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CA 02869106 2014-09-30
WO 2013/128090
PCT/FR2013/000057
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Pince de maintien constitutive d'un dispositif de verrouillage et/ou de
déverrouillage d'une tête d'un outil, tel qu'un carottier.
L'invention relève du domaine général du carottage du sol ou de la roche, à
partir
d'un puits de forage. L'invention relève plus particulièrement du domaine des
outils de repêchage, de saisie ou de dégagement d'un outil, tel qu'un
carottier ou
analogue, dans le puits de forage. Elle a pour objet une pince de maintien
constitutive d'un dispositif de verrouillage et/ou de déverrouillage d'une
tête de
l'outil. Elle a aussi pour objet un tel dispositif de verrouillage et/ou de
déverrouillage comprenant au moins deux telles pinces de maintien.
Dans le domaine du carottage, il est connu d'utiliser un carottier pour
prélever un
échantillon d'un sol, d'une roche ou analogue. Le carottier est globalement
agencé en un tube délimitant un volume intérieur pour la réception de
l'échantillon
à prélever. Le carottier se compose de deux parties : une partie intérieure et
une
partie extérieure. La partie extérieure est composée principalement de tubes
formant une enveloppe de la partie intérieure, cette dernière étant mobile en
descente et en remontée à l'intérieur du puits de forage pour récupérer
l'échantillon. La manutention de la partie intérieure du carottier s'effectue
par
_ 20 l'intermédiaire d'un dispositif de verrouillage et/ou de
déverrouillage qui est
interposé entre la tête de carottier et un câble de manutention.
Le document US 2004/0195852 (Beach) décrit un tel dispositif de verrouillage
et/ou de déverrouillage de la tête du carottier. Le dispositif est destiné à
saisir
réversiblement la tête du carottier, pour permettre la descente ou la remontée
de
ce dernier à l'intérieur du puits de forage. A cet effet, le dispositif est
susceptible
d'être agencé en position de saisie de la tête de carottier, dans laquelle le
dispositif maintient cette dernière. Le dispositif est également susceptible
d'être
agencé en position de dégagement de la tête de carottier, dans laquelle le
dispositif libère et/ou relâche la tête de carottier.
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Le dispositif comprend un tube allongé, des pinces de maintien et un manchon
de
verrouillage. Les pinces de maintien sont montées pivotantes sur le tube
allongé.
Les pinces de maintien comprennent des premières extrémités respectives pour
saisir la tête du carottier. A cette fin, les premières extrémités sont
conformées en
crochet de préhension de la tête de carottier. Plus particulièrement, chaque
pince
de maintien comporte une extrémité qui est agencée en pointe présentant une
section demi-triangulaire. La pointe comprend une face de contact qui est
destinée à venir en appui contre la tête de l'outil et une rampe comprise
entre un
bord de la face de contact et une arête d'extrémité.
Les pinces de maintien sont des organes qui subissent des sollicitations
mécaniques importantes et sont de ce fait sujettes à une usure régulière qui
est
préjudiciable. De plus, les pinces de maintien subissent régulièrement des
chocs
avec, et des frottements contre, la tête de l'outil ce qui amplifie leur usure
prématurée. Une telle usure nécessite des opérations de maintenance longues et
couteuses, qui impliquent fréquemment le remplacement des pinces de maintien
usagées par de nouvelles pinces de maintien, un tel remplacement s'avérant
être
contraignant.
Un but de la présente invention est de proposer une pince de maintien qui est
agencée pour répondre aux inconvénients susvisés, et qui est notamment
résistante au regard des phénomènes d'usure. Un autre but de la présente
invention est de proposer un dispositif de verrouillage et/ou de
déverrouillage qui
comprend au moins un couple de telles pinces de maintien, qui est robuste et
pérenne et enfin qui est également optimisé au regard de la sécurité d'un
opérateur, notamment à partir d'une minimisation d'un risque de chute d'un
outil
porté par l'intermédiaire de telles pinces de maintien.
Une pince de maintien de la présente invention est une pince de maintien
constitutive d'un dispositif de verrouillage et/ou de déverrouillage d'une
tête d'un
outil. La pince de maintien est étendue selon un axe d'allongement général de
la
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pince de maintien. La pince de maintien comprend une rampe de glissement de la
tête de l'outil.
Selon la présente invention, la rampe de glissement forme avec l'axe
d'allongement général un angle qui est compris entre 00 et 45 .
L'angle est compris avantageusement entre 00 et 30 , voire entre 0 et 15 ,
voire
entre 0 et 5 .
Selon une variante préférée, l'angle est égale à 00
.
La rampe de glissement est avantageusement conformée en une portion d'une
surface de révolution ayant une génératrice qui est parallèle à l'axe
d'allongement
général de la pince de maintien.
La rampe de glissement comporte préférentiellement une longueur qui est
comprise entre 30% et 100% d'une épaisseur d'un bout distal de la pince de
maintien.
De préférence, la rampe de glissement est ménagée orthogonalement à une
butée de soutien que comporte la pince de maintien.
La pince de maintien est avantageusement pourvue d'un orifice distal et d'un
orifice proximal, qui sont chacun de forme oblongue et qui sont chacun
longitudinalement étendus selon un axe radial qui est orthogonal à l'axe
d'allongement général.
La pince de maintien est avantageusement pourvue d'un pivot de liaison qui est
interposé entre l'orifice distal et l'orifice proximal.
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Un dispositif de verrouillage et/ou de déverrouillage d'une tête d'un outil de
la
présente invention est principalement reconnaissable en ce que ledit
dispositif
comprend au moins un couple de telles pinces de maintien.
De préférence, chaque pince de maintien est montée mobile en translation selon
l'axe radial qui est orthogonal à l'axe d'allongement général de la pince de
maintien.
Les pinces de maintien sont avantageusement logées à l'intérieur d'une cage
ménagée à une extrémité distale que comporte le dispositif de verrouillage
et/ou
de déverrouillage.
Ledit dispositif est avantageusement étendu selon un axe d'extension générale
qui est parallèle à l'axe d'allongement général de la pince de maintien.
Les pinces de maintien d'un même couple de pinces de maintien sont
préférentiellement montées diamétralement opposées l'une à l'autre par rapport
à
l'axe d'extension générale.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à
la
lecture de la description qui va en être faite d'exemples de réalisation, en
relation
avec les figures des planches annexées, dans lesquelles :
La figure 1 est une vue schématique d'un dispositif de verrouillage et/ou de
déverrouillage de la présente invention lors de son utilisation.
La figure 2 est une vue schématique en coupe d'une tête d'outil destinée à
être
verrouillée et/ou déverrouillée par ledit dispositif illustré sur la figure
précédente.
La figure 3 est une vue schématique en coupe du dispositif de verrouillage
et/ou
de déverrouillage représenté sur la figure 1.
La figure 4 est une vue schématique partielle et en perspective d'une
extrémité
distale dudit dispositif illustré sur la figure 3.
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La figure 5 est une vue schématique partielle et en perspective de l'extrémité
distale dudit dispositif illustré sur la figure 4, ledit dispositif étant
représenté lors
d'une introduction d'une tête d'un outil pour son maintien.
La figure 6 est une vue schématique partielle et en perspective de l'extrémité
5 distale dudit dispositif illustré sur la figure 4, ledit dispositif étant
représenté après
immobilisation de la tête de l'outil.
Dans le domaine du carottage, il est courant d'avoir à manoeuvrer un outil 1
au
fond d'un puits de forage 2. L'outil 1 est préférentiellement un carottier qui
est
destiné à prélever une carotte de roche, de sol ou analogue au fond du puits
de
forage 2. Toutefois, l'outil 1 est susceptible d'être d'une nature différente
sans
déroger aux règles de la présente invention qui vont être énoncées. Pour
amener
l'outil 1 au fond du puits de forage 2 et/ou pour remonter l'outil 1 depuis le
fond du
puits de forage 2, l'outil 1 est maintenu par un dispositif de verrouillage
et/ou de
déverrouillage 3 qui est interposé entre l'outil 1 et un câble de manutention
4. Le
câble de manutention 4 est en relation avec un organe moteur 5, treuil ou
analogue, qui est apte à manoeuvrer à la descente et/ou à la remontée le câble
de
manutention 4, notamment par enroulement de ce dernier sur une poulie de
stockage 6. Le dispositif de verrouillage et/ou de déverrouillage 3 constitue
une
pièce de raccordement entre le câble de manutention 4 et l'outil 1. Le
dispositif de
verrouillage et/ou de déverrouillage 3 comprend un organe de raccordement 7,
tel
qu'un oeillet, un anneau ou analogue, au câble de manutention 4. Le dispositif
de
verrouillage et/ou de déverrouillage 3 est agencé pour pouvoir saisir de
manière
réversible une tête 8 de l'outil 1. La tête 8 de l'outil 1 est d'une
conformation
particulière, commune à de nombreux outils 1, et notamment commune aux
carottiers utilisés dans le domaine du forage. La tête 8 de l'outil 1 présente
une
section sensiblement triangulaire, schématiquement illustrée sur la figure 2,
comportant une pointe 9 orientée vers le haut en position d'utilisation de
l'outil 1
représentée sur la figure 1. La tête 8 de l'outil 1 comprend une restriction
annulaire 10 qui facilite une préhension de l'outil 1 par le dispositif de
verrouillage
et/ou de déverrouillage 3. La restriction annulaire 10 est interposée entre la
pointe
9 et un corps 11 de l'outil 1. La pointe 9 comporte une face externe 26 qui
est de
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conformation conique et qui constitue une surface de frottement contre
laquelle
des pinces de maintien 17,17', visibles sur les figures 3 à 6, constitutives
du
dispositif de verrouillage et/ou de déverrouillage 3 viennent coulisser en
contact
étroit.
Sur la figure 3, le dispositif de verrouillage et/ou de déverrouillage 3
comprend
une extrémité proximale 12 qui est munie de l'organe de raccordement 7 et une
extrémité distale 13 qui comporte une cage 14 pour la réception de la tête 8
de
l'outil 1 à l'intérieur d'un volume intérieur 15 de la cage 14. La cage 14
comporte à
cet effet un orifice de passage 16 à travers lequel la tête 8 de l'outil 1
circule pour
son verrouillage ou pour son extraction après déverrouillage. En position de
verrouillage, la cage 14 constitue une enceinte close de confinement de la
tête 8
de l'outil 1. L'orifice de passage 16 et l'organe de raccordement 7 sont
disposés
aux extrémités opposées du dispositif de verrouillage et/ou de déverrouillage
3 qui
est globalement étendu selon un axe d'extension générale A1 qui se confond
avec la direction de la force de gravité terrestre lorsque l'outil est en
position
d'utilisation dans un puits de forage vertical. Pour assurer la préhension de
la tête
8 de l'outil 1, la cage 14 loge le couple de pinces de maintien 17,17' qui
sont
diamétralement réparties par rapport à l'axe d'extension générale Al. Les
pinces
de maintien 17,17' sont confinées à l'intérieur de la cage 14 qui constituent
une
enveloppe de protection de ces dernières. Autrement dit, pour un observateur
extérieur au dispositif de verrouillage et/ou de déverrouillage 3, les pinces
de
maintien 17,17' sont inaccessibles. Les pinces de maintien 17,17' comprennent
un bout distal respectif 18,18' qui est conformé en crochet pour la préhension
de
la tête 8 de l'outil 1. Plus particulièrement, les bouts distaux 18,18' des
pinces de
maintien 17,17' sont prévus pour venir au contact de la restriction annulaire
10 de
la tête 8 de l'outil 1 et enserrer cette dernière pour son maintien.
Sur la figure 4, chaque pince de maintien 17,17' est montée pivotante sur une
bielle respective 19,19' qui est elle-même montée pivotante sur une chappe
commune 20 aux pinces de maintien 17,17'. Chaque bielle 19,19' est pourvue
d'un pivot de liaison 21,21' avec la pince de maintien 17,17' à laquelle il
est
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affecté. Autrement dit, chaque bielle 19,19' pivote autour du point de pivot
21,21'
qui lui est affecté. Autrement dit encore, chaque bielle 19,19' pivote sur la
chappe
commune 20 aux deux bielles 19,19'. Chaque pince de maintien 17,17' est
pourvue d'un orifice distal 22,22' et d'un orifice proximal 23,23' qui sont
respectivement répartis de part et d'autre du pivot de liaison 21,21' que
comporte
la pince de maintien 17,17' auquel ils sont affectés. Autrement dit, le pivot
de
liaison 21,21' de chaque pince de maintien 17,17' est interposé entre
l'orifice
distal 22,22' et l'orifice proximal 23,23' affecté à chaque pince de maintien
17,17'.
Les orifices distaux 22,22' et les orifices proximaux 23,23' sont de forme
oblongue
et sont radialement étendus selon un axe radial A2 qui est orthogonal à l'axe
d'extension général Al. Chaque orifice distal 22,22' loge un doigt distal
24,24' et
chaque orifice proximal 23,23' loge un doigt proximal 25,25'. Les doigts
distaux
24,24' et les doigts proximaux 25,25' sont indifféremment constitutifs de, ou
rapportés sur, la cage 14. Ces dispositions sont telles qu'à partir d'un
premier
mouvement en translation T1 de la chappe commune 20 le long de l'axe
d'extension A1, les pinces de maintien 17,17' sont mobiles selon un deuxième
mouvement en translation T2 le long de l'axe radial A2, à partir d'un
coulissement
des orifices distaux 22,22' et proximaux 23,23' respectivement le long des
doigts
distaux 24,24' et des doigts proximaux 25,25'. Aussi, les pinces de maintien
17,17'
sont mobiles en translation l'une par rapport à l'autre depuis une position
d'ouverture dans laquelle les doigts distaux 22,22' d'une part et les doigts
proximaux 23,23' d'autre part sont éloignés d'une distance maximale, jusqu'à
une
position de fermeture dans laquelle les doigts distaux 22,22' d'une part et
les
doigts proximaux 23,23' d'autre part sont éloignés d'une distance minimale. Un
tel
deuxième mouvement en translation T2 des pinces de maintien 17,17' est destiné
à la prise et/ou au relâchement de la tête 8 de l'outil 1. Un tel deuxième
mouvement en translation T2 nécessite un encombrement minimum pour un
débattement des pinces de maintien 17,17', de telle sorte que la cage 14
constitue une enveloppe continue, exempte de rainures, des pinces de maintien
17,17'. Il en résulte finalement que les pinces de maintien 17,17', en
position de
fermeture dans laquelle les pinces de maintien 17,17' enserrent la tête 8 de
l'outil
1, ou en position d'ouverture dans laquelle les pinces de maintien libèrent la
tête 8
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de l'outil 1, sont inaccessibles à un quelconque objet et/ou utilisateur
externe à la
cage 14. Il en découle finalement un fonctionnement sécurisé et optimisé d'un
tel
dispositif de verrouillage et/ou de déverrouillage 3.
Chaque bout distal 18,18' d'une pince de maintien 17,17' comprend
avantageusement une rampe de glissement 27,27' contre laquelle vient s'appuyer
au moins partiellement la face externe 26 de la tête 8 de l'outil 1, lors de
l'introduction de la tête de l'outil 1 à l'intérieur de la cage 14 (figure 5).
Selon la présente invention, la rampe de glissement 27,27' forme avec un axe
d'allongement général A3 de la pince de maintien 17,17' à laquelle la rampe de
glissement est affectée, un angle ci qui est compris entre 00 et 45 .
Autrement dit,
l'angle a est supérieur ou égal à 00 et est inférieur ou égal à 45 . Selon la
variante
illustrée sur la figure 4, l'angle ci est nul de telle sorte que la rampe de
glissement
27,27' et l'axe d'allongement général A3 sont parallèles. Sur cette figure,
l'angle a
est toutefois représenté fictivement entre la rampe de glissement 27,27' et
l'axe
d'allongement général A3 pour éclairer la compréhension de sa localisation
alors
que structurellement l'angle a est nul. Ainsi que cela apparaît à la figure 3,
l'axe
A3 est parallèle et se confond avec l'axe Al.
La rampe de glissement 27,27' est interposée entre une butée de soutien 28,28'
et une face extérieure 30,30' que comporte respectivement chaque bout distal
18,18'. La butée de soutien 28,28' est destinée à venir en appui contre un
épaulement 29 de la tête 8 de l'outil 1 (figure 6). L'épaulement 29 est ménagé
entre la pointe 9 et la restriction annulaire 10 de la tête 8 de l'outil 1.
L'épaulement
29 horizontal. Il s'étend donc dans la direction de l'axe A2. La face
extérieure
30,30' est la face respective de chaque bout distal 18,18' qui est tournée
vers
l'orifice de passage 16. Autrement dit, la rampe de glissement 27,27'
constitue
une surface intermédiaire entre la butée de soutien 28,28' et la face
extérieure
30,30' de chaque pince de maintien 17,17'. En position d'immobilisation de la
tête
8 de l'outil 1 (figure 6), la rampe de glissement 27,27' constitue au moins
partiellement une surface d'appui de la pince de maintien 17,17' contre la
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restriction annulaire 10 de la tête de l'outil 1. Une telle surface d'appui de
la
présente invention est destinée à s'user sans altérer la butée de soutien
28,28'.
Selon la variante illustrée sur la figure 4 dans laquelle l'angle a est nul,
la rampe
de glissement 27,27' est ménagée orthogonalement à la butée de soutien 28,28'
que comporte chaque pince de soutien 17,17'. La rampe de glissement 27,27'
comporte une longueur L qui est comprise entre 30% et 100% d'une épaisseur E
du bout distal 18,18'. Préférentiellement, la longueur L est de l'ordre de 70%
de
l'épaisseur E à 10% près. L'épaisseur E est prise entre la butée de soutien
28,28'
et la face extérieure 30,30' respective des bouts distaux 18,18'. L'épaisseur
E est
à considérer comme la distance maximale entre la butée de soutien 28,28' et la
face extérieure 30,30' respective des bouts distaux 18,18'.
Selon la variante illustrée sur la figure 4 dans laquelle l'angle a est nul,
chaque
rampe de glissement 27,27' est conformée en une portion d'un cylindre 100
ménagé autour d'une génératrice G qui est confondue avec l'axe d'allongement
général A3 de la pince de maintien 17,17' à laquelle la rampe de glissement
27,27' est affectée. L'axe d'allongement général A3 de chaque pince de
maintien
17,17' est parallèle à l'axe d'extension générale Al du dispositif de
verrouillage
et/ou de déverrouillage 3. Ces dispositions sont telles que la rampe de
glissement
27,27' est résistante aux phénomènes d'usure en raison de sa longueur L, qui
autorise une élimination de matière par frottement sans pour autant altérer sa
faculté de maintien de la tête 8 de l'outil 1. L'inclinaison de la rampe de
glissement
27,27' par rapport à l'axe d'allongement général A3 est préférée la plus
faible
possible pour offrir une surface de glissement la plus importante possible,
afin de
réduire au maximum une altération de la butée de soutien 28,28'. En effet, la
rampe de glissement 27,27' ainsi ménagée entre la butée de soutien 28,28' et
la
face extérieure 30,30' forme un obstacle à l'altération de la butée de soutien
28,28'. Toutefois, chaque pince de maintien 17,17' comprend un témoin d'usure
101, tel qu'un relief, une gorge, une graduation ou analogue, qui est
préférentiellement ménagée sur une face latérale 102,102' du bout distal
18,18'.
La face latérale 102,102' est par exemple une face interposée entre la butée
de
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liaison 28,28' et la face extérieure 30,30', la face latérale 102,102' étant
sécante à
la rampe de glissement 27,27'.
Pour améliorer encore sa résistance à l'usure, chaque pince de maintien 17,17'
5 est préférentiellement réalisée en acier trempé 42-45 HRC.
