, à partir de la cavité interne, au moins un jet de fluide sous pression, pour en détacher lesdites substances, et de moyens pour recueillir les substances détachées de la paroi interne du conduit par le fluide sous pression. Dans un mode de mise en oeuvre de l'invention, les moyens d'application de ladite zone sont constitués d'un élément ou levier monté pivotant sur le corps cylindrique, à l'une de ses extrémités, autour d'un axe transversal, de façon à prendre appui, par son autre extrémité, sur la paroi interne du conduit opposée à ladite zone, et à appliquer, par réaction, le corps cylindrique contre la paroi dudit conduit. Dans un autre mode de mise en oeuvre de l'invention ladite zone comporte une fenêtre pourvue, sur chacun de ses côtés longitudinaux, d'un élément de glissement, tel que par exemple un patin, qui est appliqué sur la face interne du conduit, l'extrémité de l'élément pivotant venant en contact avec la paroi interne du conduit étant pourvues d'au moins un galet rotatif. Ce mode de mise en oeuvre permet de déplacer le dispositif de prélévement suivant l'invention en cours de fonctionnement, c'est-à-dire conjointement à l'injection du fluide sur la paroi du conduit, ce qui permet d'obtenir un fonctionnement en continu de celui-ci. Dans une autre variante de mise en oeuvre de l'invention, le jet de liquide sous pression est fourni par deux buses, orientées de façon telle que leur jets respectifs convergent en un point de la surface interne du conduit, lorsque la zone de la surface comportant la fenêtre est appliquée sur celle-ci. On décrira ci-après, à titre d'exemples non limitatifs, diverses formes d'exécution de la présente invention, en référence au dessin annexé sur lequel Les figures la et lb sont des vues en coupe longitudinale des parties amont et aval d'un dispositif de prélèvement d'échantillons suivant l'invention, La figure 2 est une vue schématique du dispositif de la figure 1, une fois celui-ci mis en place dans un trou de forage équipé d'un tube de forage. La figure 3 est une vue en coupe transversale, à plus grande échelle, suivant la ligne III-III de la figure la. La figure 4 est une vue en perspective d'un dispositif de prélèvement d'échantillons suivant l'invention, les bras applicateurs étant représentés en position de repos. La figure 5 est une vue de détail, en perspective, d'un type d'élément pivotant mis en oeuvre dans le dispositif représenté aux figures précédentes. La figure 6 est une vue en perspective d'une variante de mise en oeuvre de l'invention. Le dispositif de prélèvement suivant l'invention représenté sur les figures 1 à 5 a la forme globale d'un corps cylindrique partiellement creux, d'axe longitudinal yy' et il comporte essentiellement une tête 1, un noyau central 2 pourvu d'un panier 3, et une embase 4. La tête 1 est de forme globale cylindrique, d'axe longitudinal yy', et comporte sur sa face postérieure 5 une patte de fixation 6 pourvue d'un oeil 8 dans lequel sont fixés des moyens de retenue, tels qu'un câble 11 (figure 2), destinés à assurer le maintien du dispositif de prélèvement dans le trou de forage. La face antérieure de la tête 1 comporte un bossage cylindrique axial fileté 12, au centre duquel débouche l'une des extrémités d'un canal longitudinal excentré 14, dont l'autre extrémité débouche, quant à elle, dans un trou fileté 15 creusé dans la face postérieure 5 de la tête 1. Le trou fileté 15 comporte une douille de raccordement 16 destinée à recevoir un tuyau 17 (figure 2) d'alimentation en fluide sous pression.Une cavité cylindrique 18, inclinée d'environ 700 sur l'axe longitudinal yy' de la tête 1, est creusée dans celle-ci, à partir de l'extérieur, et débouche dans le canal longitudinal excentré 14 . La cavité 18 reçoit un piston 22, monté à coulissement dans celle-ci, ce piston 22 comportant, à son extrémité proche du fond de la cavité, 18 une rainure périphérique recevant un joint torique d'étanchéité 24. Un second joint torique d'étanchéité 26 est disposé, à proximité de l'orifice de sortie de la cavité 18, dans une rainure de la tête 1. Le noyau central 2 est constitué d'un élément longitudinal qui comprend, d'amont en aval, des première, deuxième et troisième parties cylindriques respectives 30,32,34 de diamètres décroissants, prolongés par un bossage cylindrique axial 36, de diamètre voisin de celui de la deuxième partie 32. Les première et deuxième parties cylindriques 30 et 32 sont percées d'un canal axial et longitudinal 33 qui prolonge la sortie du canal 14 de la tête 1. Une bague cylindrique 38, formant entretoise, est enfilée sur la première partie cylindrique de plus grand diamètre 30, sur laquelle elle est fixée par des vis radiales 40. L'embase 4 du dispositif de prélèvement est constituée d'une partie cylindrique 42 qui se prolonge vers l'aval par une partie extrême conique 46. La face postérieure de l'embase 4 comporte une bague cylindrique 47 de diamètre externe identique à celui de la bague cylindrique 38. Une plaque perforée, par exemple en tôle, est enroulée et fixée à ses deux extrémités respectivement sur les bagues cylindriques 38 et 47, et forme ainsi le panier 3 délimitant un logement interne 43. Le panier est découpé, au voisinage de sa partie supérieure, d'une fenêtre 51, de façon à faire communiquer le logement interne 43 avec l'extérieur du dispositif. La deuxième partie cylindrique 32 du noyau 2 est percée, sensiblement au niveau longitudinal du centre de la fenêtre 51, d'un trou radial fileté 52, d'axe xx', débouchant dans le canal axial et longitudinal 33 et dans lequel est vissée une buse d'injection 53. Un second trou fileté 52' d'axe zz', est réalisé dans la première partie cylindrique 30 du noyau central 2, dans lequel est vissée une seconde buse d'injection 53'. L'axe zz' du trou fileté 52' est incliné, par rapport à l'axe longitudinal yy' du dispositif, d'un angle a d'environ 450 tel qu'il rencontre l'axe radial xx' de la première buse 53 au voisinage de la génératrice du cylindre formé par le panier 3, ce qui correspond à la surface interne du tube de forage lorsque la zone comportant la fenêtre est appliquée contre celle-ci. Le dispositif de prélèvement suivant l'invention comporte un élément ou levier pivotant 59 comprenant, dans cette forme d'exécution non limitative, deux bras 60, longitudinaux en position de repos du dispositif, et deux bras supérieurs 62 perpendiculaires aux premiers. Les bras longitudinaux 60 sont réunis, à leur partie supérieure, par une plaque transversale 64 et, à leur partie inférieure, par une traverse 66. L'écartement des bras 62 est tel qu'il leur permet de venir s'ajuster sur deux méplats opposés 44 de la tête 1. Les extrémités des bras supérieurs 62 sont traversées par un axe d'articulation transversal 68 perpendiculaire aux méplats 44, et autour duquel le levier 59 est monté pivotant. Chaque méplat 44 porte un galet circulaire 70 sur lequel est enroulé un ressort de torsion 71, dont une des extrémités est logée dans une cavité radiale 72' du galet 70, et l'autre extrémité prend appui sur le chant supérieur d'un bras 62 . Ainsi ces deux ressorts de torsion 71 exercent sur le levier pivotant 59 un couple de rappel tendant à appliquer ses bras longitudinaux 60 parallèlement à l'axe longitudinal yy' du dispositif, en position dite de repos. Dans ces conditions, pour mettre en oeuvre le dispositif de prélèvement suivant l'invention, on introduit celui-ci par l'ouverture d'un conduit ou trou de forage pourvu d'un tube de forage 73 (figures 1 à 3), puis on le descend à l'intérieur du tube 73, jusqu'à un niveau déterminé où l'on souhaite réaliser un prélèvement, et on alimente en fluide sous pression la douille de raccordement 16 du dispositif, par le tuyau 17.Le fluide sous pression suit le canal longitudinal 14, pénétre dans la cavité cylindrique 18 et exerce sur le fond du piston 22 une force de pression, si bien que la tête de celui-ci prend appui sur la plaque 64 pour la repousser et faire ainsi pivoter le levier 59 vers l'extérieur, autour de l'axe 68, à l'encontre de l'effort de rappel des ressorts de torsion 71, de façon que les extrémités mobiles du levier pivotant 59 viennent en appui sur la paroi interne du tube 73, pour appliquer, par réaction, la face opposée du panier de tôle perforée 3, contenant la fenêtre 51, contre la paroi interne du tube 73. Dans le même temps le fluide sous pression est injecté avec force par les buses 53 et 53', au travers de la fenêtre 51, sur les dépôts et concrétions accumulés sur la paroi interne du tube 73. Sous la violence de l'impact du jet de fluide ceux-ci se brisent et tombent, par la fenêtre 51, à l'intérieur du panier de tôle perforée 3. Les perforations de celui-ci permettent, de plus, au fluide injecté de s'évacuer de la chambre 43, assurant du même coup un nettoyage des concrétions détachées de la paroi et provoquant la séparation et l'élimination des fines. Une fois l'opération de prélèvement terminée, on coupe l'arrivée de l'alimentation en fluide sous pression, et les ressorts de rappel 71 ramènent alors les bras 60 contre la paroi du panier perforé 3. On peut, dès lors, déplacer le dispositif à l'intérieur du tube de forage 73, soit pour effectuer des prélèvements à des niveaux de profondeur différents, soit pour le ramener en surface et recueillir les échantillons prélevés. Afin de permettre un déplacement du dispositif en cours de fonctionnement, à l'intérieur du tube de forage 73, de façon à recueillir une quantité plus importante de substances, on peut, comme représenté sur la figure 6, disposer, de part et d'autre de la fenêtre 51, des patins de glissement 74 et, aux extrémités des bras 60 du levier pivotant 59, des galets 76. Bien entendu, bien qu'il soit particulièrement intéressant, pour déplacer angulairement les bras applicateurs 60 autour de leur axe d'articulation 68, d'utiliser la source de fluide sous pression, on peut bien évidemment utiliser tout autre moyen d'actionnement. On pourrait également appliquer la surface de la fenêtre contre la paroi interne du trou de forage à l'aide d'autres moyens que des bras pivotants. Enfin le fluide utilisé peut être un liquide, tel que de l'eau, additionné éventuellement d'un produit de traitement, ou également un fluide gazeux tel que, par exemple, de l'air. REVENDICATIONS 1.- Dispositif de prélévement d'échantillons de substances déposées sur les parois internes d'un conduit (73), à savoir un trou de forage éventuellement pourvu d'un tube de forage, caractérisé en ce qu'il est constitué d'un corps cylindrique partiellement creux comportant, sur sa surface externe, au moins une zone (51), telle qu'une fenêtre, ouvrant sur une cavité interne (43), de moyens applicateurs (59) permettant d'appliquer ladite zone sur la paroi interne du conduit (73), de moyens d'injection (53,53') permettant de projeter sur la paroi interne du conduit (73), à partir de la cavité interne (43), au moins un jet de fluide sous pression, pour en détacher lesdites substances, et de moyens (3) pour recueillir les substances détachées de la paroi interne du conduit (73) par le fluide sous pression. 2.- Dispositif suivant la revendication 1 caractérisé en ce que les moyens applicateurs (59) prennent appui sur la surface interne du conduit (73) opposée à ladite zone (51) pour appliquer celle-ci, par réaction, contre la paroi interne du conduit (73). 3.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que les moyens applicateurs sont actionnés par le fluide sous pression alimentant les moyens d'injection (53,53'). 4.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que les moyens applicateurs (59) sont constitués d'au moins un bras (60), monté pivotant sur l'élément cylindrique et susceptible d'occuper, sous l'action de moyens générateurs d'énergie (22), deux positions principales à savoir, une première position ou position de repos, dans laquelle il est sensiblement parallèle à l'axe longitudinal (y,y') du corps cylindrique et une seconde position, ou position d'utilisation, dans laquelle il est écarté de la position longitudinale et prend appui sur la face interne du conduit (73) opposée à ladite zone (51). 5.- Dispositif suivant la revendication 4 caractérisé en que le bras pivotant (60) comporte des moyens de rappel (71), aptes à le ramener, en position de repos, contre le corps cylindrique, lorsque les moyens générateurs d'énergie (22) ne sont pas activés. 6.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 4 et 5 caractérisé en ce que l'extrémité du bras pivotant (60) destinée à venir en contact avec la paroi interne du conduit (73) comporte un galet de roulement (76). 7.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le corps cylindrique comporte, sur au moins une partie de sa surface externe entourant ladite zone (51), un élément perforé formant un panier (3) apte à recueillir lesdits substances. 8.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le corps cylindrique comprend essentiellement une tête (1) solidaire d'une extrémité d'un noyau axial cylindrique (2) et longitudinal, dont l'autre extrémité est solidaire d'une embase (4), une tôle perforée cylindrique étant disposée autour du noyau cylindrique (2), définissant entre sa partie interne et le noyau cylindrique (2) un logement (43) destiné à recueillir lesdites substances, la paroi de la tôle perforée comportant une fenêtre (51), et les moyens d'injection étant constitués d'au moins une buse d'injection (53) solidaire du noyau cylindrique (2). 9.- Dispositif suivant la revendication 8 caractérisé en ce que la tête (1) comporte un alésage cylindrique (18), s'ouvrant sur l'extérieur de la tête (1), à l'une de ses extrémités, et communiquant, par son autre extrémité, avec un canal (14) d'alimentation en fluide sous pression, cet alésage recevant un piston (22) mobile longitudinalement dans celui-ci, dont une extrémité prend appui sur les moyens applicateurs (59) et l'autre extrémité reçoit la force d'actionnement du fluide sous pression. 10.- Dispositif suivant la revendication 1 caractérisé en ce que les moyens d'injection sont constitués de deux buses d'injection (53,53') dont les jets convergent sur la surface interne du conduit (73) définie par la fenêtre (51). 11.- Dispositif suivant la revendication 1 caractérisé en ce que les bords longitudinaux de la zone (51) comportent chacun un patin de glissement longitudinal (74).