Brevet FR2582077A2 — publié le 19861121

FR 2582077 A2 19861121 FR 8507473 A 19850514 Le brevet principal décrit un dispositif à tuyau souple. dilatable, pour utilisation dans des domaines o': de très ha:utes performances sont requises. C'est, en particulier, le cas des obturateurs de fo- rages, pétroliers OU autres, o les fluides sont c haute pr-essionr (par exemple 3550 bar) et à température élevée (par exemple 120 C). Les systèmes d'obturateurs, utilisant les propriétés des tuyaux di- latables sont bien connus et utilisés couramment; ils existent sous des formes vari es, pour des d:i amètres aussi di ff érents que 50 mmf ou 800 mm. On peut citer: à titre d'exemple, les réalisations suivant les brevets US 4.406.461, US 4.310.161 ou FR 0.087867 qui mettent en oeuvre des technologies différentes. L'objectif de l'invention, dont le brevet principal décrit une ap- plication, est de permettre d'accro'tre considérablement les perfor- mances des obturateurs dilatables, en interdisant la désolidarisa- tion de l'armature, constituée des éléments de renfort du tuyau, par rapport aux pièces d'extrémité qui sont indispensables pour permet- tre la mise en oeuvre du principe d'obturation par dilatation du tuyau. En effet, il résulte de l'application des principes physiques et mécaniques que les performances atteintes par de tels dispositifs Ci dt. pendendent, mathématiquementp des caractéristiques intrinsèeques de l'armature du tuyau dilatable ainsi que de la qualité de la liaison entre la dite armature et les pièces d'extrémité. La qualité de liaison QL est définie comme le rapport entre la force F qu'il est nécessaire d'appliquer pour dissocier l'armature des pièces d'ectréimité et la résistance à la rupture R de l'armatLure. La qualité de liaison LL=F/R définit donc un rendement de la liaison à titre d'exemple, une liaison sera considérée comme de mauvaise qua- lité. lorsque, pcur une résistance intrinsèque de 1"arnmature R de 100 daN, il y aura dissociation entre l'armature et la pièce d'extrémit C30 pour une force F de 60 daN; le rendement de la liaison sera alors de 0,60. Inversement, une bonne qualité de liaison sera atteinte lors- que le rendement sera, en toutes circonstances, voisin de 1 ou égal à 1., Dans le cas of t le rendeeInt est égal à l, la dissociation entraîne -35 obl ig-atoirement la rupture de l" armrature en delhors des pièces = -i- i - STr éU i F; _2_ Les dispositifs connus à ce jour, qui font appel à des techniques sertissage, de collage, d'embarrage - soit pris isolément soit en combinaison - ne permettant jamais d'atteindre des rendements de lorsque les armatures présentent des niveaux de résistance à la rupture dépassant 10.000 daN par centimètre. Le dispositif, objet de l'invention, permet d'éviter les phénomèni d'arrachage, de décollage ou de glissement qui résultent de l'emp: des dispositifs.de l'art antérieur. Une solution pour tuyaux de grands diamètres fait l'objet du brevE principal; elle est adaptée, principalement, aux diamètres supé- rieurs à 300 mm, diamètre moyen considéré au niveau des renforts. Pour les tuyaux de moyens et petits diamètres, une solution de m!r principe mais de réalisation différente est proposée. Comme dans l'invention décrite dans le brevet principal, la solution consiste fournir un dispositif de tuyau souple dans lequel les extrémités sont solidarisées d'une façon extrêmement résistante aux pièces ri gides d'extrémité, afin que l'ensemble puisse résister à des effor très importants, en particulier à des pressions et des température très élevées. Plus spécialement, l'invention décrite vise à fournir un dispositi dans lequel le tuyau est dilatable pour servir à l'obturation des canalisations des trous de forage et applications similaires, dans lequel le mode de fixation du tuyau sur les pièces rigides d'extra mité se fait sans dépassement du diamètre extérieur du tuyau, afir d'utiliser pleinement la capacité de dilatation du dit tuyau. Dans un tel dispositif, au moins une extrémité du tuyau est fixée, par serrage de ses nappes de renfort, entre un élément intérieur d'appui et un élément extérieur de frottage, co-axiaux, caractéris en ce que l'élément intérieur d'appui et l'élément extérieur de frettage présentent des surfaces coniques, co-axiales, divergentes vers l'extrémité du dispositif, et en ce qu'au moins un coin est enfoncé entre les extrémités des nappes de renfort pour les serrer respectivement entre le(s) dit(s) coin(s) et les éléments d'appui d'ancrage. Cet arrangement diffère du système décrit dans le brevet principal en ce qu'il utilise un ou plusieurs c8ne(s) réparti(s) a raison de c8ne pour une paire de nappes alternativement droite et gauche. Il permet d'obtenir une excellente fixation de l extrémité du tuyau du fait que, sous l'effet de la pression de service, les efforts de tenrision exercés sur les nappes de renfort du tuyau tendent ë enfon- cer le(s) coin(s) entre les dites surfaces de serrage et à produire un effet d'auto-serrage de ces nappes, à la fois contre les surfaces du ou des coin,-s; adjacent(s) et les surfaces des éléments d'appui intérieur et de frettage. De préférence, l'angle au sommet de la section d'un coin présente une valeur faible, de l'ordre de 5 à 150, répartie de part et d'autre de la surface cylindrique passant par le L0 sommet du coin. Cette disposition permet, notamment, de donrner aux pièces rigides une section suffisante tout en maintenant leur diamé- tre a une valeur égale ou peu supérieure à celle du diamètre du corps du tuyau. Afin de rendre cet arrangement encore plus efficace, il est prévu [5 d'équilibrer les forces d'appui et de serrage des nappes entre les surfaces des éléments en rendant possible une extension ou-une con- traction du (ou des) coin(s) au moyen de fentes interrompant la sec- tion circulaire, ainsi qu'en évitant qu'une adhérence trop forte de l'élément d'appui d'une part et de l'élément extérieur de frettage d'autre part ne s'oppose à l'effet d'auto-serrage des éléments en- trainé par l'effort de tension des nappes de renfort. L'ensemble de ces moyens agit conjointement pour rendre opérant l'effet d'auto-serrage, proportionnellement à l'effort de tension exercé par les nappes de renfort dès que la mise en service sollici- te l'armrFature sous l'effet de la pression. La non-adherence des dits éléments autorise le serrage, qui est automatiquement réparti et équilibré. Les fentes du (ou) des coin(s) rendent possible la contraction ou la dilatation du (ou des) dit(s) coin(s). D'autres catactéristiques et avantaiges de l'invention ressortiront de la description détaillée d'un exemple de réalisation illustré par les figures 1 à 5. La figure 1 est une vue en élévation demi--coupe d'une extrémité du dispositif d'obturation, selon l'invention, utilisant deux coins, à l'état libre, c'est-à-dire non dilaté. 3%5 La figure 2 est une vue partielle des coins montrant la disposition de' fentes d'équilibrage sur un coin. -4- Les figures 3 et 4 sont des vues partielles, en coupe, du dispositif à deux coins, montrant le positionnement des fentes avant et après mise en service du dispositif objet de l'invention. La figure 5 est une vue partielle. en coupe, d'une extrémité mon- trant une méthode de réalisation de l'invention. La demi-coupe supérieure montre un dispositif à deux coins, en service, c'est-à-dire l'état gonflé. La demi-coupe inférieure montre le même dispositif à deux coins, au repos, en l'absence de gonflage. Le dispositif illustré sur la figure 1 comprend essentiellement un manchon tubulaire (1), en caoutchouc, fixé à chaque extrémité sur ut ensemble rigide (2) comprenant des moyens de fixation tel que le filetage (3) sur une pièce d'obturation de l'ensemble (non représen- tée), ou de tout autre moyen prolongeant le dispositif objet de l'invention, pour participer à sa mise en oeuvre. La paroi du man- chon en caoutchouc (1) est renforcée par des paires de nappes (4) déjà décrites dans le brevet principal. Selon l'invention, le manchon tubulaire (1) est fixé à l'ensemble rigide (2) formant extrémité du dispositif. Pour obtenir cette fixa tion, les extrémités (4.1), (4.2), (4.3) et (4.4) des nappes ou pai- res de nappes (4) sont engagées dans l'espace annulaire conique com- pris entre les éléments d'appui (5) et de frettage (6) co-axiaux, l'élément d'appui (5) et l'élément de frettage (6) ayant des surfa- ces de serrage en regard qui limitent l'espace conique divergent vers les extrémités des nappes (4). Dans cette réalisation, un troisième élément rigide (7) et un qua- trième élément rigide (8), en forme de coin, sont enfoncés axiale- ment, respectivement entre les extrémités (4.3) et (4.4) et les ex- trémités (4.1) et (4.2) des paires de nappes de renfort (4), de fa- çon à serrer ces extrémités respectivement contre l'élément d'appui (5) et l'élément de frettage (6) en prenant appui, l'un sur l'autre. par l'intermédiaire des extrémités (4.2) et (4.3) serrées l'une sur l'autre dans la partie centrale de l'espace conique compris entre l'élément d'appui (5) et l'élément de frettage (6). Eventuellement, les surfaces de serrage des coins, comme, par exemple, les surfaces de serrage du coin (7) avec les nappes (4.3) et (4.4) pourraient présenter des crans, des nervures ou des aspérités propres à augmen ter 1 adhérence et 1 'accrochage des nappes à ces surfaces. Selon l'invention, la surface de serrage entre 1élélment d'appui (5) et l'e'trêmité (4.4) de l'armature (4) d'une part, et la surface de serrage entre entre l'él-i5ment de frettage (6) et l'extrémité (4.1) de l'armature (4) d'autre part, sont rendues non adhérentes par rap- port alux mati ères telles que, par exemple, le caoutchouc dont sont imprégnées les nappes (4) de l'armature. Les extrémités (4.1), (4.2), (4.3) et (4.4) des nappes de l'armature (4) sont dmbarrassées, avant leur mise en place dans l'espace coni- que de serrage de la couche externe de caoutchouc dans lequel sont généralement enrobés les cables qui constiyuent ces nappes. On ob- tient ainsi un contact direct des cables avec les surfaces de serra- ge, propre à augmenter l'efficacité du dit serrage. Avec cet arrangement, tout effort de traction exercé sur l'arfmature (4), par suite de l'application d'une pression de gonflage, tend à entraîner les coins (7) et (0) dans le sens de leur enfoncement en- tre l'élément d'appui (5) et l'élément de frettage (6) et à produi- re, ainsi, un auto-serrage des extrémités (4.1), (4.2) (4.3) et (4.4) des nappes de renfort entre les surfaces coniques correspon- dantes. Cet auto-serrage est considérablement amélioré par la non- adheérence des surfaces coniques appartenant à l'élément d'appui (5) et à l'élément de frettage (6) qui sont rendus solidaires de la piè- ce d'ex:trémité (2) par des moyens de liaison tels que les filetages (9) et *10). I1 résulte de la disposition des coins (7) et (8) ainsi que de leur adheérence sur les ex:trémités (4.1), (4.2), (4.3) et ( sent ensemble et séparément suivant le meme principe que l'invention dEcrite clans le brevet principal, en présentant 1 'avantage supplé- mentaire de s'adapter à un plus grand nombre de paires de nappes. Sclon '1 invention, un arrangement à deux paires de nappes et deux coins cc--axiau: est conforme à la description des figures 2, 3 et 4 dansr lesquelles la figqure 2 est une représentation partielle d'un coin vu par sa face lateérale externre, la figure 3 complète cette description par une section a-a de l'arrangement de la figure 2, en position neutre, telle qu'elle exst rcalis5e, par exemple, au moment 3.3 du miontage du dispositif. Les fen.tes d'équilibrage, telles que (11) et (12) , sont réparties par couples, décalés de 120 par exemple, tels que les couplesa (i l) et (12), (13) et (14) ou (15) et (16) sur 1--- coin (7). Chaque couple de fentes, tels que (11) et (12) est réalisé par usi nage du cône, une fente étant décalée par rapport à l'autre, en pc sition et en profondeur, de manière laisser subsister un pédoncL de matière (17) entre les dites fentes dont la longueur et la sec- tion sont choisies de manière à permettre une déformation résultar de l'élargissement ou du rétrécissement des fentes au cours de la mise en place des canes ou de leur réaction au moment du serrage entre l'élément d'appui et l'élément de frettage. La largeur prati que des fentes est comprise entre 1 et 3 mm, la somme des profon- deurs des fentes d'un couple étant, de préférence supérieure de 5 mm à la longueur représentée par la distance normale entre le sommet et la base du cane. De préférence, la section du pédoncule (17) est comprise entre 20 et 50 mm2. Selon l'invention, un ensemb de deux coins est monté de manière à décaler les couples de fentes du coin intérieur par rapport aux couples de fentes du coin exté- rieur d'un demi angle définissant l'espacement angulaire des coupl de fentes du coin intérieur; ainsi est évité le risque de superpos tion des couples de fentes de deux ou plusieurs coins co-axiaux. La figure 4 représente les positions respectives de la section a-a de deux coins tels que (7) et (8), après équilibrage du serrage en tre les éléments d'appui et de frettage. Sous l'effet du dit serra ge, les fentes du coin (7) se sont fermées, ce qui, par réduction la circonférence de la section du coin, équivaut à une contraction axiale du dit coin. Simultanément et sous l'effet du m&me serrage, le coin (8) est sollicité, par exemple, en expansion, ce qui carre pond à une expansion radiale et à un écartement des fentes d'équil brage. Cette disposition apporte un avantage important sous l'effe d'une répercussion de l'effet de serrage sur les nappes qui sont insérées dans l'espace (18) compris entre les deux coins (7) et (8 Il en résulte que le dispositif décrit améliore les performances di système décrit dans le brevet principal, notamment pour les tuyaux de moyens ou petits diamètres et pour un nombre de paires de nappes égal ou supérieur à 2. La figure 5 représente, sur la demi-coupe inférieure, un dispositi- selon l'invention, à deux coins, à l'état de repos et, sur la demi coupe supérieure, le mnme dispositif, en position de travail, à l'état gonflé, obturant une canalisation (19). Selon cet exemple dE réalisati.on, les coins,-7) et ( ce.lles-ci,, so4As l'êeffe t d'une sollici ation due &f la pression. L'es- pace (20) compris entre les extremités des nappes (4.1) A (4.4), la base des coins (7) et (8) et la pièce d'extr stmiti (2) est comble par Liii, 1a:stoiïmÈre de remiplissage assurant une parf-aite ftanch ite du dispositif contre une éventuelle pnritration de fluide entre les nappes (4.1) à (4.4) et les coins (7) et (8). Les surfaces coniques de serrage (21) de 1l:l' lment d'appui (5) et (22) de l'lément de frettage (6) ont été revi'tues, a-vant montage, d'un produit anti- adh.re nt. tel que, à titre d'exemple non limitatif, du P.T.F.E. en aérosol. Les coins (7) et (8), co-axiaux, ont des sections symStri- ques par rapport à la surface cylindrique définie entre les nappes (4.2) et (4.3) telles que l'angle total au sommet est voisin de 200. L'homme de l'art peut, bien entendu, apporter au dispositif décrit précédemment et & ses applications illustrées à titre d'exemples non limitatifs, diverses modifications sans sortir du cadre de l'inven- tion. - 8D - REVENDICATIONS l ) Dispositif à tuyau souple et élastique, notamment pour obtura- teur dilatable, du genre dans lequel le tuyau (1) est renforcé par des nappes d'armatures (4) en cables souples disposés en hélice et est figé au moins à une extrémité par serrage de ces nappes de ren- fort sur des pièces rigides comprenant un élément intérieur d'appui (5) et un élément de frettage (6), co-axiaux, selon l'un des reven- dications i à 9 du brevet principal, caractérisé en ce que l'lément d'appui (5) et l'élément de frettage (6) présentent des surfaces de serrage coniques non adhérentes, divergentes vers l'extrémité et en ce qu'au moins un coin pourvu de fentes est enfoncé entre les nappes de renfort (4) pour les serrer respectivement entre le (ou les) dit(s) coin(s) (7) ou (7) et (8), sans interposition de matière con- tre l'élément d'appui (5) et l'éléIment de frettage (6). ) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le nombre de coins est en rapport avec le nombre de nappes de renfort (4>), les dites nappes étant disposées par paires dont le sens d'en- roulement est inversé, et que le dit rapport est de 1 coin par paire de nappes. 3 ) Dispositif selon l'un des revendications I ou 2, caractérisé en ce que chaque coin présente des surfaces de serrage coniques dont l'angle au sommet A de la section est compris entre 5 et 15e. ) Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'angle de pente B des surfaces de serrage de l'élément d'ap- pui (5) et de l'élément de frettage (6) est compris entre 5 et 20 . 50) Dispositif selon l'une des revendications I à 4, caractérisé en ce que l'élément d'appui (5) et l'élément de frettage (6) sont soli- daires l'un dq l'autre dans le sens axial. ) Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que chaque coin présente des couples de fentes axiales (11) et (12) de sens inverse et séparées par un pédoncule (17). 7 ) Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que res couples de fentes axiales sont au nombre de 3 par coin et d'une largeur comprise entre 1 et 3 mm. 8 ) Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractéris8 en ce que les extrémités des nappes (4.1), (4.2), (4.3) et (4.4), au cointact c:es sur.facsi; de serrage sont dépoCurVLtueS de rev'itemeit pou- vant s interposer entre les cables des nappes et les surfaces de setrrae. 9'0) Dispo?:;itif selon l"urine de rvendiatios 1 d-. 8, caract ris.- ené ce que la surface de serrage (21) de l'élément d'appui (5) et la surfacei di_! serrage (22.: de 1 èl éîi-rent de frettageq (6) sont anti- adhérentes, soit par nature, soit par-apport d'un traitement ai.:propr: é. '.) Dispositif selon 1'une des revendications I a 9, caractéris6 en l ce que le nombre des coins (7) et/ou (8) est égal à deux et., par conséquent, le noiïibre des nappes de renfort est égal à 4.