Brevet FR2101246A1 — publié le 19720331

Pour l'obturation d'orifices de forage ou de tubes et pour le maintien d'objets dans Res tubes, on utilise des obturateurs qui sont comprimés contre la paroi de l'orifice ou du tube. I1 est connu, dans de tels obturateurs, de réaliser le corps d'obturateur en matériau élastique analogue au caoutchouc et de l'élar- gir radialement par une compression axiale jusqu'à ce qu'il vienne au contact de la paroi de l'orifice ou du tube. La construction du corps de l'obturateur est, dans ce cas, relativement simple, toutefois l'actionnement des obturateurs connus de ce type nécessite une construction compliquée. I1 est nécessaire de prévoir un organe d'actionnement pour comprimer axialement deux flasques entre lesquels se trouve placé le corps d'obturateur, et la constitution d'un organe d'actionnement mécanique de ce type est relativement compliquée.Des difficultés résultent du fait que, d'une part, l'obturateur se trouve, la plupart du temps, enfoncé profondément dans ltorifice de forage ou dans le tube etque, d'autre part, l'actionnement de l'obturateur doit s'effec+iuer à l'extré- mité externe du forage ou du tube. Dans le cas où le forage et le tube ont un diamètre relativement petit, les organes d'actionnement connus présentent l'inconvénient que leurs dimensions nécessaires sont trop importantes et qu'en conséquence le diamètre du forage ou du tube doit etre choisi plus grand que cela ne serait nécessaire pour l'utilisation qui est envisagée. L'invention se rapporte ainsi à un dispositif pour obturer les orifices de forage ou les tubes avec au moins un tel obturateur, qui présente un corps d'obturateur en un matériau élastique analogue à du caoutchouc, qui se trouve pressé axialement entre deux flasques rapprocbables par un organe d'actionnement et se trouve ainsi élargi radialement jusqu'à venir au contact de la paroi du forage ou du tube en étant essentiellement constitué par le fait que l'organe d'actionnement est formé d'un ensemble piston-cylindre hydraulique, dont le cylindre prend appui contre le flasque dirigé vers l'extérieur, et dont le piston, par un organe de traction, par exemple par une tige de piston se trouve relié au flasque opposé, la chambre de travail étant reliée à un organe générateur de pression hydraulique par une canalisation de pressé sion séparée éventuellement munie d'une canalisation de vidange. Par la constitution de l'organe d'actionnement sous la forme dlun ensemble hydraulique, l'actionnement peut etre réalisé à de grandes distances, par exemple dans des orifices de forage profonds, ou dans des tubes longs à partir de l'extrémité extérieure et ceci d'une manière simple. Par extrémité externe d'un forage dans le sol ou dans le rocher, on doit comprendre l'extrémité par laquelle le forage débouche à l'air libre et dans le cas de tubes l'extré- mité à laquelle le tube est accessible. Tandis que dans le cas de tiges mécaniques, là tige doit etre toujours montée et démontée lors du montage et du démontage de l'obturateur, le tube du moyen de pression qui est nécessaire pour l'actionnement hydraulique a simplement besoin d'etre enroulé.Ainsi, le fait que le cylindre s'appuie contre le flasque extérieur et que la tige du piston traverse l'obturateur et soit reliée au flasque opposé procure une construction simple, le diamètre de l'ensemble complet pistoncylindre ne dépassant pas le diamètre du flasque et, par conséquent, le diamètre du corps d'obturateur à l'état détendu. On peut, en conséquence, utiliser l'obturateur selon l'invention également pour des orifices de forage ou-pour des tubes de très petit diamètre. Lors de la détente, le corps d'obturateur en matériau élastique analogue à du caoutchouc revient comme un ressort à sa position de détente, pour laquelle son diamètre est plus petit que le diamètre de l'orifice ou du tube.Lorsque l'obturateur est maintenu en état d'obturation pendant un temps plus long, il peut toutefois se produire qu'il colle à la paroi du forage ou du tube et que les forces élastiques de retour du corps d'obturateur élastique en un matériau analogue à du caoutchouc ne soient pas suffisantes-pour libérer l'obturateur. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le cylindre et le piston sont soumis à l'action d'un ressort indépendant~du corps d'obturateur qui agit dans le sens d'une diminution de la chambre de travail de l'en- semble piston-cylindre. Ceci peut etre réalisé, selon l'invention, par le7 fait qu'entre le fond de cylindre, traversé par la tige de piston, et un appui, solidaire de la tige de piston, se trouve placé un ressort hélicoldal comprim.Ce ressort peut être constitué suffisamment fort de manière que dans tous les cas il permette une libération de l'obturateur. Un tel obturateur peut être placé pour obturer l'orifice de forage dans un forage non muni d'un tube ou dans un forage muni d'un tube ou d'un manteau tubulaire. Cela est, par exemple, nécessaire lorsque l'on doit envoyer sous pression dans le matériau où s'effectue le forage, par exemple : du ciment, du lait de ciment ou une résine synthétique susceptible de durcir. Cela se produit par exemple dans la confection de barrages ou de digues, dans lesquels une série d'orifices de forage est exécutée, à tra vers lesquels l'on envoie sous pression un moyen d'injection dans les failles des rochers pour réaliser l'étanchéité des rochers ou du sol.L'obturateur selon l'invention peut être également utilisé simplement pour fixer des outils dans un tube, comme par exemple pour fixer un tube central dans un tube de forage, pour prélever des échantillons de terrain. Dans ce cas, l'obturateur selon l1in- vention offre des avantages essentiels, car l'obturateur avec le tube central ou les échantillons d terrain peuvent être retirés à faibles intervalles de temps.Lorsque dans de tels cas le tube central- est .monté sur une tige, cette tige, dans le cas de forages profonds, doit être démontée chaque fois que l'on extrait le tube central, et doit être à nouveau remontée pour le réintroduire.Pour de telles- applications on connaît également des obturateurs ac tionnés mécaniquement qui sont suspendus à un câble, de sorte que, pour l'extraction de l'obturateur avec le tube central , l'on n'a pas à démonter de tige-. Toutefois, de tels obturateurs ont à nouveau l'inconvénient que l'organe de commande mécanique doit être de dimension relativement importante et qu'en conséquence il est nécessaire d'utiliser des tubes de forage de grand diamètre,alors qu'avec un obturateur selon l'invention il est possible d'utiliser des tubes de forage de petit diamètre. Dans tous les cas, la structure selon l'invention est obtenue par le fait que le piston présente un canal de moyen de pression qui débouche dans la chambre de travail et qui peut être raccordé à une canalisation de moyen -de pression à l'endroit où il aboutit à l'extrémité extérieure du piston. Ainsi le cylindre s'étend au-delà du fond de cylindre jusqu'au flasque externe du corps d'obturateur, le fond de cylindre étant constitué de préférence en une seule pièce avec la. paroi du cylindre. Pour l'utilisation de -l'obturateur pour obturer les ori .fices-de .forage, en vue-d'injecter un moyen d'injection dans des failles de rocher, le mode de réalisation selon l'invention est satisfait par le fait que le canal,pour le moyen dtinjection,tra- verse le piston et la tige de piston, étant raccordable à un tuyau à l'endroit où il débouche à l'extrémité externe du piston Ce canal débouche ainsi sur le flasque opposé au flasque dirigé vers l'extérieur et il comprime le moyen d'injection dans la totalité de la partie de l'orifice de forage qui se trouve au-dessous de l'obturateur.On peut ainsi réaliser une compression du moyen d'injection dans les zones profondes de l'orifice de forage, ensuite libérer l'obturateur, le placer plus haut'et comprimer le moyen d'injection dans des zones de l'orifice de forage situées au-dessus dans le cas où on le désire. Pour la compression d'un moyen d'injection dans une zone délimitée particulière de l'orifice de forage, qui se trouve au-dessus de l'extrémité du forage, on utilise les obturateurs dits doubles, lesquels obturateurs permettent une obturation de l'orifice de forage au-dessus et au-dessous de la zone considérée.Pour constituer untel obturateur double, qui présente un corps d'obturateur externe et un deuxième corps d'obturateur qui limite vers le bas la zone de forage, on peut selon l'inventIon, utiliser la disposition selon laquelle la tige de piston, qui comporte un canal pour le-moyen d'injection, se trouve prolongée au-delà de l'obturateur externe, jusqu'au flasque du deuxième obturateur reposé à l'obturateur externe, flasque auquel elle est reliée, et selon laquelle la tige de piston prolongée est entourée par un tube d'écartement qui prend appui, d'une part, contre le flasque opposé au flasque extérieur de l'obturateur extérieur et, d'autre part, contre le flasque externe du second obturateur, la pièce de prolongation de la tige de piston munie du canal et le tube d'écartement comportant des orifices de passage pour le moyen d'injection. L'invention est représentée schématiquement sur le dessin à l'aide d'exemples de réalisation, La figure 1 représente un obturateur en coupe axiale dans un orifice de forage, la figure 2 représente l'obturateur à une plus petite échelle en partie en élévation, la figure 3 représente un double obturateur, en partie en coupe, la figure 4 représente l'utilisation d'un obturateur pour le maintien d'un tube central dans un tube de forage. Dans la figure 1, le chiffre de référence 1 représente le corps d'obturateur en un matériau élastique analogue à du caoutchouc. Ce corps d'obturateur 1 se trouve placé entre deux flasques, à savoir le flasque 2 dirigé vers l'extérieur et le flasque 3 qui est à l'opposé de ce flasque dirigé vers l'extérieur. Le chiffre de référence 4 représente le cylindre et le chiffre de référence 5 le piston d'un ensemble piston-cylindre hydraulique, dont la chambre de travail est désignée par le chiffre de référence 6. Le piston présente des rainures circulaires pour des joints toriques 7 qui assurent l'étanchéité contre le cylindre 4. Le fond de cylindre 8, qui est constitué en une seule pièce avec le cylindre 4 présente des rainures circulaires pour des joints toriques 9 qui assurent l'étanchéité coulissante contre la tige de piston 10.Le cylindre 4 comporte un prolongement 11 en forme de tube, au moyen duquel il s'appuie contre le flasque 2. La tige de piston est conduite coulissante à travers le flasque 2 et le corps -d'obturateur 1, et est relié avec le flasque 3 par un filetage 12.-Dans une chambre de travail 6 débouche un canal 13 traversant le piston 5 et destiné à l'amenée du moyen de pression, leditcanal étant relié à son extrémité 14, qui est dirigée vers ltextrémité externe 15 du piston 5, à un tuyau de moyen de pression non représenté. En donnant de la pression dans la chambre de travail 6, la tige de piston 10 est tirée vers le haut à traverse piston 5 et le flasque 3 est rapproché du flasque 2, grâce à quoi le corps d'obturateur 1 est comprimé axialement et, du fait qu'il est réalisé en un matériau élastique, par exemple en caoutchouc, il se produit un élargissement radial. Le chiffre de référence 16 représente la paroi de l'orifice, et la ligne 1' représentée en traits interrompus représente le corps-d'obturateur 1 en position d'étan diéité contre la paroi 16 de l'orifice. Dans cette position, la face frontale du flasque 3 vient occuper la position 3' représentée en traits interrompus. Pour libérer l'obturateur -I, le volume de la chambre de travail est simplement libéré de la pression.Pour opérer également une libération dans le cas:où--le-corps d'obturateur colle à la paroi 16 de l'orifice, il est prév-u un ressort 17 entre la tête de cylindre 8 et une butéé à ressort 19, prenant appui sur la tige de-piston 10 par l'intermédiaire d'un ressort annulaire 18, lequel ressort repousse vers le bas là tige de piston fô, ainsi que le flasque 3. L'obturateur représenté sur la figure 1 est destiné à lginjection de lait de ciment, de résine synthétique ou de matériaux analogues, dans la zone 20 du trou de forage qui se trouve situé au-dessous de l'obturateur. Dans ce but, un canal 21 est réalisé à travers le piston 5 et la tige de piston 10, lequél canal débouche en 22 dans la zoné 20 et son extrémité 23, à l'extrémité externe 15 du piston 5 en étant relié à un tuyau d'amenée non repré senté. La figure 2 représente l'obturateur de la figure 1 à plus petite échelle, le cylindre 4 étant prolongé du côté de son extrémité extérieur pour constituer un tube à sédiment 24. Le tube à sédiment 24 est fixé sur le cylindre 4 par l'intermédiaire d'un filetage 25. Le tube à sédiment 24 sert à récupérer le matériau qui se détache de la paroi du tube de forage. La figure 3 représente la constitution d'un obturateur double. Dans ce mode de réalisation, la tige de piston 10 est prolongée vers le bas au-delà du flasque 3 par une pièce de prolongation 26 jusqu'à un deuxième corps d'obturateur 27, lequel est à nouveau placé entre un flasque 28 dirigé vers l'extérieur et un second flasque 29. La tige de piston prolongée 26 est vissée sur le flasque 29 et traverse en coulissant le flasque 28 et le corps d'étanchéité 27. Par un tube d'écartement 30, le flasque externe 28 du second corps d'étanchéité 27 est appliqué contre le flasque 3 du premier corps d'étanchéité.Dans ce cas, lorsque l'on donne de la pression dans la chambre de travail 6 du piston 5, il se produit une course deux fois plus grande que dans l'exemple de la figure 1 grâce à quoi le second corps d'obturateur 27 se trouve comprimé axialement et élargi radialement d'une manière analogue à ce qui se produit pour le premier corps d'obturateur 1. Un tel obturateur double sert à comprimer un moyen d'injection dans la zone de forage située entre les deux corps d'obturateur 1 et 27. Dans ce but, le canal 21 est prolongé en 21' jusqu'au deuxième corps d'obturateur 27 et se trouve obture par le flasque 29. Le prolongement 26 en forme de tube de la tige de piston 10 est muni d'orifices de passage 31 et le tube d'écartement 30 présente des orifices ae passage i2 qui permettent la sortie du moyen d'injection. La figure 4 représente l'application de l'obturateur pour la fixation d'un tube central dans un tube de forage pour prélever des échantillons de terrain. Le chiffre de référence 33 représente le tube de forage avec la couronne de forage 34. Dans ce tube de forage 33 se trouve un tube central 35, qui est constitué d'une manière connue en soi et qui sert à prélever des échantillons de terrain, le tube central étant maintenu par l'obturateur. A cet effet, le corps d'obturateur 1' est comprimé axialement et ainsi élargi il est maintenu dans le tube de forage 33. Sur le flasque inférieur se trouve relié un dispositif de fixation 36, auquel est suspendu le tube central 35. L tube central 35 est maintenu tournant sur cette pièce de fixation par l'intermédiaire de roulements à billes 37, ces roulements à billes 37 étant fixés entre une collerette 38 du tube de forage 35 et un anneau fileté 39 sur la pièce de fixation 36. Les chiffres de référence 40 et 41 représentent des étanchéités. R E V E N D I C A T I O N S 1. Dispositif pour obturer des orifices de forage ou des tubes à l'aide d'au moins un obturateur qui comporte un corps d'obturateur en un matériau élastique analogue à du caoutchouc, lequel est pressé axialement entre des flasques susceptibles d'etre rapprochés l'un de l'autre par un organe d'actionnement, et qui est ainsi élargi radialement jusqu'à prendre appui contre la paroi de l'orifice ou du tube, caractérisé par le fait que l'or- gane d'actionnement est constitué par un ensemble piston-cylindre hydraulique dont le cylindre (4) s'appuie contre le flasque (2) dirigé vers l'extérieur, dont le piston (5) est relié avec le flasque (3) opposé par une liaison de traction par exemple par la tige de piston (10) et dont la chambre de travail (6) est reliée à un dispositif générateur de pression hydraulique par une canalisation de pression séparée (13), éventuellement munie d'une canalisation de purge. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le cylindre (4)et le piston (5) en dehors de la force de retour du corps d'obturateur élastique (1) sont soumis à l'action d'un ressort indépendant du corps d'obturateur agissant dans le sens d'une diminution du volume de la chambre de travail(6). 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qu'entre le fond de cylindre (8) traversé par la tige de piston (10) et une butée de ressort (19) maintenue sur la tige de piston, se trouve placé un ressort héli cotidal (17) sollicité à la compression. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le piston (5) présente un canal (13) de moyen de pression débouchant dans la chambre de travail (6) qui peut être reliée à une canalisation de moyen de pression à l'endroit (14) où il débouche à l'extrémité externe (15) du piston. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le cylindre (4) s'détend au-delà du fond de cylindre (8) jusqu'au flasque (2) extérieur du corps d'obturateur (1), le fond de cylindre (8) étant avantageusement constitué d'une pièce avec la paroi du cylindre. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que le piston (5) et le fond de cylindre (8) possèdent des joints toriques (7 et 9), qui glissent dans le cylindre (4) ou sur la tige de piston (10). 7. Dispositif selon l'une quelconque les revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que le cylindre (4) est prolongé au-delà de l'extrémité externe (15) du piston (5) pour constituer un tube à sédiment (24), le tube à sédiment (24) pouvant être placé sur ou vissé (en 25) à la partie du cylindre (4) qui conduit le piston (5). 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que le piston (5) et la tige de piston (10) sont traversés par un canal (21) pour un moyen d1in- jection, ledit canal étant reliable à un tuyau à ltendroit où il débouche (en 23) à l'extrémité externe..(l5) du piston (5). 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que pour la constitution d'un obturateur double, qui présente un corps d'obturateur externe (1) et et un second corps d'obturateur (27),. la tige de.piston (10) qui possède un canal (21) pour le moyen d'injection est prolongée audelà de l'obturateur externe (1) jusqutau flasque (29)du second obturateur (27) qui est dirigé vers l'ooturateur externe, et qu' elle est reliée à ce flasque, et que la tige de piston prolongée (26) est entourée d'un tube d'écartement (3.0), qui s'appuie d'un c8té contre le flasque (3) opposé au flasque extérieur de l'obturateur-extérieur, et d'un autre c8té contre le flasque extérieur (28) du deuxième obturateur (27), la partie (26) de prolongement de la tige de piston (10) qui comporte le canal (21') et le tube d'écartement (30) étant munis d'orifices d2-évacuation (31) pour le moyen d'injection.