Brevet FR2550819A1 — publié le 19850222

-1 2550819 La présente invention est relative à de nouvelles tiges de forage destinées à creuser des puits dans le sol en particulier pour l'industrie du pétrole et du gaz souterrain qui comportent au voisinage de la partie supérieure de chaque élément de tige une zone destinée à servir d'appui aux mâchoires qui supportent l'ensemble de la colonne de tige. On sait que lors de la mise en place d'une colonne de tiges de forage, il est nécessaire de maintenir la partie supérieure de la colonne par des mâchoires constituées le plus souvent par des mors ou 0 mâchoires autoserrantes dont la partie interne striée prend appui contre la tige de forage au voisinage du raccord fileté femelle et dont la partie externe de forme conique qui s'engage dans une pièce de forme correspondante assure un auto-coincement des mâchoires qui maintiennent ainsi la colonne de tiges de forage qui est suspendue sur toute sa hauteur. Dans la technique actuellement utilisée, les striures réalisées sur la face des mâchoires qui prennent appui contre la tige de forage, provoquent sur la surface de cette dernière des déformations plastiques qui se traduisent par des succession d'entailles Il en résulte une diminution importante de la résistance de la tige à l'endroit o s'appliquent 0 les mâchoires auto-serrantes, ce qui a pour effet de provoquer à cet endroit des ruptures par fatigue de la tige, notamment dans le cas o l'on réalise des forages incurvés. En d'autres termes les entailles, généralement de formes angulaires, réalisées par les mâchoires sur les tiges de forage, réduisent fortement leur 5 résistance à la fatigue, ce qui oblige au remplacement prématuré de ces tiges ou provoque des accidents. La présente invention vise à supprimer cet inconvénient en réalisant sur la partie de chaque élément de tige de forage au voisinage du raccord fileté femelle, une surface de révolution dont la génératrice présente une 3 forme complémentaire à celle qui est donnée à la surface d'appui des mâchoires auto-serrantes auxquelles il a été fait allusion ci-dessus. La réalisation de la surface de révolution sur la partie supérieure des éléments de tige de forage est avantageusement réalisée par moletage ou galetage, ce qui d'une part permet de réaliser le profil 5 voulu sans perte de matière et qui, d'autre part, grâce à I'écrouissage de la partie superficielle de la tige de forage, confère à cette dernière une meilleure résistance à la fatigue. Selon un autre mode de réalisation, le profil selon l'invention peut -2 2550819 être obtenu par usinage mécanique suivi de préférence d'un traitement par exemple par grenaillage pour accroître la résistance à la fatigue. De surcrolt, les profils des surfaces de révolution ainsi obtenues peuvent avoir une profondeur donnée en ne réduisant l'épaisseur du tube que d'environ la moitié de cette profondeur, ceci grâce au refoulement de métal vers l'extérieur. Le profil de la surface de révolution ainsi réalisée sur l'élément de tige de forage, présente de préférence une forme circulaire au fond de la partie creuse avec un rayon aussi grand que possible. Conformément à l'invention, il est avantageux de réaliser un profil disymétrique, la partie supérieure du profil creux étant de préférence constituée par une droite qui fait avec une perpendiculaire à l'axe de la tige un angle compris entre 10 et 45 et de préférence voisin de 30 , alors que la partie inférieure du profil est de préférence constituée aussi par une droite faisant avec une perpendiculaire à l'axe de la tige un angle compris entre 45 et 80 et de préférence voisin de 60 , l'angle entre la partie supérieure et la partie inférieure du profil étant compris entre 55 et 125 et de préférence voisin de 90 . La profondeur totale du profil peut être comprise entre environ 1 et 2 mm et de préférence voisine de 1,5 mm. Le profil décrit ci-dessus peut se répeter le long de la partie d'un élément de tige de forage au voisinage du filetage femelle sur une longueur d'environ 100 à 900 mm et de préférence sur une longueur voisine de 600 mm avec un pas de l'ordre de 1 à 10 mm et de préférence voisine de 5 un (c'est à dire un profil tous les 5 mm environ). Les mâchoires qui maintiennent la colonne de tige ont un profil complémentaire réalisé avec un nombre minimum de dents d'environ vingt de manière à pouvoir s'engager facilement sur le profil de l'élément de la tige de forage et à ne pas provoquer sur la tige des pressions de contact supérieures à la limite élastique du métal de la tige. Dans le but de mieux faire comprendre l'invention, on va en décrire maintenant à titre d'illustration et sans aucun caractère limitatif un mode de réalisation pris comme exemple et représenté sur le dessin annexé. Sur ce dessin: la figure 1 représente une vue schématique d'un dispositif selon l'état de la technique pour supporter une colonne de tiges de forage. la figure 2 représente à plus grande échelle la partie II de la figure 1 modifiée conformément à l'invention. -3- 2550819 la figure 3 est une vue à encore plus grande échelle, représentant le profil de la surface de révolution réalisée conformément à l'invention sur la partie supérieure d'un élément de tige de forage pour recevoir les mâchoires auto-serrantes et, la figure 4 est une vue schématique représentant une molette permettant de réaliser sur les séléments de tiges de forage les surfaces de révolution selon l'invention. On voit sur la figure 1 comment est supportée l'e trémité supérieure de la colonne de tiges de forage 1 grace à des mnchoires 2 10 qui présentent des striures acérées 3 sur leur face interne qui s'appuient contre la tige de forage 1 et qui présentent sur leur face externe une surface conique 4 qui coopère avec une surface conique de forme correspondante 5 disposée sur un plateau 60 On comprend dans ces conditions, comment les mâchoires 2 qui -jsat par exemple au nombre de trois réparties sur la périphérie de la tige de forage sont entraicnes vers le bas par le poids de la tige de forage qui se transmet par les striures 3, tandis que les surfaces cchniques 4 et repoussent vet-s la tige de forage les mgchoires 2 par un e ffet d'auto-coincement, C On conçoit que, compte-tenu du poids important que peut atteindre la colonne de tige de forage, il s'exerce des efforts considérables radialement sur la tige de forage de telle sorte que les striures 3 s'ncrustent tràs fortement dans la surface de la tige de forage en y provoquant des entailles à ar Utes vives qui réduisent de manière importante la résistance à la fatigue des éléments de tiges de forage. La f-igure 2 représente la partie %I de la figure 1 modifiée confermément à l'invention. On retrouve sur la figure 2 le plateau 6, les mâchoires 2 a O ainsi que l'élément de tige de forage 1. Conformément à l'invention, on a donné un profil particulier à la surface externe de l'lément de tige de forage 1 qui est destinée à cooperer avec les machoires 2, la surface interne de ces mâchoires qui s'appuie su I la tige de forage ayant une forme complémentaire. Le profil de la surface de la tige possède avantageusement une longueur axiale supérieure à celle des mâchoires de manière à permettre un engagement facile. La figure 3 représente à plus grande échelle le profil extérieur de la surface de révolution réalisée selon l'invention sur la tige de forage On -4 y retrouve la tige de forage 1 et représentée en trait interrompu la ligne 7 qui représente la surface extérieure de l'élément de tige de forage avant que ne lui soit conféré le profil conforme à l'invention. Comme on le voit sur la figure 3, la profondeur du profil se répartit environ par moitié de part et d'autre de la ligne 7, ce qui permet d'obtenir un profil de profondeur donnée en ne diminuant que d'environ la moitié, l'épaisseur du métal de la tige. Dans le mode de réalisation représenté, le profil présente à sa partie interne une forme torique 8 dont le rayon du cercle générateur qui est 10 aussi grand que possible, est par exemple compris entre 0,2 et 2 mm. La partie torique 8 est prolongée à sa partie supérieure par une zone tronconique 9 dont la génératrice fait avec un plan perpendiculaire à l'axe de la tige de forage un angle A qui est compris entre environ 10 et 45 et qui est avantageusement voisin de 30 . La partie torique 8 est prolongée à sa partie inférieure par une zone tronconique 10 dont la génératrice fait avec un plan perpendiculaire à l'axe de la tige de forage un angle B qui est compris entre environ 45 et 80 et qui est de préférence voisine de 60 l'angle que font entre elles les génératrices des cônes 9 et 10 étant compris entre environ 55 et 125 et 20 étant de préférence voisin de 900. Le pas, c'est à dire la distance séparant deux profils disposés cste à cote longitudinalement qui est représenté en 11 sur la figure 3, est compris généralement entre 1 et 10 de mm et de préférence égal à environ 5 mm. La profondeur du profil représenté en 12 sur la figure 3 peut être 25 comprise entre environ 1 et 2 mm et elle est avantageusement voisine de 1, 5 mm ce qui correspond à une diminution de l'épaisseur utile de la tige de forage de seulement environ 0,7 mm. Le profil représenté sur la figure 3 est répété sur une longueur d'environ 100 à 900 mm de la tige de forage et de préférence sur une longueur 30 comprise voisine de 600 mm de manière à donner sur ces mêmes longueurs des surfaces de révolution ayant le profil décrit. Les mâchoires auto-serrantes 2 ont sur leur surface interne une surface de révolution de forme complémentaire et elles comportent au moins vingt dents dont la forme correspond à celle des gorges qui ont été décrites 35 ci-dessus. On a représenté schématiquement sur la figure 4 les galets 13 qui permettent de réaliser par moletage selon une technique conventionnelle les surfaces de révolution créées conformément à l'invention sur les tiges de forage. -5 Dans le mode de réalisation de la figure 4, les galets 13 sont assemblés sur un axe 14 en étant maintenus entre un épaulement et une pièce 15 de contre-appui. La surface de révolution conforme à l'invention est obtenue en 5 faisant agir les galets 13 successivement en différents endroits de la tige de forage. On voit que, conformément à-l'invention, il est possible de réaliser d'une manière simple et peu co teuse sur les tiges de forage des surfaces de révolution dont les profils correspondent aux profils donnés à la surface 10 interne des mâchoires auto-serrantes. On peut de cette manière maintenir facilement les colonnes de tiges de forage sans abaisser de manière sensible leur résistance mécanique et en particulier leur résistance à des contraintes alternées tout en conservant dans la zone de serrage de bonnes propriétés de résistance à la fatigue. Il est bien entendu que le mode de réalisation qui a été décrit ci-dessus n'a été donné qu'à titre d'exemple et ne présente aucun caractère limitatif de l'invention. En particulier, il est clair que les surfaces de révolution réalisées sur les tiges de forage conformément à l'invention peuvent avoir des 20 profils différents de celui qui a été réalisé à condition toutefois d'éviter de réaliser ces profils avec des angles aigus ou de faibles rayons de courbure qui accroîtraient la fragilité de la tige de forage C'est ainsi que les surfaces de révolution selon l'invention peuvent avoir par exemple des profils de forme circulaires ou de forme elliptique à grand axe parallèle ou incliné 25 par rapport à l'axe de la tige. Il va également de soi que les surfaces de révolution réalisées selon l'invention peuvent être obtenues par des procédés d'usinage autres que le moletage ou le galetage qui a été décrit ci-dessus Dans le cas d'un usinage par enlevement de métal, il est avantageux de prévoir un traitement de 30 surface par exemple par grenaillage. Enfin les profils selon l'invention peuvent être également réalisés sur la totalité des éléments ou accessoire utilisés dans la technique du forage. -6 REVENDICATIONS 1 Tige de forage ( 1) destinée à creuser des puits dans le sol notamment pour l'industrie du pétrole et du gaz naturel, caractérisée par le fait qu'elle comporte sur sa périphérie une surface de révolution constituée 5 par des successions de profils creux présentant du c 6 té de l'axe de la tige une forme arrondie ( 8), ladite surface de révolution étant destinée à servir d'appui aux faces internes de forme complémentaire des mâchoires auto-serrantes ( 2) qui assurent le maintien de la colonne de tige de forage. 2 Tige de forage selon la revendication 1, caractérisée par le fait 10 que le profil élémentaire de la surface de révolution présente une forme torique prolongée à sa partie haute et à sa partie basse par des surfaces tronconiques. 3 Tige selon la revendication 2, caractérisée par le fait que la génératrice de la surface tronconique disposée à la partie haute du profil 15 élémentaire fait avec une perpendiculaire à l'axe de la tige de forage un angle compris entre 10 et 45 et de préférence voisin de 30 . 4 Tige de forage selon la revendication 2, caractérisée par le fait que la génératrice de la surface tronconique disposée à la partie basse du profil élémentaire fait avec une perpendiculaire à l'axe de la tige de 20 forage, un angle compris entre environ 45 et 80 et de préférence voisin de . Tige de forage selon l'une des revendications 2, 3 ou 4, caractérisée par le fait que les génératrices des surfaces tronconiques font entre elles un angle d'environ 90 . 6 Tige de forage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que la profondeur totale du profil élémentaire est comprise entre environ 1 et 2 mm et de préférence voisine de 1,5 mm. 7 Tige selon l'une quelconque des revendications précédentes, 30 caractérisée par le fait que la surface de révolution s'étend sur une longueur de tige d'environ 100 à 900 mm et de préférence voisine de 600 mm. 8 Tige selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que les profils élémentaires sont répétés avec un pas d'environ 1 à 10 mm et de préférence d'environ 5 mm. 9 Tige selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que la surface de révolution est réalisée par moletage ou galetage. Machoires auto-serrantes pour maintenir une tige de forage selon -7 l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisées par le fait que leur surface interne présente une surface de révolution complémentaire à la surface de révolution réalisée sur la tige de forage. 11 Machoires selon la revendication 9, caractérisées par le fait que la surface interne comporte au moins 20 dents correspondant au profil élémentaire de la tige de forage.