EP0456581A1 - Bottle for fluid sampling, for use in deep boreholes - Google Patents

Bottle for fluid sampling, for use in deep boreholes Download PDF

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EP0456581A1
EP0456581A1 EP91401218A EP91401218A EP0456581A1 EP 0456581 A1 EP0456581 A1 EP 0456581A1 EP 91401218 A EP91401218 A EP 91401218A EP 91401218 A EP91401218 A EP 91401218A EP 0456581 A1 EP0456581 A1 EP 0456581A1
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EP
European Patent Office
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filling
volume
bottle
valve
sampling
Prior art date
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EP91401218A
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German (de)
French (fr)
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EP0456581B1 (en
Inventor
Bernard Duvallet
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Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
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Publication date
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B49/00—Testing the nature of borehole walls; Formation testing; Methods or apparatus for obtaining samples of soil or well fluids, specially adapted to earth drilling or wells
    • E21B49/08—Obtaining fluid samples or testing fluids, in boreholes or wells
    • E21B49/081—Obtaining fluid samples or testing fluids, in boreholes or wells with down-hole means for trapping a fluid sample
    • E21B49/082—Wire-line fluid samplers

Definitions

  • the invention relates to deep boreholes, for which it is necessary to take samples of a mixture of liquid and gas. This type of maneuver finds its application for the surveillance of basements containing liquids, for hydrothermalism, for the oil industry, for nuclear power stations and for the drilling of basements where gas pockets are found.
  • the object of the invention is to remedy these drawbacks by proposing a small diameter sampling bottle which can sample a mixture of water and gas in depth and which is capable of delivering gas on the one hand and on the other hand apart from pure water.
  • an embodiment of the invention provides that the filling sleeve comprises a series of removable filters, placed on the filling pipe and being of declining gauge to make a filtration with several stages.
  • the bottle according to the invention has a preferred embodiment. Indeed, the part of the filling pipe which is obstructed by the piston is a removable pressure compensation valve, sliding rise in the sleeve to compensate for the pressure difference between the sample volume and the inlet of the pipe.
  • the external ends of the pipeline can be fitted with filters.
  • the filters used in the sleeve can be of the "sintered" type.
  • the determined value of pressure differences on the two sides of the non-return valve is 1 bar, ie 105 Pa.
  • the sampling volume consists of a bottle body screwed on the sleeve.
  • the tap is located on a drain pipe placed in communication with the sample volume opposite the filling pipe and surmounted by a protective cap placed at the front of the assembly.
  • the sampling bottle according to the invention is shown in Figure 1, detached in two fictitious parts for reasons of layout.
  • a tube can be distinguished which is the motor part, constituting the support body 30 of the bottle according to the invention.
  • the end 32 of this support body 30 is located at the top of the right-hand part and constitutes the start of the sampling bottle.
  • This comprises a central body 2 inside which is taken the sampling volume 4 into which must be introduced a determined quantity of fluid withdrawn.
  • that according to the invention comprises means for filling this filling volume 4, which must be operational when the bottle is on the sampling site, namely at the bottom of a deep borehole.
  • the bottle is also equipped with means for closing this sampling volume 4, when the latter is completely filled with the fluid to be sampled.
  • these means for filling with fluid and these means for closing the withdrawal volume are produced jointly by a set of elements which are mainly: a non-return valve 6 and a longitudinal piston 20, both acting on a filling line 10.
  • the filling of the bottle is carried out by means of the filling pipe 10, provided mainly in a filling sleeve 8, occupying the top of the right part of FIG. 1.
  • This pipe 10 communicates with the outside by at least an external end 12, namely two lateral orifices.
  • This filling pipe 10 opens into the filling volume 4 through a second end 14, next to the non-return valve 6.
  • a drain pipe 22 also puts the sample volume 4 in temporary communication with the outside to empty this sample volume 4, once the bottle is raised to the ground.
  • This drain pipe 22 is completed by a tap 24. The latter is incidentally surmounted by a cap 26 placed at the front of the assembly.
  • the tap 24 also constitutes an important element of the sampling bottle according to the invention. Indeed, its use is essential to make operational the main elements that are the non-return valve 6 and the piston 20.
  • the operation of the bottle according to the invention provides for creating a partial vacuum inside the volume 4 before the bottle is lowered to the sampling site. Once this operation has been carried out, the bottle is lowered into the borehole and the withdrawal of the piston 20 is controlled by means of a motor 18 placed behind the sleeve 8, preferably inside the support body 30.
  • a screw system nut 19 mounted at the outlet of the engine 30 allows the displacement of the piston 20, the stroke of which can be limited by stops 21.
  • At least one seal 23 is provided to seal between the filling pipe 10 and the engine 18.
  • the sleeve 8 of the sampling bottle according to the invention is detailed in FIGS. 3 and 4.
  • upper arrows represent the penetration of the fluid inside the pipe 10 by the external ends 12.
  • the latter are optionally supplemented by a filter 13, represented by broken lines across its ends 12.
  • the piston 20 is shown in the retracted position, so that the fluid can continue its path through the pipe 10 in the sleeve 8.
  • the supporting structure of the latter consists of the end 32 of the support body 30 into which is screwed a sleeve body 40 extended by a valve support 42.
  • the filters 44 are arranged, separated by O-rings 45. It is thus possible to constitute a filtration assembly à la carte, by choosing the filters 44 adapted to the fluid to be sampled and to the quality of the liquid and gas to be used after their sampling.
  • the first filter has been represented with a few large dotted lines to symbolize a large-caliber filtration, intended to stop large solid materials.
  • the following filters have decreasing filtration sizes, respectively.
  • the last filter can be of a very small filtration size, so as to take only high purity liquid. This type of filtration makes it possible to avoid blockages when the fluid removed has a lot of mud.
  • a removable valve 46 is slidably mounted in the sleeve body 40, upstream of the filters 44. Its sealing is ensured by an O-ring 45.
  • This valve 46 has the function of keeping the hydrostatic pressure inside the sampling volume 10, in particular when the piston 20 clogs the filling pipe 10. In fact, to ensure sealing total of the sampling bottle during its ascent, it is preferable to again obstruct the pipe 10 using the piston 20, although the latter is already obstructed by the non-return valve 16. This introduction of the piston 20 in the sampling line 10 causes an increase in the pressure therein and in the sampling volume 4.
  • valve 46 has been shown detached from the spacer 48 placed between the latter and the filtration assembly.
  • the piston 20 enters the central part of the pipe 10, including the removable valve 46, it tends to reduce the volume trapped between itself and the non-return valve 6. Thanks to the sliding mounting of the removable valve 46, this volume is preserved by the appearance of an additional volume 49 of large diameter between the removable valve 46 and the spacer 48.
  • the non-return valve 6 is shown in FIG. 3 in the retracted position, the liquid entering the sampling volume 10 through an internal end 14 of the sampling pipe 10. This is produced by several holes made in the support of valve 42.
  • the spring 16 is placed in abutment against the valve support 42 and a shoulder 17 of the non-return valve 6.
  • the assembly of the sleeve 8 is fixed to the central body 2, for example by means of a thread, O-rings 45 which can complete this assembly to ensure the tightness of the assembly.
  • FIG. 2A schematically represents the sampling bottle according to the invention at the start of its use cycle.
  • the sampling volume 10 is closed, that is to say that the non-return valve 6 and the piston 20 both obstruct the filling pipe 10.
  • the drain pipe 22 is closed by tap 24.
  • the cap 26 is removed and the end 28 of the drain pipe 22 is connected to a vacuum source, not shown, and symbolized by a small arrow.
  • the valve 24 is then opened and the partial vacuum is made in the sampling volume 4. Once this operation has been carried out, the valve 24 is again closed to maintain the vacuum sampling volume.
  • the cap 26 is returned to its position and the bottle is ready to be shipped to the sampling site, namely at the bottom of a deep borehole.
  • the bottle is lowered into the borehole 1.
  • the sampling volume 4 is always maintained under vacuum during this descent.
  • the piston 20 is raised, thus releasing the filling line 10.
  • the ambient fluid therefore penetrates through the external ends 12 into the filling line 10, due to the strong hydrostatic pressure prevailing outside the bottle.
  • the non-return valve 6 takes off from its seat 7 and the fluid therefore has access to the sampling volume 4.
  • the determined value of the pressure differences on either side of the non-return valve 6 is of the order of bar, that is to say 105 Pa.
  • All the parts constituting the body of the bottle are preferably made of stainless steel.
  • the sleeve body can take several sizes varying from 250 cm to 1 m, depending on the amount of liquid to be sampled.
  • the motor 18 can be a motor of the "GEHRARDT-OWEN" brand, supplied with 50 volts and actuating, by means of the screw-nut system 19, the central piston 20 with a diameter equal to 6.35 mm.
  • the sleeve 8 has a length of the order of 150 mm. Such a structure makes it possible to obtain a sampling bottle with a total diameter equal to 41 mm.
  • the structure of the bottle, and in particular of the sleeve 8 made up of several parts, allows easy assembly and disassembly of the different parts of the bottle. This facilitates the cleaning of all the parts, and in particular the decontamination of these parts by passing them through acid, in the case where the bottle is used for the sampling of contaminated fluid.
  • the fluid withdrawn can be either water or gas, and above all a mixture of water and gas.

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Abstract

The invention allows the sampling of water and gas mixtures in deep boreholes. …<??>The filling of the volume (4) of the bottle is obtained by previously producing a vacuum inside this volume (4). Once in place, the duct (10) is opened by the withdrawal of the piston (20) and the opening of the valve (6). Once pressure equilibrium is established, the valve (6) is closed again, the piston (20) is re-inserted in the sleeve (8), with possible pressure compensation by means of a bottom sliding valve (46). Emptying is carried out through the tap (24) which also allows the initial production of a vacuum inside the volume (4). …<??>Application to geothermics, nuclear power stations, oceanography and geochemistry. …<IMAGE>…

Description

DOMAINE DE L'INVENTIONFIELD OF THE INVENTION

L'invention concerne les forages profonds, pour lesquels il est nécessaire d'effectuer des prélèvements de mélange de liquide et de gaz. Ce type de manoeuvre trouve son application pour la surveillance des sous-sols contenant des liquides, pour l'hydrothermalisme, pour l'industrie pétrolifère, pour les centrales nucléaires et pour les forages des sous-sols où se trouvent des poches de gaz.The invention relates to deep boreholes, for which it is necessary to take samples of a mixture of liquid and gas. This type of maneuver finds its application for the surveillance of basements containing liquids, for hydrothermalism, for the oil industry, for nuclear power stations and for the drilling of basements where gas pockets are found.

ART ANTERIEURPRIOR ART

Il existe déjà de nombreuses bouteilles de prélèvement d'eau en océanographie et en forage. Elles permettent d'effectuer des prélèvements d'eau et de recueillir également les gaz dissous dans l'eau. Certaines de ces bouteilles sont constituées d'un cylindre ouvert à ses deux extrémités, que l'on descend à la profondeur requise et que l'on ferme à distance. Les bouteilles sont placées sur un câble hydrographique. La fermeture de la bouteille s'obtient par déclenchement d'un mécanisme au moyen d'un messager, qui est une sorte de contrepoids ou de masselotte métallique qu'on laisse coulisser par gravité le long du câble, par gravité, et qui déclenche la fermeture du clapet par son impact sur le mécanisme.There are already many water sampling bottles in oceanography and drilling. They make it possible to take water samples and also to collect the gases dissolved in the water. Some of these bottles consist of a cylinder open at both ends, which are lowered to the required depth and closed at a distance. The bottles are placed on a hydrographic cable. The closure of the bottle is obtained by triggering a mechanism by means of a messenger, which is a kind of metal counterweight or counterweight which is allowed to slide by gravity along the cable, by gravity, and which triggers the closing of the valve by its impact on the mechanism.

D'autres bouteilles utilisent une électrovanne pour effectuer l'ouverture et la fermeture du volume de prélèvement. Les électrovannes utilisées sont de faible diamètre de passage. De plus, pour protéger le siège de l'électrovanne, il est nécessaire de procéder à une filtration de très petit calibre sur une surface limitée. Ce dernier type de bouteille est très encombrant et n'est pas totalement efficace lorsqu'il s'agit de récupérer à la fois de l'eau pure avec du gaz.Other bottles use a solenoid valve to open and close the sample volume. The solenoid valves used have a small passage diameter. Of more, to protect the seat of the solenoid valve, it is necessary to carry out a filtration of very small caliber on a limited surface. The latter type of bottle is very bulky and is not completely effective when it comes to recovering both pure water with gas.

Le but de l'invention est de remédier à ces inconvénients en proposant une bouteille de prélèvement de petit diamètre et pouvant prélever en profondeur un mélange d'eau et de gaz et qui est susceptible de livrer d'une part le gaz et d'autre part l'eau pure.The object of the invention is to remedy these drawbacks by proposing a small diameter sampling bottle which can sample a mixture of water and gas in depth and which is capable of delivering gas on the one hand and on the other hand apart from pure water.

RESUME DE L'INVENTIONSUMMARY OF THE INVENTION

A cet effet, l'objet principal de l'invention est une bouteille de prélèvement de fluide, utilisable en forages profonds, comportant :

  • un corps central, à l'intérieur duquel est délimité un volume de prélèvement ;
  • des moyens de remplissage en fluide dudit volume de prélèvement quand la bouteille se trouve sur le site de prélèvement ;
  • des moyens de fermeture du volume de prélèvement lorsque la bouteille est remplie de fluide,
  • un robinet de vidange du volume de prélèvement.
To this end, the main object of the invention is a fluid sampling bottle, usable in deep drilling, comprising:
  • a central body, inside which a sample volume is delimited;
  • means for filling with fluid said sampling volume when the bottle is on the sampling site;
  • means for closing the sampling volume when the bottle is filled with fluid,
  • a tap to drain the sample volume.

Selon l'invention, les moyens de remplissage en fluide et les moyens de fermeture du volume de prélèvement sont constitués globalement de :

  • un clapet anti-retour placé dans un manchon de remplissage sur une canalisation de remplissage communiquant avec l'extérieur par au moins une extrémité externe et avec le volume de prélèvement par une extrémité interne, le clapet anti-retour étant équipé d'un ressort taré à une valeur déterminée de différence de pression pour stopper le remplissage lorsque ladite différence de pression entre le volume de prélèvement et l'entrée de la canalisation de prélèvement a atteint ladite valeur déterminée ;
  • un piston longitudinal actionné par un moteur pour dégager avant le remplissage et obstruer après le remplissage la canalisation de remplissage ;
  • le robinet étant utilisé pour pouvoir faire le vide dans le volume de prélèvement avant l'utilisation de la bouteille.
According to the invention, the means for filling with fluid and the means for closing the withdrawal volume consist generally of:
  • a non-return valve placed in a filling sleeve on a filling pipe communicating with the outside by at least one external end and with the withdrawal volume by an internal end, the non-return valve being equipped with a calibrated spring at a value determined pressure difference to stop filling when said pressure difference between the sample volume and the inlet of the sample line has reached said determined value;
  • a longitudinal piston actuated by a motor to release before filling and obstruct the filling line after filling;
  • the tap being used to be able to empty the sampling volume before using the bottle.

D'autre part, le prélèvement des liquides très chargés en solide, par exemple des argiles en suspension, pose de nombreux problèmes quant à la filtration du liquide prélevé. A cet effet, une réalisation de l'invention prévoit que le manchon de remplissage comprenne une série de filtres amovibles, placés sur la canalisation de remplissage et étant de calibre dégressif pour faire une filtration à plusieurs étages.On the other hand, the sampling of liquids with a high solids content, for example clays in suspension, poses many problems with regard to the filtration of the sampled liquid. To this end, an embodiment of the invention provides that the filling sleeve comprises a series of removable filters, placed on the filling pipe and being of declining gauge to make a filtration with several stages.

Les prélèvements en profondeur s'effectuant à la pression hydrostatique, des pressions considérables peuvent donc régner à l'intérieur de la bouteille. Pour éviter, lors du prélèvement, de soumettre des organes mécaniques tels que le moteur à des différences de pression considérables, la bouteille selon l'invention a une réalisation préférentielle. En effet, la partie de la canalisation de remplissage qui est obstruée par le piston est une soupape amovible de compensation des pressions, montée coulissante dans le manchon pour compenser la différence de pression entre le volume de prélèvement et l'entrée de la canalisation.Since deep sampling takes place at hydrostatic pressure, considerable pressure can therefore prevail inside the bottle. To avoid, during sampling, subjecting mechanical components such as the engine to considerable pressure differences, the bottle according to the invention has a preferred embodiment. Indeed, the part of the filling pipe which is obstructed by the piston is a removable pressure compensation valve, sliding rise in the sleeve to compensate for the pressure difference between the sample volume and the inlet of the pipe.

Pour compléter la filtration, les extrémités externes de la canalisation peuvent être équipées de filtres.To complete the filtration, the external ends of the pipeline can be fitted with filters.

Les filtres utilisés dans le manchon peuvent être du type "frittés".The filters used in the sleeve can be of the "sintered" type.

Dans la réalisation préférentielle de l'invention, la valeur déterminée de différences de pression des deux côtés du clapet anti-retour est de 1 bar, soit 10⁵ Pa.In the preferred embodiment of the invention, the determined value of pressure differences on the two sides of the non-return valve is 1 bar, ie 10⁵ Pa.

Le manchon peut être composé par exemple de :

  • l'extrémité d'un corps support de la bouteille, à l'intérieur duquel se trouve le moteur du piston et dans laquelle se trouvent les extrémités externes, et donc l'entrée, de la canalisation de prélèvement ;
  • un corps de manchon vissé dans l'extrémité du corps support et comprenant la partie centrale de la canalisation de prélèvement à l'extrémité de laquelle prend appui le clapet anti-retour sur un siège de clapet, et à l'intérieur duquel est montée la soupape amovible et les filtres étagés ;
  • un support de clapet vissé sur le corps de manchon autour du siège de clapet, dans lequel est monté coulissant le clapet anti-retour et sur lequel prend appui le ressort de clapet.
The sleeve can for example be composed of:
  • the end of a support body for the bottle, inside of which is the piston motor and in which the external ends, and therefore the inlet, of the sampling pipe are located;
  • a sleeve body screwed into the end of the support body and comprising the central part of the sampling pipe at the end of which the non-return valve bears on a valve seat, and inside which is mounted the removable valve and step filters;
  • a valve support screwed onto the sleeve body around the valve seat, in which the non-return valve is slidably mounted and on which the valve spring bears.

Dans la réalisation préférentielle de la bouteille selon l'invention, le volume de prélèvement est constitué d'un corps de bouteille vissé sur le manchon. Le robinet se trouve sur une canalisation de vidange mise en communication avec le volume de prélèvement à l'opposé de la canalisation de remplissage et surmonté d'un capuchon de protection placé à l'avant de l'ensemble.In the preferred embodiment of the bottle according to the invention, the sampling volume consists of a bottle body screwed on the sleeve. The tap is located on a drain pipe placed in communication with the sample volume opposite the filling pipe and surmounted by a protective cap placed at the front of the assembly.

LISTE DES FIGURESLIST OF FIGURES

L'invention et ses différentes caractéristiques techniques seront mieux comprises à la lecture de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif. Elle est annexée des figures suivantes, qui représentent :

  • figure 1, une vue en coupe de la bouteille de prélèvement selon l'invention ;
  • figures 2A, 2B, 2C et 2D, quatre coupes partielles schématiques de la bouteille selon l'invention, pendant quatre phases importantes de l'utilisation de celle-ci ;
  • figure 3, une coupe partielle agrandie du manchon de la bouteille selon l'invention ;
  • figure 4, une vue agrandie de la soupape amovible utilisée dans la bouteille selon l'invention.
The invention and its various technical characteristics will be better understood on reading the description, given by way of nonlimiting example. It is annexed to the following figures, which represent:
  • Figure 1, a sectional view of the sample bottle according to the invention;
  • FIGS. 2A, 2B, 2C and 2D, four schematic partial sections of the bottle according to the invention, during four important phases of the use thereof;
  • Figure 3, an enlarged partial section of the sleeve of the bottle according to the invention;
  • Figure 4, an enlarged view of the removable valve used in the bottle according to the invention.

DESCRIPTION DETAILLEE D'UNE REALISATION DE L'INVENTIONDETAILED DESCRIPTION OF AN EMBODIMENT OF THE INVENTION

La bouteille de prélèvement selon l'invention est représentée sur la figure 1, détachée en deux parties fictives pour des raisons de mise en page. Sur la partie de gauche, on peut distinguer un tube qui est la partie moteur, constituant le corps support 30 de la bouteille selon l'invention. L'extrémité 32 de ce corps support 30 se trouve en haut de la partie de droite et constitue le début de la bouteille de prélèvement.The sampling bottle according to the invention is shown in Figure 1, detached in two fictitious parts for reasons of layout. On the left-hand side, a tube can be distinguished which is the motor part, constituting the support body 30 of the bottle according to the invention. The end 32 of this support body 30 is located at the top of the right-hand part and constitutes the start of the sampling bottle.

Celle-ci comprend un corps central 2 à l'intérieur duquel est ménagé le volume de prélèvement 4 dans lequel doit être introduite une quantité déterminée de fluide prélevé. Comme toutes les bouteilles de prélèvement, celle selon l'invention comprend des moyens de remplissage de ce volume de remplissage 4, devant être opérationnels lorsque la bouteille se trouve sur le site de prélèvement, à savoir au fond d'un forage profond. La bouteille est également équipée de moyens de fermeture de ce volume de prélèvement 4, quand celui-ci est complètement rempli du fluide à prélever.This comprises a central body 2 inside which is taken the sampling volume 4 into which must be introduced a determined quantity of fluid withdrawn. Like all sampling bottles, that according to the invention comprises means for filling this filling volume 4, which must be operational when the bottle is on the sampling site, namely at the bottom of a deep borehole. The bottle is also equipped with means for closing this sampling volume 4, when the latter is completely filled with the fluid to be sampled.

Selon l'invention, ces moyens de remplissage en fluide et ces moyens de fermeture du volume de prélèvement sont réalisés conjointement par un ensemble d'éléments qui sont principalement : un clapet anti-retour 6 et un piston longitudinal 20, tous deux agissant sur une canalisation de remplissage 10.According to the invention, these means for filling with fluid and these means for closing the withdrawal volume are produced jointly by a set of elements which are mainly: a non-return valve 6 and a longitudinal piston 20, both acting on a filling line 10.

Le remplissage de la bouteille s'effectue au moyen de la canalisation de remplissage 10, ménagée principalement dans un manchon de remplissage 8, occupant le haut de la partie de droite de la figure 1. Cette canalisation 10 communique avec l'extérieur par au moins une extrémité externe 12, à savoir deux orifices latéraux. Cette canalisation de remplissage 10 débouche dans le volume de remplissage 4 par une deuxième extrémité 14, à côté du clapet anti-retour 6.The filling of the bottle is carried out by means of the filling pipe 10, provided mainly in a filling sleeve 8, occupying the top of the right part of FIG. 1. This pipe 10 communicates with the outside by at least an external end 12, namely two lateral orifices. This filling pipe 10 opens into the filling volume 4 through a second end 14, next to the non-return valve 6.

Une canalisation de vidange 22 met également le volume de prélèvement 4 en communication temporaire avec l'extérieur pour vider ce volume de prélèvement 4, une fois que la bouteille est remontée au sol. Cette canalisation de vidange 22 est complétée d'un robinet 24. Ce dernier est accessoirement surmonté d'un capuchon 26 placé à l'avant de l'ensemble.A drain pipe 22 also puts the sample volume 4 in temporary communication with the outside to empty this sample volume 4, once the bottle is raised to the ground. This drain pipe 22 is completed by a tap 24. The latter is incidentally surmounted by a cap 26 placed at the front of the assembly.

Le robinet 24 constitue également un élément important de la bouteille de prélèvement selon l'invention. En effet, son usage est indispensable pour rendre opérationnels les éléments principaux que sont le clapet anti-retour 6 et le piston 20. En effet, le fonctionnement de la bouteille selon l'invention prévoit de faire le vide partiel à l'intérieur du volume de prélèvement 4 avant la descente de la bouteille sur le site de prélèvement. Une fois cette opération exécutée, la bouteille est descendue dans le forage et le retrait du piston 20 est commandé au moyen d'un moteur 18 placé en retrait du manchon 8, de préférence à l'intérieur du corps support 30. Un système vis-écrou 19 monté à la sortie du moteur 30 permet le déplacement du piston 20, dont la course peut être limitée par des butées 21. Au moins un joint 23 est prévu pour assurer l'étanchéité entre la canalisation de remplissage 10 et le moteur 18.The tap 24 also constitutes an important element of the sampling bottle according to the invention. Indeed, its use is essential to make operational the main elements that are the non-return valve 6 and the piston 20. In fact, the operation of the bottle according to the invention provides for creating a partial vacuum inside the volume 4 before the bottle is lowered to the sampling site. Once this operation has been carried out, the bottle is lowered into the borehole and the withdrawal of the piston 20 is controlled by means of a motor 18 placed behind the sleeve 8, preferably inside the support body 30. A screw system nut 19 mounted at the outlet of the engine 30 allows the displacement of the piston 20, the stroke of which can be limited by stops 21. At least one seal 23 is provided to seal between the filling pipe 10 and the engine 18.

Le manchon 8 de la bouteille de prélèvement selon l'invention est détaillé sur les figures 3 et 4.The sleeve 8 of the sampling bottle according to the invention is detailed in FIGS. 3 and 4.

Sur la figure 3, des flèches supérieures représentent la pénétration du fluide à l'intérieur de la canalisation 10 par les extrémités externes 12. Ces dernières sont éventuellement complétées d'un filtre 13, représenté par des traits interrompus en travers de ses extrémités 12. Le piston 20 est représenté en position rétractée, de sorte que le fluide peut continuer son chemin à travers la canalisation 10 dans le manchon 8. La structure porteuse de ce dernier est constituée de l'extrémité 32 du corps support 30 dans laquelle est vissé un corps de manchon 40 prolongé d'un support de clapet 42.In FIG. 3, upper arrows represent the penetration of the fluid inside the pipe 10 by the external ends 12. The latter are optionally supplemented by a filter 13, represented by broken lines across its ends 12. The piston 20 is shown in the retracted position, so that the fluid can continue its path through the pipe 10 in the sleeve 8. The supporting structure of the latter consists of the end 32 of the support body 30 into which is screwed a sleeve body 40 extended by a valve support 42.

Sur la canalisation de remplissage 10, à l'intérieur du corps de manchon 40, sont disposés plusieurs filtres amovibles 44, séparés par des joints toriques 45. Il est ainsi possible de constituer un ensemble de filtration à la carte, en choisissant les filtres 44 adaptés au fluide à prélever et à la qualité du liquide et du gaz à utiliser après leur prélèvement. Dans le cas de la présente figure 3, le premier filtre a été représenté avec quelques pointillés de grande taille pour symboliser une filtration de gros calibre, destinée à arrêter les matières solides de grande taille. Les filtres suivants ont respectivement des grosseurs de filtration dégressives. Le dernier filtre peut être d'une très petite taille de filtration, de manière à ne prélever que du liquide de grande pureté. Ce type de filtration permet d'éviter les bouchages lorsque le fluide prélevé comporte beaucoup de boue.On the filling pipe 10, inside the sleeve body 40, several removable filters 44 are arranged, separated by O-rings 45. It is thus possible to constitute a filtration assembly à la carte, by choosing the filters 44 adapted to the fluid to be sampled and to the quality of the liquid and gas to be used after their sampling. In the case of the present FIG. 3, the first filter has been represented with a few large dotted lines to symbolize a large-caliber filtration, intended to stop large solid materials. The following filters have decreasing filtration sizes, respectively. The last filter can be of a very small filtration size, so as to take only high purity liquid. This type of filtration makes it possible to avoid blockages when the fluid removed has a lot of mud.

Dans la réalisation représentée sur cette figure 3, une soupape amovible 46 est montée coulissante dans le corps de manchon 40, en amont des filtres 44. Son étanchéité est assurée par un joint torique 45. Cette soupape 46 a pour fonction de garder la pression hydrostatique à l'intérieur du volume de prélèvement 10, en particulier lorsque le piston 20 vient boucher la canalisation de remplissage 10. En effet, pour assurer l'étanchéité totale de la bouteille de prélèvement pendant sa remontée, il est préférable d'obstruer de nouveau la canalisation 10 à l'aide du piston 20, bien que celle-ci soit déjà obstruée par le clapet anti-retour 16. Cette introduction du piston 20 dans la canalisation de prélèvement 10 occasionne une augmentation de la pression dans celle-ci et dans le volume de prélèvement 4. Mais comme ce bouchage de la canalisation de prélèvement 10 s'effectue dans la soupape amovible 46, ladite augmentation de pression en aval provoque le retrait relatif de la soupape amovible 46 en direction amont, sous la contrainte de l'augmentation de pression en aval. De cette manière, la pression de prélèvement est préservée à l'intérieur du volume de prélèvement 4. Ce déplacement de la soupape amovible est de l'ordre du millimètre.In the embodiment shown in this FIG. 3, a removable valve 46 is slidably mounted in the sleeve body 40, upstream of the filters 44. Its sealing is ensured by an O-ring 45. This valve 46 has the function of keeping the hydrostatic pressure inside the sampling volume 10, in particular when the piston 20 clogs the filling pipe 10. In fact, to ensure sealing total of the sampling bottle during its ascent, it is preferable to again obstruct the pipe 10 using the piston 20, although the latter is already obstructed by the non-return valve 16. This introduction of the piston 20 in the sampling line 10 causes an increase in the pressure therein and in the sampling volume 4. But since this clogging of the sampling line 10 takes place in the removable valve 46, said pressure increase downstream causes the relative withdrawal of the removable valve 46 in the upstream direction, under the constraint of the pressure increase downstream. In this way, the sampling pressure is preserved inside the sampling volume 4. This displacement of the removable valve is of the order of a millimeter.

Il est schématisé par l'agrandissement représenté par la figure 4. En effet, sur cette figure, la soupape 46 a été représentée décollée de l'entretoise 48 placée entre celle-ci et l'ensemble de filtration. Lorsque le piston 20 pénètre dans la partie centrale de la canalisation 10, dont la soupape amovible 46, il a tendance à réduire le volume emprisonné entre lui-même et le clapet anti-retour 6. Grâce au montage coulissant de la soupape amovible 46, ce volume est conservé par l'apparition d'un volume supplémentaire 49 de grand diamètre entre la soupape amovible 46 et l'entretoise 48.It is shown schematically by the enlargement shown in FIG. 4. In fact, in this figure, the valve 46 has been shown detached from the spacer 48 placed between the latter and the filtration assembly. When the piston 20 enters the central part of the pipe 10, including the removable valve 46, it tends to reduce the volume trapped between itself and the non-return valve 6. Thanks to the sliding mounting of the removable valve 46, this volume is preserved by the appearance of an additional volume 49 of large diameter between the removable valve 46 and the spacer 48.

Le fait que le piston 20 supporte une pression ne dépassant pas la pression du fluide prélevé, permet d'éviter aux éléments mécaniques porteurs du piston 20, en l'occurrence le moteur 18, de subir des pressions considérables.The fact that the piston 20 withstands a pressure not exceeding the pressure of the fluid removed, makes it possible to avoid mechanical elements carriers of the piston 20, in this case the engine 18, to undergo considerable pressure.

Le clapet anti-retour 6 est représenté sur la figure 3 en position rétractée, le liquide pénétrant dans le volume de prélèvement 10 par une extrémité interne 14 de la canalisation de prélèvement 10. Celle-ci est réalisée par plusieurs trous pratiqués dans le support de clapet 42. Le ressort 16 est placé en appui contre le support de clapet 42 et un épaulement 17 du clapet anti-retour 6.The non-return valve 6 is shown in FIG. 3 in the retracted position, the liquid entering the sampling volume 10 through an internal end 14 of the sampling pipe 10. This is produced by several holes made in the support of valve 42. The spring 16 is placed in abutment against the valve support 42 and a shoulder 17 of the non-return valve 6.

L'ensemble du manchon 8 est fixé au corps central 2, par exemple au moyen d'un filetage, des joints toriques 45 pouvant venir compléter ce montage pour assurer l'étanchéité de l'ensemble.The assembly of the sleeve 8 is fixed to the central body 2, for example by means of a thread, O-rings 45 which can complete this assembly to ensure the tightness of the assembly.

La figure 2A représente schématiquement la bouteille de prélèvement selon l'invention au début de son cycle d'utilisation. Le volume de prélèvement 10 est clos, c'est-à-dire que le clapet anti-retour 6 et le piston 20 obstruent tous les deux la canalisation de remplissage 10. De l'autre côté, la canalisation de vidange 22 est fermée par le robinet 24.FIG. 2A schematically represents the sampling bottle according to the invention at the start of its use cycle. The sampling volume 10 is closed, that is to say that the non-return valve 6 and the piston 20 both obstruct the filling pipe 10. On the other side, the drain pipe 22 is closed by tap 24.

Le capuchon 26 est enlevé et l'extrémité 28 de la canalisation de vidange 22 est reliée à une source de vide, non représentée, et symbolisée par une petite flèche. Le robinet 24 est alors ouvert et le vide partiel est fait dans le volume de prélèvement 4. Une fois cette opération effectuée, le robinet 24 est de nouveau refermé pour maintenir le volume de prélèvement de vide. Le capuchon 26 est remis dans sa position et la bouteille est prête à être expédiée sur le site de prélèvement, à savoir au fond d'un forage profond.The cap 26 is removed and the end 28 of the drain pipe 22 is connected to a vacuum source, not shown, and symbolized by a small arrow. The valve 24 is then opened and the partial vacuum is made in the sampling volume 4. Once this operation has been carried out, the valve 24 is again closed to maintain the vacuum sampling volume. The cap 26 is returned to its position and the bottle is ready to be shipped to the sampling site, namely at the bottom of a deep borehole.

Comme le montre la figure 2B, la bouteille est descendue dans le forage 1. Le volume de prélèvement 4 est toujours maintenu sous vide pendant cette descente.As shown in FIG. 2B, the bottle is lowered into the borehole 1. The sampling volume 4 is always maintained under vacuum during this descent.

Une fois arrivé sur le site, comme illustré par la figure 2C, le piston 20 est remonté, dégageant ainsi la canalisation de remplissage 10. Le fluide ambiant pénètre donc par les extrémités externes 12 dans la canalisation de remplissage 10, du fait de la forte pression hydrostatique régnant à l'extérieur de la bouteille. Le clapet anti-retour 6 décolle de son siège 7 et le fluide a donc accès au volume de prélèvement 4.Once arrived at the site, as illustrated by FIG. 2C, the piston 20 is raised, thus releasing the filling line 10. The ambient fluid therefore penetrates through the external ends 12 into the filling line 10, due to the strong hydrostatic pressure prevailing outside the bottle. The non-return valve 6 takes off from its seat 7 and the fluid therefore has access to the sampling volume 4.

En référence à la figure 2D, lorsque la différence des pressions régnant dans le volume de prélèvement 4 et dans la canalisation 10 au niveau des filtres 44, descend en dessous de la valeur déterminée correspondant à la force de rappel fournie par le ressort 16 sur le clapet anti-retour 6, ce dernier se ferme et obstrue de nouveau la canalisation de remplissage 10. Le volume de remplissage 4 est alors fermé. La bouteille peut être remontée.With reference to FIG. 2D, when the difference in pressures prevailing in the sampling volume 4 and in the pipe 10 at the level of the filters 44, drops below the determined value corresponding to the restoring force supplied by the spring 16 on the non-return valve 6, the latter closes again and obstructs the filling pipe 10. The filling volume 4 is then closed. The bottle can be reassembled.

Il est préférable alors de fermer la canalisation 10 également au moyen du piston 20. Comme expliqué précédemment, ceci engendre une augmentation théorique de pression dans la canalisation de prélèvement 10, compensée par le léger déplacement de la soupape amovible 46.It is then preferable to close the pipe 10 also by means of the piston 20. As explained above, this generates a theoretical increase in pressure in the sampling pipe 10, compensated for by the slight displacement of the removable valve 46.

Il est prévu que la valeur déterminée des différences de pression de part et d'autre du clapet anti-retour 6 soit de l'ordre du bar, c'est-à-dire de 10⁵ Pa.It is expected that the determined value of the pressure differences on either side of the non-return valve 6 is of the order of bar, that is to say 10⁵ Pa.

L'ensemble des pièces constituant le corps de la bouteille est réalisé de façon préférentielle en acier inoxydable. Le corps de manchon peut prendre plusieurs tailles variant de 250 cm à 1 m, selon la quantité de liquide à prélever.All the parts constituting the body of the bottle are preferably made of stainless steel. The sleeve body can take several sizes varying from 250 cm to 1 m, depending on the amount of liquid to be sampled.

Le moteur 18 peut être un moteur de marque "GEHRARDT-OWEN", alimenté en 50 volts et actionnant, au moyen du système vis-écrou 19, le piston central 20 de diamètre égal à 6,35 mm. Le manchon 8 a une longueur de l'ordre de 150 mm. Une telle structure permet d'obtenir une bouteille de prélèvement de diamètre total égal à 41 mm.The motor 18 can be a motor of the "GEHRARDT-OWEN" brand, supplied with 50 volts and actuating, by means of the screw-nut system 19, the central piston 20 with a diameter equal to 6.35 mm. The sleeve 8 has a length of the order of 150 mm. Such a structure makes it possible to obtain a sampling bottle with a total diameter equal to 41 mm.

La structure de la bouteille, et notamment du manchon 8 constitué en plusieurs parties, permet un montage et un démontage faciles des différentes pièces de la bouteille. Ceci facilite le nettoyage de toutes les pièces, et en particulier la décontamination de ces pièces par un passage de celles-ci dans de l'acide, dans le cas où la bouteille est utilisée pour le prélèvement de fluide contaminé.The structure of the bottle, and in particular of the sleeve 8 made up of several parts, allows easy assembly and disassembly of the different parts of the bottle. This facilitates the cleaning of all the parts, and in particular the decontamination of these parts by passing them through acid, in the case where the bottle is used for the sampling of contaminated fluid.

Le fluide prélevé peut être soit de l'eau, soit du gaz, et surtout un mélange d'eau et de gaz.The fluid withdrawn can be either water or gas, and above all a mixture of water and gas.

L'interchangeabilité des filtres à l'intérieur du manchon permet de sélectionner la pureté avec laquelle le liquide doit être prélevé.The interchangeability of the filters inside the sleeve makes it possible to select the purity with which the liquid must be withdrawn.

APPLICATIONS DE L'INVENTIONAPPLICATIONS OF THE INVENTION

De nombreux domaines d'application peuvent bénéficier de l'utilisation de la bouteille de prélèvement selon l'invention. On peut citer pour exemple les utilisations suivantes :

  • suivi de la migration des radioéléments ;
  • prélèvement géochimique à l'intérieur d'une nappe phréatique dans un but de prospection géochimique ou de suivi de migrations d'injections chimiques ou gazeuses, par exemple des réservoirs souterrains de gaz ;
  • prélèvement d'eau et de gaz sur des gisements hydrothermaux ;
  • prélèvement en centrales nucléaires ou dans des piscines de stockage de déchets.
Many fields of application can benefit from the use of the sampling bottle according to the invention. The following uses can be cited for example:
  • monitoring the migration of radioelements;
  • geochemical sampling within a water table for the purpose of geochemical prospecting or monitoring of migrations of chemical or gaseous injections, for example underground gas reservoirs;
  • water and gas extraction from hydrothermal deposits;
  • sampling in nuclear power plants or in waste storage pools.

Claims (9)

Bouteille de prélèvement de fluide, utilisable en forages profonds, comportant : - un corps central (2) à l'intérieur duquel est délimité un volume de prélèvement (4) ; - des moyens de remplissage en fluide dudit volume de remplissage (4), quand la bouteille se trouve sur le site de prélèvement (1) ; - des moyens de fermeture du volume de prélèvement (4), quand la bouteille est remplie dudit fluide ; - un robinet de vidange (24) du volume de prélèvement (4), caractérisée en ce que les moyens de remplissage en fluide et les moyens de fermeture du volume de prelèvement (4) sont constitués globalement de : - un clapet anti-retour (6) place dans un manchon de remplissage (8) sur une canalisation de remplissage (10) communiquant avec l'extérieur par au moins une extrémité externe (12) et avec le volume de prélèvement (4) par une extrémité interne (14), le clapet anti-retour (6) étant taré à une valeur déterminée de différence de pression par un ressort (16) pour stopper le remplissage lorsque ladite différence de pression entre le volume de prélèvement (4) et l'entrée de la canalisation de prélèvement (10) a atteint ladite valeur déterminée ; - un piston longitudinal (20) actionné par un moteur (18) pour dégager avant le remplissage et obstruer après le remplissage la canalisation de remplissage (10) ; le robinet de vidange (24) étant utilise pour pouvoir faire le vide dans le volume de prélèvement (4) avant le remplissage de la bouteille.Fluid sampling bottle, usable in deep drilling, comprising: - a central body (2) inside which is delimited a sample volume (4); - means for filling with fluid said filling volume (4), when the bottle is on the sampling site (1); - means for closing the sampling volume (4), when the bottle is filled with said fluid; - a drain valve (24) of the sample volume (4), characterized in that the means for filling with fluid and the means for closing the withdrawal volume (4) generally consist of: - a non-return valve (6) placed in a filling sleeve (8) on a filling pipe (10) communicating with the outside by at least one external end (12) and with the sampling volume (4) by an internal end (14), the non-return valve (6) being calibrated to a determined value of pressure difference by a spring (16) to stop filling when said pressure difference between the sample volume (4) and l the inlet of the sampling line (10) has reached said determined value; - a longitudinal piston (20) actuated by a motor (18) to release before filling and obstruct after filling the filling pipe (10); the drain valve (24) being used to be able to evacuate the sampling volume (4) before filling the bottle. Bouteille selon la revendication 1, caractérisée en ce que le manchon de remplissage (8) comprend une série de filtres (44) amovibles sur la canalisation de remplissage (10), de calibre dégressif pour obtenir une filtration à plusieurs étages.Bottle according to claim 1, characterized in that the filling sleeve (8) comprises a series of filters (44) removable on the filling pipe (10), of declining gauge to obtain a multi-stage filtration. Bouteille selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la partie de la canalisation de remplissage (10) se trouvant obstruée par le piston (20) est une soupape amovible (46) de compensation des pressions, montée coulissante dans le manchon (8) pour compenser la différence de pression entre le volume de remplissage (4) et l'entrée de la canalisation au niveau des extrémités externes (12).Bottle according to claim 1 or 2, characterized in that the part of the filling line (10) being obstructed by the piston (20) is a removable pressure compensation valve (46), slidably mounted in the sleeve (8 ) to compensate for the pressure difference between the filling volume (4) and the entry of the pipe at the outer ends (12). Bouteille selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les extrémités externes (12) de la canalisation de remplissage (10) sont équipées de filtres d'entrée (13).Bottle according to any one of the preceding claims, characterized in that the external ends (12) of the filling pipe (10) are equipped with inlet filters (13). Bouteille selon la revendication 2, caractérisée en ce que les filtres (44) places à l'intérieur du manchon (8) sont du type "fritté".Bottle according to claim 2, characterized in that the filters (44) placed inside the sleeve (8) are of the "sintered" type. Bouteille selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la valeur déterminée de la différence de pression est de l'ordre de 1 bar, soit 10⁵ Pa.Bottle according to any one of the preceding claims, characterized in that the determined value of the pressure difference is of the order of 1 bar, ie 10⁵ Pa. Bouteille selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le manchon est composé de : - l'extrémité (32) d'un corps support (30) à l'intérieur duquel se trouve le moteur (18) du piston et dans laquelle se trouvent les extrémités externes (12) de la canalisation de remplissage (10) ; - le corps de manchon (40) vissé dans l'extrémité (32) du corps support (30) et comprenant la partie centrale de la canalisation de remplissage (10) à l'extrémité de laquelle prend appui le clapet anti-retour (6) sur un siège de clapet (7), et à l'intérieur duquel sont montes la soupape amovible (46) et les filtres étagés (44) ; et - un support de clapet (42) vissé sur le corps de manchon (40) autour du siège de clapet (7), dans lequel est monte coulissant le clapet (6) et sur lequel prend appui le ressort (16). Bottle according to any one of the preceding claims, characterized in that the sleeve is composed of: - the end (32) of a support body (30) inside which the motor (18) of the piston and in which are located the outer ends (12) of the filling line (10); - the sleeve body (40) screwed into the end (32) of the support body (30) and comprising the central part of the filling pipe (10) at the end of which bears the non-return valve (6 ) on a valve seat (7), and inside which are mounted the removable valve (46) and the step filters (44); and - a valve support (42) screwed onto the sleeve body (40) around the valve seat (7), in which the valve (6) is slidably mounted and on which the spring (16) is supported. Bouteille selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le volume de prélèvement (4) est constitué du corps central (2) de la bouteille, visse sur le corps de manchon (40).Bottle according to any one of the preceding claims, characterized in that the sampling volume (4) consists of the central body (2) of the bottle, screwed onto the sleeve body (40). Bouteille selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le robinet (24) se trouve sur une canalisation de vidange (22) en communiquant avec le volume de remplissage (4) à l'oppose de la canalisation de remplissage (10) et surmonte d'un capuchon de protection (26) place à l'avant de l'ensemble.Bottle according to any one of the preceding claims, characterized in that the tap (24) is located on a drainage pipe (22) communicating with the filling volume (4) opposite the filling pipe (10 ) and surmounted by a protective cap (26) placed at the front of the assembly.
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