PROCEDE DE CAROTTAGE ET CAROTTIER POUR SA MISE EN OEUVRE |
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| 申请号 | EP97900512.1 | 申请日 | 1997-01-15 | 公开(公告)号 | EP0874947B1 | 公开(公告)日 | 2003-08-20 |
| 申请人 | Halliburton Energy Services, Inc.; | 发明人 | FANUEL, Philippe; HOLT, Rune; KENTER, Cor; BRIGNOLI, Marco; | ||||
| 摘要 | A core sampling method, particularly for the oil industry, wherein actual core sampling is performed by means of a core sampler (1) comprising at least one inner barrel (5), an outer barrel (2) and a bit (3), and a substantially axial compressive force (F) is exerted on the top (7A) of a core sample (7) being formed, at least during a major part of the core sampling process, said force being within a range determined particularly on the basis of the material of the core sample (7), whereafter the force (F) is removed at the latest before the core sample (7) is withdrawn from the inner barrel (5). A core sampler for carrying out the method is also provided. | ||||||
| 权利要求 | |||||||
| 说明书全文 | La présente invention se rapporte à un procédé de carottage, en particulier dans le domaine pétrolier, comprenant un carottage proprement dit au moyen d'un carottier comportant au moins un tube intérieur, un tube extérieur et une couronne. Il est apparu qu'en cours de carottage, et/ou au cours d'une certaine période de temps après celui-ci, certaines formations à carotter ont tendance à perdre une partie plus ou moins importante de leurs caractéristiques d'origine, en particulier mécaniques. Par exemple, leur cohésion peut être plus ou moins altérée. Dans ce cas, il peut même arriver qu'une partie de la carotte soit complètement détruite pendant le carottage. On perd alors au moins une partie des informations que l'on espérait obtenir au moyen de l'opération. Dans d'autres cas, les formations peuvent avoir tendance à se dissocier en couches superposées séparées, qui présentent alors l'aspect d'une pile d'assiettes et de telles carottes ne reproduisent pas la situation réelle et ne comportent pas les paramètres réels de la formation que l'on souhaite analyser. La présente invention a pour but de résoudre ce problème et de procurer un procédé de carottage qui conserve à la carotte obtenue dans ces formations des caractéristiques aussi proches que possible de celles des formations dans l'état où elles se trouvaient avant carottage. Le document US-A-5 360 074 divulge un carottier de ce genre dans lequel un piston se déplace de manière non étanche dans le tube intérieur et donc sous contrôle de sa force d'appui sur le sommet de la carotte. A cet effet, le procédé de carottage de l'invention comprend les particularités de la revendication 1. La solution à ce problème, proposée par la présente invention est apparue de façon surprenante pour l'homme de métier qui a tendance à solliciter le moins possible une carotte au cours de sa réalisation, de crainte de la détériorer. Il a fallu un nombre important d'essais de laboratoire très coûteux, effectués sur des formations de différentes natures, pour établir que le procédé de l'invention résout le problème précité. Suivant un mode de réalisation de l'invention, on produit sur le piston une accumulation d'énergie provenant de la pression du fluide et; lorsque ladite pression du fluide diminue, une restitution de l'énergie accumulée, sous la forme d'un maintien au moins temporaire de la force de compression sur le sommet de la carotte. La présente invention concerne également un carottier adapté pour mettre en oeuvre le procédé de l'invention et comprenant :
Suivant l'invention, le carottier ci-dessus comprend les particularités de la revendication 5. Suivant une forme de réalisation de l'invention :
D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront des revendications secondaires et de la description des dessins qui sont annexés au présent mémoire et qui illustrent, à titre d'exemples non limitatifs le procédé de carottage et le carottier de l'invention. La figure 1 représente schématiquement en coupe longitudinale, avec brisures, une extrémité antérieure d'un carottier, suivant une forme de réalisation de l'invention, en cours de carottage. La figure 2 représente schématiquement, en coupe longitudinale, avec brisures, une extrémité antérieure d'une autre forme de réalisation du carottier de l'invention, dans une position prête pour un carottage. La figure 3 représente schématiquement en coupe longitudinale, avec brisures, le carottier de la figure 1 ou 2 à l'endroit de la liaison des tubes intérieur et extérieur. La figure 4 représente schématiquement en coupe longitudinale, avec brisures, une extrémité antérieure d'une autre forme de réalisation de l'invention, dans une position prête pour un carottage. La figure 5 représente schématiquement en coupe longitudinale, avec brisures, le carottier de la figure 4 à l'endroit de la liaison des tubes intérieur et extérieur, suivant une forme de réalisation. La figure 6 représente schématiquement en coupe longitudinale, avec brisures, le carottier de la figure 4 à l'endroit de la liaison des tubes intérieur et extérieur, suivant une autre forme de réalisation. Dans les différentes figures, les mêmes notations de référence désignent des éléments identiques ou analogues. Le carottier 1 suivant l'invention et illustré à titre d'exemple dans les dessins est destiné au carottage, par exemple dans le domaine de la prospection pétrolière ou de celle du gaz naturel. Le carottier 1 peut comporter (figures 1, 2 et 4) :
Suivant l'invention, le carottier 1 précité comporte en outre des moyens élastiquement compressibles 13, agencés en liaison avec l'espace interne 6 de façon à pouvoir accumuler et restituer une énergie provenant, d'une mise sous pression du fluide introduit. Cette mise sous pression peut résulter d'au moins une compression de ce fluide par l'action du piston 8 poussé dans l'espace interne 6 à mesure que la carotte 7 y pénètre. Ces moyens 13 pourraient être constitués par exemple par une chambre (non représentée) remplie d'un gaz compressible. Suivant l'invention, le carottier 1 comporte de plus des moyens 14 de réglage d'une fuite du fluide introduit. Ces moyens de réglage 14 sont agencés de façon que du fluide introduit dans l'espace interne 6 puisse s'en échapper à mesure que la carotte 7 y pousse le piston 8 et de façon qu'en fonction de la fuite réglée par exemple par un orifice de section réduite, la pression du fluide introduit dans l'espace interne 6 augmente jusqu'à une valeur correspondant à une force de compression F sensiblement axiale appliquée par le piston 8 sur le sommet 7A de la carotte 7, cette force F étant comprise entre des limites choisies notamment en fonction de la matière de la carotte 7. Plutôt que la chambre à fluide compressible précitée, les moyens élastiquement compressibles 13 comprennent de préférence, du côté opposé 15 du piston 8 par rapport à la carotte 7 (en cours de carottage), un piston auxiliaire 16 et, entre celui-ci et le piston 8, un élément élastique compressible 17 qui est avantageusement un ressort de compression 17. Le piston auxiliaire 16 est agencé pour coulisser dans l'espace interne 6 et présents de préférence au moins un joint annulaire 18 pour son étanchéité par rapport à la paroi du tube intérieur 5. Une face 19 du piston auxiliaire 16, tournée vers le fond 10 est destinée à recevoir la pression précitée et est dimensionnée pour procurer au moins une partie de la force F appliquée sur le sommet 7A de la carotte 7. Le cas échéant, la partie complémentaire de la force F peut provenir d'une face 20 du piston 8 tournée vers le fond 10 du tube intérieur 5. Le piston 8 peut comporter, du côté du fond 10, une tige 23 coaxiale au tube intérieur 5 et le piston auxiliaire 16 peut avoir une forme annulaire et être monté de façon coulissante sur la tige coaxiale 23. Celle-ci peut comporter des moyens d'arrêt 24 situés à l'écart du piston 8 et déterminant une position extrême éloignée du piston auxiliaire 16 par rapport au piston 8. Au moins un joint d'étanchéité annulaire 25 peut être agencé entre le piston auxiliaire 16 et la tige coaxiale 23 pour éviter que du fluide s'échappe de façon non contrôlée de l'espace interne 6. Le ressort 17 peut être monté autour de la tige coaxiale 23 comme le montrent les figures 1, 2 et 4. Le piston 8 peut comporter les moyens de réglage de fuite 14 et des canaux 27 associés à ceux-ci et agencés pour mettre l'espace interne 6 en liaison, pour le fluide, avec le sommet 7A de la carotte et, à partir de là, avec un interstice annulaire 28 entre la carotte 7 en cours de formation (figure 1) et le tube intérieur 5 par l'intermédiaire de ces moyens de réglage de fuite 14. Les moyens de réglage de fuite 14 de la figure 1 comportent une bille 29 appuyée contre un siège de soupape 30 par un ressort de compression 31 dont la force sur la bille 29 peut être réglée par un ensemble de vis et d'écrou 32, de façon à obtenir une pression souhaitée dans l'espace interne 6 avant qu'une fuite de fluide ait lieu, et donc une force de compression souhaitée sur le sommet 7A. Une coiffe 33 protège l'ensemble de réglage 32. Les moyens de réglage de fuite 14 de la figure 2 comportent un ressort 31 calibré ou réglable par l'utilisation d'épaisseurs 34. En outre, les canaux 27 se composent d'un conduit axial 27A en amont de la bille 29 par rapport au sens de sortie du fluide à l'ouverture de la bille 29 et, en aval de celle-ci, d'un ou de conduits radiaux 27B débouchant dans un conduit annulaire 27C qui est relié à un ou plusieurs conduits radiaux 27D débouchant à l'extérieur du piston 8. L'homme de métier peut comprendre la construction des pièces des figures 1 et suivantes et leur montage pour obtenir le résultat souhaité. Il n'est donc pas nécessaire de donner d'autres détails à leur sujet. Le piston 8 peut être réalisé de façon qu'en position de début de carottage (figure 2), il présente une portion 38 qui dépasse de la couronne 3. Cette portion 38 comporte l'extrémité antérieure 39 du piston 8 destinée à coopérer avec le sommet 7A de la carotte. A l'endroit de cette extrémité 39 il peut être prévu dans le piston 8, pour les moyens d'introduction de fluide dans l'espace intérieur 6, un orifice de remplissage 40 muni par exemple d'une bille et d'un ressort antiretour 41, une conduite 42 raccordée à l'orifice de remplissage 40 et traversant le piston 8 sous la forme d'une conduite radiale 42A, d'une conduite annulaire 42B, d'une ou de plusieurs conduites longitudinales 42C et d'une ou de plusieurs conduites radiales 42D débouchant par exemple dans le conduit axial 27A et, à travers la tige 23, dans l'espace interne 6. Une vis 43 peut servir à boucher l'orifice de remplissage 40 afin de le protéger. Une position radiale (figure 2) de cet orifice 40 est favorable par exemple parce qu'alors un moyen de remplissage (non représenté), utilisé pour injecter un fluide dans au moins une partie de l'espace interne 6, vissé sur l'orifice 40 ne tend pas à faire tourner le piston 8 dans l'espace interne au cours de ce vissage. Le fluide introduit dans l'espace interne 6 (figures 1 à 3) avant un carottage peut être différent de celui qui peut être envoyé pendant le carottage, à partir d'un réservoir en surface (non représenté), à travers des ajutages 44 usuels de la couronne 3 par l'intermédiaire d'une canalisation longitudinale 45 annulaire formée entre le tube intérieur 5 et le tube extérieur 2. Le fluide injecté ainsi dans l'espace interne 6 peut être choisi par exemple pour ses propriétés de protection et/ou de lubrification de la carotte 7 en cours de réalisation et de pénétration dans cet espace interne 6. Le carottier 1 de l'invention peut également comporter (figure 3), du côté du fond 10 du tube intérieur 5 ou de l'espace interne 6, une soupape de sécurité 46 agencée par exemple de façon à s'ouvrir pour purger de l'air compris dans l'espace interne 6 au moment du remplissage de celui-ci ou pour limiter à une pression maximale choisie celle qui y règne au cours du remplissage ou en cours de carottage ou aussi après celui-ci. La forme de réalisation de la figure 3 est telle qu'en cours de remplissage, seule la force d'un ressort de soupape retient celle-ci contre son siège tandis qu'en cours de carottage, la pression du fluide de carottage envoyé par la canalisation longitudinale 45 ajoute, par son action sur la soupape 46, une force importante à celle du ressort. Lorsque la soupape de sécurité 46 est ouverte, elle met en communication l'espace interne 6 et un espace ou canalisation 45 entre les tubes extérieur 2 et intérieur 5. La figure 3 montre également des moyens de liaison 47 agencés pour que le tube intérieur 5 soit porté coaxialement par le tube extérieur 2 et puisse tourner indépendamment de celui-ci autour de leur axe longitudinal 48 commun. Les moyens de liaison 47 sont également agencés pour guider vers la canalisation longitudinale 45 le fluide de carottage en provenance du réservoir situé à la surface du sol. Le procédé de carottage de l'invention peut être expliqué à présent à l'aide du carottier 1 de l'invention qui comprend au moins le tube intérieur 5, le tube extérieur 2 et la couronne 3. Dans son mode le plus général, le procédé de l'invention comprend en outre, pendant au moins une majeure partie du carottage, une application d'une force de compression F sensiblement axiale sur le sommet 7A de la carotte en cours de formation. Cette force de compression F est comprise entre des limites choisies en fonction notamment de la matière de la carotte 7. Cette force de compression F est supprimée de préférence après avoir terminé le carottage et au plus tard juste avant de sortir la carotte 7 du tube intérieur 5. Dans le cas du carottier 1 décrit ci-dessus, on produit la force de compression F en installant dans l'espace interne 6 du tube intérieur 5 le piston 8 dont une face 8A peut être mise en appui sur le sommet 7A de la carotte 7, de préférence au moyen d'un élément 49 par exemple élastique, absorbant les irrégularités de surface du sommet 7A. On introduit alors dans le tube intérieur 5, du côté du piston 8 situé à l'opposé de sa face 8A en appui sur le sommet 7A, par exemple par les moyens d'introduction 9, un fluide que l'on amène, au moins pendant le carottage, à une pression correspondant à la force de compression F. On accumule, par exemple par une compression partielle du ressort 17, de l'énergie provenant de la pression du fluide dans l'espace interne 6. Lorsque cette pression de fluide tend à diminuer, au cours du carottage, le ressort restitue l'énergie accumulée, sous la forme d'un maintien au moins temporaire de la force de compression F sur le sommet 7A de la carotte 7. De préférence, au début du carottage, le fluide ainsi introduit dans l'espace interne 6 est pratiquement à la pression de l'environnemen de la couronne 3 (hors du trou de carottage et dans celui-ci). A mesure que la carotte 7 entre dans le tube interne 5, elle y pousse le piston 8 qui comprime en conséquence le fluide à une pression située dans une plage de pressions choisie, déterminée par exemple par une fuite calibrée du fluide à travers les moyens de réglage de fuite 14. Le fait que (figure 2) l'extrémité 39 du piston 8 dépasse de l'extrémité antérieure 4 procure une course préalable du piston 8 pour comprimer le fluide dans l'espace interne 6 et donc pour procurer une force F (que l'on peut choisir) appliquée, dès le début du carottage, sur le sommet 7A de la carotte 7. Suivant la forme de réalisation de la figure 1, le fluide comprimé dans l'espace interne 6 agit sur la face 19 du piston auxiliaire 16 et fait coulisser celui-ci le long de la tige 23 et comprime par ce mouvement le ressort 17 pour accumuler de l'énergie et pour pousser en même temps le piston 8 contre la carotte 7. La pression du fluide peut agir également sur une partie de la face 20 de la tige 23 de façon à aider à pousser le piston 8 contre la carotte 7. Lorsque la pression du fluide augmente, celui qui est compris dans le creux de la tige 23 repousse la bille 29, à partir d'un seuil de pression (fuite calibrée 14) et peut s'écouler par les canaux 27 dans des rainures longitudinales 52 sur le pourtour du piston 8. A partir de là, le fluide peut en partie remonter le long du ressort 17 et, en majeure partie, être poussé vers le sommet 7A de la carotte 7 et dans l'interstice 28 et au-delà de celui-ci, de façon à enrober et/ou lubrifier la carotte 7 à mesure qu'elle est réalisée et qu'elle pénètre dans le tube intérieur 5. Un excédent du fluide provenant de l'espace interne 6 peut se mélanger au fluide sortant des ajutages 44 et être évacué par l'intermédiaire de ce dernier. Les figures 4 à 6 montrent une autre forme de réalisation du carottier 1 de l'invention. Un tube médian 53, éventuellement en plusieurs tronçons, est disposé coaxialement entre les tubes extérieur 2 et intérieur 5. Un premier canal longitudinal annulaire 54 est alors formé par un espace entre les tubes extérieur 2 et médian 53 et il met en liaison pour du fluide de carottage les ajutages 44 de la couronne 3 et un conduit 55 d'amenée de fluide de carottage en provenance du réservoir à la surface du sol. Un second canal longitudinal annulaire 56 est formé par un espace entre les tubes médian 53 et intérieur 5 et est en communication pour du fluide, par exemple par l'intermédiaire de cannelures 57, d'une part avec le fond 10 du tube intérieur 5 et, d'autre part, (à l'extrémité antérieure 4) avec le pourtour de la carotte 7 proche de la sortie 57A des cannelures 57. La configuration des figures 4 à 6 présente, par rapport à celle des figures précédentes, l'avantage que le fluide de carottage qui doit s'échapper de l'espace interne 6 ne peut en être empêché par une obstruction de l'espace annulaire 28 entre la carotte 7 et le tube intérieur 5 contrairement à ce qui pourrait être le cas dans la forme de réalisation de la figure 1. Dans la configuration des figures 4 à 6, les moyens de réglage de fuite 14 sont agencés dans ladite communication pour le fluide entre le fond 10 et le second canal longitudinal 56. Le piston 8 peut en conséquence être simplifié et ne comporter que les moyens d'introduction de fluide 9. De plus, dans le cas de la figure 5, les moyens de réglage de fuite 14 peuvent servir également de soupape de sécurité 46 avec fuite par le même canal longitudinal 56. La forme de réalisation de la figure 6 diffère de celle de la figure 5 par le fait que la soupape de sécurité 46 est séparée des moyens de réglage de fuite 14. Dans le cas de la figure 6, les canaux 27 sont en outre en communication avec une chambre 58 et, à partir de là, par l'intermédiaire de la soupape de sécurité 46 (située ainsi en aval des moyens de réglage de fuite 14 pour du fluide quittant l'espace interne 6), avec un ou des conduits radiaux 59 en communication pour le fluide avec le canal longitudinal 54. Dans ce cas, si une obstruction empêche le fluide de quitter le second canal longitudinal 56 à l'extrémité antérieure 4, celui-ci peut s'échapper, par la soupape de sécurité 46, par le premier canal longitudinal 54 et par les ajutages 44, avec le fluide de carottage provenant du conduit d'amenée 55. En communication avec le fond 10 (figures 3 et 6) il peut y avoir un moyen 60 de décharge de pression vers l'air libre, par exemple sous la forme d'une vis-pointeau 60, agencé pour pouvoir être actionné par un opérateur lorsque le tube intérieur 5 (figure 3) ou, le cas échéant, celui-ci et le tube médian 53 fixés l'un à l'autre (comme cela est représenté alors à la figure 6) est ou respectivement sont retirés au moins partiellement du tube extérieur 2, après un carottage, afin d'en sortir la carotte 7 terminée. Ainsi une pression résiduelle de fluide bloqué dans l'espace interne 6 entre la carotte 7, le fond 10 et la bille 29 pressée par le ressort 31 peut être éliminée à l'aide de ce moyen 60 avant de libérer et de retirer la carotte 7 de l'espace interne. Dans le cas de la figure 6, une autre vis-pointeau 61 est prévue pour permettre d'éliminer une pression de fluide qui règnerait, avant de retirer du tube intérieur 5 la carotte 7, dans la chambre 58, les conduits 27 et le second canal longitudinal 56 à la suite d'un bouchage de celui-ci. Il doit être entendu que l'invention n'est nullement limitée aux formes de réalisation décrites et que bien des modifications peuvent être apportées à ces dernières sans sortir du cadre de la présente invention. Ainsi, l'homme de métier est à même de calculer, en fonction de leurs interactions, les ressorts à utiliser et en fonction des pressions de service régnant dans un trou de carottage et dans le fluide de carottage envoyé depuis le sol, les pressions à produire dans le carottier 1 de l'invention. Pour saisir à l'extrémité antérieure 4 une carotte 7 terminée, le carottier 1 de l'invention peut être muni d'un système de blocage 62 à bague tronconique fendue, connu dans le métier et schématisé dans les figures 1, 2 et 4. Il doit être entendu que les conduits, canaux, conduites, canalisations, rainures, cannelures, etc. précités peuvent avoir des formes différentes de celles données ci-dessus à titre d'exemple.
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