Brevet FR2062968A1 — publié le 19710702

' 70 34411 1 2062968 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. Il a été antérieurement réalisé des protecteurs de tu-10 bage 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 à la matière de ce corps, fendu longitudinalement et dont les 15 bords de la fente 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 20 Brevets des E.U.A. J. W. E. Hanes N° 2.789.870, H. C. Jacobs N° 2.959.453-, et C. H. Collett S° 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 élasto-25 mère du protecteur n'est pas extensible suivant sa circonférence et ne permet pas de mettre en place 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 extensible, son extension eirconférentielle possible n'est ni limitée ni contrôlée, 30 d'où il résulte un relâchement du 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 d'éviter 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 4-0 usées ou porteuses d'incrustations. 70 34411 2 2062968 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 d'appliquer sur ce protecteur des forces excessives qui risqueraient de,faire subir des con-5 traintes excessives à ses éléments métalliques ou à son corps élastomère. 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 10 est égal, supérieur ou inférieur à leur diamètre nominal. Un autre objet de l'invention est la réalisation d'un protecteur de tubage comportant un manchon de renforcement, ploya-ble capable de fléchir par places sous l'action de forces de resserrement, ce fléchissement étant accompagné de mouvements de dé-15 placement de parties caoutchouteuses adjacentes, mouvements qui réduisent les contraintes provenant de ce resserrement. Un autre objet de l'invention est la réalisation d'un protecteur de tubage fendu longitudinalement, pouvant être bloqué en position sur une tige de forage, auquel est incorporé un man-20 chon métallique de renforcement et de support, et conçu de façon à pouvoir être mis en place sur des tiges de forage de diamètre différant de leur diamètre nominal et à exercer sur ces tiges des forces de compression uniformément réparties en vue d'assurer le meilleur blocage possible du protecteur sur la tige qu'il en-25 serre. En bref, l'invention a pour objet un protecteur de tubage 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 élas-30 tomère; un manchon extensible, incorporé dans ce corps et s'étendant sur presque toute la hauteur de celui-ci, une couche de ladite matière élastomère revêtant la surface intérieure du manchon élastique; et des dispositifs permettant de bloquer fermement le protecteur de tubage sur la tige de forage, le perfectionnement 35 apporté par la présente invention consiste en ce que ledit manchon extensible comporte des faces longitudinales planes formant la surface latérale d'un prisme polygonal, les arêtes de ce manchon situées entre ses faces planes adjacentes se déformant en se déplaçant d'un mouvement radial dirigé vers l'intérieur de façon 40 à mettre ce manchon en extension circonférentielle lorsque le • 70 34411 3 2062968 protecteur de tubage est lui-même en extension circonférentielle du fait qu'il est bloqué autour d'une tige de forage dont le diamètre extérieur est supérieur à son propre diamètre intérieur. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'inven-5 tion ressortiront des descriptions qui vont suivre, descriptions faites à titre purement explicatif et nullement limitatif et avec référence aux dessins joints dans lesquels î 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 10 forage. la figure 2 est une vue en perspective du protecteur de tubage de la figure 1, dessinée à plus grande échelle et avec coupe faite suivant un plan passant par son axe et perpendiculaire au plan, diamétral passant par sa fente longitudinale. 15 la figure 3 est une vue en perspective d'un premier mode de réalisation du manchon extensible incorporé de l'invention. 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 20 de réalisation de ce manchon. la figure 6 est une vue en perspective d'un quatrième mode de réalisation de ce manchon. la figure 6a est une vue en bout du manchon de la figure 6. 25 la figure 7 est une coupe dessinée à plus grande échelle faite suivant un plan perpendiculaire à l'axe d'un protecteur de tubage conforme à l'invention et comportant un manchon incorporé du type de celui de la f-igure 3; ce protecteur de tubage étant représenté dans son état normal pour lequel sa fente longitudi-30 nale est entrouverte. la figure 8 est une coupe transversale faite dans le protecteur de tubage de la figure 7 après sa mise en place sur une tige de forage, et la figure 9 est une coupe transversale faite dans un pro-35 tecteur de tubage semblable à celui de la figure 7, dessinée à plus grande échelle, mais représentant un protecteur de tubage comportant un manchon incorporé du type de celui de la figure 4. la figure 1 représente un protecteur de tubage 20 mis en place par resserrement sur une tige de forage 15 au moyen d'un 40 outil de bridage spécial (non représenté) qui s'engage dans des 70 34411 2062968 trous 38 prévus à cet effet sur la surface latérale 23 du corps 22 du protecteur et qui permet de fermer sa fente longitudinale 30 par un engagement mutuel de trois charnons 32 et de deux char-nons 34 qui permet d'introduire une broche de verrouillage 18 5 dans le noeud de charnière 62 formé par l'alignement desdits charnons. la figure 2 représente le manchon extensible 40 noyé dans le corps élastomère 22 du protecteur de tubage 20 de façon qu'une couche annulaire extérieure 23 de ce corps élastomère recouvre 10 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 paroi intérieure du protecteur de tubage 20, et les deux couches annulaires 23 et 24 étant reliées sur l'une et l'autre de 15 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 surface intérieure 26 du protecteur en direction du manchon'incorporé 4.0. Ce manchon 40 forme à chacun de ses orifi-20 ces découpés 55 une languette 54 pliée vers l'intérieur en direction de là surface intérieure 26 du protecteur de tubage 20. la figure 3 représente un premier mode de réalisation du manchon incorporé de l'invention, référencé 40a et en forme de prisme droit à neuf faces, le corps 42a de ce manchon formant 25 huit faces latérales planes 52a parallèles à l'axe du manchon, sensiblement équidistantes de cet axe et convergeant deux à deux en formant des arêtes 48a de même ouverture angulaire et arrondies suivant des rayons intérieurs 50a, une charnière 56a formant le neuvième côté du manchon. La paroi du corps 42a de ce 30 manchon est percée dans sa partie médiane d'une couronne de trous d'écoulement 53a et, à proximité de chacune de ses extrémités, d'une couronne d'orifices découpés 55a formant chacun une languette 54a pliée obliquement vers l'intérieur et partant de chacune des faces, 52a du manchon, la charnière 56a est formée par 35 repli de chacun des bords longitudinaux du manchon 40a, l'un de ces bords formant trois charnons 58a et l'autre formant deux eharnons 60a qui peuvent être alignés les uns sur les autres de façon à former, lorsqu'ils s'interpénétrent, un noeud de charnière 62a dans lequel peut être introduite une broche, les charnons 40 58a et 60a sont maintenus fermés par des rivets 66a qui traversent 70 34411 5 2062968 leurs deux épaisseurs et une barrette de renforcement 64a. La figure 4 représente un autre mode de réalisation du manchon extensible incorporé de l'invention, référencé 40b, et dont les diverses parties sont désignées par les mêmes référen-5 ces que celles du manchon de la figure 3, mais affectées du suffixe b. Le manchon 40b a la forme générale d'un prisme droit à dix-huit faces, son corps 42b formant seize faces latérales 52b parallèles à l'axe du manchon et sensiblement équidistantes de cet axe, les deux parties de sa charnière 56b formant respecti-10 vement la dix-septième et' la dix-huitième face latérale du manchon. La figure 5 représente un troisième mode de réalisation référencé 40c du manchon de l'invention, les diverses parties de ce manchon étant désignées par les mêmes références que les par-15 ties correspondantes des manchons des figures 3 et 4, mais affectées du suffixe £. Le corps 42c de ce manchon comporte une partie polygonale 46c diamétralement opposée à une charnière 56c et comportant quatre faces latérales planes 52c, et deux parties cylindriques 44c respectivement interposées entre la partie po-20 lygonale 46c du manchon et l'un et l'autre des côtés de la charnière 56c. (Le nombre des faces 52c peut être supérieur ou inférieur à celui des quatre représentées). Les figures 6 et 6a représentent un quatrième mode de réalisation, référencé 40d, du manchon de l'invention, les diver-25 ses 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 comprend deux parties polygonales 46d, formant chacune quatre faces planes 52d, et séparées chacune de la charnière 56d du manchon par une distance 30 angulaire de 120° environ, et trois parties cylindriques 44d situées l'une entre les deux parties polygonales 46d et les deux autres respectivement entre l'une de ces parties polygonales 46d et l'un des côtés de la charnière 56d. (Le nombre des faces 52d peut être supérieur ou inférieur à celui des quatre représentées). 35 La figure 7 représente à titre d'exemple un protecteur de tubage 20a conforme au mode de réalisation préféré de l'invention avant sa mise en place sur une tige de forage, sa fente longitudinale 30a étant entrouverte. Ce protecteur de tubage 20a est muni d'un manchon extensible incorporé 40a semblable à celui de 40 la figure 3, ce manchon 40a étant noyé dans le corps du protecteur 70 34411 6 2062968 de tubage de façon que sa surface intérieure soit revêtue d'une couche annulaire intérieure 24a de matière élastomère dont la surface intérieure 26a forme la surface intérieure du protecteur de tubage 20a, et que sa surface extérieure soit recouverte d'une 5 couche annulaire extérieure 23a de matière élastomère dont la surface extérieure forme la surface extérieure du corps 22a du protecteur. les rainures longitudinales de dégagement 28a s'étendent radialement en profondeur en direction de la surface intérieure 26a de la couche annulaire intérieure élastomère 24a, et les lan-10 guettes 54a s'étendent vers l'intérieur à partir des faces 52a du manchon en direction de la surface intérieure 26a du protecteur 20a. Sur la figure 8, le protecteur de tubage 20a est représenté après extension circonférentielle et mise en place sur la 15 tige de forage 15, sa surface intérieure 26a et les bords intérieurs de ses languettes 54a étant en contact avec cette tige, sa fente longitudinale 30a étant refermée avec interpénétration des trois charnons 32a et des deux charnons 34a qui, ainsi alignés, forment le noeud de charnière 62a pouvant recevoir la bro-20 che de verrouillage 18. La figure 9 représente, à titre d'exemple, un autre mode de réalisation du protecteur dé tubage 20b de l'invention avant sa mise en place sur une tige de forage et dont la fente longitudinale 30b est par conséquent entrouverte. Ce protecteur de 25 tubage 20b est muni d'un manchon extensible incorporé 40b conforme à celui de la figure 4. Les diverses parties de ce protecteur 20b sont désignées par lés mêmes références que les parties correspondantes du mode de réalisation de la figure 7 décrit ci-dessus, mais affectées du suffixe b. 30 La fabrication d'un protecteur de tubage 20a tel que ce lui représenté sur les figures 7 et 8 s'effectue par moulage adhésif de la matière caoutchouteuse destinée à former le corps 22a du protecteur de tubage autour du manchon extensible de renforcement 40a (figure 3), cette opération, bien connue de tout 35 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 corps 22a sur les extrémités du manchon incor-40 poré 40a et au travers des trous d'écoulement 53a et des orifices 70 34411 7 2062968 55a découpés par la formation des languettes 54a, la couche annulaire extérieure 23a et la couche annulaire intérieure 24a du corps élastomère 22a du protecteur étant ainsi, comme on le voit sur les figures 2, 3 et 7, reliées positivement l'une à l'au-5 tre. Ainsi qu'il est représenté sur les figures 1 et 7, les cfités de la fente longitudinale 30a du protecteur de tubage forment l'un trois charnons 32a, l'autre deux charnons 34a, ces charnons 32a et 34a pouvant s'interpénétrer de façon à former le noeud de charnière 62a. La longueur de la circonférence de la paroi inté-10 rieure 26a du protecteur de tubage 20a 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 22a et son manchon 42a doivent être respectivement distendu suivant sa circonférence et déformé pour pou-15 voir venir entourer complètement la tige de forage 15, ce qui permet d'obtenir sur cette tige un fort serrage du protecteur qui l'empêche de glisser. Sur la figure 8, le protecteur de tubage 20a est représenté après la mise en place autour de la tige de forage 15 et 20 maintenu en position par la broche 18 introduite dans le noeud de charnière 62a (voir aussi figure 1). Cette mise en place s'effectue en écartant suffisamment les bords de la fente longitudinale 30a pour que la tige de forage 15 puisse y passer, en introduisant les dents des mâchoires d'un outil de bridage (non repré-25 senté) dans les trous 38a, ces dents agissant sur les barrettes de renforcement 64a pour rapprocher l'un de l'autre les bords de la fente 30a et engager les uns dans les autres les charnons 32a et 34a jusqu'à ce qu'ils forment, ainsi qu'on le voit sur les figures 1 et 8, le noeud de charnière 62a dans lequel est ensuite 30 introduite la broche de verrouillage 18. Lorsque le corps élastomère 22a du protecteur est tendu suivant sa circonférence de façon qu'il encercle complètement la tige de forage 15, la surface' intérieure 26a du protecteur de tubage 20a s'applique contre la tige 15 et la couche annulaire élastomère 24a de ce protecteur est 35 suffisamment comprimée entre la tige 15 et le manchon 40a pour créer une tension cireonférentielle dans le corps 42a de ce manchon. La matière élastomère constituant la couche intérieure 24a, étant comprimée entre la tige 15 et le manchon 40a et étant très peu compressible, est obligée de se déplacer par extrusion ou par 40 forçage sous pression dans les extrémités annulaires de cette 70 34411 e 2062968 couche 24a, dans les gorges de dégagement 28a, dans les trous I d'écoulement 53a et dans les orifices découpés 55a; les arêtes 48a du corps polygonal 42a, sous l'effet de la traction circon-férentielle à laquelle ce corps est soumis, tendant simultané-5 ment à se déplacer radialement vers l'intérieur en direction de la tige 15, et les faces 52a de cette partie polygonale étant empêchées de se déplacer vers l'intérieur par les languettes 54a qui, ainsi qu'on le voit sur la figure 8, sont en contact avec la tige 15. Le protecteur de tubage 20a étant déformable du fait 10 que son manchon en forme de prisme polygonal est ployable, il peut s'adapter sur des tiges de forage usées, porteuses d'incrustations ou dont le diamètre est supérieur ou inférieur à leur diamètre nominal. Les arrondis 50a prévus sous les arêtes 48a qui séparent les faces adjacentes 52a du manchon évitent toute con-15 centration des contraintes dans le corps 42a de ce manchon et facilitent les mouvements radiaux vers l'intérieur de ces arêtes lorsque le protecteur de tubage 20a est tendu suivant sa circonférence autour de la tige 15. L'expérience a montré que des arrondis 50a d'un rayon compris entre 0,8 mm et 38 mm donnent satis-20 faction, cette large possibilité de variation du rayon des arrondis 50a pouvant être utilisée pour obtenir la rigidité et la possibilité d'adaptation désirées pour le manchon 40a. La répartition circonférentielle uniforme sur le manchon 40a des arêtes 48a et des faces latérales 52a aide à l'obtention d'une tension cir-25 conférentielle uniforme, d'une répartition uniforme des contraintes et de déplacements équilibrés de la matière élastomère, caoutchouc par exemple, de la couche annulaire 24a, ce qui a pour résultat l'obtention d'un serrage uniforme du protecteur de tubage sur la tige 15. 30 Le fonctionnement du protecteur de tubage 20b de la fi gure 9 décrit plus haut à titre d'exemple est similaire à celui indiqué pour le protecteur de tubage 20a des figures 7 et 8. Mais, ce protecteur 20b est muni d'un manchon incorporé 40b qui forme un prisme à dix-huit faces iatérales et, par conséquent, 35 du fait qu'il comporte un plus grand nombre d'arêtes 48b et de faces latérales 52b, est, à l'état détendu, presque cylindrique, de sorte que ses arêtes 48b, lorsque le protecteur de tubage est resserré autour de la tige de forage 15, ont à effectuer un déplacement radial vers l'intérieur moindre pour atteindre le cy-40 lindre inscrit dans ses faces latérales. On voit donc que la '70 34411 9 2062968 possibilité d'adaptation du protecteur de tubage de l'invention est déterminée jusqu'à un certain point par le nombre des arêtes et des faces latérales de son manchon incorporé. Un protecteur de tubage moulé comme précédemment décrit 5 et comportant un manchon incorporé 40c (figure 5) comprenant une partie polygonale 46c diamétralement opposée à sa charnière 56c et deux parties cylindriques 44c interposées respectivement entre sa partie pèlygonale 46c et l'un et l'autre côté de sa charnière 56c, est moins adaptable du fait qu'il ne comporte qu'un petit 10 nombre d'arêtes 48c et de faces 52c. Dans un tel protecteur, il est donc possible de limiter l'allongement circonférentiel de sa couche élastomère extérieure par limitation de la possibilité d'extension circonférentielle•de la partie polygonale 46c de son manchon incorporé. 15 Un protecteur de tubage moulé comme précédemment décrit et muni d'un manchon incorporé 40d (figures 6 et 6a) comportant deux parties polygonales 46d placées chacune à environ 120° de la charnière 56d et trois parties cylindriques 34d interposées, est moins extensible suivant sa circonférence du fait qu'il ne 20 comporte qu'un petit nombre d'arêtes 48d et de faces latérales 52d. Il est donc aussi possible de limiter son extension circon-férentielle par limitation du nombre des faces des parties polygonales déformables 46d de son manchon. Bien que les descriptions ci-dessus concernent toutes 25 l'emploi des protecteurs de l'invention sur une tige de forage, ces protecteurs peuvent aussi être utilisés avec les mêmes avantages dans 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 30 extérieur n'est pas toujours constant. D'autre part, et bien que le mode de réalisation préféré de l'invention ait été représenté et décrit sous la forme du protecteur des figures 7 et 8 muni du manchon extensible suivant sa circonférence et à neuf faces latérales de la figure 3, du pro-35 tecteur de la figure 9 muni du manchon extensible suivant sa circonférence et à dix-huit faces latérales de la figure 4, et de protecteurs munis d'un manchon comportant une partie polygonale séparée de la charnière par deux parties cylindriques (figure 5) ou d'un manchon comportant deux parties polygonales séparées l'une 40 de l'autre et de la charnière par trois parties cylindriques (fi 70 34411 10 2062968 gures 6 et 6a)* il est possible de réaliser, sans s'écarter de l'esprit de l'invention, d'autres combinaisons et d'autres formes de parties polygonales 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 1'homme de 1 * art. ' 70 34411 n 2062968 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 une matière élastomère; un manchon extensible suivant sa cir- 5 conférence 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 maintenir fermement bloqué le protecteur sur une tige de 10 forage; ce protecteur étant caractérisé en ce que son manchon comporte des faces latérales longitudinales formant un prisme polygonal, les arêtes de ce manchon qui séparent ses faces latérales adjacentes pouvant se déformer par un déplacement radial vers l'intérieur qui a pour effet de provoquer un allongement circon- 15 férentiel dudit manchon lorsque le protecteur de tubage est étiré suivant sa circonférence pour le fixer en position autour d'une tige de forage dont le diamètre est supérieur au diamètre intérieur du protecteur de tubage. 2 - Protecteur de tubage selon la revendication 1, carac- 20 térisé en ce que son manchon comporte des arrondis intérieurs sur les lignés de convergence de ses faces latérales adjacentes. 3 - Protecteur de tubage selon la revendication 1oula revendication 2, caractérisé en ce que son manchon comporte des languettes rabattues latéralement vers l'intérieur à partir de 25 ses faces latérales planes et maintenant ces faces distantes ra-dialement sur l'extérieur de la tige de forage. 4 - Protecteur de tubage selon l'une quelconque des revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que la partie polygonale de son manchon s'étend sur moins de la moitié de la circon- 30 férence de ce manchon. 5 - Protecteur de tubage selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3 et 4, caractérisé en ce que son manchon comporte une pluralité de parties polygonales et de parties cylindriques situées entre ces parties polygonales et s'étendant toutes 35 sur toute la longueur de celles-ci. 6 - Protecteur de tubage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, "caractérisé en ce que son manchon extensible est percé de trous dans lesquels peut pénétrer une partie de la 40 matière élastomère constituant, ladite couche lorsque les sommets 70 34411 12 2062968 de ce manchon se déplacent radialement vers l'intérieur. 7 - Protecteur de tubage selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il est prévu dans ladite couche des rainures de dégagement débouchant sur la surface intérieure du protecteur de tubage.