Brevet FR2515746A1 — publié le 19830506

Cette invention concerne un appareil hydraulique à mouvement alternatif et plus particulièrement une perforatrice hydraulique a mouvement alternatif, dans lequel un côté d'un pis- ton est exposé en permanence à un fluide de pression, de l'air comprimé par exemple, et le côté opposé du piston communique de manière intermittente avec une source de pression hydraulique. On connaît de nombreux appareils à mouvement alter- natif mus par un fluide, notamment pour le forage ou le sondage descendant Ils comprennent aussi bien des appareils pneumatiques que des appareils hydrauliques L'invention vise en particulier à procurer un appareil hydraulique dont le mouvement alternatif soit aussi rapide que celui d'un appareil pneumatique mais qui consomme moins d'énergie L'art antérieur est rappelé ci-après; tous les brevets cités sont des brevets des Etats-Unis d'Amérique. Le brevet 2 876 742 décrit un dispositif de per- cussion ma par un fluide de pression et à vitesse variable dont, en particulier, l'organe de percussion est rotatif Le dispositif comporte un distributeur rotatif commandé par un moteur externe. Le brevet 3 327 790 décrit un outil mft par un fluide pour appliquer des coups répétés à un trépan dans le sondage par percussion de puits de pétrole et de gaz Ce brevet concerne surtout les appareils de percussion à incorporer dans les tiges de forage pour animer les trépans de vibrations ou d'oscillations axiales pendant qu'ils sont tournés lors de tels sondages. Le brevet 2 402 300 concerne des mécanismes et des systèmes mus par un fluide et utilisant un distributeur rotatif pour envoyer le fluide alternativement aux extrémités opposées d'un piston. Le brevet 3 404 204 concerne un réacteur pour mélanger des liquides visqueux sous conditions inertes et plus spécialement un réacteur comportant un agitateur du type à plon- geur pour faire réagir de très petites quantités de liquides haute- ment visqueux sous conditions inertes Le dispositif comporte un distributeur rotatif qui applique la pression alternativement aux extrémités d'une tige. Le brevet 4 103 591 décrit un dispositif pour actionner un outil d'un marteau de percussion à commande hydrau- lique, conçu plus spécialement comme un marteau perforateur Le dispositif possède un distributeur rotatif qui admet de l'huile sous pression dans une chambre et fait ensuite communiquer l'huile avec une conduite de retour Le piston de percussion est soulevé par l'huile sous pression, pendant que la face supérieure du pis- ton comprime un volume de fluide, dont la pression monte Quand la chambre sous le piston est détendue, par suite de la rotation du distributeur, la pression du volume de fluide audessus du piston fait redescendre ce dernier. L'appareil hydraulique à mouvement alternatif selon l'invention possède un cylindre, un carter o une autre enveloppe dans laquelle coulisse un piston présentant une première et une seconde face, des moyens pour faire communiquer la première face de façon intermittente avec une source de fluide de pression hydraulique, ainsi que des moyens pour exposer la seconde face du piston en permanence à un fluide sous pression Le piston se déplace dans une première direction lorsque la source de fluide hydraulique communique avec la première face et il se déplace dans une seconde direction lorsque cette communication est coupée. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation non limitatif, ainsi que du dessin annexé, sur lequel: la figure 1 est une coupe axiale schématique d'une perforatrice hydraulique pour sondages descendantspar percussion; et la figure 2 est une coupe transversale de cet appareil, prise suivant la ligne 2-2 de la figure l. La perforatrice hydraulique 10 représentée possède un carter qui peut être d'une seule pièce mais est constitué de plusieurs parties 12, 14, 16 et 18 dans cet exemple Dans ce carter peut coulisser un piston qui est formé ici de deux pistons élémen- taires 20 et 22 Le premier piston élémentaire 20 présente une pre- mière face de piston 26 et le second piston élémentaire 24 présente une seconde face de piston 28 La première face de piston peut Atre mise en communication, de façon intermittente, avec une source de fluide hydraulique au moyen d'un distributeur rotatif 30, lequel 15746 possède un orifice 32 qui communique alternativement avec une source de fluide hydraulique 34 et avec un retour de fluide hydraulique 36. Le distributeur 30 peut être tourné par un moyen conventionnel tel qu'un moteur 38 La perforatrice comprend en plus des moyens pour exposer la seconde face de piston 28 en permanence à un fluide da pression, lequel peut être un fluide hydraulique ou un fluide pneu- matique Dans l'exemple représenté, i L s'agit t'air comprimé, dont l'arrivée est désignée par 40. Dans la perforatrice de l'exemple représenté, l'arri- vée d'air comprimé 40 est mise en communication avec la seconde face 28 par un passage 42 qui traverse les parties de carter 12, 14, 16 et 18 L'air comprimé ainsi introduit a tendance à déplacer le piston 22, 20 dans une seconde direction, désignée par B Ce déplacement se produit effectivement lorsque le distributeur 30 occupe la position o l'arrivée de fluide hydraulique 34 ne comumnique pas avec la pre- mière face 26 Par contre, dès que la rotation du distributeur 30 fait communiquer l'orifice de distributeur 32 avec l'arrivée de fluide hydraulique 34, la première face de piston 26 est mise en communica- tion avec cette arrivée 34 et est exposée à sa pression à travers le passage 44 Cette communication est établie et coupée de façon inter- mittente Lorsqu'elle est établie, le produit de la pression hydrau- lique sur la première face 26 et de l'aire de surface de celle-ci est plus grand que le produit de la pression exercée par l'air comprimé sur la seconde face 28 et l'aire de surface de cette dernière, de sorte que le piston est déplacé dans une première direction A La perfora- trice hydraulique 10 représentée est équipée d'un trépan a percussion 46 A chaque déplacement du piston dans la direction A, il produit un impact sur le trépan 46, ce qui a un effet de perçage à percussion. Un tel appareil est notamment applicable au sondage descendant par percussion Le trépan 46 est animé d'une rotation par entraînement en rotation du carter de façon conventionnelle par des moyens non représentés La figure 2 montre plus spécialement l'accouplement par cannelures entre le trépan 46 et la partie 18 du carter, d'o il ressort clairement que le trépan 46 peut être animé de mouvements verticaux de percussion pendant qu'il est entraîné en rotation par le carter. 2515 T 46 L'espace compris entre les deux pistons élémentaires de la perforatrice représentée communique avec l'air extérieur Ceci élimine tous les problèmes d'alignement liés à l'étanchéification de deux diamètres de piston L'air comprimé qui pourrait passer entre le second piston élémentaire 22 et la partie 14 du carter peut ensuite passer autour du premier piston élémentaire 20 par une rai- nure hélico Tdale 48 dans celui-ci avant de s'échapper par un ori- fice 50 et un passage 52 débouchant à l'extérieur. Lorsque l'appareil est utilisé comme une perfora- trice pour sondages descendantspar percussion, l'air comprimé de l'arrivée 40 peut être utilisé en plus comme un fluide de nettoyage pour chasser du sondage ou du trou les déblais de forage A cet effet, on peut prévoir une fuite continue-d'air comprimé le long du second piston élémentaire 22 Il est possible aussi de prévoir un passage en dérivation intermittent par lequel le fluide de nettoyage est admis dans le trou au moyen d'un tube d'échappement pendant les mouvements alternatifs du second piston élémentaire 22. Les détails de l'utilisation d'un fluide de nettoyage pour chasser les débris du trou sont connus à l'homme de l'art et sontnotamment décrits dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique 4 084 646 La méthode à fuite continue sera probablement préférable dans le cas de petites perforatrices alors que la méthode à soufflage inter' mittent sera généralement préférable en cas d'utilisation de grosses perforatrices. R E V E N D I C A T I O N S 1 Appareil hydraulique ( 10) à mouvement alternatif, possédant un carter ( 12, 14, 16, 18) ou une enveloppe analogue, un piston ( 20, 22) coulissant dans ce carter, le piston présentant une première face ( 26) et une seconde face ( 28), caractérisé en ce qu'il est muni d'un dispositif ( 30, 32) pour faire communiquer la première face de manière intermittente avec une source de fluide hydraulique, ainsi que d'un dispositif ( 42) pour exposer la seconde face en per- manence à un fluide sous pression, l'agencement étant tel que le piston se déplace dans une première direction (A) lorsque la source de fluide hydraulique communique avec la première face du piston et qu'il se déplace dans une seconde direction (B) lorsque cette communication est coupée. 2 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le piston est constitué d'un premier piston élémentaire ( 20) sur lequel est prévue la première face ( 26) et d'un second piston élémentaire ( 22) sur lequel est prévue la seconde face ( 28). 3 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il constitue une perforatrice hydraulique. 4 Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il est équipé d'un trépan # percussion ( 46), auquel la secdnde face ( 28) du piston ( 20, 22) applique des impacts lors des déplaee- ments du piston dans la première direction. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif ( 30, 32) pour faire communiquer la première face du piston de manière intermittente avec la source de fluide hydraulique est un distributeur rotatif ( 30) qui fait communiquer ladite face de piston alternativement avec une arrivée de fluide hydraulique ( 34) et un retour de fluide hydraulique ( 36).