La présente invention est relative à un dispositif de contrôle du verrouillage d'un carottier de sondage à câble pour puits humide, comprenant un tube extérieur au travers duquel coulisse un tube intérieur constitué d'une tête d'accrochage et d'un corps cylindrique muni d'un joint d'étanchéité hydraulique avec le tube extérieur, d'une soupape de réglage delà pression de liquide ≈ forage et de moyens de verrouillage par rapport au tube extérieur, constitués d'un porte-verrou, d'une coulisse de déverrouil- lage solidarisée à la tête d'accrochage et d'une goupille qui dégage hors d'une rainure annulaire de blocage, les pattes du verrou susdit, sous l'effet d'une traction au moyen du câble de manoeuvre et de la pièce de repêchage sur la tête d'accrochage.

Elle concerne également un procédé pour contrôler le verrouillage d'un carottier de sondage à câble, à l'aide du dispositif décrit ci-dessus. Suivant ce procédé, on lance librement au fond d'un puits humide, sous injection éventuelle au moyen d'une pompe, du liquide de forage, afin d'accélérer la descente et gagner du temps, et on re¬ monte à la surface, après' l'opération de carottage, à l'aide d'une pièce de repêchage et d'un câble, un tube intérieur.

Par le certificat d'utilité français publié sous le N° 2359 273, on connaît un carottier à câble comportant une soupape de réglage du débit de liquide de forage,

permettant de détecter à partir de la surface, le moment précis de verrouillage du carottier en position de carot- tage, en trou humide ou sec.

La soupape de contrôle réglable comprend un obtura¬ teur sphérique dans un corps formé par un manchon consti¬ tutif de la tête du tube intérieur. L'obturateur sphé¬ rique est appliqué élastiquement contre un siège annulaire par un ressort de rappel prenant appui inférieurement sur une rondelle de réglage d plaçable axialement dans le corps,

Dans cet appareil carottier connu, l'opérateur dispose, en la soupape de contrôle réglable, pour des forages profonds , d'un moyen p a r t i c u l i è r e- ment simple, rapide et efficace pour savoir quand et si le tube intérieur est en position correcte pour le sondage et le carottage. A cet effet, il lui suffit de suivre la pression indiquée à la pompe sans arrêter un moteur quel¬ conque.

En effet, lorsque le tube intérieur est verrouillé dans le tube extérieur, un rebord annulaire repose sur une bague de suspension , au niveau de l'obturateur et forme joint d'étanchéité. Il en résulte que l'eau ne peut plus circuler entre le tube intérieur et le tube extérieur au niveau en question et que cette eau est arrêtée par l'obturateur* appliqué contre le siège annulaire . De _ce fait, la pression d'eau indiquée au manomètre de la pompe d'injection augmente progressi- vement pour se stabiliser à une valeur correspondant à la force de rappel du ressort , force qui est préa¬ lablement connue par le réglage de ce ressort , avant l'introduction du carottier dans le trou foré. Ainsi,

l'évolution de la pression d'eau à la pompe d'injection permet de se rendre compte aisément si le tube intérieur est bien en position inférieure verrouillée et suspendu à la bague de suspension du tube extérieur, avant de faire tourner le tube extérieur dans le trou foré.

Lors de sondages effectués à une grande profondeur, c'est-à-dire supérieure à environ 1000 m, il est difficile de déduire avec certitude, à partir de l'évolution de la pression d'eau à la pompe d'injection, si le verrouillage a effectivement eu lieu.

On se réfère plutôt à une indication, au manomètre de la pompe, d'une augmentation brutale mais fugitive de pression au-dessus de la pression prédéterminée de réglage de la soupape, due à l'arrêt brusque de la colonne de liquide entraînant le carottier dans sa descente. Il est malaisé d'observer au manomètre de la pompe d'injection, le coup de bélier impromptu lié au moment précis du verrouillage.

La descente du carottier, en plongée libre, malgré la contribution favorable de la colonne liquide de forage entraînant celui-ci, demande plus d'une vingtaine de minutes.et implique une attention soutenue et ininterrompue de l'opérateur pendant la totalité de l'intervalle de temps,

La présente invention vise à remédier à l'inconvé¬ nient susdit et propose un dispositif de contrôle de verrouillage d'un carottier de sondage à câble pour puits humide, comprenant un tube extérieur au travers duquel coulisse un tube intérieur constitué d'une tête d'accro¬ chage et d'un corps cylindrique muni d'un joint d'étan- chéité hydraulique avec le tube extérieur, d'une soupape

de τé§zgβ cfe la pressiondi liquide cfe forage etcfe moyens de verrouillage par rapport au tube extérieur, constitués d'un porte-verrou, d'une coulisse de déverrouillage soli¬ darisée à la tête d'accrochage et d'une goupille qui dégage hors d'une rainure annulaire de blocage, les pattes du verrou susdit, sous l'effet d'une traction au moyen du câble de manoeuvre et de la pièce de repêchage sur la tête d'accrochage, caractérisé en ce qu'il comporte un verrou eclipsable bistable, qui, lorsqu'il est repoussé vers une position inférieure par pression hydraulique au moyen de la pompe d'injection du liquide de forage, assure l'étanchéité hydraulique du tube intérieur avec le tube extérieur, lorsque ladite pression du liquide de forage dépasse une valeur prédéterminée et permet la circulation du liquide de forage lorsque la pression diminue à une valeur inférieure à ladite valeur, tout en restant supé¬ rieure à la force de rappel nécessaire à l'ouverture de la soupape de réglage de pression de liquide de forage.

Dans une forme de réalisation particulière, ledit verrou est constituéd'une bague-tiroir coulissable ex- térieuremei± le long d'un corps cylindrique solidaire de la tête d'accrochage, ladite bague comportant une gâche présentant deux bras convergents inégaux, jouant le rôle de glissières, dans lesquelles est guidé et rendu tour à tour prisonnier, un ergot solidaire du corps cylindrique susdit qui occupe, sous l'action d'un ressort agissant sur l'embase de _a bague et prenant appui contre un écrou de réglage du corps cylindrique lorsque l'injection de liquide du forage est interrompue, une position supérieure de repos dans laquelle un orifice latéral de la bague susdite est obturé par le corps cylindrique.

L'invention concerne également un procédé pour contrô¬ ler le verrouillage d'un carottier de sondage à câble, à l'aide du dispositif décrit ci-dessus.

Ce procédé est essentiellement caractérisé en ce que la bague susdite occupe d'abord, au cours de la descente du carottier, sous l'action de la pression hydraulique du fluide de forage, une position intermédiaire stable, dans laquelle l'orifice latéral est obturé par le corps cylindrique, de manière à empêcher la circulation du liquide de forage vers la couronne de forage, quelle que soit la pression hydraulique appliquéeet accélérerla descente du tube intérieuren fonctionό débitde liquide de forage inject Lorsqu'on augmente ensuite la pression du liquide de forage, 3a bague dontle segment forme pistond'étanchéité annu¬ laire autour ai corps cylindrique, se déplace àl'encontre d'un ressort agissant sur 1'embasecfe 3a bague—tiroiret prenant εçpuL contre un écrou de réglage du corps cylindrique vers une position inférieure de repos dans laquelle l'ergot se trouve au sommet de la gâche et occupe une position qui perme de libérer en même temps que le verrou clipsable, le passage du liquide de forage.

D'autres particularités et détails de l'invention apparaîtront au cours de la description détaillée suivante faisant référence aux dessins ci-annexés qui illustrent une forme de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif.

Dans ces dessins :

les figures 1, 2 et 3 sont des coupes de tronçons successifs d'un appareil carottier, muni d*un dispositif de contrôle du verrouillage selon 1*invention ;

- la figure 4 montre une coupe du dispositif de contrôle du verrouillage en position intermédiaire, telle que prévu pour la descente du carottier ;

- la figure 5 est une vue analogue à celles des figures 4, du dispositif de contrôle au cours d'un test de ver¬ rouillage ;

- la figure 6 est une vue analogue à celles des figures 4 à 5, du dispositif de contrôle au cours d'une opé¬ ration de carottage ;

- la figure 7 est une vue en coupe transversale suivant la ligne VI-VI' du dispositif montré à la figure 6;

- les figures 8 à 16 illustrent les évolutions successives du liquide de forage dansl'appareil carottier montré aux figures 1 à 3.

Dans ces diverses figures, les mêmes notations de ré¬ férence désignent des éléments identiques ou équivalents.

Les figures 1 à 3 illustrent un premier mode de réali¬ sation du dispositif de mise en place du tube intérieur d'un appareil carottier selon l'invention.

Comme illustré à la figure 1, un carottier double à câble, désigné dans son ensemble par la notation de ré érence 1 , comprend un tube extérieur 1 , pourvu in érieu- rement d'une couronne de sondage 2 etun tube intérieur 3 coulissable axialement dans le tube extérieur 1 et équipé à sa base d'un manchon extracteur de carotte 4. Le tube intérieur 3 est lancé librement dans le tube extérieur 1. En position de carottage, le tube intérieur 3 est suspendu dans le tube extérieur 1 par un rebord annulaire 5 s ^» ap¬ puyant sur une bague de suspension 5 ¹ du tube extérieur 1.

Il comprend un porte-verrou tubulaire 6 et une tête d'accrochage 7 présentant à son sommet un crochet tron- conique 8 e t u n cône - guide 9 disposé en- dessous du crochet 8. La tête d'accrochage 7 esi reliée par une goupille diamétrale 10 à une coulisse de déver¬ rouillage 11 qui présente une fente diamétrale 12 et deux ouvertures allongées 13 diamétralement opposées. La coulisse de déverrouillage 11 porte une goupille de déverrouillage 14 s'étendant perpendiculairement à travers la fente 12 en-dessous des ouvertures 13. La goupille de dé- verrouillage 11 peut coulisser par rapport i porte-verrou 6. Elle porte égalementuns goupille cfe sécurité 20 destinés à évi¬ ter tout deverouillage intempestif au cours cfe l'opérationcfe Jbra Ce porte-verrou abrite un verrou 15 constitué de deux pattes de verrouillage 1β et 17 plates, parallèles et logées dans la fente diamétrale 12. Les pattes 1β et 17 pivotent ensemble autour d'un pivot diamétral 18 qui traverse les ouvertures allongées correspondantes 13 précitées et dont les extrémités sont fixées au porte- verrou tubulaire 6. Le porte-verrou 6 présente deux évi- dements de déverrouillage 19 _» diamétralement opposés et situés vis-à-vis de la fente diamétrale 12. Sur sa face extérieure, le porte-verrou 6 a une rainure circonfé- rentielle d'accrochage 21 près de son extrémité supérieure 22 par ailleurs chanfreinée. Le porte-verrou 6 est rendu solidaire de la partie inférieure restante du tube inté¬ rieur 3 par une goupille 2 . La coulisse 11 peut coulis¬ ser légèrement par rapport au porte-verrou 19 notamment - grâce à la possibilité de coulissement du pivot 18 dans les ouvertures allongées 13 précitées.

Les pattes 16 et 17 du verrou 15 sont sollicitées constamment par un ressort 24, à être écartées l'.une de

l'autre et éloignées ensemble de l'axe longitudinal commun au tube intérieur 3 et au tube extérieur 1.

Un espace est prévu entre le tube extérieur 1 et le tube intérieur 3 pour alimenter la zone inférieure de carottage en eau de refroidissement qui permet non seule¬ ment l'évacuation des calories, mais également celle des débris de sondage.

Le canal du passage d'eau compris dans le tube inté¬ rieur 3 comporte une soupape réglable 2β de contrôle cfe la pressai d'eau alimenté sous l'action d'une pompe d'injection non montrée,installée en surface.

Le réglage de la soupape 2β susdite s'effectue à l'aide d'une vis de réglage 27 à tête hexagonale 28 montée dans le corps cylindrique 33 et permet d e déplacer axia¬ lement en hauteur à l'intérieur du tube intérieur 3, une rondelle 29 de manière à comprimer plus ou moins le ressort cle rappel 30 et à régler ainsi la force de rappel dudit ressort 30.

La force de rappel du ressort 30 est réglée en fonction des conditions des opérations de carottage, de manière à permettre l'ouverture de la soupape 26 dès qu'une pression d'eau prédéterminée sélectivement en pleine connaissance des conditions exactes des opérations de carottage, notamment de la profondeur de sondage, est atteinte.

Suivant une particularité de l'invention, le dispo¬ sitif de contrôle du verrouillage comporte un verrou eclipsable bistable qui, lorsqu'il est repoussé versune position inférieure par pression hydraulique supérieure

à la valeur de tarage du ressort 30, au moyen de la pompe d'injection du liquide de forage, assure l'étan- chéité hydraulique du corps cylindrique 33 avec le tube extérieur 1 et permet l'arrivée du liquide de forage dans une chambre délimitée par la bague- iroir 32 du verrou eclipsable bistable 31.

Ensuite, la poussée du liquide de forage est maintenu une valeur inférieure à la force de tarage du ressort 38 mais supérieure à la force de rappel du ressort 30 nécessaire à l'ouverture de la soupape de réglage de la pression du liquide de forage.

Dans une forme de réalisation particulière du dis¬ positif suivant l'invention, ledit verrou 31 est cons- titué d'une bague-tiroir 32 coulissable extérieurement le long d'un corps cylindrique 33 solidaire de la tête d'ac¬ crochage 7 _» ladite bague-tiroir 32 comportant une gâche 34 présentant deux bras convergents 35 _» 36 inégaux, jouant le rôle de glissières, dans lesquelles est guidé et rendu tour à tour prisonnier, un ergot 37 solidaire du corps cylindrique 33 susdit, susceptible d'occuper trois positions extrêmes, correspondant aux opérations de descente, d'indication de verrouillage et de forage.

La bague-tiroir susdite 32 occupe d'abord, au cours de la descente du tube intérieur du carottier, sous l'action de la pression hydraulique du fluide de forage sur un segment 32', une position intermédiaire stable, dans laquelle chaque orifice latéral 40 est obturé par le corps cylindrique 33, de manière à empêcher la cir¬ culation du liquide de forage vers la couronne de forage 2, quelle que soit la pression hydraulique appliquée (figure 4).

Lorsqu'on augmente ensuite la pression du liquide de forage, la bague 32 dont le segment 32' forme piston d'étanchéité autour du corps cylindrique 33, muni d'un joint 33', se déplace à l'encontre du ressort 38 agis- sant sur l'embase de la bague-tiroir 32 et prenant appui contre un écrou de réglage 39 du corps cylindrique 33 vers une position inférieure de repos dans laquelle chaque orifice latéral 40 susdit est obturé (figure 5).

La circulation de liquide de forage vers la cou¬ ronne de forage 2 est empêchée, quelle que soit la pression hydraulique fournie par la pompe d'injection.

Une augmentation permanente de pression peut être décelée facilement en surface au manomètre. Elle in¬ dique que le tube intérieur 3 du carottier repose de manière étanche par un rebord annulaire 5 sur la bague de suspension 5' du tube extérieur 1 et que la bague- tiroir 32 est repoussée en position inférieure étanche.

En interrompant l'injection du liquide de forage, on permet au ressort 38 de déplacer la bague 32 vers une position supérieure de repos dite de forage, dans la¬ quelle l'ergot 37 se trouve au pied de la gâche 34 et l'orifice latéral 40 est disposé en face d'une fenêtre 40' du corps cylindrique 33 et permet la circulation de liquide de forage vers la couronne de forage 2 dès que la pression est suffisante pour vaincre la force de rappel du ressort 30 de la soupape de réglage 26 (figure 6).

Une description séquentielle du procédé mettant en oeuvre le dispositif décrit ci-dessus est illustré par les figures suivantes.

Les figures 8 à 10 montrent où évolue le liquide de forage dans l'appareil carottier, au cours de la descente de celui-ci dans le trou de forage. Le liquide de forage est injecté à l'aide de la pompe d'injection dans le train de tiges.

Le déplacement de la colonne de liquide de forage vers le bas, contribue à accélérer la descente du tube intérieur 3 du carottier dans le train de tiges.

Au cours de la descente du tube intérieur du carottier, la soupape de réglage de la pression 26 est obturée puisque la bille prend appui de manière étanche sur son siège.

Arrivé en position de forage, le tube intérieur 3 du carottier vient reposer de manière étanche sur la bague 5 ^f de suspension.et le verrouillage du tube in¬ térieur du carottier s'effectue par écartement des pattes 16, 17 du verrou 15.

Etant donné que le liquide de forage est injecté par une pompe volumétrique, l'étanchéité du tube ex¬ térieur 1 avec le tube intérieur 3 provoque une montée en pression qui, lorsqu'elle atteint la pression de tarage de la soupape d'une surcharge non montrée montée sur la pompe, en provoquera l'ouverture pour indiquer ainsi de manière tangible, sûre et permanente, q 'il y a verrouillage.

La progression du liquide de forage dans la chambre délimitée par la bague-tiroir 32 du verrou eclipsable bistable 31 est illustrée dans les figures 11 à 13. La figure 12 montre comment la colonne de liquide de forage est stoppée par le verrou eclipsable bistable 31.

* ^• -•% ,

12

Pour amener le verrou bistable en position de forage, dans laquelle chaque orifice latéral 40 se trouve en face d'une fenêtre 40' du corps cylindrique 33, l'opérateur, tout en laissant tourner la pompe, décharge à l'air libre le fluide de forage par une vanne à deux sorties.

En supprimant de cette façon la pression dans le train de tiges, on permet au ressort de rappel 35 de repousser la bague 32 vers la position supérieure dite de forage. On permet ainsi au fluide de forage de circuler entre le tube intérieur et le tube extérieur du carottier vers la couronne de forage.

La progression du liquide de forage vers la cou¬ ronne de forage 2 est illustrée aux figures 11 à 16.

La récupération du tube intérieur 3 de l'appareil carottier s'effectue de manière connue en descendant un overshot dans le tube extérieur 1, à l'aide d'un câble.

Sous l'effet d'une traction au moyen du câble et de la pièce de repêchage ou overshot sur la tête d'accro- chage, la goupille de déverrouillage 14 dégage hors de la rainure annulaire de blocage 5, les pattes 16, 17 du verrou susdit 15.

Le dispositif de contrôle du verrouillage suivant l'invention signale de manière précise, durable et véri- fiable, le verrouillage du tube intérieur, ce qui permet de s'assurer que celui-ci s'est effectué normalement, alors que les systèmes connus apportent cette indication de manière fugitive.

Dès que le verrouillage a eu lieu, le manomètre indique une valeur supérieure à la pression de réfé¬ rence. Une augmentation éventuelle de pression se lit au manomètre de la pompe. Par contre, en interrompant l'injection de liquide de forage, on libère le verrou eclipsable et on libère le passage du liquide de forage vers la couronne de forage 2.

Le fait d'avoir une soupape réglable 26 et d'avoir u faible espace annulaire entre le tube extérieur et la paroi du trou, permettront, comme dant les systèmes connus, de forer avec de faibles débits de fluide d'in¬ jection, ce qui permet de réduire la perte de carotte par érosion, tout en conservant une évacuation correcte des sédiments.

Comme décrit dans le certificat d'utilité français N° 7 720 085 publié sous le N° 2359 273, à la partie in¬ férieure du tube 11 porte-verrous, est fixé un manchon déflecteur 41 ' sur lequel est vissé un arbre 41 plein. L'arbre 41 porte autour de lui et de haut en bas, une bague de retenue 42, des rondelles d'appui 43, des bagues d'expansion 44 entre celles-ci, une première butée à bill 45, un manchon d'entretoisement 46, une seconde butée à billes 47, des rondelles ressorts 48 et une autre bague de retenue 49. Les éléments mécaniques 43 à 48 entourant l'arbre 41 sont serrés entre les deux butées de retenue 4 et 49 par un écrou 50 autobloquant, vissé sur l'extrémité inférieure filetée de l'arbre 41. D'autre part, le manch d'entretoisement 46 présente une partie filetée sur laque est vissée un support 51 du tube intérieur. La partie in rieure taraudée du support 51 porte un tube 3 réceptacle de la carotte, fileté supérieurement et inférieurement. L partie inférieure du tube réceptacle 3 est vissée à son tour dans le manchon extracteur 4 _» lequel est pourvu in- férieure ent d'un ressort extracteur 52.

Il est évident que l'invention n'est pas exclusive¬ ment limitée aux modes et formes de réalisation représentés et que bien des modifications peuvent être apportées dans la forme, la disposition et la constitution de certains des éléments intervenant dans sa réalisation à condition que ces modifications ne soient pas en contraction avec l'objet des revendications suivantes.