Brevet FR2062967A1 — publié le 19710702

i 2062967 La présente invention concerne les protecteurs de tubage du type fendu longitudinalement et qui peuvent ainsi être ouverts pour être mis en place autour d'une tige de forage, resserrés ensuite contre cette tige au moyen d'un outil de bridage spécial, 5 puis fixés en position sur la tige au moyen d'une broche, ou autre élément de verrouillage approprié, de façon à constituer un élément de portée qui protège, lorsque la tige de forage est en rotation, l'intérieur du tubage d'un forage effectué en rotary. Ï1 a été antérieurement réalisé des protecteurs de tubage 10 qui peuvent être mis en place latéralement sur une tige de forage et dont le corps protecteur élastomère est fendu longitudinalement et renferme un manchon métallique cylindrique de renforcement noyé dans ce corps élastomère, adhérant intérieurement & la matière de ce corps, fendu longitudinalement et dont les bords de la fente 15 longitudinale adjacents à ceux de la fente du corps élastomère du protecteur comportent des éléments qui permettent de resserrer le protecteur de tubage contre la tige de forage et de le bloquer en position sur cette tige» Des exemples de protecteurs de tubage de type antérieur sont donnés dans les brevets des Etats-Unis d'Améri-20 que J.W.E. Hànes N" 2.789.870, H.C.Jacobs N° 2.959.453 et C.H. Collett N° 3.019.063 et N° 3.051.532. Les inconvénients principaux des protecteurs de, tubage à éléments de verrouillage de conception antérieure consistent en ce que, dans certains d'entre eux, le manchon incorporé dans le corps élastomère du protecteur n'est pas ex-25 tensible suivant sa circonférence et ne permet donc pas de mettre en plaee le protecteur sur des tiges de forage d'un diamètre différant de leur diamètre nominal, et en ce que, si ce manchon incorporé est ainsi extensiblé, son extension circonférentielle possible n'est ni limitée ni maintenue, d'où il résulte un relâchement du 30 protecteur qui glisse alors sur la tige de forage, et particulièrement lorsque celle-ci est usée ou d'un diamètre inférieur à son diamètre nominal. En vue de supprimer les inconvénients des protecteurs de tubage de type antérieur fendus longitudinalement et destinés à 35 être bloqués en position sur une tige de forage, l'invention a pour principal objet la réalisation d'un protecteur de tubage fendu longitudinalement, pouvant être mis en place sur des tiges de forage de diamètres.différents compris dans les limites de tolérances de fabrication acceptables et sur des tiges de forage usées ou porteu-40 ses d'incrustations. BAD ORIGINAL 70 34410 2 2062967 Un autre objet de l'invention est la réalisation d'un protecteur de tubage pouvant être resserré autour d'une tige de forage sans qu'il soit nécessaire de lui appliquer des forces de serrage excessives qui risqueraient de faire subir des contraintes exeessi-5 ves aux. éléments de son manchon métallique extensible incorporé. Un autre objet de l'invention est la réalisation d'un protecteur de tubage conçu de façon qu'il puisse exercer un serrage sensiblement égal sur des tiges de forage dont le diamètre est égal, supérieur ou inférieur à leur diamètre nominal. 10 Un autre objet de l'invention est la réalisation d'un pro tecteur de tubage comportant un manchon de renforcement déformable, capable de suivre les déplacements de la matière élastomère qui l'entoure et de répartir ainsi uniformément les contraintes circon-férentielles dans sa propre masse et dans celle du corps élastomère 15 du protecteur. Un autre objet de l'invention est la réalisation d'un protecteur de tubage, fendu longitudinalement, destiné à être mis en place sur une tige de forage, comportant un manchon métallique de renforcement et de support, et conçu de façon à exercer sur la tige 20 de forage des forces de compression uniformément réparties en vue d'assurer le meilleur blocage possible du protecteur sur la tige qu'il enserre et sans aucune concentration de pressions sur la surface extérieure de cette tige. En bref, l'invention a pour objet un protecteur de tubage 25 fendu longitudinalement, destiné à être mis en place autour d'une tige de forage et bloqué sur cette tige, et comprenant : un corps de forme générale cylindrique fait en une matière élastomère; un manchon extensible suivant sa circonférence, incorporé dans ce corps et s'étendant sur toute la hauteur de celui-ci, une couche de 30 ladite matière élastomère revêtant la surface intérieure du manchon extensible; et des dispositifs permettant de bloquer fermement le protecteur de tubage sur la tige de forage. Le perfectionnement apporté par la présente invention consiste en ce que ledit manehon extensible comporte des parties cylindriques et des ondulations 35 longitudinales alternées, ces ondulations couvrant moins de la moitié de la circonférence du manchon et étant extensibles par déformation radiale de façon que le développement circonférentiel du manchon qui les porte augmente lorsque le protecteur de tubage est mis en extension cireonférentielle du fait qu'il est bloqué autour 40 d'une tige de forage dont le diamètre extérieur est supérieur à son BAD ORIGINAL ' 70 34410 3 2062967 propre diamètre intérieur. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront des descriptions qui vont suivre, descriptions faites à titre purement explicatif et nullement limitatif et avec 5 référence aux dessins joints dans lesquels : La figure 1 est une vue en élévation d'un protecteur de tubage- conforme à l'invention et mis en place sur une tige de forage . La figure 2 est une vue en perspective du protecteur de 10 tubage de la figure 1, dessinée & plus grande échelle et avec coupe faite suivant un plan passant par son axe et perpendiculaire au plan diamétral passant par sa fente longitudinale. La figure 3 est une vue en perspective d'un premier mode de réalisation du manchon extensible incorporé de l'invention. 15 La figure 4 est une vue en perspective d'un deuxième mode de réalisation de ce manchon. La figure 5 est une vue en perspective d'un troisième mode de réalisation de ce manchon. La figure 6 est une vue en perspective d'un quatrième mode 20 de réalisation de ce manchon. La figure 7 est une vue en perspective d'un cinquième mode de réalisation de ee manchon. La figure 8 est une coupe dessinée à plus grande échelle et faite perpendiculairement à son axe dans un protecteur de tubage 25 conforme à l'invention et muni d'un manchon semblable à celui de la figure 6} ce protecteur de tubage étant représenté dans son état normal pour lequel sa fente longitudinale est entrouverte; et La figure 9 est "une coupe semblable à celle de la figure 8, mais montrant le protecteur de tubage en position sur une tige 30 de forage. La figure 1 représente un protecteur de tubage 20 mis en place par resserrement sur une tige de forage 15 au moyen d'un outil de bridage spécial (non représenté) qui s'engage dans des trous 38 prévus à cet effet sur la surface latérale 23 du corps 22 du 35 protecteur et qui permet de fermer sa fente longitudinale 30 par un engagement mutuel de trois eharnons 32 et de deux charnons 34 qui permet d'introduire une broche de verrouillage 18 dans le noeud de charnière 62 formé par l'alignement desdits charnons. La figure 2 représente le manchon extensible 40 noyé dans 40 le corps élastomère 22 du protecteur de tubage 20 de façon qu'une PAD ORIGINAL 70 34410 * 2062967 couche annulaire intérieure 23 de ce corps élastomère recouvre extérieurement le manchon 40, et qu'une couche annulaire intérieure 24 de ce corps élastomère recouvre intérieurement ce manchon, la surface intérieure de cette couche annulaire intérieure formant la 5 surface intérieure du protecteur de tubage 20, et ces deux couches annulaires 23 et 24 étant reliées sur l'une et l'autre de leurs extrémités par des parties annulaires 25 et au travers de trous d'écoulement 53 et d'orifices découpés 55» Des rainures longitudinales de dégagement, 28, s'étendent en profondeur à partir de la 10 surface intérieure 26 du protecteur en direction du manchon incorporé 40. Ce manchon 40 peut former à chacun de ses orifices découpés 55 une languette 54 pliée vers l'intérieur en direction de la surface intérieure 26 du protecteur de tubage 20. La figure 3 représente un premier mode de réalisation du 15 manchon incorporé de l'invention référencé 40a. Le eorps 42a de ce manchon forme une seule ondulation longitudinale 46a diamétralement opposée à une charnière 56a. Le sommet 48a de cette ondulation 46a est radialement en retrait et se raccorde avec des parties cylindriques 44a, 44a, du corps 42a du manchon par des arrondis inté-20 rieurs 50a, 50a. La paroi latérale du corps 42a de ce manchon est percée dans la partie médiane de ses parties cylindriques 44a, 44a, d'une couronne de trous d'écoulement 53a et, à proximité de chacune des extrémités de ces parties cylindriques, d'une couronne d'orifices découpés 55a formant chacun une languette 54a pliée obliquement 25 vers l'intérieur et partant chacune de l'une des parties cylindriques 44a, 44a, du manchon. La charnière 56a est formée par repli de chacun des bords longitudinaux du manchon 40a, l'un de ces bords formant trois charnons 58a, l'autre deux charnons 60a qui peuvent être alignés les uns sur les autres de façon à former, lorsqu'ils 30 s'interpénétrent, un noeud de charnière 62a dans lequel peut être introduite une broche de verrouillage. Les charnons 58a et 60a sont maintenus fermés par des rivets 66a qui traversent leurs deux épaisseurs et une barrette de renforcement 64a. La figure 4 représente un autre mode de réalisation du man-35 ehon extensible incorporé de l'invention, référencé 40b, et dont les diverses parties sont désignées par les mêmes références que celles du manchon de la figure 3* mais affectées du suffixe b. Le corps 42b de ce manchon forme deux ondulations longitudinales 46b, en saillie radiale intérieure et respectivement situées sur l'un et 40 l'autre côté de la eharnière 56b. BAD ORIGINAL 70 34410 5 2062967 La figure 5 représente un troisième mode de réalisation du manchon de l'invention, référencé 40e, les diverses parties de ce manchon étant désignées par les mêmes références que celles des manohons des figures 3 et 4, mais affectées du suffixe ç. Le corps 5 42c de ce manchon forme trois ondulations 46c, en saillie radiale intérieure, dont l'une est diamétralement opposée à la charnière 56c et -dont les deux autres sont respectivement situées sur l'un et l'autre côté de cette charnière. La figure 6 représente un quatrième mode de réalisation, 10 référencé 40d, du manchon dé l'invention, les diverses parties de ce manchon étant désignées par les mêmes références que celles des manchons des figures 3* 4 et 5, mais affectées du suffixe d. Le corps 42d de ce manchon forme trois ondulations longitudinales 46d, en saillie radiale intérieure, dont l'une est diamétralement oppo-15 sée à la charnière 56d et dont les deux autres sont respectivement situées sur l'un et l'autre côté de cette charnière. Le manchon 40d ne comporte aucun orifice découpé ni aucune languette pliée. La figure 7 représente un cinquième mode de réalisation, référencé 40e, du manchon de l'invention, les diverses parties de 20 ce manchon étant désignées par les mêmes références que celles des manchons des figures 3* 4, 5 et 6, mais affectées du suffixe e. Le corps 42e de ce manchon forme une ondulation longitudinale 46e diamétralement opposée à la charnière 56e. Le sommet 48e de cette ondulation est en saillie radiale extérieure et se raccorde avec 25 les parties cylindriques 44e, 44e, du corps 42e du manchon par des arrondis latéraux 50e, 50e. La figure 8 représente à titre d'exemple un protecteur de tubage 20d conforme à un mode de réalisation préféré de l'invention avant sa mise en place sur une tige de forage, sa fente longitudi-30 nale 30d étant entrouverte. Ce protecteur de tubage 20d est muni d'un manchon extensible incorporé 40d (figure 6), ce manchon étant noyé dans le corps du protecteur de tubage de façon que sa surface intérieure soit revêtue d'une couche annulaire intérieure 24d de matière élastomère dont la surface intérieure 26d forme la surface 35 intérieure du protecteur de tubage 20d, et que sa surface extérieure soit recouverte d'une couche annulaire extérieure 23d de matière élastomère dont la surface extérieure forme la surface extérieure du corps 22d du protecteur, les trois ondulations 46d du manchon 40d étant réparties sur la circonférence de ce manchon comme repré-40 senté sur la figure 6. Les rainures longitudinales 28d s'étendent bad original 70 34410 6 2062967 en profondeur radialeraent vers l'extérieur à partir de la surface intérieure 26d de la couche annulaire intérieure 24d de matière élastomère en pénétrant dans cette couche. Sur la figure 9, le protecteur de tubage 20d est représen-5 té après extension cireonférentielle et mise en place sur la tige de forage 15» sa surface intérieure 26d étant appliquée contre cette tige et sa fente longitudinale j50d étant refermée avec interpénétration des trois charnons J2d et des deux charnons >4d qui, ainsi alignés, forment le noeud de eharnière 62d pouvant recevoir la 10 broche de verrouillage 18. La fabrication d'un protecteur de tubage 2Gd tel que celui représenté sur les figures 8 et 9 s'effectue par moulage adhésif de la matière caoutchouteuse destinée à former le corps 22d du protecteur de tubage autour du manchon extensible de renforcement 15 40d (figure 6), cette opération, bien connue de tout homme du métier, s'effectuant par le procédé habituel de cuisson sous pression du caoutchouc. L'adhérence ainsi réalisée entre le manchon et la matière élastomère moulée est accrue par les liaisons matérielles qui s'établissent par écoulement de la matière constitutive du 20 corps 22d sur les extrémités du manchon incorporé 40d et au travers des trous d'écoulement 53dj la couche annulaire extérieure 23d et la couehe annulaire intérieure 24d du corps élastomère 22d du protecteur" étant ainsi, comme on le voit sur les figures 6 et 8, reliées positivement l'une à l'autre. Ainsi qu'il est représenté sur 25 les figures 1 et 8, les côtés de la fente longitudinale 3>0d du protecteur de tubage forment l'un trois charnons 32d> l'autre deux charnons 3^d, ces charmons 32d et j?4d pouvant s'interpénétrer de façon à former, le noeud de charnière 62d. La longueur de la circonférence de la paroi intérieure 26d du protecteur de tubage 20d 30 est tenue à dessein inférieure à celle de la circonférence extérieure de la tige de forage 15 sur laquelle le protecteur doit être installé, de sorte que son corps élastomère 22d et son manchon 42d doivent être respectivement tendu suivant sa circonférence et déformé pour pouvoir venir entourer complètement la tige de forage 35 15» ce qui permet d'obtenir sur cette tige un fort serrage du protecteur qui l'empêche de glisser. Sur la figure 9, le protecteur de tubage 20d est représenté après sa mise en place autour de la tige de forage 15 et maintenu en position par la broehe 18 introduite dans le noeud de charnière 62d (voir aussi figure 1). Cette ml-40 se en place s'effectue en écartant suffisamment les bords de la BAD ORIGINAL 70 34410 7 2062967 fente longitudinale 30d pour que la tige de forage puisse y passer, et en introduisant les dents des mâchoires d'un outil de bridage (non représenté) dans les trous 38d, ces dents agissant sur les barettes de renforcement 34d pour rapprocher l'un de l'autre les 5 bords de la fente 30d et engager les uns dans les autres les charnons J2d et 34d jusqu'à ce qu'ils forment, ainsi qu'on le voit sur les figures 1 et 9, le noeud de charnière 62d dans lequel est ensuite introduite la broche de verrouillage 18. Lorsque le corps élastomère 22d du protecteur est tendu suivant sa circonférence de 10 façon qu'il eneercle complètement la tige de forage 15, la surfaee intérieure 26d du protecteur de tubage 20d s'applique contre la tige 15 et la couche annulaire élastomère 24d de ce protecteur est suffisamment comprimée entre la tige 15 et le manchon 40d pour créer dans le corps 42d de ce manchon une tension circonférentielle 15 qui tend à ouvrir ses ondulations 46d par, ainsi qu'on le voit sur la figure 9» ouverture des arrondis 50d et déplacement des sommets 48d des ondulations du manchon d'un mouvement radial vers l'extérieur qui les rapproche de la circonférence passant par les parties cylindriques 44d du manchon. Du fait de la possibilité d'extension 20 circonférentielle du corps 42d du manchon 40d que lui confèrent ses ondulations longitudinales 46d, le protecteur de tubage de l'invention peut être monté sur des tiges de forage usées, porteuses d'incrustations ou dont le diamètre est supérieur ou inférieur à leur diamètre nominal. La présence d'une épaisseur d'élastomère entre 25 les sommets 48d des ondulations et la surfaee intérieure 26d du protecteur évite tout contact métallique sur la tige 15 ainsi que l'usure qui pourrait en provenir, et le raccordement progressif réalisé par les arrondis 50d entre les sommets 48d des ondulations et les parties cylindriques 42d évite toute concentration de con-30 traintes dans le corps 42d du manchon et, par suite, les détériorations prématurées qui pourraient en résulter. L'expérience a montré qu'une profondeur radiale des sommets 48d des ondulations comprise entre la moitié et les quinze seizièmes de l'épaisseur de la couche annulaire de matière élastomère 24d convient, et cette large 35 possibilité de variation de cette profondeur peut être utilisée pour obtenir l'extensibilité et la souplesse désirées pour le manchon 40d. La répartition circonférentielle uniforme sur le eorps 42d du manchon de ses ondulations 46d aide à l'obtention d'une traction circonférentielle uniforme et d'une répartition uniforme 40 des contraintes dans le corps 42d du manchon 40d. Une réduction BAD ORIGINAL 70 34410 8 2062967 supplémentaire de ces contraintes est due à la présence des rainures de dégagement 28d et des trous d'écoulement 53d qui permettent, lorsque le protecteur 2ûd est rèsserré autour de la tige de forage, à la matière constitutive de la couche annulaire 24d de se déplacer 5 sous l'effet de ce serrage. La figure 3 représente un mode de réalisation du manchon de l'invention, référencé 40a, et qui, ainsi qu'il a été indiqué plus haut, ne porte qu'une seule ondulation longitudinale 46a. Dans un protecteur de tubage moulé comme précédemment décrit pour 10 le protecteur 20d sur un ïaaachon 4Ca, ce manchon a une possibilité d'extension circonférentielle moiadre,fesîetion de la longueur de l'arc couvert par l'ondulation 46a, ce manchon limitant et contrôlant ainsi l'extensibilité circonférentielle du protecteur de tubage dans lequel il est incorporé et assurant que ce protecteur en-15 serre fortement la tige de forage pour une variation très faible, sinon nulle de son diamètre. Un protecteur às tubage aoulé comme précédemment décrit sur un manchon incorporé 40b (figure 4) comportant deux ondulations 46b situées respectivement sur l'un et l'autre côté de la charnière 20 56b a une extensibilité circonférentielle égale au double environ de celle permise par un manchon à une seule ondulation (manchon 40a de la figure 3) en supposant que toutes ces ondulations aient les mêmes dimensions. Par conséquent, un tel manchon peut être mis en place sur des tiges de forage dont les variations du diamètre 25 sont environ doubles. Un protecteur de tubage moulé comme précédemment décrit sur un manchon incorporé 40c (figure 5) comportant trois ondulatiens 46c, est de configuration et de fonctionnement similaires à ceux décrits plus haut avec référence aux figures 6, 8 et 9. Mais, le 30 manchon 40c est muni de couronnes d© languettes 50c formées par les orifices 55c découpés dans ses parties cylindriques 44c à proximité de chacune de leurs extrémités. Ces languettes 54e maintiennent les parties cylindriques 44e à distance de la tige de forage et contrôlent ainsi 1'extensibilité circonférentielle du manchon 40e 35 en ne permettant à celui-ci de se déplacer radialement que dans les zones de ses ondulations longitudinales 46c. Un protecteur de tubage moulé comme précédemment décrit sur un manchon incorporé 40e (figure 7) porteur d'une seule ondulation longitudinale 46e en saillie radiale extérieure sur le corps 40 42e du manchon et diamétralement opposée à la charnière 56e, a une BAD ORIGINAL 70 34410 9 2062967 extensibilité circonférentielle sensiblement égale à celle du manchon 4ûa qui comporte une seule ondulation 46a en saillie radiale intérieure et qui a été précédemment décrit avec référence à la figure 3. 5 La souplesse des protecteurs de tubage 20, leur capacité d'extension circonférentielle et leur possibilité d'être montés sur des tiges de forage 15 dont le diamètre est différent de leur diamètre nominal peuvent donc être réglées et limitées par un choix approprié du nombre et des dimensions des ondulations longitudinal* 10 46 du manchon 40 qui permet de faire varier l'extensibilité circonférentielle, par l'emploi de languettes d'appui 54 qui localisent les déformations d'extension circonférentielle du manchon, et par l'emploi de rainures de dégagement 28, de trous d'écoulement 53 et d'orifices découpés 55 qui facilitent les déplacements de la matiè-15 re élastomère du corps du protecteur et le resserrement de ce protecteur sur la tige de forage. Bien que les descriptions ci-dessus concernent toutes l'emploi du protecteur de l'invention sur une tige de forage, ce protecteur peut aussi être utilisé avec les mêmes avantages dans 20 toute installation dans laquelle un manchon enserrant doit être extensible suivant sa circonférence pour qu'il puisse être mis en place sur des surfaces cylindriques dont le diamètre extérieur n'est pas toujours constant. D'autre part, et bien que le mode de réalisation préféré 25 de l'invention ait été représenté et décrit sous la forme du protecteur des figures 8 et 9 muni d'un manchon extensible conforme à celui de la figure 6 (à trois ondulations en saillie intérieure) et de protecteurs munis du manchon de la figure 3 (à une ondulation en saillie intérieure et à languettes), de la figure 4 (à deux ondula-30 tions en saillie intérieure et à languettes), de la figure 5 (à trois ondulations en saillie intérieure et à languettes) et de la figure 7 (à une ondulation en saillie extérieure et à languettes), il est possible de réaliser, sans s'écarter de l'esprit de l'invention, d'autres combinaisons et d'autres formes de manchons à ondu-35 lations extensibles en développement et ne différant de celles décrites et représentées que par de petits détails. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaîtront à l'hom-40 me de l'art. BAD ORIGINAL 70 34410 10 2062967 REVENDICATIONS 1 - Protecteur de tubage fendu longitudinalement, destiné à entourer une tige de forage et à être solidement fixé sur celle-ci, et comprenant un corps de forme générale cylindrique comprenant 5 une matière élastomère; un manchon extensible suivant sa circonférence, s'étendant sur presque toute -la longueur de ce corps et noyé dans son épaisseur, une couche de ladite matière élastomère étant interposée entre ce manchon et la surface intérieure du corps du protecteur; et un dispositif de verrouillage permettant de main-10 tenir fermement bloqué le protecteur sur une tige de forage; ce protecteur étant caractérisé en ce que son manchon comporte des parties cylindriques et des ondulations longitudinales alternées, ces ondulations couvrant moins de la moitié de la circonférence dudit manchon et étant déformables sous tension de façon à permet-15 tre l'extension circonférentielle du manchon par un mouvement radial de leurs sommets lorsque le protecteur de tubage est étiré suivant sa circonférence pour le mettre en position autour d'une tige de forage dont le diamètre est supérieur au diamètre intérieur du protecteur de tubage. 20 2 - Protecteur de tubage selon la revendication 1, carac térisé en ce que les ondulations de son manchon ne forment chacune qu'un seul sommet. 3 - Protecteur de tubage selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'une des ondulations de son manchon est diamétra- 25 lement opposée à sa fente longitudinale. 4 - Protecteur de tubage selon la revendication 2, caractérisé en ce que deux des ondulations de son manchon sont respectivement situées sur l'un et l'autre côté de sa fente longitudinale. 5 - Protecteur de tubage selon la revendication 2, carac-30 térisé en ee que son manchon porte trois ondulations, l'une d'elles étant diamétralement opposée à sa fente latérale et les deux autres étant respectivement situées sur l'un et l'autre côté de cette fente. 6 - Protecteur de tubage selon l'une quelconque des reven-35 dications 2 à 5» caractérisé en ce que les sommets desdites ondulations s'étendent radialement vers l'intérieur à partir de la circonférence passant par les parties cylindriques de son manchon. 7 - Protecteur de tubage selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que son manchon comporte des 40 languettes en saillie radiale intérieure -à partir desdites parties BAD ORIGINAL 70 34410 h 2062967 cylindriques du manchon et qui maintiennent ces parties cylindriques à distance radiale de la tige de forage. 8 - Protecteur de tubage selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que son corps comporte des rainures de dégageaient logées dans ladite couche annulaire intérieure de matière élastomère et débouchant sur la surface intérieure du protecteur. 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