EP0531336B1 - Carottier double pour forage devie - Google Patents

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EP0531336B1
EP0531336B1 EP91909440A EP91909440A EP0531336B1 EP 0531336 B1 EP0531336 B1 EP 0531336B1 EP 91909440 A EP91909440 A EP 91909440A EP 91909440 A EP91909440 A EP 91909440A EP 0531336 B1 EP0531336 B1 EP 0531336B1
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EP
European Patent Office
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inner tube
tube
bearing
outer tube
drilling
Prior art date
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Expired - Lifetime
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EP91909440A
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German (de)
English (en)
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EP0531336A1 (fr
Inventor
Staffan Paues
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Diamant Boart Stratabit SA
Original Assignee
Diamant Boart Stratabit SA
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Publication date
Application filed by Diamant Boart Stratabit SA filed Critical Diamant Boart Stratabit SA
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Publication of EP0531336B1 publication Critical patent/EP0531336B1/fr
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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
    • E21B25/00—Apparatus for obtaining or removing undisturbed cores, e.g. core barrels or core extractors
    • E21B25/10—Formed core retaining or severing means
    • 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
    • E21B21/00—Methods or apparatus for flushing boreholes, e.g. by use of exhaust air from motor
    • E21B21/10—Valve arrangements in drilling-fluid circulation systems
    • 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
    • E21B25/00—Apparatus for obtaining or removing undisturbed cores, e.g. core barrels or core extractors
    • 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
    • E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/04—Directional drilling

Definitions

  • the present invention relates to a double corer for deviated drilling comprising, on the one hand, a rotary external tube carrying a drilling ring, and on the other hand, a non-rotating internal tube carrying at a first end, close to the ring sounding, a carrot extraction device formed by an extractor spring and a conical shoe while the other end is screwed onto a non-rotating part of a ball or needle bearing, with multiple bearings connecting the inner tube to outer tube, said bearing consisting of a series of concentric bearing rings aligned on the same axis, holding captive balls and / or needles housed in a sealed rotary case filled with oil or grease, fixed to the outer tube, possibly adjustable along the latter.
  • deviated drilling drilling lies in the possibility of taking numerous samples at great depth from a single drilling point, at various locations along a substantially horizontal oil table. These holes allow the investigation of the composition of the aquifer and its extent.
  • a deviated drilling borehole can be carried out using a double borehole sampler as described in document US-A-2555580.
  • a double corer for deviated drilling comprises, on the one hand a rotary external tube provided with a drilling crown, and on the other hand a non-rotating internal tube carrying at a first end, adjacent to the drilling crown, a device of carrot extraction formed by an extractor spring and a conical shoe while the other end is screwed onto a non-rotating part of a ball or needle bearing, with multiple bearings consisting of a series of rings -concentric bearings aligned on the same axis and fixed to the outer tube, optionally adjustable along the latter; the bearing connecting the inner tube to the outer tube consists of a series of concentric bearing rings aligned on the same axis and holding captive balls and / or needles housed in a sealed housing filled with oil or grease.
  • the inner tube of the double core barrel has, by construction, a relatively thin wall in order to extract a core of maximum section. It can therefore be seen that, during a borehole borehole drilling, the inner tube of a double core barrel, which has an inclined or horizontal position during deviated drilling, flexes inside the outer tube under the weight of the carrot during sampling.
  • the deflection mentioned above is also the cause of tensions in the ball or needle bearing connecting the rotary outer tube to the fixed inner tube. This deflection causes friction forces to appear between the core and the inner tube and between the inner tube and the outer tube. These frictions tend to degrade the free rotation of the outer tube relative to the inner tube and cause the inner tube to rotate. causing early failure of the core barrel.
  • the deflection of the inner tube causes a partial destruction of the sample taken by the corer.
  • the present invention provides a corer specially adapted for deviated drilling by the use of means and accessories which strengthen the rigidity of the inner tube of the corer, prevent any defect in sealing, and ensure its concentricity and reliability.
  • this corer is characterized in that the extractor device and the inner wall of the core tube are covered with an anti-friction coating; - the outer wall of the inner tube comprises a set of stabilizing elements distributed along the tube inside between the latter and the outside tube; the conical shoe forming the lower part of the inner tube is centered in the sounding ring by centering ribs separating the flow channels; the clog is fitted with a bevelled lower lip and flared inwards so as to facilitate the introduction of the carrot into the inner tube.
  • the ball or needle bearing consists of a multi-bearing bearing, some of which offer four support points.
  • the bearing consists of a ring carried by several series of ball bearings and / or needles distributed not only concentrically around the axis of rotation but also axially along the axis protected by a sealed housing containing an oil or grease bath.
  • the extraction device allows the carrot to be retained in the inner tube. It consists of the extractor spring and the conical shoe.
  • the extractor spring is formed by a split ring, the inner face of which is covered with a gripping coating resting on the conical shoe which has a beveled edge widening downwards, so as to enlarge the entry section of the tube. inside up to a diameter close to the inside diameter of the crown.
  • the concentricity of the conical shoe supporting the extraction device relative to the crown is ensured by the beveled conical shoe which is supported on longitudinal centering ribs, separated from each other by fluid flow channels of drilling.
  • this closure device is known (see document BE-A-8700395).
  • it is essential to pass the drilling liquid in the direction of the arrows X through the inner tube 2 in order to remove the scree that has accumulated in the inner tube 2 and at the bottom of the well.
  • This clearing is obtained by using the fully open core barrel, that is to say one not yet provided with the sealing ball 46, so as to allow the drilling liquid to pass through the inner part of the inner tube 2.
  • FIG. 3 A first embodiment of the closure device specially adapted to the double corer for deviated drilling is illustrated in the Figure 3.
  • This device consists of a metal basket 49 without bottom flared up.
  • the side wall of the basket 49 is formed of elastically deformable curved fingers 50. These fingers are retained by the upper edge 51 of the basket 49. They have the function of maintaining the ball on its seat whatever the inclination of the deviated drilling.
  • the non-rotating part 12 of the ball or needle bearing 11 is extended by inner tube elements 2 of constant diameter.
  • the bearing 11 consists of a series of concentric bearing rings 7 housed in a sealed annular housing 21 filled with oil or grease 22 ( Figure 2).
  • the concentric bearing rings 68 hold captive between them balls 69 and / or needles 50.
  • the outer part of the housing 21 is therefore not rotated.
  • the housing 21 is sealed by baffles 25 and by a seal 26.
  • a first embodiment of the core barrel according to the invention, for deviated or horizontal drilling, is, in its operating principle, derived from the double core barrel described in Belgian patent No. 875.016.
  • the core barrel has an adjustable head whose position is adjusted by moving, by rotation, a sleeve 13 of the upper part of the bearing 11 in either direction, along a thread 5 of the body 4 of the outer tube 1. This succeeds in correcting the spacing between the conical shoe 32 of the extractor spring 8 and the sounding ring 3 (see FIG. 4).
  • the purpose of this adjustment is to compensate for the differences in length of the interior and exterior assemblies due to manufacturing tolerances and differential thermal expansion, in particular when using an interior tube 2 in aluminum or fiberglass.
  • a blocking cap 18 is put in place in order to prevent any subsequent relative displacement between the inner tube and the outer tube (FIG. 1C).
  • the locking cap 18 having at least one lug 20 makes it possible to angularly block the rotary part 12 of the bearing 11 with balls or needles on the threaded body 4 of the outer tube 1 and thus prevent the relative rotation of the latter relative to one another. to each other around their common vertical axis, thanks to a pair of diametrically opposite longitudinal grooves 17 of the sleeve 13 of the upper part of the bearing 11 and two diametrically opposite notches 6 of the threaded bore of the body 4 of the outer tube 1 ( see BE-A-875.016)
  • the body 4 of the outer tube 1 is mounted on the outer tube 1 by a seal 29 called security, consisting of a single thread of square section.
  • security consisting of a single thread of square section.
  • this thread is undone in the case where the outer tube 1 is driven in reverse rotation with a view for example to unlock a part of the core barrel when the latter is jammed.
  • the end opposite to that of the cap 18 is suitable for serving to wedge the bearing rings 7 and the bearings with four abovementioned support points.
  • the extraction device 9 and the inner wall 38 of the inner tube 2 are covered with an anti-friction coating composed, for example, of a teflon film.
  • an anti-friction coating composed, for example, of a teflon film.
  • the inner tube comprises a set of stabilizing elements 67 distributed along the inner tube 2 between the latter and the outer tube 1.
  • This set of stabilizing elements 67 makes it possible to correctly center the inner tube 2 in the outer tube 1 possibly also provided with stabilizing elements 35 and, when the core barrel is in a horizontal position, it reduces the deflection of the inner tube 2 under the effect of its own weight and that of the core (FIG. 9).
  • These stabilizing elements 67 constitute intermediate bearings with smooth friction bearing on the inner wall of the outer tube 1.
  • the stabilizing elements 67 in no way prevent the adjustment of the spacing between the lower ends of the conical shoe 32 and the crown sounding hole 3, since they can slide longitudinally along the inner wall of constant diameter of the outer tube 1.
  • the stabilizing elements 67 contribute to maintaining the straightness of the inner tube 2, one end of which can be considered to be embedded, in free rotation, in the outer tube 1 by means of the ball or needle bearing 11 formed by a bearing multiple bearings with four support points for example. These four support points help to make the inner tube 2 rigid, preventing it from bending.
  • the lower part of the inner tube 2, formed by the conical shoe 32, is centered in the crown of sounding 3 by centering ribs 34 separating the flow channels 33 (FIG. 4).
  • the shoe 32 is extended by a lower lip 14 guiding the drilling liquid longitudinally relative to the crown.
  • the lip 14 is bevelled and flared downwards so as to facilitate the introduction of the core into the inner tube 2.
  • the outer lateral wall 39 of the conical shoe 32 is covered with an anti-friction coating intended to prevent the setting in rotation of the inner tube 2 by the crown 3.
  • the combined shapes of the outer lateral wall of the conical shoe 32 and of the inner face of the crown 3 guide the drilling liquid parallel to the axis of the core.
  • the corer according to the invention has the merit of making it possible to carry out a horizontal borehole which has the advantage of making it possible to correctly determine the extent of an oil deposit made up of oil spills of large extent but of low height, there where a vertical survey would only provide summary survey results and clearly insufficient to give an estimate correct the profitability of the possible exploitation of a deposit.

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Abstract

Un carottier double dans lequel le tube intérieur (2) est relié au tube extérieur (1) par un roulement (11) à paliers multiples à billes et/ou à aiguilles, permet de rendre le tube intérieur (2) rigide et empêche qu'il ne soit entraîné en rotation en même temps que le tube extérieur (1). Le dispositif d'extraction (9) et la paroi intérieure (38) du tube sont avantageusement recouverts d'un revêtement anti-friction. Un jeu d'éléments de stabilisation (67) est réparti le long du tube extérieur pour stabiliser le tube intérieur (2). Un sabot conique (32) du tube intérieur est muni d'une lèvre inférieure (14) biseautée. Le carottier comporte également un indicateur de blocage de la carotte dans le tube intérieur (2) et un dispositif d'obturation (19) destiné à recevoir une bille (46) apte à assurer l'obturation du tube intérieur (2) du carottier.

Description

  • La présente invention est relative à un carottier double pour forage dévié comprenant, d'une part, un tube extérieur rotatif portant une couronne de sondage, et d'autre part, un tube intérieur non rotatif portant à une première extrémité, voisine de la couronne de sondage, un dispositif d'extraction de carotte formé d'un ressort extracteur et d'un sabot conique tandis que l'autre extrémité est vissée sur une partie non rotative d'un roulement à billes ou à aiguilles, à paliers multiples reliant le tube intérieur au tube extérieur, ledit roulement étant constitué d'une série de bagues-paliers concentrioues alignées sur un même axe, retenant prisonnières des billes et/ou des aiguilles logées dans un boîtier étanche rotatif rempli d'huile ou de graisse, fixé au tube extérieur, éventuellement de manière réglable le long de celui-ci.
  • L'intérêt des sondages en forage dévié réside dans la possibilité de prélever de nombreux échantillons à grande profondeur à partir d'un seul point de forage, à des endroits divers le long d'une nappe pétrolifère sensiblement horizontale. Ces sondages permettent l'investigation de la composition de la nappe et de son étendue.
  • Le document US-A-4467879 enseigne qu'un forage dévié s'obtient par la mise en oeuvre d'un ou de plusieurs manchons stabilisateurs montés le long d'un train de tiges. Le choix judicieux du type de manchon stabilisateur et des dimensions ainsi que leur répartition le long du train de tiges permet de régler et de contrôler l'angle d'inclinaison du forage comme décrit dans le document EP-A-0178709.
  • On sait aussi qu'un sondage en forage dévié peut être effectué à l'aide d'un carottier de sondage double tel que décrit dans le document US-A-2555580. Un tel carottier double pour forage devié comprend, d'une part un tube extérieur rotatif muni d'une couronne de sondage, et d'autre part un tube intérieur non rotatif portant à une première extrémité, voisine de la couronne de sondage, un dispositif d'extraction de carotte formé d'un ressort extracteur et d'un sabot conique tandis que l'autre extrémité est vissée sur une partie non rotative d'un roulement à billes ou à aiguilles, à paliers multiples constitué d'une série de bagues-paliers concentriques alignées sur un même axe et fixé au tube extérieur, éventuellement de manière réglable le long de celui-ci; le roulement reliant le tube intérieur au tube extérieur est constitué d'une série de bagues-paliers concentriques alignées sur un même axe et retenant prisonnières des billes et/ou des aiguilles logées dans un boîtier étanche rempli d'huile ou de graisse.
  • On sait que des exigences particulières sont imposées à un carottage dévié ou à un carottage horizontal. En effet, le tube intérieur du carottier double a, par construction, une paroi relativement mince afin d'extraire une carotte de section maximale. On s'aperçoit dès lors, qu'au cours d'un sondage en forage dévié, le tube intérieur d'un carottier double, qui présente une position inclinée ou horizontale lors du forage dévié, fléchit à l'intérieur du tube extérieur sous le poids de la carotte au cours du prélèvement.
  • Ce fléchissement du tube intérieur rend plus difficile la pénétration de la carotte dans le tube carottier et on observe fréquemment que la carotte se coince dans le tube carottier. Or, un tel coincement a pour effet immédiat que l'effort de poussée lors du forage, qui résulte du poids considérable de l'ensemble du train de tiges et qui normalement doit être transmis par les tubes extérieurs à la couronne de forage, est transmis intégralement au tube intérieur relativement mince du carottier, ce qui provoque naturellement la destruction immédiate du tube carottier intérieur et de la carotte.
  • Le fléchissement mentionné plus haut est aussi la cause de tensions dans le roulement à billes ou à aiguilles reliant le tube extérieur rotatif au tube intérieur fixe, Ce fléchissement fait apparaître des efforts de frottement entre la carotte et le tube intérieur et entre le tube intérieur et le tube extérieur. Ces frottements ont tendance à dégrader la rotation libre du tube extérieur par rapport au tube intérieur et à entraîner le tube intérieur en rotation en provoquant la rupture précoce du carottier. Le fléchissement du tube intérieur provoque une destruction partielle de l'échantillon prélevé par le carottier.
  • Il arrive aussi qu'une obstruction se forme le long du tube intérieur pendant le forage. L'obstruction en cours d'opération est parfois due au fait que, dans certains types de roches friables formées de strates inclinées par rapport à la direction d'avancement du carottier, la carotte se fracture en lamelles qui s'appuient avec force contre les parois du carottier et obstruent celui-ci par coinçage. Le danger d'obstruction est d'autant plus grand que l'angle d'inclinaison des lamelles est important.
  • En forage vertical ou légèrement incliné, on se rend compte du blocage par la diminution très sensible de la vitesse d'avancement. On augmente alors le poids appliqué sur le train de tiges en veillant à ne pas provoquer le flambage intérieur du carottier ni la surchauffe du roulement, puisque tout le poids du train de tiges se répercute sur le tube intérieur.
  • En forage fortement incliné et a priori en forage horizontal, l'influence des efforts verticaux appliqués sur le train de forage est moins perceptible puisque ces efforts sont transmis par de nombreux points de contact le long de la paroi du puits et que seule une composante de force intervient.
  • La présente invention propose un carottier spécialement adapté au forage dévié par la mise en oeuvre de moyens et d'accessoires qui renforcent la rigidité du tube intérieur du carottier, empêchent tout défaut d'obturation, et assurent sa concentricité et sa fiabilité.
  • Elle concerne un carottier double pour forage dévié comprenant, d'une part, un tube extérieur rotatif portant une couronne de sondage, et d'autre part, un tube intérieur non rotatif, portant à une première extrémité, voisine de la couronne de sondage, un dispositif d'extraction de carotte formé d'un ressort extracteur et d'un sabot conique, tandis que l'autre extrémité est vissée sur une partie rotative d'un roulement à billes ou à aiguilles reliant le tube intérieur au tube extérieur, ledit roulement étant constitué d'une série de bagues-paliers concentriques alignées sur un même axe, retenant prisonnières des billes et/ou des aiguilles logées dans un boîtier étanche rotatif rempli d'huile ou de graisse, fixé au tube extérieur, éventuellement de manière réglable le long de celui-ci.
  • Suivant l'invention, ce carottier est caractérisé en ce que le dispcsitif extracteur et la paroi intérieure du tube carottier sont recouverts d'un revêtement antifriction;- la paroi extérieure du tube intérieur comporte un jeu d'éléments de stabilisation répartis le long du tube intérieur entre celui-ci et le tube extérieur; le sabot conique formant la partie inférieure du tube intérieur est centré dans la couronne de sondage par des nervures de centrage séparant les canaux d'écoulement; le sabot est muni d'une lèvre inférieure biseautée et évasée vers l'intérieur de manière à faciliter l'introduction de la carotte dans le tube intérieur.
  • Le roulement à billes ou à aiguilles est constitué d'un palier à roulements multiples dont certains d'entre eux offrent quatre points d'appui. Le palier est constitué d'une bague portée par plusieurs séries de roulements à billes et/ou aiguilles réparties non seulement concentriquement autour de l'axe de rotation mais également axialement le long de l'axe à l'abri d'un un boîtier étanche contenant un bain d'huile ou de graisse.
  • Le dispositif d'extraction permet de retenir la carotte dans le tube intérieur. Il est constitué du ressort extracteur et du sabot conique. Le ressort extracteur est formé d'une bague fendue dont la face intérieure est recouverte d'un revêtement agrippant prenant appui sur le sabot conique qui présente un bord biseauté s'élargissant vers le bas, de manière à agrandir la section d'entrée du tube intérieur jusqu'à un diamètre voisin du diamètre intérieur de la couronne.
  • La concentricité du sabot conique supportant le dispositif d'extraction par rapport à la couronne est assurée par le sabot conique biseauté qui prend appui sur des nervures longitudinales de centrage, séparées l'une de l'autre par des canaux d'écoulement de fluide de forage.
  • D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront de la description détaillée qui suit, en référence aux dessins ci-annexés, dans lesquels :
    • les figures 1A, 1B et 1C sont des coupes longitudinales de divers tronçons consécutifs disposés de bas en haut du carottier double selon l'invention;
    • la figure 2 est une vue en coupe longitudinale à plus grande échelle d'un palier à roulements multiples; et
    • les figures 3 et 4 sont, à plus grande échelle, une coupe longitudinale de la partie inférieure du carottier présentant des éléments de stabilisation et de l'extrémité inférieure du carottier.
  • Dans ces diverses figures, des mêmes signes de référence désignent des éléments identiques ou analogues.
  • Comme illustré aux figures 1A, 1B et le carottier double pour forage dévié, selon l'invention, est constitué essentiellement d'un tube extérieur 1 et d'un tube intérieur 2. Le tube extérieur 1 est constitué d'un train de tiges creuses entraînant en rotation, une couronne de sondage 3. A une certaine distance de la couronne 3, le tube extérieur 1 comporte un corps 4 sur lequel est fixé un coussinèt 10 d'un roulement 11 à billes ou à aiguilles .
  • Le tube intérieur 2 comprend principalement des éléments tubulaires vissés à la suite les uns des autres et disposés coaxialement au tube extérieur 1. L'élément tubulaire inférieur du tube intérieur 2 porte un dispositif 9 d'extraction de carotte. L'élément tubulaire supérieur du tube intérieur 2 est vissé à la partie non rotative 12 du roulement 11, laquelle est solidaire du tube carottier.
  • De manière connue en soi, la partie non rotative 12 du roulement 11 comporte un dispositif d'obturation 19 destiné à recevoir une bille 46 comme illustré dans les figures 3 à 6.
  • Le but de ce dispositif d'obturation est connu (voir le document BE-A-8700395). Au début du forage il est indispensable de faire passer le liquide de forage dans la direction des flèches X au travers du tube intérieur 2 en vue d'enlever les éboulis qui se sont accumulés dans le tube intérieur 2 et au fond du puits. Ce déblayage s'obtient en mettant en oeuvre le carottier entièrement ouvert, c'est-à-dire non encore muni de la bille d'obturation 46, de manière à permettre au liquide de forage de traverser la partie intérieure du tube intérieur 2.
  • Lorsque l'opération de déblayage du fond de puits est terminée, on dévie le flux de liquide de forage dans le sens des flèches Z vers l'extérieur du tube intérieur 2 à travers les ouvertures 52 dans un espace annulaire 47 entourant ce dernier, comme illustré dans la figure 5, en lançant librement à partir de la surface du sol, la bille 46 destinée à venir obturer un siège 48 prévu dans la partie non rotative 12 du roulement 11. Une première forme de réalisation du dispositif d'obturation spécialement adapté au carottier double pour forage dévié est illustrée dans la figure 3. Ce dispositif est constitué d'une corbeille métallique 49 sans fond évasée vers le haut. La paroi latérale de la corbeille 49 est formée de doigts recourbés 50 élastiquement déformables. Ces doigts sont retenus par le bord supérieur 51 de la corbeille 49. Ils ont pour fonction de maintenir la bille sur son siège quelle que soit l'inclinaison du forage dévié.
  • La partie non rotative 12 du roulement à billes ou à aiguilles 11 est prolongée par des éléments de tube intérieur 2 de diamètre constant.
  • Le roulement 11 est constitué d'une série de bagues-paliers concentriques 7 logées dans un boîtier annulaire 21 étanche rempli d'huile ou de graisse 22 (figure 2). Les bagues-paliers concentriques 68 retiennent prisonnières entre elles des billes 69 et/ou aiguilles 50. La partie extérieure du boîtier 21 n'est donc pas entraînée en rotation. L'étanchéité du boîtier 21 est assurée par des chicanes 25 et par un joint d'étanchéité 26.
  • Une première forme de réalisation du carottier selon l'invention, pour forage dévié ou horizontal, est, dans son principe de fonctionnement, dérivé du carottier double décrit dans le brevet belge N°875.016. Le carottier comporte une tête ajustable dont on règle la position en déplaçant, par rotation, un manchon 13 de la partie supérieure du roulement 11 dans l'un ou l'autre sens, le long d'un taraudage 5 du corps 4 du tube extérieur 1. On parvient ainsi à corriger l'écartement entre le sabot conique 32 du ressort extracteur 8 et la couronne de sondage 3 (voir figure 4). Ce réglage a pour but de compenser les différences de longueur des assemblages intérieur et extérieur dues aux tolérances de fabrication et à la dilatation thermique différentielle, en particulier lors de l'utilisation d'un tube intérieur 2 en aluminium ou en fibre de verre.
  • Lorsque l'écartement susdit atteint la valeur souhaitée on met en place une coiffe de blocage 18 afin d'empêcher tout déplacement relatif ultérieur entre le tube intérieur et le tube extérieur (figure 1C). La coiffe de blocage 18 présentant au moins un ergot 20 permet de bloquer angulairement la partie rotative 12 du roulement 11 à billes ou à aiguilles sur le corps 4 taraudé du tube extérieur 1 et empêcher ainsi la rotation relative de ces dernières l'une par rapport à l'autre autour de leur axe vertical commun, grâce à une paire de rainures longitudinales 17 diamétralement opposées du manchon 13 de la partie supérieure du roulement 11 et deux encoches 6 diamétralement opposées de l'alésage taraudé du corps 4 du tube extérieur 1 (voir BE-A-875.016)
  • Le corps 4 du tube extérieur 1 est monté sur le tube extérieur 1 par un joint 29 dit de sécurité, constitué d'un filet simple de section carrée. De préférence, ce filet se défait dans le cas où le tube extérieur 1 est entraîné en rotation inverse en vue par exemple de débloquer une partie du carottier lorsque ce dernier est coincé.
  • L'extrémité opposée à celle de la coiffe 18 est appropriée pour servir au calage des bagues-paliers 7 et des roulements à quatre points d'appui susmentionnés.
  • En vue de prévenir le second inconvénient, le dispositif d'extraction 9 et la paroi intérieure 38 du tube intérieur 2 sont recouverts d'un revêtement anti-friction composé par exemple d'un film de téflon. Toutefois, il arrive que malgré cette mesure de précaution, certains types de roche se clivent et se coincent à l'intérieur du tube intérieur 2 ou à l'entrée de celui-ci, entre le sabot conique 32 et la couronne de forage 3 du dispositif d'extraction 9.
  • Lorsque l'outil de forage ne progresse plus, tout le poids appliqué sur le tube extérieur 1 et sur la couronne 3 se répercute sur le tube intérieur 2. Selon que le tube intérieur 2 est en fibre de verre ou en acier, le transfert vers le tube intérieur 2 des efforts appliqués sur le tube extérieur 1 lors du blocage du carottier, provoque soit le flambage du tube intérieur 2, soit la rupture de ce tube. En cas de blocage du carottier, le poids transféré sur le tube intérieur 2 est tellement considérable qu'on assiste parfois à l'écrasement du roulement 11, même si celui-ci est un roulement multiple. Or, la résistance à l'écrasement d'un roulement multiple 11 est de loin supérieur à celui d'un roulement simple puisqu'il permet de répartir sur plusieurs étages de billes ou d'aiguilles les efforts axiaux repris par le roulement. La détérioration du roulement 11 entraîne inévitablement la destruction de la carotte puisque le tube intérieur 2 est alors inévitablement entraîné en rotation par le tube extérieur 1.
  • En forage horizontal, l'influence de l'effort appliqué sur le tube extérieur 1 et la couronne 3 est difficile à percevoir en raison du fait que seule une composante de l'effort vertical intervient. Des variations simultanées des nombreux paramètres et le nombre élevé de points de contact du tube extérieur 1 avec la paroi du puits en forage horizontal rendent la conduite du forage extrêmement difficile. L'opérateur s'aperçoit généralement trop tard que la vitesse d'avancement du forage a diminué. Lorsqu'il s'en aperçoit, l'équipement de sondage risque d'être déjà irrémédiablement abîmé.
  • Le tube intérieur comporte un jeu d'éléments de stabilisation 67 répartis le long du tube intérieur 2 entre celui-ci et le tube extérieur 1. Ce jeu d'éléments de stabilisation 67 permet de centrer correctement le tube intérieur 2 dans le tube extérieur 1 éventuellement muni lui aussi d'éléments stabilisateurs 35 et , lorsque le carottier est en position horizontale, il réduit le fléchissement du tube intérieur 2 sous l'effet de son propre poids et de celui de la carotte (figure 9). Ces éléments de stabilisation 67 constituent des paliers intermédiaires à friction lisse prenant appui sur la paroi intérieure du tube extérieur 1. Les éléments de stabilisation 67 n'empêchent nullement le réglage de l'écartement entre les extrémités inférieures du sabot conique 32 et de la couronne de sondage 3, puisqu'ils peuvent coulisser longitudinalement le long de la paroi intérieure de diamètre constant du tube extérieur 1.
  • Dans une forme de réalisation préférée, illustrée dans la figure 3, chaque jeu d'éléments de stabilisation 67 porte une bague 28 en matériau autolubrifiant prenant appui contre la paroi intérieure du tube extérieur 1. Lors du réglage de l'écartement du sabot conique 32 et de la couronne 3, la bague autolubrifiante 28 peut coulisser le long du tube extérieur 1.
  • Les éléments de stabilisation 67 contribuent à maintenir la rectitude du tube intérieur 2, dont une extrémité peut être considérée comme étant encastrée, en rotation libre, dans le tube extérieur 1 au moyen du roulement à billes ou à aiguilles 11 formée d'un palier à roulements multiples à quatre points d'appui par exemple. Ces quatre points d'appuis contribuent à rendre rigide le tube intérieur 2 en empêchant son fléchissement.
  • En prévenant tout excès de tension dans le roulement à billes ou à aiguilles, les éléments de stabilisation 67 réduisent les efforts de frottement dans le roulement 11 et éliminent les risques d'entraînement en rotation du tube intérieur 2, laquelle rotation entraînerait la destruction de la carotte.
  • La bague autolubrifiante a le même rôle. Elle prévient les efforts de torsion sur le tube intérieur 2.
  • La partie inférieure du tube intérieur 2, formée du sabot conique 32, est centrée dans la couronne de sondage 3 par des nervures de centrage 34 séparant les canaux d'écoulement 33 (figure 4).
  • Le sabot 32 est prolongé par une lèvre inférieure 14 guidant le liquide de forage longitudinalement par rapport à la couronne. La lèvre 14 est biseautée et évasée vers le bas de manière à faciliter l'introduction de la carotte dans le tube intérieur 2. La paroi latérale extérieure 39 du sabot conique 32 est recouverte d'un revêtement anti-friction destiné à empêcher la mise en rotation du tube intérieur 2 par la couronne 3. Les formes conjuguées de la paroi latérale extérieure du sabot conique 32 et de la face intérieure de la couronne 3 guident le liquide de forage parallèlement à l'axe de la carotte.
  • Le ressort extracteur 8 (figure 4) est formé d'une bague fendue dont la face intérieure est recouverte d'un revêtement agrippant 36. En fin de carottage, la bague se referme sur la carotte par effet de cône, en prenant appui sur le sabot conique 32 lorsqu' on retire le tube intérieur 2. Le dispositif d'extraction permet de casser la carotte et de retenir l'échantillon dans le tube intérieur pendant qu'on remonte le tube intérieur 2 à la surface du sol.
  • Le carottier selon l'invention a le mérite de rendre possible la réalisation d'un sondage horizontal qui a l'avantage de permettre de déterminer correctement l'étendue d'un gisement pétrolier constitué de nappes pétrolifères de grande étendue mais de faible hauteur, là où un sondage vertical ne procurerait que des résultats de prospection sommaires et nettement insuffisants pour donner une estimation correcte de la rentabilité de l'exploitation éventuelle d'un gisement.
  • Un sondage horizontal présente aussi l'avantage majeur d'accélérer l'extraction du pétrole et d'augmenter le débit de pétrole pouvant accéder au tube d'extraction dans un gisement pétrolier horizontal puisqu'il permet de prélever, par un grand nombre d'orifices distincts répartis le long de la nappe pétrolifère, le pétrole brut que recèle la nappe. On améliore ainsi nettement la rentabilité de l'exploitation d'un gisement horizontal puisqu'on évite que le pétrole ne doive migrer sur des distances importantes au travers de couches de terrain suffisamment perméables avant de parvenir au voisinage immédiat du tube d'extraction, comme cela pourrait être le cas dans un sondage vertical.

Claims (3)

  1. Carottier double pour forage dévié comprenant, d'une part, un tube extérieur (1) rotatif portant une couronne de sondage (3), et d'autre part, un tube intérieur (2) non rotatif portant à une première extrémité, voisine de la couronne de sondage (3), un dispositif d'extraction (9) de carotte formé d'un ressort extracteur (8) et d'un sabot conique (32) tandis que l'autre extrémité est vissée sur une partie non rotative (12) d'un roulement (11) à billes (68) ou à aiguilles (69), à paliers multiples reliant le tube intérieur (2) au tube extérieur (1), ledit roulement (11) étant constitué d'une série de bagues-paliers concentriques (7) alignées sur un même axe, retenant prisonnières des billes (68) et/ou des aiguilles (69) logées dans un boîtier étanche (21) rotatif rempli d'huile (22) ou de graisse, fixé au tube extérieur (1), éventuellement de manière réglable le long de celui-ci, caractérisé en ce que :
    - le dispositif d'extraction (9) et la paroi intérieure (38) du tube intérieur (2) sont recouverts d'un revêtement anti-friction;
    - la paroi extérieure du tube intérieur (2) comporte un jeu d'éléments de stabilisation (67) répartis le long du tube extérieur (1) entre le tube extérieur (1) et le tube intérieur (2); et
    - le sabot conique (32) formant la partie inférieure du tube intérieur (2) est centré dans la couronne de sondage (3) par des nervures de centrage (34) séparant les canaux d'écoulement (33), le sabot étant muni d'une lèvre inférieure (14) biseautée et évasée vers l'extérieur de manière à faciliter l'introduction de la carotte dans le tube intérieur (2).
  2. Carottier selon la revendication 1, caractérisé en ce que le jeu d'éléments de stabilisation (67) porte une bague (28) en matériau autolubrifiant appuyée contre le tube extérieur (1).
  3. Carottier selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le roulement (11) est un roulement multiple constitué de deux bagues-paliers (7) au moins alignées le long d'un même axe afin d'offrir plusieurs points d'encastrement qui rendent le tube intérieur (2) plus rigide.
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