Brevet FR2535782A1 — publié le 19840511

La présente invention concerne les dispositifs de jonction de tubes ou analogues et a notamment pour objet un raccord de tubes de forage. L'invention peut être appliquée avec une efficacité maximale à la jonction des tubes de forage employés pour le forage avec circulation inverse, au cours duquel la pulpe (mélange terre-eau) remonte par le canal du tube, le liquide étant injecté par 11 espace annulaire autour du train de tubes. Le raccord faisant l'objet de 11 invention peut être employé quand, dans un domaine quelconque de la technique, il est nécessaire de transmettre un couple moteur et une charge axiale d'un tube à un autre. On connatt largement un raccord de tubes de forage qui comprend un manchon ou douille et une bague (mamelon), disposés suivant l'axe longitudinal des tubes de forage. Le manchon est fixé à l'un des tubes de forage, près de sa tranche, et comporte un alésage cylindrique. Dans l'alésage du manchon s'engage la bague, qui est fixée au bout de l'autre tube de forage. La partie supérieure de la bague dépasse au-dessus du manchon et comporte un filetage extérieur. Le raccord comporte un écrou assemblant le manchon à la bague. Cet écrou se visse sur le filetage de la bague et sa partie inférieure entoure la surface extérieure du manchon, sur laquelle elle 9'applique. L'écrou a pour fonction de transmettre l'effort axial d'un tube de forage à l'autre. Le manchon et la bague sont adaptés pour transmettre la rotation d'un tube de forage à l'autre. Pour cela, le manchon comporte plusieurs ergots fixés dans son alésage et disposés le long de l'axe du tube de forage. La bague comporte plusieurs trous débouchants,orientés le long de l'axe du tube de forage et prévus pour recevoir les ergots du manchon. La transmission de la rotation d'un tube de forage à l'autre s'effectue par interaction des ergots du manchon et les parois des trous débouchants de la bague. Ce raccord de tubes de forage connu est d'un très grand encombrement, de fiabilité insuffisante et de fabrication assez compliquée. Pour la transmission de forts couples, les ergots doivent avoir un assez grand diamètre, de façon à obtenir la résistance au cisaillement voulue. C'est pourquoi, & sortabs cas d'utilisation, le raccord de tubes de forage connu est de dimensions et de poids assez grands. On s'est donc proposé de créer un raccord de tubes de forage dans lequel le manchon et la bague seraient réalisés de façon à assurer la transmission de la rotation d'un tube de forage à l'autre, tout en étant de conception plus simple et plus fiable. Ce problème est résolu du fait que le raccord de tubes de forage, du type comprenant, disposés suivant l'axe longitudinal des tubes de forage, un manchon fixé à l'un des tubes de forage, une bague fixée au bout de l'autre tube de forage et s'engageant dans un alésage du manchon, et un écrou assemblant le manchon à la bague, ledit manchon et ladite bague étant adaptés pour transmettre la rotation d'un tube de forage à l'autre, est caractérisé, d'après l'invention, en ce que, pour la transmission de la rotation d'un tube de forage à l'autre, le manchon et la bague sont réalisés de telle façon que la surface extérieure de la bague et la surface de l'alésage du manchon avec laquelle ladite surface extérieure est en contact, soient excentrées par rapport à l'axe longitudinal des tubes de forage. Une telle réalisation du manchon et de la bague assure la transmission de la rotation d'un tube de forage à l'autre, grace à l'interaction de la surface extérieure de la bague et la surface de l'alésage du manchon. La fiabilité du raccord de tubes de forage conforme à l'invention est accrue grâce au fait que la transmission de la rotation s'effectue avec la participation de toute la surface extérieure de la bague et de toute la surface de l'alésage du manchon, et non pas par des ergots distincts travaillant à l'écrasement et au cisaillage et dont le dia-mètre doit être accru si l'on veut assurer une plus grande fiabilité en cas detransmission de couples élevés,ce qui entratne une augmentation des dimensions du raccord et de son poids. Il est avantageux que le raccord comporte un ressort annulaire fendu, #placé dans une gorge circulaire prévue entre la bague et le manchon et formée par un chanfrein réalisé à la partie supérieure de la surface extérieure de la bague et dans la partie médiane correspondante de l'alésage du manchon, et que l'écrou soit vissé dans la partie supérieure de l'alésage du manchon de façon à venir en appui contre le ressort annulaire fendu. En cas de disposition excentrée de la bague et de la surface de l'alésage du manchon par rapport à l'axe longitudinal des tubes de forage, il est avantageux d'utiliser un ressort annulaire fendu pour obtenir un assemblage étanche de la bague au manchon, tout en permettant leur accouplement et leur désaccouplement rapides. En outre, quand le manchon est assemblé à la bague, ledit ressort annulaire fendu permet la-transmission des charges axiales d'un tube de forage à l'autre. De la sorte, la présence du ressort annulaire fendu permet l'accouplement et le désaccouplement rapides des tubes de forage au cours de leur exploitation. Grâce à son élasticité, le ressort annulaire fendu augmente de diamètre après quelques tours de l'écrou. Son diamètre devient alors plus grand que le diamètre#ex- térieur de la bague. Ainsi, lors du désaccouplement des tubes, la bague peut passer librement à travers le ressort annulaire. Les chanfreins de la bague et du manchon assurent un positionnement et un blocage corrects du ressort annulrre fendu. En outre, le chanfrein à la partie supérieure de la surface extérieure de la bague permet au ressort annulaire de se détendre et se déplacer facilement vers la bague de bas en haut. Une telle disposition de l'écrou favorise aussi le désaccouplement et l'accouplement rapides de la bague et du manchon. Il est recommandé que la bague et le manchon compas tent,dans leur partie la plus éloignée de l'axe longitudinal des tubes de forage, au moins un canal réalisé parallèlement audit axe et communiquent avec des tubes d'amenée de fluide. La disposition excentrée de la bague et du manchon par rapport à l'axe longitudinal des tubes de forage permet de réaliser dans leur partie la plus large un canal de diamètre suffisamment grand pour le raccordement à celui-ci des tubes d'amenée de fluide. Avantageusement, la surface extérieure de la bague et la surface adjacente de l'alésage du manchon présentent, en section perpendiculaire à l'axe longitudinal des tubes de forage, une forme sensiblement elliptique, l'écrou est vissé par sa partie inférieure sur la surface extérieure du manchon, la partie supérieure dudit écrou entoure et s'applique sur la partie supérieure de la bague, ladite bague et ledit écrou comportant respectivement, dans leur zone de contact mutuel, des rainures et des saillies réalisées de façon que lesdites saillies s'engagent dans lesdites rainures et que les premières soient disposées en opposition diamétrale par rapport aux secondes, sur le grand axe de l'ellipse. La réalisation de la surface extérieure de la bague et de la surface-de l'alésage du manchon en forme d'el-. lipse en section droite permet une transmission fiable de la rotation d'un tube de forage à l'autre. Une telle disposition de l'écrou permet de fixer la bague par rapport au manchon et de transmettre les charges axiales du manchon à la bague. La partie supérieure du trou de l'écrou est réalisée cylindrique pour permettre le passage de la bague ayant, comme décrit plus haut, une forme elliptique, la dimension du grand axe de l'ellipse étant plus petite que le diamètre intérieur de l'écrou. La réalisation de saillies dans l'écrou et de rainures sur la bague permet de fermer le raccord et de transmettre ainsi les charges axiales d'un tube de forage à l'autre. Suivant une variante de réalisation, les rainures sont réalisées dans 1' écrou, et les saillies, sur la bague, Pour que, lors de l'accouplement ou du désaccouplement de la bague et du manchon, les grands axes des ellipses de l'écrou et de la bague puissent titre mis en connu cidence, il est prévu entre la face supérieure de la saillie de l'écrou et la rainure de la bague un jeu environ égal à la moitié du pas de filetage de l'écrou et du manchon. De la sorte, la fermeture et l'ouverture du raccord s'effectue par rotation de l'écrou d'environ un demi-tour. Il est avantageux aussi que le raccord comporte un dispositif d'arr8t de l'écrou, comprenant un fourreau ou analogue fixé au tube de forage portant la bague, et un ergot ou analogue à ressort placé dans ledit fourreau de façon qu'il coopère avec une rainure radiale réalisée dans la face supérieure de l'écrou. Un tel dispositif d'arrtt de l'écrou permet de prévenir le relâchement de l'assemblage fileté, pouvant se produire sous l'effet des charges vibratoires apparaissant souvent au cours du forage. De la sorte, le dispositif de raccordement de tubes de forage conforme à l'invention assure une transmission fiable de la rotation d'un tube de forage à l'autre, tout en permettant leur accouplement et-leur désaccouplement suffisamment rapides. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparattront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre de différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs, avec références aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels - la figure 1 représente schématiquement un raccord de tubes de forage conforme à l'invention (coupe longitudinale); - la figure 2 représente le méme raccord au cours du désaccouplement des tubes; - la figure 3 représente une variante de réalisation du raccord de tubes de forage, dans laquelle la bague comporte des rainures, et l'écrou, des saillies s'engageant dans ces rainures; - la figure 4 représente une vue en coupe suivant IV-IV de la figure 3; - la figure 5 représente une vue en coupe suivant V-V de la figure 3;; - la figure 6 représente une vue en coupe suivant VI-VI de la figure 3. Le raccord faisant l'objet de l'invention est prévu notamment pour l'accouplement de tubes de forage 1 et 2 (figure 1). Les tubes 1 et 2 sont de méme diamètre et sont alignés suivant une ligne verticale commune 3. Le raccord conforme à l'invention comprend un manchon 4 fixé au tube 2 près de sa tranche supérieure. Le manchon 4 a une surface cylindrique extérieure et une surface cylindrique intérieure. A l'intérieur du manchon 4 est réalisé un alésage 5 formant sa surface intérieure. Dans l'alésage 5 du manchon 4 vient se placer une bague 6 fixée au bout du tube de forage 1. A sa partie supérieure et à sa partie inférieure, la bague 6 comporte des chambrages (non repérés) recevant les bouts des tubes 1 et 2. La bague 6 est rendue solidaire du tube supérieur 1 par soudage et est assemblée au tube inférieur 2 avec un certain jeu (non représenté) pour faciliter l'accouplement. Le raccord conforme à l'invention comprend un écrou 7, ayant un épaulement supérieur (non repéré) et une partie extérieure filetée 9 qui coopère aved le filetage (affecté lui aussi du repère 8), réalisé à la partie supérieure de la surface intérieure du manchon 4. L'écrou 7 est destiné à accoupler le manchon 4 et la bague 6 de façon à assurer la transmission de l'effort axial, ce qui sera mis en évidence dans la description donnée plus bas. Entre la face inférieure de la bague 6 et 1'épau- lement de l'alésage 5 est placé un -joint 9 en caoutchouc qui rend étanche le canal des tubes 1 et 2. Le manchon 4 et la bague 6 sont adaptés pour transmettre la rotation du tube de forage 1 au tube de forage 2. Pour cela, le manchon 4 et la bague 6 sont realisés de telle façon que la surface extérieure 10 de la bague 6 et la surface adjacente de l'alésage 5 du manchon 4 soient excentrées par rapport à l'axe longitudinal 3 des tubes de forage 1 et 2. Le raccord de tubes de forage conforme à l'invention comporte un ressort annulaire fendu Il placé entre la bague 6 et le manchon 4, dans une gorge circulaire 12. Pour former la gorge circulaire 12, la partie supérieure de la surface extérieure 10 de la bague 6 et la partie médiane correspondante de l alésage 5 du manchon 4 sont chanfreinés. Comme il ressort de la figure 1, les chanfreins vus en section droite forment entre eux un angle aigu. L'écrou 7 se visse dans la partie supérieure de l'alésage 5 du manchon 4 et vient en appui contre le ressort annulaire fendu 11. De la sorte, le ressort annulaire fendu Il assure un assemblage fiable et intime de l'écrou 7 et de la bague 6 pour la transmission de lteffort axial entre les tubes 1 et 2. En outre, le ressort Il assure l'exécution rapide du désaccouplement et de l'accouplement de tout le raccord conforme à l'invention, ce qui sera expliqué d'une manière détaillée dans la description du fonctionnement dudit raccord. Au-dessus de-la gorge 12, plus bas que la partie filetée 8 du manchon 4, il y a gorge circulaire 13 recevant en partie le ressort annulaire fendu 11 (comme montré sur la figure 2) lors du désaccouplement du raccord, quand l'écrou 7 est partiellement dévissé du manchon 4. Dans leur partie la plus éloignée de l'axe longitudinal 3 des tubes de forage I et 2, la bague 6 et le manchon 4 comportant au moins un canal 14 auquel se raccordent respectivement des tubes 15, 16 d'amenée d'un fluide, en ltoccurrmce d'air comprimé. Dans le cas considéré, on n'a réalisé qu'un seul canal 14, mais il est possible d'en réaliser deux ou plus. Dans le manchon 4 et la bague 6 sont réalisés des chambrages cylindriques (non repérés), dans lesquels s'engagent les bouts des tubes 15 et 16. Les tubes 15 et 16 sont rigidement assemblés au manchon 4 et à la bague 6 par soudage électrique. Le joint 9 rend étanche le canal des tubes 15 et 16 dans lequel circule l'air comprimé. Le raccord de tubes de forage 1et2 conforme à l'in Invention paut aussi être réalisé suivant une autre variante, représentée sur la figure 3. Dans ce cas, les tubes 1 et 2 sont de même diamètre et alignés suivant un axe longitudinal 3 commun. Le raccord considéré comprend un manchon 17 fixé au bout du tube de forage 2. Le manchon 17 a une surface cylindrique extérieure et une surface cylindrique intérieure. Le manchon comporte un logement 18. Sa surface extérieure comporte un filetage sur lequel se visse un écrou 19. Le logement 18 du manchon 17 reçoit une bague 20 fixée au bout du tube I de forage par soudage électrique. La bague 20 possède à sapartie supérieure un chambrage cylindrique (non repéré), dans lequel s'engage le bout du tube de forage 1. La bague 20 est rigidement fixée au tube supérieur 1 par soudage. La partie inférieure de l'écrou 19 comporte un filetage qui coopère avec la partie filetée du manchon 17. La partie supérieure de l'écrou 19 entoure et s'applique sur la partie supérieure de la bague 20. Dans la zone de contact desdites parties supérieures, l'écrou 19 comporte une saillie. L'écrou 19 est destiné à accoupler le manchon 17 et la bague 20 afin de transmettre l'effort axial, ce qui est mis en évidence plus loin dans la description. Entre la tranche inférieure de la bague 20 et l'épaulement du logement 18 du manchon 17, est interposé un joint 21 en caoutchouc, dont la fonction est de rendre étanche le canal des tubes 1 et 2. Le manchon 17 et la bague 20 sont #adaptés pour transmettre la rotation du tube de forage 1 au tube de forage 2. Pour cela, la surface du logement 18 du manchon 17 et la partie adjacente de la bague 20 sont de forme sensiblement elliptique, comme montré sur la figure 4, et sont excentrées par rapport à l'axe longitudinal 3 des tubes de forage 1 et 2. Dans le raccord de tubes de forage 1 et 2 faisant l'objet de l'invention, dans la zone de contact de labague 20 avec l'écrou 19, ladite bague comporte des rainures 22 (figure 3) qui coopèrent avec des sailleis 23 de l'écrou 19. Une telle réalisation de la bague 20 et de l'écrou 19 permet de transmettre l'effort axial du tube 1 au tube 2 quand les saillies falciformes 23 sont engagées dans les rainures de forme correspondante 22, comme représenté sur la figure 5. En outre, les saillies falciformes 23 de l'écrou 19 et les rainures 22 de la bague 20 avec lesquelles elles coopèrent assurent l'accouplement et le désaccouplement rapides des tubes de forage 1 et 2. Pour rendre la jonction étanche, il est prévu dans la partie supérieure de la bague 20, dans la zone où elle est contactée par l'écrou 19, un élément d'étanchéité 24 (figure 3). Le raccord de tubes de forage 1 et 2 qui vient d'être décrit comporte un dispositif d'arrêt de l'écrou 19. Ce dispositif d'arrêt comprend un fourreau ou analogue 25 (figures 3 et 6) fixé par soudage électrique au tube 1, dans la zone où celui-ci est assemblé à la bague 20. A l'intérieur du fourreau (25) est placé un ergot ou analogue 26 à ressort (le ressort n'est pas repéré sur la figure 6). L'ergot 26 coopère par sa partie extérieure avec une rainure radiale 27 réalisée dans la face de l'écrou 17. Au cours du forage, il apparaît souvent des charges vibratoires qui desserr e l'assemblage à filetage du manchon 17 et de l'écrou 19. Pour prévenir le dévissage de l'écrou 19 et,par conséquent, le désaccouplement des tubes de forage 1 et 2, l'ergot 26 s'engage dans la rainure radiale 27de l'écrou 19 et interdit sa rotation. De la sorte, la rotation intempestive de l'écrou 19 n'est possible qu'après rupture de l'ergot 26, ce qui est exclu, vu que l'ergot 26 est calculé de façon à résister aux sollicitations éventuelles. Pour accroître la fiabilité de tout le raccord, sont prévues plusieurs rainures radiales 27. Le raccord de tubes de forage conforme à l'invention fonctionne de la façon suivante. Pour accoupler les tubes de forage 1 et 2 à l'aide du raccord représenté sur la figure 1, on les aligne suivant l'axe commun 3 et on engage la bague 6 dans 11 alésage 5 du manchon 4. L'écrou 7 est dévissé au préalable de quelques tours, de façon que sa partie filetée inférieure 8 se trouve plus haut que la gorge circulaire 13 et que le ressort annulaire fendu 11 augmente de diamètre sous l'action de son élasticité, en glissant suivant le chanfrein du manchon 4, et occupe la position montrée sur la figure 2. Le diamètre in térieur du ressort annulaire Il est alors plus grand que le diamètre extérieur de la bague 6, et l'on introduit le tube 1 avec la bague 6 dans l'alésage 5 du manchon 4. Ensuite on visse l'écrou 7 de quelques tours. L'écrou 7, en coopérant avec le ressort annulaire fendu 11, le fait déplacer suivant le chanfrein du manchon 4 et, de la sorte, diminue son diamètre intérieur. Quand le chanfrein du ressort annulaire fendu 11 contacte le chanfrein de la bague 6, on cesse la rotation de l'écrou 7. Le raccord est ainsi bloqué et prêt au service. Le raccord représenté sur la figure 3 fonctionne d'une manière analogue, mais l'accouplement de la bague 20 au manchon 17 pour la transmission de la charge axiale s'effectue de la façon suivante. Pour fermer le raccord des tubes de forage 1,2, on les aligne suivant l'axe commun 3 et on met en coTnciden- ce le grand axe de l'ellipse de la bague 20 avec le grand axe du logement 18 du manchon 17. On introduit la bague 20 dans le logement 18 du manchon 17, puis on fait tourner l'écrou 19 d'un certain angle. il s'ensuit que les saillies 23 de l'écrou 19 s'engagent dans les rainures 22 de la bague 20 et, de la sorte, le raccord des tubes de forage 1, 2 se trouve fermé : le raccord peut transmettre les charges axiales et la rotation entre les tubes de forage 1, 2 et est prêt au service. Après l'accouplement, le raccord de tubes de forage est prêt au service. On met en marche le système moteur (non représenté) de conception connue quelconque pour la rotation du tube de forage 1. La bague 6 solidaire du tube 1 de forage commence à tourner. Par suite de l'excentricité C, la surface extérieure 10 de la bague 6 contacte la surface de l'alésage 5 du manchon 4 et transmet la rotation au manchon 4 qui est solidaire du tube de forage 2. La rotation est ainsi transmise du tube de forage 1 au tube de forage 2. La transmission de la charge axiale s'effectue de la façon suivante. Quand la charge axiale doit être transmise, l'écrou 7 est vissé et contacte la face du ressort annulaire fendu 11. Le ressort annulaire fendu 11 enserre intimement la partie supérieure de la bague 6, son diamètre intérieur devenant plus petit que le diamètre extérieur de la bague 6. De la sorte, la bague 6 ne peut plus passer à travers le ressort annulaire fendu 11, car ceci n'est possible qu'en le rompant- ou en cisaillant le filetage 8 de l'écrou 7 et du manchon 4. La jonction représentée sur la figure 3 fonctionne de la façon suivante. La transmission de la rotation entre les tubes 1 et 2 s'effectue d'une manière analogue, et la transmission de la charge axiale entre le manchon 17 et la bague 20 s'effectue de la façon suivante. Une fois la bague 20 introduite dans le logement 18 du manchon 17 et l'écrou 19 tourné de telle sorte que les saillies 23 de l'écrou 19 soient engagées dans les rainures 22 de la bague 20, les charges axiales peuvent être transmises de la bague 20 au manchon 17. Quand une charge est appliquée, les faces supérieures des saillies 23 de l'écrou 19 coopèrent avec les faces supérieures des rainures 22 de la bague 20 et la charge axiale est-ainsi transmise de la bague 20 au manchon 17. On a fabriqué un prototype du raccord de tubes de forage conforme à l'invention, qui a été soumis à des essais intégraux. Les essais ont montré que le raccord est d'une grande fiabilité et que son utilisation est simple. Le raccord de tubes de forage est de fabrication simple et son cotit est relativement peu élevé. REVENDICATIONS 1. Raccord de tubes notamment de forage, du type comprenant, disposés suivant l'axe longitudinal (3) des tubes de forage (1,2), un manchon (4) fixé à l'un (2) des tubes de forage (1,2) une bague (6) fixée au bout de l'autre tube de forage(1)et s'engageentdans un alésage (5) du manchon (4), et un écrou (7) assemblant le manchon (4) à la bague (6), le manchon (4) et la bague (6) étant adaptés pour transmettre la rotation entre les tubes de forage (1,2), caractérisé en ce que, pour la transmission de la rotation entre les tubes (1,2), le manchon (4) et la bague (6) sont réalisés de telle façon que la surface extérieure (10) de la bague (6) et la surface adjacente de l'alésage (5) du manchon (4) sont excentrés (excentration t) par rapport à l'axe longitudinal (3) des tubes de forage (1,2). 2. Raccord de tubes de forage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un ressort annulaire fendu (11) placé dans une gorge circulaire (12) entre la bague (6) et le manchon (.4), cette gorge étant formée par un chanfrein réalisé à la partie supérieure de la surface extérieure (10) de la bague (6) et dans la partie médiane correspondante de l'alésage (5) du manchon (4), et en ce que l'écrou (7) se visse dans la partie supérieure de l'alésage (5) du manchon (4) de façon à venir en appui contre le ressort annulaire fendu (11). 3. Raccord de tubes de forage selon l'une des revendicatons 1 et 2, caractérisé en ce que la bague (6) et le manchon (4) compori#nt,d,ans leur partie la plus éloignée, de l'axe longitudinal (3) des tubes de forage (1,2), au moins un canal (14) réalisé parallèlement audit axe (3) et auquel se raccordent des tubes (15,16) d'amenée d'un fluide. 4. Raccord de tubes de forage salon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface extérieure de la bague (20) et la surface adjacente du logement (18) du manchon (17),vues en section perpendiculaire à l'axe longitudinal (3) des tubes de forage (1,2), une forme sensiblement elliptique, que l'écrou (19) se visse par sa partie inférieure sur la surface extérieure du manchon (17) et que sa partie supérieure entoure et s'applique sur la partie supérieure de la bague (20), que la bague (20) et l'écrou (19) comportent respectivement, dans leur zone de contact, des rainures (22) et des saillies (23) réalisées de façon qu'elles soient respectivement diamétralement opposées sur le grand axe de l'ellipse et que les saillies (23) s'engagent dans les rainures (22). 5. Raccord de tubes de forage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif d'arrêt de L'écrou (19), comprenant un fourreau (25) fixé au tube de forage (1) portant la bague (6), et un ergot (26) à ressort placé dans le fourreau (25) et coopèrant avec une rainure radiale (27) réalisée dans la face supérieure de ltécrou (19).