Appareil carottier du type à câble
La présente invention concerne un appareil
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En substance, l'appareil carottier comprend un tube intérieur coulissant dans un tube extérieur.
Le tube intérieur est équipé inférieurement d'un manchon extracteur de carotte et supérieurement d'une tête. Le tube extérieur est formé par un train de tiges creuses et pourvu inférieurement d'une couronne de sondage. La tête du tube intérieur est suspendue à un câble pour l'extraction et éventuellement la descente de ce tube intérieur. La tête du tube intérieur présente une butée de suspension et des moyens de verrouillage de ce tube intérieur dans le tube extérieur. La butée de suspension repose, en position de sondage, sur une bague annulaire de suspension du tube extérieur. Les moyens de verrouillage sont engagés, en position de sondage, dans une encoche annulaire de verrouillage du tube extérieur.
En outre, le tube intérieur forme de haut en bas dans le tube extérieur, un passage d'eau pour admettre dans la zone de sondage, sous l'action d'une pompe en surface, un débit d'eau refroidissant la couronne de sondage et évacuant de bas en haut les débris de sondage entre le tube extérieur et la paroi du trou foré.
Dans la technique du carottage d'un sol à l'aide d'un appareil carottier à câble, on prélève des échantillons cylindriques de roche, c'est-à-dire des carottes, qui sont découpés par la couronne de sondage mise en rotation par le tube extérieur, qui sont engagés .... __ __ progressivement dans le manchon extracteur du tube intérieur lors du sondage ou du carottage et qui sont dégagés du sol restant et remontés à la surface par le tube intérieur à l'aide du câble susdit commandé par un treuil en surface. Au cours du sondage ou du carottage, l'eau circulant jusqu'au fond du trou foré refroidit la couronne de sondage et évacue vers la surface les débris produits.
Les appareils carottiers connus du genre susdit ne présentent pas de moyen monté dans leur tube intérieur, pour contrôler le débit d'eau traversant leur circuit d'eau formé par ce tube intérieur et alimentant la zone de sondage et de carottage .Conséquemment, selon les conditions de sondage ou de carottage et notamment dans les cas où la perte d'eau est supérieure au débit injecté,les appareils carottiers connus risquent d'admettre dans la zone de sondage et de carottage,un débit d'eau insuffisant et même nul. Or, un tel débit d'eau défavorable ne peut être détecté par l'opérateur en surface, qu'après une période suffisamment longue pour provoquer un échauffement excessif de
la couronne de sondage et la destruction rapide de cet outil onéreux.
Quelques données numériques d'un sondage et d'un carottage font comprendre le risque susdit des appareils connus.
Généralement, le débit d'eau mis en oeuvre lors
du sondage et du carottage d'un sol normal est tel que la vitesse ascensionnelle du courant d'eau ramenant les débris entre le tube extérieur et la paroi du trou foré dans le sol est de 50 cm/sec, environ.Avec un appareil-carottier dont le tube extérieur a un diamètre extérieur dé .114 mm et un diamètre intérieur de 103 mm et tourne dans un trou foré de <EMI ID=2.1>
litres/min. pour obtenir cette vitesse de 50 cm/sec.
Lorsque le sondage et le carottage atteignent... des roches très fissurées, il peut se produire dans les fissure failles, etc., une perte d'eau dépassant fortement le débit d'eau injecté par la pompe dans le tube extérieur. Dès lors il se crée un niveau d'eau dynamique situé dans le tube extérieur légèrement au-dessus du niveau phréatique. De ce fait, il faut considérer la charge d'une colonne d'eau dans
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nécessairement égale à la hauteur totale de la partie limer gée de l'appareil carottier. Conséquemment, il y a alors un espace vide d'eau dans le tube extérieur qui peut, dans le cas choisi, être apposé s'étendre sur une hauteur de 28 mètres, entre la surface et le niveau d'eau effectif dans le tube extérieur.
Lorsque le sondage et le carottage atteignent ensuite une couche d'argile, il peut se former un bouchon obturant le passage de l'eau au niveau de la couronne de sondage. Des que le bouchon en question coupe le passage d'eau dans la zone de sondage ou de carottage, le débit d'eau Injecté par la pompe doit d'abord remplir l'espace vide d'eau précité dans le tube extérieur, avant qu'une surpression se manifeste à cette pompe en surface, c'est-à-dire avant que l'opérateur soit informé que l'eau ne circule plus dans la' zone de sondage et de carottage. Le laps de temps écoulé entre la formation complète du bouchon susdit et l'apparition de la surpression au manomètre de la pompe peut être de 4 minutes environ. Or, quelques secondes suffisent pour produire la destruction de la couronne de sondage en cas de manque de circulation d'eau.
On comprend ainsi l'inconvénient des
appareils connus quant au risque de destruction
rapide de leur outillage de sondage, dans les trous en perte d'injection totale, lequel inconvénient est évité grâce à l'appareil carottier selon l'invention.
A cet effet, dans l'appareil carottier
selon l'invention, la tête du tube intérieur comporte
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d'une pression d'eau prédéterminée, indiquée à la pompe et au moins égale à la pression d'eau due à la différence des niveaux d'eau entre le niveau phréatique et le niveau de la pompe en surface, lorsque la profondeur de sondage et de carottage dépasse ce niveau phréatique ou au moins égale à la pression d'eau due à la différence des niveaux d'eau entre le fond du trou foré et le niveau de la pompe en surface, lorsque la profondeur de sondage et de carottage n'atteint pas le niveau phréatique, de manière :
- à rester fermée pendant la descente du tube intérieur dans le tube.extérieur, jusqu'à la mise à butée de la tête du tube intérieur contre la bague de suspension et verrouillage de ladite tête dans l'encoche de verrouillage,
- à s'ouvrir ensuite pour le carottage sous l'effet d'une augmentation de la pression indiquée à la pompe, pour que cette pression soit plus grande que la pression prédéterminée susdite,
- et à se refermer après le carottage sous l'effet d'une diminution de cette pression produite par l'arrêt de la pompe, en vue du déverrouillage et de la remontée du tube intérieur avec la carotte.
Ainsi, avec l'appareil carottier selon l'invention, ce n'est que lorsque le tube intérieur se trouve effectivement an position verrouillée propre au sondage et au carottage du sol, que la pression indiquée à la pompe en surface peut dépasser la valeur prédéterminée par le réglage de la soupape de contrôle. De la sorte, l'opérateur peut se rendre compte aisément si la pression indiquée à la pompe dépasse la valeur prédéterminée en question, auquel cas il est certain qu'un débit d'eau de refroidissement atteint la zone de sondage et de carottage.
En outre, l'opérateur peut aussi observer si cette pression ne monte pas subitement au cours du sondage et du carottage, suite à une obstruction par exemple accidentelle du passage d'eau notamment dans la zone de sondage et de carottage, auquel cas il arrête l'opération en cours.
Par ailleurs, avec des appareils carottiers connus du type précité, l'opérateur est certain de la mise en position verrouillée du tube intérieur dans le tube extérieur, uniquement par l'impact de la butée de suspension de ce tube intérieur contre la bague de suspension de ce tube extérieur*. Cet impact produit un bruit transmis en surface par le tube extérieur, pour autant que l'appareil carottier travaille à des petites profondeurs dans le sol. La perception de ce bruit particulier par l'opérateur est donc aléatoire, difficile et même impossible pour des opérations à grande profondeur ou pour des opérations avec injection de
boues de forage. En outre, l'opérateur coupe souvent
les moteurs de l'appareil et de la pompe, pour détecter le bruit en question.
Au contraire, avec un appareil carottier selon l'invention et grâce à la soupape de contrôle réglable
de cet appareil, l'opérateur dispose d'un moyen particulièrement simple, rapide et efficace pour savoir
quand et si le tube intérieur est en position correcte pour le sondage et le carottage. A cet effet, il lui suffit de suivre la pression indiquée à la pompe sans arrêter un moteur quelconque. Lorsque cette pression dépasse la valeur prédéterminée, réglée par la soupape
de contrôle, le tube intérieur est en position verrouillée et fonctionnelle.
Selon des caractéristiques constructives du nouvel appareil carottier,la soupape de contrôle réglable comprend un obturateur sphérique dans un corps formé
par un manchon constitutif de la tête du tube .intérieur. L'obturateur sphérique est sollicité axialement vers
le haut par un ressort de rappel, à prendre appui élastiquement sur un siège annulaire formé par la partie supérieure du corps. D'autre part, le ressort de rappel prend appui inférieurement sur une rondelle de réglage déplaçable axialement dans le corps. Enfin, ' le manchon formant le corps de la soupape de contrôle
est généralement le déflecteur de la tête du tube intérieur.
D'autres détails et particularités de l'invention apparaîtront au cours de la description et
des dessins annexés au présent mémoire et qui représen-tent schématiquement et à titre d'exemple seulement
une forme d'exécution de l'invention.
- Les figures 1A, 1B, 1C et 1D sont des coupes axiales successives d'un nouvel appareil carottier. Ces coupes se raccordent respectivement suivant les lignes a-a, b-b et c-c des figures.
L'appareil carottier représenté est du
type à câble et sert à prélever des carottes de roches dans un sol.
En substance, l'appareil carottier comprend un tube extérieur 1 et un tube intérieur 2.
Le tube extérieur 1 est constitué par un
train de tiges creuses coaxiales par exemple 3, 4, 5 et
6 vissées l'une par rapport à l'autre. Le tube extérieur 1 est pourvu inférieurement d'une couronne de sondage 7 garnie d'une concrétion diamantée. La couronne de sondage 7 est vissée à son tour sur la tige inférieure 6 du tube extérieur 1.Le tube extérieur 1 dans
son ensemble tourne en service autour de son axe sous l'action de moyens moteurs non représentés et installés en surface.
Le tube extérieur 1 présente entre autres
une encoche annulaire de verrouillage 8 et comporte
en outre une bague de suspension 9.
Le tube intérieur 2 est un ensemble mécanique complexe coulissant dans le tube extérieur 1 pour sa mise en place et son extraction. :En service, une partie du tube intérieur 2 reste stationnaire dans le tube extérieur 1 en rotation, tandis que l'autre partie tourne conjointement
à ce tube extérieur 1.
Pour son coulissement dans le tube extérieur 1, le tube intérieur 2 est suspendu à un câble partant d'un treuil en surface et aboutissant à
une tête d'accrochage 10 de ce tube intérieur.
Le câble est mis en oeuvre chaque fois pour l'extraction du tube intérieur 2 et éventuellement
la descente de ce tube intérieur 2 en cas de manque ' d'eau dans le tube extérieur t.
Dans le tube intérieur 2, la tête d'accrochage 10 est mécaniquement reliée à un tube 11 porte-verrous. La partie inférieure du tube 11 porteverrous est fixée à la partie supérieure d'un manchon déflecteur 12. Dans la partie inférieure taraudée du manchon déflecteur 12 est vissé un arbre 13 plein.
Un écrou de blocage 14 est vissé sur la partie supérieure filetée de l'arbre 13 et appliqué contre le bord inférieur du manchon déflecteur 12. L'arbre 13 porte autour de lui et de haut en bas, une bague de retenue 15, des rondelles d'appui 16, des bagues d'expansion 17 entre celles-ci, une butée à billes 18,
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billes 20, des rondelles ressort 21, et une autre bague de retenue 22. Les éléments mécaniques 16 à 21 entourant l'arbre 13 sont serrés entre les deux butées de retenue 15 et 22 par un écrou 23 auto-bloquant, vissé sur l'extrémité inférieure filetée de l'arbre 13. D'autre part, le manchon d'entretoisement 19 présente une partie filetée sur laquelle est vissé un support 24
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port 24 porte un tube 25 réceptacle de la carotte, fileté supérieurement et inférieurement. La partie inférieure du tube réceptacle 25 est vissée à son tour dans le manchon -extracteur 26 lequel est pourvu intérieurement d'un ressort extracteur 27.
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pourvu de deux verrous opposés 29 pivotant autour d'une goupille élastique 30 servant d'arbre de pivotement. Les deux verrous 29 sont constamment sollicités par un ressort 31 à s'écarter de l'axe du tube intérieur 2 et à traverser les deux évidements 28.
Le tube intérieur 2 comporte une butée de suspension 32 formée par un rebord du manchon déflecteur 12. Cette butée de suspension 32 est destinée à coopérer avec la bague de suspension 9 du tube extérieur 1.
Ainsi, l'ensemble des pièces 10 à 32 forme le tube intérieur 2 conventionnel et dans cet ensemble, les pièces 10 à 24, 29 à 32 constituent la tête du tube intérieur.
Dans le tube extérieur 1, le tube intérieur 2 forme un passage continu d'un débit d'eau produit en
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de forage et de carottage pour refroidir énergiquement
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paroi du trou foré.
Dans l'exemple choisi, le passage d'eau dans le tube extérieur 1 est formé d'abord par le tube exté- rieur lui-même, au-dessus du tube intérieur 2. Ensuite,
de haut en bas, le passage d'eau est.délimité entre le
tube 11 porte-verrous et la tige creuse 3 et est poursuivi
<EMI ID=14.1> il se prolonge vers le bas à l'intérieur du manchon déflecteur 12. Par après, le passage d'eau repasse
par des ouvertures latérales 33 du manchon déflecteur 12 entre celui-ci et la tige creuse 5. Plus bas,
le passage d'eau continue entre les tiges creuses 5
et 6 du tube extérieur 1 d'une part et l'arbre plein 13 avec ses accessoires, le support 24 et les tubes 25 et
26 du tube intérieur 2, d'autre part. Enfin, le passage d'eau débouche inférieurement entre le porte-extracteur 26 et la couronne de sondage 7 pour atteindre la zone de sondage et de carottage.
Conformément à l'idée inventive, la tête
du tube intérieur 2 comporte une soupape réglable 34
de contrôle du débit d'eau d'alimentation de la zone
de sondage et de carottage. La soupape de contrôle 34
est branchée dans le passage de ce débit d'eau. De préférence, la soupape de contrôle 34 se trouve légèrement en dessous des verrous 29 et plus précisément au niveau du manchon déflecteur 12.
En fait, dans l'exemple choisi, la soupape
de contrôle 34 comprend un corps constitué par le manchon déflecteur 12 lui-même, dans lequel est monté
un obturateur sphérique 35 coopérant avec un siège annulaire 36 de la partie supérieure du manchon déflecteur 12. L'obturateur sphérique 35 est constamment sollicité
vers le haut par un ressort hélicoïdal 37 taré pour être appliqué élastiquement sur le siège annulaire 36. La force de rappel du ressort hélicoïdal 37, c'est-à-dire
la force d'application de l'obturateur 35 contre le siège annulaire 36, est réglable. Dans ce but, le ressort hélicoïdal 37 repose contre une rondelle de réglage 33 du côté opposé à l'obturation sphérique 35. La rondelle de réglage 38 est déplaçable axialement dans le manchon déflecteur 12 en étant solidarisée à une vis de réglage
39 vissée dans un écrou de support 40 lui-même vissé dans la partie inférieure taraudée de ce manchon déflecteur 12. Toute rotation de la vis de réglage 39 entraîne une translation axiale de la rondelle de réglage 38 et une variation de la force de rappel du ressort hélicoïdal 37 de la soupape de contrôle 34.
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tage, le tube intérieur 2 est descendu dans le tube extérieur 1 avec la soupape de contrôle 34 fermée. La pompe injecte alors de l'eau dans le tube extérieur 1 au-dessus de la tête du tube intérieur 2. L'eau injectée est retenue par l'obturateur sphérique 35 appliqué contre le siège annulaire 36 sous l'action de la pres-
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Lors de la descente du tube intérieur 2
dans le tube extérieur 1, la pression indiquée à la pompe ou plus précisément au manomètre de cette pompe n'excède pas celle correspondant à la force de rappel
du ressort hélicoïdal 37, c'est-à-dire celle nécessaire à l'ouverture de la soupape de contrôle 34.
Au moment de l'arrivée du tube intérieur 2 en position inférieure propre au sondage et au verrouillage, la butée de suspension 32 de ce tube intérieur vient en contact avec la bague de suspension 9 du tube extérieur et le tube intérieur 2 est retenu et suspendu ainsi dams le tube extérieur 1, tandis que les verrous 29
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<EMI ID=18.1> ainsi par rapport au tube extérieur 1.
Aussitôt après la mise en position suspendue et verrouillée du tube intérieur 2 dans le tube
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pompe occasionne l'admission subséquente d'eau dans ce
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Dès lors, lorsque la pression croissante de l'eau dans l'appareil carottier au niveau de la soupape de contrôle 34 atteint et dépasse celle correspondant à la
force de rappel du ressort hélicoïdal 37, cette soupape
de contrôle 34 s'ouvre et un débit d'eau traverse le passage précité du tube intérieur 2 dans le tube extérieur 1 aussi longtemps que ces pressions restent pareilles l'une par rapporl à l'autre.
En fait, la pression d'eau qui existe au niveau de la soupape de contrôle 34 et qui équilibre
la force de rappel réglable du ressort hélicoïdal 37 correspond à une pression prédéterminée indiquée à la pompe. Le réglage de la vis 39 dans la soupape de contrôle 34 est tel que cette pression prédéterminée indiquée à la pompe soit au moins égale à la pression d'eau due à la différence des niveaux d'eau entre le niveau phréatique
et le niveau de la pompe en surface, lorsque la profondeur de sondage et de carottage dépasse ce niveau phréatique ou au moins égale à la pression d'eau due à la différence des niveaux d'eau entre le fond du trou foré
et le niveau de la pompe en surface, lorsque la profondeur de sondage et de carottage n'atteint pas le niveau phréatique. La pression prédéterminée indiquée de la
pompe et provoquant l'ouverture de la soupape de contrôle 34 est donc essentielle dans le fonctionnement et la mise en oeuvre de l'appareil carottier actuel.
Dans ces conditions, à la lecture au mano-
mètre de la pompe d'une pression supérieure à la pression prédéterminée en question, l'opérateur est certain de la j
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rieur 2 dans le tube extérieur 1 et du passage de l'eau jusqu'en dessous de la couronne de sondage 7 quel que soit
le niveau phréatique de l'eau dans le sol. L'opérateur peut alors mettre en marche le moteur de rotation du -tube
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une carotte de roche engagée progressivement dans le manchon extracteur 26 et le tube réceptacle 27.
Après formation de la carotte, la pompe est arrêtée et la pression de l'eau diminue et devient nulle
à son manomètre. De même, le moteur d'entraînement du tube extérieur 1 est aussi stoppé. Dès lors, la soupape de con- trale 34 se fente* et le tube intérieur 2 peut être relevé pour être d'abord déverrouillé et ensuite remonté à la surface afin de récupérer la carotte.
De la sorte, d'une manière générale, la
soupape de réglage 34 reste fermée pendant la descente du tube intérieur 2 jusqu'à mise à butée et verrouillage dans
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sous l'effet d'une augmentation de pression indiquée à la pompe motrice pour que cette pression dépasse la pression prédéterminée susdite et se referme ensuite après carottage, sous l'effet d'une diminution de cette pression due
à l'arrêt de la pompe, en vue du* déverrouillage et de la remontée du tube intérieur 2.
Il est à noter qu'en cours de sondage et
de carottage une brusque augmentation de la pression indiquée à la pompe informe immédiatement l'opérateur qu'il y. a une perte de charge anormale, par exemple une obstruction de passage de l'eau au niveau de la couronne de sondage 7 et qu'il y a lieu d'arrêter la rotation du tube extérieur 1 pour ne pas détruire cette couronne de sondage 7 diamantée et conséquemment onéreuse .
Il est évident que l'invention n'est pas exclusivement limitée à la forme de réalisation repré-
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tées dans la forme, la disposition et la constitution
de certains des éléments intervenant dans sa réalisation � condition que ces modifications ne scient pas
en contradiction avec l'objet de chacune des revendica- ' tiens suivantes.
Cable-type core sampler
The present invention relates to an apparatus
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In essence, the corer apparatus comprises an inner tube sliding in an outer tube.
The inner tube is equipped below with a core extractor sleeve and above with a head. The outer tube is formed by a string of hollow rods and provided at the bottom with a sounding crown. The head of the inner tube is suspended from a cable for the extraction and possibly the descent of this inner tube. The head of the inner tube has a suspension stop and means for locking this inner tube in the outer tube. The suspension stop rests, in the probing position, on an annular suspension ring of the outer tube. The locking means are engaged, in the probing position, in an annular locking notch of the outer tube.
In addition, the inner tube forms from top to bottom in the outer tube, a water passage to admit into the probing zone, under the action of a surface pump, a flow of water cooling the probing ring. and discharging from the bottom up the sounding debris between the outer tube and the wall of the drilled hole.
In the technique of coring soil using a cable coring device, cylindrical rock samples, i.e. cores, are taken, which are cut by the rotating drill bit. by the outer tube, which are engaged .... __ __ progressively in the extractor sleeve of the inner tube during sounding or coring and which are released from the remaining soil and brought up to the surface by the inner tube using the cable aforesaid controlled by a winch on the surface. During sounding or coring, the water circulating to the bottom of the drilled hole cools the drill bit and evacuates the debris produced to the surface.
The known coring devices of the aforementioned type do not have any means mounted in their inner tube, to control the flow of water passing through their water circuit formed by this inner tube and supplying the boring and coring zone. Consequently, according to the sounding or coring conditions and in particular in cases where the water loss is greater than the injected flow rate, known coring devices run the risk of admitting in the boring and coring zone an insufficient or even zero water flow. However, such an unfavorable water flow can only be detected by the operator at the surface after a period long enough to cause excessive heating of the surface.
the drilling crown and the rapid destruction of this expensive tool.
Some numerical data of a boring and a coring make understand the aforementioned risk of the known devices.
Generally, the water flow rate used during
boring and coring a normal soil is such that the upward speed of the water current bringing the debris between the outer tube and the wall of the hole drilled in the soil is approximately 50 cm / sec. core barrel whose outer tube has an outer diameter of .114 mm and an inner diameter of 103 mm and rotates in a drilled hole of <EMI ID = 2.1>
liters / min. to obtain this speed of 50 cm / sec.
When probing and coring reach ... severely cracked rocks, water loss may occur in fault cracks, etc., greatly exceeding the water flow rate injected by the pump into the outer tube. This creates a dynamic water level located in the outer tube slightly above the groundwater level. Therefore, we must consider the load of a water column in
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necessarily equal to the total height of the filed part of the coring device. Consequently, there is then an empty space of water in the outer tube which can, in the case chosen, be affixed to a height of 28 meters, between the surface and the effective water level in the outer tube. .
When the boring and coring then reach a layer of clay, a plug may form, blocking the passage of water at the level of the boring crown. As soon as the stopper in question cuts off the passage of water in the probing or coring area, the flow of water injected by the pump must first fill the aforementioned empty space with water in the outer tube, before quitting. 'An overpressure is manifested at this pump on the surface, that is to say before the operator is informed that the water is no longer circulating in the' boring and coring zone. The lapse of time between the complete formation of the aforementioned plug and the appearance of overpressure on the pump manometer may be approximately 4 minutes. However, a few seconds are sufficient to produce the destruction of the probing crown in the event of lack of water circulation.
We can thus understand the disadvantage of
devices known as to the risk of destruction
their probing tooling, in the holes with total injection loss, which drawback is avoided thanks to the coring device according to the invention.
For this purpose, in the core sampler
according to the invention, the head of the inner tube comprises
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a predetermined water pressure, indicated to the pump and at least equal to the water pressure due to the difference in water levels between the groundwater level and the level of the pump on the surface, when the sounding depth and coring exceeds this phreatic level or at least equal to the water pressure due to the difference in water levels between the bottom of the drilled hole and the level of the pump on the surface, when the depth of boring and coring n '' not reach the groundwater level, so:
- to remain closed during the descent of the inner tube into the outer tube, until the head of the inner tube comes to rest against the suspension ring and said head is locked in the locking notch,
- to then open for coring under the effect of an increase in the pressure indicated to the pump, so that this pressure is greater than the aforesaid predetermined pressure,
- And to be closed after coring under the effect of a reduction in this pressure produced by stopping the pump, with a view to unlocking and raising the inner tube with the core.
Thus, with the coring apparatus according to the invention, it is only when the inner tube is actually in a locked position suitable for probing and coring the soil, that the pressure indicated to the pump at the surface can exceed the predetermined value. by adjusting the control valve. In this way, the operator can easily see if the pressure indicated at the pump exceeds the predetermined value in question, in which case it is certain that a flow of cooling water reaches the probing and coring zone.
In addition, the operator can also observe whether this pressure does not rise suddenly during probing and coring, following an accidental obstruction, for example, of the passage of water, particularly in the probing and coring zone, in which case he stops the current operation.
Moreover, with known coring devices of the aforementioned type, the operator is certain of the locking position of the inner tube in the outer tube, only by the impact of the suspension stop of this inner tube against the suspension ring. of this outer tube *. This impact produces a noise transmitted to the surface by the outer tube, as long as the coring device works at shallow depths in the soil. The perception of this particular noise by the operator is therefore random, difficult and even impossible for operations at great depth or for operations with injection of
drilling muds. In addition, the operator often cuts
the device and pump motors, to detect the noise in question.
On the contrary, with a coring apparatus according to the invention and thanks to the adjustable control valve
of this device, the operator has a particularly simple, fast and efficient way to know
when and if the inner tube is in the correct position for probing and coring. For this purpose, it suffices to follow the pressure indicated at the pump without stopping any engine. When this pressure exceeds the predetermined value, set by the valve
control, the inner tube is in the locked and functional position.
According to constructional features of the new core barrel apparatus, the adjustable control valve comprises a spherical shutter in a formed body
by a sleeve constituting the head of the interior tube. The spherical shutter is axially biased towards
the top by a return spring, to be supported elastically on an annular seat formed by the upper part of the body. On the other hand, the return spring bears below on an adjusting washer which can be moved axially in the body. Finally, 'the sleeve forming the body of the control valve
is usually the inner tube head deflector.
Other details and features of the invention will become apparent during the description and
of the drawings appended hereto and which represent schematically and by way of example only
one embodiment of the invention.
- Figures 1A, 1B, 1C and 1D are successive axial sections of a new coring device. These sections are connected respectively along lines a-a, b-b and c-c of the figures.
The corer apparatus shown is from
cable type and is used to take rock cores in soil.
In essence, the corer apparatus comprises an outer tube 1 and an inner tube 2.
The outer tube 1 consists of a
coaxial hollow drill string for example 3, 4, 5 and
6 screwed in relation to each other. The outer tube 1 is provided below with a drilling crown 7 furnished with a diamond concretion. The sounding crown 7 is screwed in turn on the lower rod 6 of the outer tube 1. The outer tube 1 in
its assembly rotates in service around its axis under the action of motor means not shown and installed on the surface.
The outer tube 1 has among others
an annular locking notch 8 and comprises
in addition a suspension ring 9.
The inner tube 2 is a complex mechanical assembly sliding in the outer tube 1 for its installation and its extraction. : In service, a part of the inner tube 2 remains stationary in the rotating outer tube 1, while the other part rotates together
to this outer tube 1.
For its sliding in the outer tube 1, the inner tube 2 is suspended from a cable leaving a winch on the surface and ending in
a hooking head 10 of this inner tube.
The cable is used each time for the extraction of the inner tube 2 and possibly
the descent of this inner tube 2 in the event of a lack of water in the outer tube t.
In the inner tube 2, the hooking head 10 is mechanically connected to a tube 11 lock holder. The lower part of the lock-holder tube 11 is fixed to the upper part of a deflector sleeve 12. In the threaded lower part of the deflector sleeve 12 is screwed a solid shaft 13.
A locking nut 14 is screwed onto the threaded upper part of the shaft 13 and applied against the lower edge of the deflector sleeve 12. The shaft 13 carries around it and from top to bottom, a retaining ring 15, washers. support 16, expansion rings 17 between them, a ball bearing 18,
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balls 20, spring washers 21, and another retaining ring 22. The mechanical elements 16 to 21 surrounding the shaft 13 are clamped between the two retaining stops 15 and 22 by a self-locking nut 23, screwed on the threaded lower end of the shaft 13. On the other hand, the spacer sleeve 19 has a threaded part onto which a support 24 is screwed.
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port 24 carries a tube 25 receptacle of the carrot, threaded above and below. The lower part of the receptacle tube 25 is in turn screwed into the extractor sleeve 26 which is provided internally with an extractor spring 27.
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provided with two opposing latches 29 pivoting around a spring pin 30 serving as a pivot shaft. The two bolts 29 are constantly urged by a spring 31 to move away from the axis of the inner tube 2 and to pass through the two recesses 28.
The inner tube 2 comprises a suspension stop 32 formed by a rim of the deflector sleeve 12. This suspension stop 32 is intended to cooperate with the suspension ring 9 of the outer tube 1.
Thus, the set of parts 10 to 32 form the conventional inner tube 2 and in this set, the parts 10 to 24, 29 to 32 constitute the head of the inner tube.
In the outer tube 1, the inner tube 2 forms a continuous passage of a flow of water produced in
<EMI ID = 10.1>
<EMI ID = 11.1>
drilling and coring to cool down vigorously
<EMI ID = 12.1>
<EMI ID = 13.1>
wall of the drilled hole.
In the example chosen, the passage of water in the outer tube 1 is formed first of all by the outer tube itself, above the inner tube 2. Then,
from top to bottom, the water passage is delimited between the
tube 11 lock holders and the hollow rod 3 and is continued
<EMI ID = 14.1> it extends downwards inside the deflector sleeve 12. Subsequently, the water passage passes again
by lateral openings 33 of the deflector sleeve 12 between the latter and the hollow rod 5. Lower,
the passage of water continues between the hollow rods 5
and 6 of the outer tube 1 on the one hand and the solid shaft 13 with its accessories, the support 24 and the tubes 25 and
26 of the inner tube 2, on the other hand. Finally, the water passage opens out below between the extractor holder 26 and the drilling crown 7 to reach the drilling and coring zone.
In accordance with the inventive idea, the head
of the inner tube 2 has an adjustable valve 34
zone feed water flow control
boring and coring. The control valve 34
is plugged into the passage of this water flow. Preferably, the control valve 34 is located slightly below the latches 29 and more precisely at the level of the deflector sleeve 12.
In fact, in the example chosen, the valve
control 34 comprises a body formed by the deflector sleeve 12 itself, in which is mounted
a spherical shutter 35 cooperating with an annular seat 36 of the upper part of the deflector sleeve 12. The spherical shutter 35 is constantly urged
upwards by a helical spring 37 calibrated to be elastically applied to the annular seat 36. The return force of the helical spring 37, that is to say
the force of application of the shutter 35 against the annular seat 36 is adjustable. For this purpose, the helical spring 37 rests against an adjustment washer 33 on the side opposite the spherical closure 35. The adjustment washer 38 can be moved axially in the deflector sleeve 12 by being secured to an adjustment screw.
39 screwed into a support nut 40 which is itself screwed into the threaded lower part of this deflector sleeve 12. Any rotation of the adjustment screw 39 causes an axial translation of the adjustment washer 38 and a variation of the return force of the coil spring 37 of control valve 34.
<EMI ID = 15.1>
floor, the inner tube 2 is lowered into the outer tube 1 with the control valve 34 closed. The pump then injects water into the outer tube 1 above the head of the inner tube 2. The injected water is retained by the spherical shutter 35 applied against the annular seat 36 under the action of pressure.
<EMI ID = 16.1>
When lowering the inner tube 2
in the outer tube 1, the pressure indicated at the pump or more precisely at the pressure gauge of this pump does not exceed that corresponding to the return force
of the coil spring 37, that is to say that necessary to open the control valve 34.
When the inner tube 2 arrives in the lower position suitable for probing and locking, the suspension stop 32 of this inner tube comes into contact with the suspension ring 9 of the outer tube and the inner tube 2 is retained and suspended thus in the outer tube 1, while the locks 29
<EMI ID = 17.1>
<EMI ID = 18.1> as well with respect to outer tube 1.
Immediately after placing the inner tube 2 in the suspended and locked position in the tube
<EMI ID = 19.1>
pump causes the subsequent admission of water into this
<EMI ID = 20.1>
Consequently, when the increasing pressure of water in the coring apparatus at the level of the control valve 34 reaches and exceeds that corresponding to the
return force of the coil spring 37, this valve
control 34 opens and a flow of water passes through the aforementioned passage of the inner tube 2 in the outer tube 1 as long as these pressures remain the same relative to each other.
In fact, the water pressure which exists at the level of the control valve 34 and which balances
the adjustable return force of the coil spring 37 corresponds to a predetermined pressure indicated to the pump. The adjustment of the screw 39 in the control valve 34 is such that this predetermined pressure indicated to the pump is at least equal to the water pressure due to the difference in water levels between the groundwater level
and the level of the pump on the surface, when the probing and coring depth exceeds this phreatic level or at least equal to the water pressure due to the difference in water levels between the bottom of the drilled hole
and the level of the pump on the surface, when the probing and coring depth does not reach the groundwater level. The specified predetermined pressure of the
pump and causing the control valve 34 to open is therefore essential in the operation and implementation of the current coring apparatus.
Under these conditions, when reading the mano
meter of the pump of a pressure greater than the predetermined pressure in question, the operator is certain of the j
<EMI ID = 21.1>
laughter 2 in the outer tube 1 and the passage of water to below the sounding ring 7 regardless of
the phreatic level of water in the soil. The operator can then start the rotation motor of the -tube
<EMI ID = 22.1>
a rock core progressively engaged in the extractor sleeve 26 and the receptacle tube 27.
After forming the core, the pump is stopped and the water pressure decreases and becomes zero
to his pressure gauge. Likewise, the drive motor of the outer tube 1 is also stopped. Therefore, the control valve 34 slits * and the inner tube 2 can be raised to be first unlocked and then raised to the surface to collect the core.
In this way, in general, the
control valve 34 remains closed during the descent of the inner tube 2 until it comes to a stop and lock in
<EMI ID = 23.1>
under the effect of an increase in pressure indicated to the driving pump so that this pressure exceeds the aforementioned predetermined pressure and then closes again after coring, under the effect of a decrease in this pressure due
when the pump is stopped, for * unlocking and raising the inner tube 2.
It should be noted that during the survey and
of coring a sudden increase in the pressure indicated at the pump immediately informs the operator that there is. has an abnormal pressure drop, for example an obstruction of the passage of water at the level of the sounding ring 7 and that it is necessary to stop the rotation of the outer tube 1 so as not to destroy this sounding ring 7 diamond-coated and consequently expensive.
It is obvious that the invention is not exclusively limited to the embodiment shown.
<EMI ID = 24.1>
tees in form, arrangement and constitution
some of the elements involved in its realization � provided that these modifications do not
in contradiction with the object of each of the following claims.