Brevet FR2741665A1 — publié le 19970530

La présente invention concerne un dispositif échantillonneur pour prélever un échantillon du fluide dans un puits, du type comprenant un corps avantageusement cylindrique, de forme allongée adapté pour être descendu dans le puits et comportant une chambre réceptrice de l'échantillon, qui est reliée à l'extérieur par l'intermédiaire d'une ouverture pratiquée dans la surface périphérique du corps et d'un espace d'entrée obturable, une vanne de commande d'une prise d'un échantillon et un piston axialement mobile dans ladite chambre entre une position de repos avant la prise d'un échantillon et une position de fin de course d'échantillonnage sous l'effet de la pression du fluide entrant à travers ladite ouverture, ainsi que des moyens de maintien du piston dans sa position de repos. Un dispositif échantillonneur de ce type est connu par le brevet européen No. 0 148 696. Dans ce dispositif, l'espace d'entrée est ouvert pendant la descente du dispositif et le piston est maintenu dans sa position de repos par un système fort complexe de mise sous pression de la face arrière du piston, comportant une vanne à commande hydraulique, une électrovanne et un ensemble sophistiqué de petites chambres de logement des éléments mobiles du système et de canaux de liaison de ces chambres. A cet inconvénient de la grande complexité de la structure, s'ajoute qu'une certaine quantité de fluide peut déjà pénétrer dans la chambre lors de la descente du dispositif, avant l'atteinte de la profondeur souhaitée, du fait que l'entrée est ouverte. La présente invention a pour but de proposer un dispositif échantillonneur du type susmentionné, qui ne présente pas les inconvénients qui viennent d'être énoncés. Pour atteindre ce but, le dispositif échantillonneur selon l'invention est caractérisé en ce que la vanne de commande de prise des échantillons est réalisée de façon à former une vanne d'obturation dudit espace d'entrée, déplaçable par des moyens d'actionnement entre une position de fermeture de l'espace d'entrée et une position de dégagement de celui-ci. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, la vanne est disposée dans le corps du dispositif obturateur de façon que le fluide du puits puisse agir sur sa face arrière dans le sens de la fermeture de la vanne. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels - la figure 1 montre un dispositif échantillonneur selon l'invention sous forme d'une vue en coupe axiale le long de la ligne II-II de la figure 2 de quatre tronçons devant être axialement alignés de la manière indiquée par les lettres a-a', b-b', c-c', la partie d'extrémité supérieure du dispositif, faisant suite en haut, à gauche, n'étant pas représentée - la figure 2 est une vue en coupe le long de la ligne II-II de la figure 1 - la figure 3 est une vue en coupe le long de la ligne III-III de la figure 1 - la figure 4 montre, à plus grande échelle, la partie indiquée par la flèche IV du tronçon a'-b de la figure 1, qui comporte la vanne de fermeture de l'espace d'entrée de la chambre d'échantillonnage, la vanne étant représentée dans sa position de fermeture - la figure 5 est une vue similaire à la figure 4, mais montre la vanne dans sa position d'ouverture - la figure 6 est une vue en coupe axiale de la moitié gauche du tronçon a'-b de la figure 1, la coupe étant faite selon la ligne VI-VI selon la figure 3 ; et - la figure 7 est une vue de la partie indiquée par la flèche VII de la figure 4 et montre cette partie à l'état de fermeture de la chambre d'échantillonnage, après la prise d'un échantillon. La figure 1 est une vue en coupe axiale d'un dispositif échantillonneur selon l'invention, destiné à prélever un échantillon de fluide dans un puits. Comme on le constate, ce dispositif comprend un corps cylindrique de forme allongée constitué par les quatre tronçons représentés qu'il faut imaginer axialement alignés le long de leur ligne de séparation a-a', b-b' et c-c'. La partie d'extrémité supérieure, qui fait suite en haut à gauche est supprimée par ce qu'elle ne joue pas de rôle pour la compréhension de l'invention. Comme on le voit sur la figure 1, et de façon connue en soi, le corps du dispositif échantillonneur comprend un certain nombre d'éléments tubulaires extérieurs qui sont axialement alignés et enferment les différentes parties essentielles de 1 'échantillonneur. Ainsi, le premier tronçon montré en haut sur la figure 1 comprend un moto-réducteur 1 ayant un arbre de sortie 2 dont la rotation est transformée par un mécanisme à vis 3 en un mouvement axial, de translation, d'un tube 4 coaxial à l'axe du dispositif échantillonneur, qui s'étend à travers tout le tronçon a'-b jusqu'à pratiquement la moitié du tronçon b'-c. Une chambre annulaire 6 est délimitée à droite du tronçon a'-b et à gauche du tronçon b'-c entre le tube central 4 et l'élément extérieur tubulaire correspondant indiqué en 7. Cette chambre est fermée à gauche par la paroi radiale 9 d'une partie 10 de l'élément extérieur 11, qui présente une épaisseur radiale plus importante de façon qu'il ne subsiste entre cette partie 10 et le tube 4 qu'un espace annulaire 12 d'une faible hauteur radiale. A droite, dans le tronçon b'-c, la chambre 6 est délimitée par la face radiale 13 d'une pièce 14. Comme on le voit clairement sur la figure 1, un piston 16 de forme annulaire est monté axialement coulissant sur la face cylindrique extérieure du tube 4 et la face cylindrique intérieure de l'élément extérieur tubulaire 7. Le piston 16 constitue le piston de prise d'échantillons du dispositif échantillonneur. A cette fin, pour assurer l'étanchéité au niveau du tube 4 et de l'élément tubulaire 7, des joints d'étanchéité en forme de O-rings 17 sont prévus dans ces faces cylindriques radialement intérieure et extérieure. Un aimant 18 est incorporé au piston dont la fonction sera expliquée plus loin. Pour permettre la mise en place de l'aimant, le piston se compose de deux parties qui sont assemblées. Le piston délimite dans la chambre 6, à l'avant une chambre 6a qui constitue la chambre d'échantillonnage et, à l'arrière, une chambre 6b.La chambre 6 comprend encore, à droite, dans le tronçon b'-c un ressort 20 qui prend appui par une extrémité sur la paroi de limitation radiale 13 de la chambre. Comme on le voit sur la figure, en traits mixtes, l'autre extrémité du ressort 20 constitue la butée sur laquelle prend appui le piston 16 dans sa position de fin de course d'échantillonnage. Il est à noter que la position représentée du piston dans le tronçon a'-b est la position de repos du piston. Les positions de repos et les positions de fin de course d'échantillonnage sont détectables à l'aide de détecteurs de position 22 et 23 qui sont sensibles au champ magnétique produit par l'aimant 18 incorporé au piston 16. La chambre d'échantillonnage 6a communique, par l'intermédiaire de l'espace de canal annulaire 12, avec un espace annulaire 26 délimité dans la direction radiale par le tube 4 et une partie 27 d'une épaisseur réduite par rapport à la partie 10, de l'élément extérieur 11, d'une part, et dans la direction axiale du dispositif échantillonneur par une face radiale d'épaulement 29 formée entre les deux parties 10 et 27 et la face radiale 30 d'une bague 31 placée entre la partie 27 de l'élément extérieur 11 et le tube 4. Comme on le voit plus clairement sur la figure 3, la bague 31 est retenue en place par quatre vis radiales 33. La portion de l'espace 26, au niveau de l'embouchure du canal annulaire 12 constitue l'espace d'entrée du fluide devant être reçu dans la chambre d'échantillonnage 6a. L'espace d'entrée porte la référence 34, comme on le voit clairement sur les figures 5 et 6 et s'ouvre vers l'extérieur à travers une ouverture 35 pratiquée dans la partie 27 de l'élément extérieur 11, près de la face radiale 29. Cet espace d'entrée 34 est susceptible d'être fermé par une vanne de fermeture 37 de forme générale tubulaire qui est montée dans l'espace 26, coulissant sur la surface cylindrique extérieure du tube 4 et comprend du côté de l'espace d'entrée 34 une collerette 38 dont la face cylindrique radialement extérieur coulisse sur la surface cylindrique intérieur de la partie 27 de l'élément extérieur 11. Un ressort hélicoïdal 40 entoure coaxialement le corps 39 de la vanne 37 en prenant appui par une extrémité sur la face arrière de la collerette 38 de la vanne et par son autre extrémité sur la face frontale 30 de la bague d'appui 31. Une rondelle avantageusement en Téflon 41 est interposée dans l'espace d'entrée 34 entre la surface d'épaulement 29 du corps extérieur 11 et la face frontale avant 42 de la vanne. Une deuxième ouverture 43 dans le corps de l'échantillon permet au fluide du puits de remplir l'espace 26 à l'arrière de la vanne et pousser celle-ci contre la rondelle de Téflon 41. Pour assurer l'étanchéité de l'espace d'entrée 34, deux joints d'étanchéité 44 et 45 sont placés dans la surface cylindrique radialement extérieure du tube 4, de part et d'autre d'une rainure annulaire 46 réalisé dans cette même surface. Un autre joint d'étanchéité 47 est placé dans la face cylindrique extérieure de la collerette 38 de la vanne pour assurer l'étanchéité entre cette collerette et l'élément extérieur 11. Les joints 44, 45 et 47 sont avantageusement formés par des joints toriques ou 0-rings. On constate en outre que le tube 4 porte sur sa surface cylindique extérieure un jonc fendu et élastique 49 qui fait partiellement saillie de la surface périphérique et est emprisonné dans un évidement annulaire 50 pratiqué dans la face cylindrique interne du corps de la vanne 37. Grâce à ce jonc 49, le tube 4 commande l'ouverture de la vanne 37. Il est encore à noter qu'un canal radial 52 pratiqué dans la partie 10 de l'élément extérieur 11 du corps de l'échantillonneur débouche, d'une part, dans le canal annulaire 12 et, d'autre part, dans un conduit 53 s'étendant parallèlement à l'axe de l'élément extérieur 11, comme on le voit clairement sur la figure 6. Ce conduit 53 se prolonge, à l'aide d'autres tronçons de conduit à travers toute la partie du corps de l'échantillonneur, qui est située à gauche de l'élément extérieur de corps 11. Il s'étend jusqu'à un manomètre situé dans la partie non représentée de I'échantillonneur. Grâce aux conduits 52 et 53, le manomètre peut mesurer la pression du fluide à l'intérieur de la chambre d'échantillonnage 6a. En se reportant à la figure 1, on constate que le tube 4 comporte encore un dispositif indicateur de la position axiale du tube, qui est désigné, de façon générale en 55, et comporte trois jeux de contacts permettant d'indiquer les trois positions axiales suivantes qui sont brièvement expliquées en se référant notamment aux figures 4 à 7. Une première position est montrée sur la figure 4. Dans cette position qui est la position médiane du tube, la vanne 37 occupe sa position de fermeture de l'espace d'entrée 34. Les deux joints d'étanchéité 44 et 45 se trouvent de part et d'autre de la rondelle en Téflon 41 placée dans cet espace 34. La figure 5 montre la deuxième position de la vanne 37 lorsque le tube 4 est dans sa position extrême gauche après avoir entraîné la vanne dans sa position de dégagement de l'espace d'entrée 34. Le canal annulaire 12 communique alors avec cet espace.La figure 7 montre l'autre position extrême du tube 4 dans laquelle l'ouverture du canal radial de mesure de pression 52 est isolée du canal radial 12 par le joint 45. Dans cette position, la chambre d'échantillonnage est complètement isolée de l'extérieur et l'espace d'entrée 34 est obturé par la vanne. La position des joints 44 et 45 ainsi que du jonc 49 doivent être choisis pour que les positions qui viennent d'être décrites du tube et de la vanne puissent être réalisées. Pour compléter la description, il est encore à noter que l'espace situé en arrière du piston 16 communique à travers un canal axial 57 traversant le tronçon b'-c de la figure 1 et un tube capillaire 58 avec une chambre de décompression 59. Il est encore à noter que les liaisons électriques passent à travers une gaine 61 qui s'étend axialement à l'intérieur du tube 4 et sort de celui-ci après avoir traversé la zone de la chambre d'échantillonnage et de la vanne 37, comme on le voit, à la jonction a-a' des deux premiers tronçons représentés sur la figure 1, pour être amené ensuite dans la portion non représentée de traitement d'informations du dispositif échantillonneur. On décrira ci-après brièvement le fonctionnement du dispositif échantillonneur selon l'invention. Avant de faire descendre le dispositif échantillonneur dans le puits contenant le fluide à échantillonner, on remplit l'espace 6b situé en arrière du piston d'échantillonnage 16. Le tube 4 et la vanne 37 pour la prise des échantillons occupent les positions représentées sur les figures 1 et 4. La vanne est fortement pressée contre la rondelle en Téflon 41 par le fluide se trouvant dans le puits, qui agit à travers l'ouverture 43 sur la face arrière de la vanne. Lorsque le dispositif échantillonneur atteint la profondeur souhaitée, on met en marche le moto-réducteur 1 qui déplace le tube 4 dans la direction de la flèche F1. Lorsque le jonc d'entraînement 49 vient buter contre la face arrière de l'évidement 50 pratiquée dans la vanne, celle-ci est entraînée vers la gauche, c'est-à-dire aussi dans la direction F1 à l'encontre de la force du ressort et dégage l'espace d'entrée 34 de façon que le fluide du puits puisse s'écouler à travers l'ouverture 35, l'espace 34, le canal annulaire 12 dans la chambre d'échantillonnage 6a en repoussant le piston d'échantillonnage 16 en direction de la flèche F2. A ce mouvement du piston s'oppose l'eau contenue dans la chambre 6b qui doit être refoulée de cette chambre 6b à travers le canal 57 et le tube capillaire 58. Le tube 4 et la vanne 37 occupent leurs positions représentées sur les sur les figures 5 et 6.Pendant toute cette phase, la pression à l'intérieur de la chambre d'échantillonnage peut être mesurée grâce au canal radial 52 et le conduit axial 53 relié au manomètre situé dans la partie de traitement d'informations. Sous l'effet du fluide, le piston se déplace jusqu'à ce qu'il vienne en appui sur le ressort 20 en comprimant celui-ci en fonction de la pression du fluide. Puis, en déplaçant le tube 4, par actionnement du moteur, on amène celui-ci dans la position montrée sur la figure 7. Dans cette position, la chambre d'échantillonnage est isolée de l'extérieur, du fait de la fermeture de la vanne 37 et de l'isolement du canal radial 52. Le ressort 20 sur lequel le piston 16 est en appui permet de maintenir constante la pression à l'intérieur de la chambre d'échantillonnage dans la mesure où il répond à un abaissement de la température du fluide dans la chambre en repoussant le piston 16. Au cours des opérations qui viennent d'être décrites, les positions de repos et de fin de course d'échantillonnage du piston d'échantillonnage 16 sont détectées et indiquées par les détecteurs de position 22 et 23 et chacune des positions caractéristiques du tube 4 sont indiquées par le dispositif de contacts 55. Il ressort de la description du dispositif échantillonneur selon l'invention et des figures, que la structure et le fonctionnement de celui-ci sont très simples tout en assurant une parfaite obturation de la chambre d'échantillonnage à la fois à l'état vide et à l'état rempli. Le ressort 20 assure que le gaz reste dissous dans l'échantillon. Grâce aux canaux 52 et 53, on dispose aussi d'un contrôle pour savoir s'il y a une fuite dans la chambre d'échantillonnage. REVENDICATIONS 1. Dispositif échantillonneur pour prélever un échantillon du fluide dans un puits, du type comprenant un corps avantageusement cylindrique, de forme allongée, adapté pour être descendu dans le puits et comportant une chambre réceptrice des échantillons, qui est reliée à l'extérieur par l'intermédiaire d'une ouverture pratiquée dans la surface périphérique du corps et d'un espace d'entrée obturable, une vanne de commande d'une prise d'un échantillon et un piston axialement mobile dans ladite chambre entre une position de repos avant la prise d'un échantillon et une position de fin de course d'échantillonnage sous l'effet de la pression du fluide entrant à travers ladite ouverture, caractérisé en ce que la vanne de commande de prise des échantillons est réalisée de façon à former une vanne d'obturation dudit espace d'entrée (34), déplaçable par des moyens (1,4) d'actionnement entre une position de fermeture de l'espace d'entrée et une position de dégagement de celui-ci. 2. Dispositif échantillonneur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vanne de commande de prise d'échantillon (37) est montée axialement mobile dans un espace annulaire (26) et constitue un piston formant dans cet espace une chambre de volume variable constituant l'espace d'entrée précitée (34) et en ce que celui-ci communique avec la chambre d'échantillonnage (6a) par un canal axial (12) et avec l'extérieur à travers l'ouverture radiale précitée (35). 3. Dispositif échantillonneur selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'un tube (4) est monté coaxial dans le dispositif échantillonneur de façon à être axialement mobile dans celui-ci selon un mouvement de va-et-vient, que la face cylindrique externe de ce tube constitue la face de délimitation radialement interne de l'espace (26) de logement de la vanne (37), sur laquelle coulisse cette dernière et constitue l'organe de commande en ouverture de cette vanne à l'encontre d'un moyen de rappel (40). 4. Dispositif échantillonneur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le tube (4) s'étend axialement à travers la chambre d'échantillonnage (6a) dont le piston (16) est monté coulissant sur celui-ci, que le canal annulaire (12) de communication entre la chambre d'échantillonnage (6b) et de l'espace d'entrée (34) est formé par un espace annulaire autour de ce tube (4) et en ce que ce dernier porte des moyens d'obturation et de dégagement (45) de ce canal de communication (12) en fonction de sa position axiale. 5. Dispositif échantillonneur selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'un conduit (52, 53) de mesure de la pression à l'intérieur de la chambre d'échantillonnage (6a) débouche dans le canal annulaire précité (12) et en ce que les moyens d'obturation (45) précités portés par le tube (4) sont adaptés pour isoler la chambre d'échantillonnage (6a) dudit conduit de mesure de pression (52, 53) dans une position axiale du tube. 6. Dispositif échantillonneur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la chambre de logement (6) du piston échantillonneur (16) comprend un ressort (20) sur lequel prend appui le piston dans sa position de fin de course d'échantillonnage et ce piston constitue un moyen de maintien constant de la pression du fluide d'échantillon à l'intérieur de la chambre d'échantillonnage lors du refroidissement de celui-ci. 7. Dispositif d'échantillonnage selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend des détecteurs (18, 22, 23) des positions de repos et de fin de course du piston d'échantillonnage (16). 8. Dispositif échantillonneur selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens indicateurs (55) des positions axiales du tube (4). 9. Dispositif échantillonneur selon l'une des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que l'espace interne du tube (4) permet le passage des câbles de transmission (61) de signaux électriques dans le dispositif échantillonneur. 10. Dispositif échantillonneur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la partie arrière (6b) de l'espace (6) de logement du piston d'échantillonneur (16) peut être rempli d'un liquide tel que de l'eau, sous une pression avantageusement atmosphérique, qui sera refoulé par le piston (12) lors d'une prise d'un échantillon à travers un tube capillaire (58). 11. Dispositif échantillonneur selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que le tube (4) est entraîné par un moto-réducteur (1) et un dispositif (3) de transformation du mouvement rotatif de l'arbre de sortie du moteur en un mouvement axial.