Brevet FR2573838A1 — publié le 19860530

L'invention concerne un joint d'étanchéité d'arbre rotatif, et plus particulièrement un joint annulaire continu, mais variable axialement, destiné à réaliser une lubrification hydrodynamique entre lui et un arbre rotatif. I1 est également décrit un dispositif utilisant des pressions différentielles pour maintenir le joint à l'état comprimé au fur et à mesure qu'il s'use. L'invention peut être adaptée à une utilisation avec des dispositifs comportant des éléments tubulaires qui sont supportés de façon à pouvoir tourner les uns par rapport aux autres au moyen de paliers loges dans une chambre à lubrifiant dans un espace annulaire formé entre les éléments. Un tel outil est incorporé dans une garniture de forage et un fluide de forage est refoulé vers le bas par un canal formez par les éléments tubulaires et vers le haut dans l'espace annulaire compris entre l'outil et le sondage. Ainsi, l'un de ces éléments comprend souvent un corps ou tubage suspendu à l'extrémité inférieure de la garniture, tandis que l'autre élément comprend un arbre creux supporté par le corps de façon à pouvoir tourner et à l'extrémité inférieure duquel est suspendu un trépan. Un moteur tel qu'une turbine est souvent dispos à l'inté- rieur de l'espace annulaire compris entre le corps et l'arbre afin de faire tourner l'arbre et, par conséquent le trépan sans qu'il soit nécessaire de transinettre un couple de la surface jusqu'au corps, sur plusieurs milliers de mètres de tiges de forage. Le canal comprend donc l'espace annulaire dans lequel la turbine est disposée et qui est relié par des orifices traversant l'arbre à la lumière de l'arbre conduisant au trépan, à son extrémité inférieure.En général, dans de tels outils8 lue corps est relié par son extrémité supérieure à la garniture de forage et l'arbre est mis en rotation par rapport au corps au moyen du moteur placé entre eux, de manière que des ailettes hélicoidales ou autres, portées sur le pourtour de l'arbre tubulaire, engendrent une réduction de pression des fluides de forage lorsqu'ils passent sur les ailettes et les font tourner. De même que dans le cas d'une turboforeuse, le moteur comprend souvent des aubes de turbine montées sur l'arbre et des éléments tubulaires disposés dans l'espace annulaire formé entre eux. Le fluide de forage qui est mis en circulation dans le moteur est obligé de passer par le trépan. En raison de la chute de pression dans le tronçon à turbine et dans le trépan, une différence de pression importante est appliquée au dispositif d'étanchéité des outils de forage de ce type. Il est bien connu qu'un dispositif d'étanchéité rotatif isolant une pression de cette manière est soumis à une usure beaucoup. plus grande qu'un dispositif séparant simplement des fluides à la même pression. Le problème de l'usure est encore plus grave dans ce milieu ambiant en raison des particules abrasives du fluide de forage1 qui trouvent passage entre les surfaces du dispositif d'étanchéité et les éléments tubulaires en prise. Un autre facteur de l'usure du joint d'étanchéité est les vibrations axiales et radiales importantes rencontrées dans le forage de sondages à travers des formations de terrain. A moins qu'ils en soient protégés, les paliers montés dans l'espace annulaire sont également détériorés par les particules abrasives présentes dans le fluide de forage. Etant donné que le remplacement des paliers exige de remonter la garniture de forage et de la redEsare dre à un coût élevé, on a consacré des efforts à isoler les paliers du fluide abrasif de forage en les logeant dans une chambre à lubrifiant forme au moins en partie par deux dispositifs d'étanchéité à l'intérieur de l'espace annulaire. Cependant, si l'un de ces dispositifs d'étanchéité ou les deux assument également la fonction d'un élément de séparation de pression, il s'use rapidement et permet aux fluides abrasifs de forage de pdnXtrer dans la chambre à lubrifiant. En raison du milieu ambiant destructeur rencontré par des pièces de moteur rotatif utilisées dans une opération de forage d'un sondage, une grande partie des efforts de recherche portant sur le développement de moteurs de fond à "boue", destinés à être utilisés dans des opérations de forage en fond de sondage, a porté sur la protection des paliers et des surfaces d'étanchéité en mouvement contre l'effet abrasif des fluides de forage communément appelés "boue" de forage. Les brevets des Etats-Unis d'Amérique N" 3 659 662, N" 3 666 333, N" 3 971 450, N" 4 019 591, N" 4-222 445, N" 4 256 189 et N" 4 260 032 s'attaquent à ce problème. Ils traitent du problème de la protection des surfaces de paliers ou autres vis-à-vis de la boue de forage, par divers moyens. Le brevet N" 3 659 662 précité décrit un outil qui est destiné à résoudre ce problème par la mise en oeuvre d'un dispositif dans lequel il est formé un labyrinthe dans l'espace annulaire compris entre l'arbre et le corps. L'arbre présente des orifices de manière que la chute de pression ait lieu à travers le labyrinthe et que la pression soit équilibrée de part et d'autre du dispositif d'étanchéité formant la chambre à lubrifiant dans laquelle les paliers sont logés.Cependant, si les passages traversant le labyrinthe sont petits, ils tendent à être obstrués par les particules du fluide de forage, ce qui diminue l'effet de refroidissement et, si ces passages sont suffisamment larges pour permettre la circulation d'un volume important de fluide de forage, l'efficacité avec laquelle le trépan effectue le forage diminue considérablement. En outre, même dans le cas où le labyrinthe doit être remplacé par un troisième dispositif d'étanc-héité du type non fuyant, comme décrit dans le brevet No 3 971 450 précité, il peut encore être détérioré par la tendance des particu- les du fluide de forage à pénétrer entre les faces d'étanchéité. Le brevet N" 3 666 333 précité présente un certain nombre de caractéristiques relativement complexes visant à résoudre ce problème. Ce brevet décrit des dispositifs d'étanchéité supérieur et inférieur placés au-dessus et au-dessous des paliers et comprenant des chambres remplies de graisse et d'huile afin d'enpê- cher l'entrée de fluides du sondage dans les paliers. De plus, un labyrinthe constitué de pièces annulaires complémentaires est placé au-dessus du dispositif d'étanchéité supérieur afin de s'opposer également â l'écoule- ment des fluides de forage, sous la pression plus élevée régnant à l'intérieur des tiges de forage, vers l'inté- rieur des paliers rotatifs et vers les surfaces du moteur de forage. De nombreux dispositifs, tels que celui décrit dans le brevet N' 3 971 450 prFcit*, utilisent des joints de configuration irrégulière qui, lorsqu'ils ne sont pas maintenus assemblés dans l'outil de puits, sont soumis à une extrusion et une déformation sous l'effet de la chaleur et des pressions apparaissant dans le sondage. Ces joints d'étanchéité se détériorent et deviennent inefficaces pour protéger les pièces en mouvement du milieu ambiant du sondage. le brevet N 4 222 445 précité utilise un fluide tampon pour protéger une chambre à lubrifiant. Cependant, 1'ignorance d'autres problèmes importants tels que l'usure des joints raccourcit l'aptitude d'un tel dispositif d'étanchéité à protéger les paliers. De nombreuses tentatives de résolution de ce problème ont porté simplement sur une utilisation de la force brute, c'est-à-dire sur l'utilisation d'une surface d'étanchéité importante, sous une pression élevée, comme indiqué pour le joint inférieur décrit dans le brevet N' 4 019 591 précité Cette forte de réalisation propose un joint initial mais, en raison du frottement élevé et du brûlage qui en résulte du joint, la surface de ce dernier s'use et le lubrifiant commence à fuir Les brevets des Etats-Unis d'Amérique N" 3 449 021, N" 2 867 462 et N" 3 831 954 décrivent des surfaces d'étanchéité inclinées formées entre des éléments tubulaires.Le brevet N" 3 449 021 précité décrit un tel joint destiné à être utilisé entre des surfaces tournant l'une par rapport à l'autre. Cependant, la surface de contact d'étanchéité portant contre l'élément rotatif s'étend sur une bande relativement étroite qui, dans la configuration illustrée, ne convient pas à une adaptation au milieu d'un appareil de forage de sondage. De plus, en raison du milieu ambiant rude et inaccessible du sondage, il est important de réaliser une surface d'étanchéité efficace dont l'usure peut être rattrapée pour éviter des remplacements précoces et fréquents. Les brevets précités, qui ont trait à des surfaces d'étanchéité obliques, utilisent tous des éléments d'étanchéité non maintenus ou de forme irrégulière, qui seraient déformés dans les conditions dans lesquelles la présente invention est mise en oeuvre.En outre, l'usure des joints n'est pas rattrapée de façon à établir une étanchéité de durée relativement longue. On a étudié les caractéristiques de lubrification de joints hydrodynamiques et on les a décrites dans plusieurs articles : Kalsi, N.S. et G.A. Fazekas, "Feasibility Study of a Slanted 'O-ringi as aHigh Pressure Rotary Seal", article ASHE N" 72-WA/DE-14 (1972); Kalsi, M.S., "Elastohydrodynamic Lubrication of Offset O-Ring Rotary Seau', article ASME N 80-C2/Lub-7 (1980) et une dissertation de même titre soumise à l'Université de Houston en 1975. On a longtemps recherché un joint d'étanchéité perfectionné pour arbre rotatif qui assure une étanchéité simple 5 mais efficace, dans un milieu ambiant constitué de fluides abrasifs, tout en éliminant les difficultés et problèmes indiqués précédemment. La présente invention élimine ces difficultés et propose un dispositif d'étanchéité souhaitable par la mise en place d'une surface d'étanchéité hydrodynamique continue, variable axialement, entre l'arbre et le corps d'un moteur de fond de puits. Un tel dispositif d'étanchéité se comporte de façon efficace lorsqu'unie pression différentielle est appliquée au joint et qu'il est soumis à une haute température. En outre, un tel dispositif comporte un moyen permettant de rattraper l'usure du joint afin de conserver un joint d'étanchéité à haute intégrité. L'invention concerne un joint d'étanchéité d'arbre rotatif utilisant un élément d'étanchéité disposé dans un passage annulaire continu, mais variable axialement, entre des pièces tournant mutuellement. Le joint est avantageusement de configuration à bague torique inclinée ou à spires multiples. Des éléments supérieur et inférieur en contact avec le joint présentent des surfaces qui s'appliquent de façon complémentaire contre les surfaces de l'élément d'étanchéité, de préférence des surfaces inclinées ou des surfaces à spires multiples. Les éléments supérieur et inférieur de contact sont disposés de façon à pouvoir exécuter un mouvement relatif pour comprimer entre eux l'élément d'étanchéité. Des pressions différentielles sont engendrée par l'ensemble des éléments d'outil afin de déplacer au moins l'un des éléments de contact du joint vers l'autre. Dans une forme actuellement préférée de réalisation, la zone principale non supportée est utilisée pour engendrer une pression différentielle en produisant une multiplication des forces de pression différentielles qui agissent de façon à comprimer les éléments de contact du joint pour que le joint remplisse la gorge dans la quelle il est logé au fur et à mesure qu'il 8 s'use. De plus, un élément de rappel à ressort sollicite les éléments de contact du joint pour comprimer ce dernier dans des situations à faible pression différentielle, rencontrées lors de la mise en marche et de l'arrAt du moteur. Cette sollicitation supplémentaire minimise ou empêche les fuites, autrement considérables, du lubrifiant du raccord des paliers et d'étanchéitépendant ces périodes. La disposition des pièces, provoquant une compression du joint sous une pression contrôlée, par la gorge logeant le joint, constitue un dispositif qui ne fait pas appel au maintien de la forme initiale du joint. Ce dernier1 quelle que soit sa- forme Initiale, est comprimé entre les limites des éléments de contact et il prend donc la forme permise par ces éléments. Une autre caractéristique de l'invention réside dans l'utilisation d'un lubrifiant logé dans une chambre au-dessus de l'élément d'étanchéité, dans laquelle la valeur élevée d'une pression différentielle est communiquée au lubrifiant qui, lui-nEme, agit sur l'un des éléments de contact du joint pour le déplacer vers l'autre élément et comprimer ainsi le joint. Une autre caractéristique de l'invention réside dans une chambre inférieure disposée au-dessous de l'élément de contact inférieur du joint et remplie d'une matière très visqueuse, telle que de la graisse, afin d'empêcher l'envahissement des fluides ambiants dans le dispositif d'étanchéité tout en permettant i la pression des fluides ambiants d'agir -sur l ment inférieur de contact du joint. L'invention sera décrite plus en- détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels - la figure 1 est une coupe verticale partielle d'un outil de puits utilisé dans un système de forage de fond, dans lequel on peut incorporer le joint inférieur d'arbre selon l'invention - la figure 2 est une coupe verticale partielle détaillée de la zone du joint d'arbre inférieur de la figure I, montrant un joint d'arbre rotatif selon l'invention ; ; - la figure 3 est une coupe verticale d1une partie de la zone du joint dtarbra infériear de la figure 1 montrant une autre forme de réalisation d'un joint d'arbre rotatif selon l'invention - la figure 4 est une vue partielle de dessus montrant l'élément supérieur 77 de support représenté sur la figure 3 ; et - la figure 5 est une vue schématique d'un joint à bague torique déportée et d'un diagramme de vitesse correspondant. La figure 1 représente un raccord il à paliers et dispositifs d'étanchéité pouvant être incorporé dans une garniture de forage, Dans un ensemble classique de garniture de forage, un raccord de trépan est relié en 12 à l'extrémité inférieure d'un raccord 11 d'étanchéité. Le raccord 11 est monté au-dessous du corps 13 d'un raccord de moteur, avantageusement un moteur pour puits de petrole profond tel que celui décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N' 3 966 369. Le raccord 13 de moteur comprend normalement un moteur à turbine, un moteur volumétrique ou autre, comportant un arbre de sortie (non représenté > relié à un arbre 14 monte de façon à pouvoir tourner a l'inté- rieur du corps 16 du raccord 11. Le corps 16 représenté comporte un manchon extrême supérieur annulaire 17 monté à l'intérieur du corps et relié par son extrémité inférieure à un manchon 18 d'entretoisement. Une bague 19 de palier est reliée à l'extrémité inférieure du manchon 18 d'entretoisement. Un montage vertical descendant alterné de manchons 18, 18a, 18b et 18c d'entretoisement et de bagues 19, 19a et 19b de palier est représenté comme étant disposé à l'intérieur du corps 16 pour porter les eléments constituant la partie principale du raccord 11. Ces éléments comprennent en outre un piston mobile 21 monté de façon à pouvoir coulisser entre le manchon d'entretoisement 18 et un manchon d'usure 22 sur la surface extérieure de l'arbre 14. Un ressort 23 est disposé entre l'extrémité supérieure du piston 21 et un épaulement annulaire 24 tourné vers l'intérieur, formé sur le manchon extrême supérieur 17. Un évidement annulaire formé dans la paroi intérieure du piston 21 porte un ressort annulaire 26 destiné à comprimer un ensemble 27 de garnitures annulaires logé dans l'évidement annulaire du piston 21. Des bagues toriques (non représentées), montées sur la paroi latérale extérieure du piston 21, établissent un contact étanche avec l'alésage intérieur du manchon 18 d'entretoisement. Plusieurs chambres et espaces annulaires 28 communiquant entre eux, formés entre le corps 16 et l'arbre 14, sont remplis d'une huile lubrifiante pour établir un bain d'huile pour les paliers logés dans le raccord 11. Un palier radial 29 est illustré entre le manchon d'usure 22 et le manchon d'entretoisement 18 pour établir un montage concentrique de l'arbre 14 à l'intérieur du corps 18 et pour supporter les forces latérales agissant sur le raccord 11, telles que celles dues aux déviations du sondage, qui agissent contre le raccord. L'extrémité inférieure du manchon d'usure 22 comporte un épaulement annulaire 31 faisant saillie vers l'extérieur, qui est disposé pour maintenir une butée axiale 32 contre une partie 33 faisant saillie vers le haut de la bague 19 de palier.Une partie 34 faisant saillie vers le bas de la bague 19-de palier est disposée de façon à former le haut d'une chambre circonférentielle destinée à loger une bague non compres- sible 36 de butée. Les parois inférieure et intérieure de la chambre circonférentielle sont constituées par un élément annulaire 37 de forme en "L' se déplaçant sur le dessus d'une butée axiale 32a.La face inférieure de la butée axiale 32a est supportée par un collier 38 de l'arbre rotatif, serré autour de l'arbre 14 et comportant un épaulement qui fait saillie dans l'espace annulaire compris entre l'arbre 14 et le corps 16 afin de maintenir le palier 32a dans sa position verticale dans l'ensemble à paliers et joints du raccord il Des butées axiales 32b et 32c sont disposées d'une manière similaire à la disposition décrite cidessus pour le positionnement du palier 32a dans l'ensemble. Un palier radial inférieur 29a est illustré entre l'arbre 14 et le corps 16. Dans l'agencement de paliers décrit ci-dessus, la butée axiale supérieure 32 est disposée de façon à supporter les forces de butée agissant vers le bas sur l'arbre 14 par rapport au corps 16. Ceci se produit lorsque la garniture de forage est placée au-dessus du fond du trou.Lorsque l'outil de forage repose sur le fond et qu'un poids est appliqué à la garniture de forage, les butées axiales 32a, 32b et 32c portent la charge exercée vers le haut sur l'arbre 14. L'agencement des paliers et des joints décrits cidessus est celui décrit plus en détail dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique NO 4 086 788. Le joint inférieur de l'arbre, désigné globalement par la référence numérique 41 et faisant l'objet de la présente invention, sera décrit plus en détail en regard des figures 2 et 3. En référence à présent à la figure 2, le joint inférieur 41 est représenté entre l'arbre 14 et le corps 16, au-dessous du palier radial 29a. L'une des chambres annulaires 28, contenant l'huile de lubrification de l'ensemble de paliers, est illustrée comme s'étendant au-dessous du palier 29a et en communication fluide avec l'extrémité supérieure du joint inférieur 41. Un espace annulaire 35 permettant le montage du joint inférieur est formé entre l'arbre 14 et le corps 16 et aboutit, à. son extrémité supérieure, à un épaulement 42 faisant saillie vers l'intérieur sur le corps 16.Une bague 43 de butée est vissée dans l'extrémité inférieure du corps 16 pour former l'extrémité inférieure de l'espace annulaire 35 destiné à loger le joint 41. Un élément 44 de support du joint inférieur comprend un manchon annulaire comportant une partie 46 de support s'étendant vers le haut, l'élément 44 de support étant dimensionné pour être logé dans l'extrémité inférieure de l'espace annulaire 35. L'extrémité inférieure de l'élément 44 de support repose sur le dessus de la bague 43 de butée. Deux bagues annulaires 47 d'étanchéité en feutre sont représentées écartées longitudinalement l'une de l'autre sur la paroi intérieure de l'élément 44 de support pour 8 s'opposer à la pénétration des fluides de forage dans l'extrémité inférieure du dispositif d'étanchéité 41.Bien qu1empêchant l'introduction de tels fluides, conjointement avec une matière visqueuse telle qu'une graisse placée au-dessus d'eux, les joints en feutre ne sont pas suffisants pour empêcher la transmission de la pression de l'espace annulaire du sondage vers l'intérieur de l'extrémité inférieure de l'espace annulaire 35. Un orifice 48 est réalisé à travers la paroi du corps 16 pour permettre l'introduction de graisse dans l'espace annulaire 35 et il est équipé d'un raccord qui l'obture lorsque de la graisse n'est pas en cours d'injection. La graisse arrive à la face intérieure de l'élément 44 de support par un orifice 51 ménagé dans la paroi de la partie 46 de support s'étendant vers le haut.Une bague torique 30 d'étanchéité est logée dans une gorge ménagée dans la paroi extérieure de l'élément 44 de support, entre ce dernier et l'alésage intérieur du corps 16. La surface supérieure 53 de la partie 46 de support est profilée de façon à épouser étroitement la surface inférieure de l'élément inférieur 52 d'étanchéité. Cet élément 52 d'étanchéité et la surface 53 de profil complémentaire sont caractérisés par une variation axiale et sont avantageusement inclinés ou à spires multiples. En ce qui concerne à présent l'extrémité supérieure de I'ensetipble 41 d'étanchéité, un assemblage 57 de ressorts annulaires, par exemple des ressorte Bellevîlle, est disposé dans l'espace annulaire 35, juste au-dessous de l'épaulement 42. le bas de l'assembla- ge 57 de ressorts agit vers le bas sur la surface supérieure 58 d'un élément annulaire supérieur 59 de support.Cet élément 59 de support comporte une partie annulaire 62 s'étendant vers le bas qui entoure la paroi intérieure de l'espace annulaire et s' étend au-delà du joint 52, 11 extrémité inférieure de la partie annulaire 62 n'étant pas supportée par le dessous et étant soumise à la pression du fluide qui règne dans l'espace annulaire, audessous ou à l'extérieur du corps 16. Une bague annulaire torique 63 d'étanchéité est logée dans une gorge entourant la paroi extérieure de l'élément supérieur 59 de support afin d'assurer létanchéité de l'extreité inférieure de la partie 62 vis-d-vi8 de la pression différentielle élevée de l'huile dans la chambre 28.La surface inférieure 64 est formée sur le côté inférieur d'un épaulement formé sur la paroi intérieure de l'élément supérieur 59 de support. La surface 64 est agencée de façon à épouser étroitement la surface supérieure d'un élément supérieur 66 d'étanchéité. Cet élément 66 et la surface 64 sont caractérisés par une variation axiale et sont avantageusement inclinés ou a spires multiples. Par conséquent, dans une forme actuellement préférée de réalisation, les surfaces 64 et 53 sont parallèles et forment une gorge annulaire inclinée dans laquelle sont logés le joint annulaire inférieur 52 et le joint annulaire ais rieur 66.Dans la forme de réalisation représentée sur la figure 2, le joint supérieur 66 est illustré sous la forme d'une bague torique et le joint inférieur 52 est illustré sous la forme d'une garniture tressée. En raison de l'effet de compression du dispositif d'étanchéité décrit ci-dessus, les matières du joint Sont comprimées de façon à remplir la gorge formée par les surfaces supérieure et inférieure 64 et 53, respectivement, et par la paroi extérieure de l'arbre 14 et la paroi intérieure verticale de la partie 62. Ainsi, quelle que soit la forme particulière de la garniture ou du joint utilisé dans le dispositif, le joint est déformé pour épouser la forme de la gorge De plus, les joints sont réalisés de manière qu'un rayon 67 soit formé par les bords intérieurs des surfaces verticales d'étanchéité, tournées vers l'arbre 14, des éléments d'étanchéité 52 et 66. En référence à présent à la figure 3, on y voit représenté une variante du dispositif 41 d'étanchéité. L'espace annulaire 35 délimite entre le corps 16 et l'arbre 14 est agence entre l'épaulement supérieur 42 et la bague inférieure 43 de butée comme montré sur la figure 2. L'élément de support inférieur 71 comporte également, de façon similaire, des joints 47 en feutre disposés sur sa paroi intérieure afin de porter contre la surface extérieure de l'arbre 14. Une bague torique 30 est montée sur la paroi extérieure de l'élément de support inférieur 71 afin de s'appliquer de façon étanche contre l'alésage du corps 16. Un orifice d'injection de graisse et un graisseur 48 permettent de remplir l'espace annulaire 35 d'une matière visqueuse, à l'extré- mité inférieure du dispositif d'étanchéité.L'élément inférieur 71 de support comporte à son extrémité supérieure une partie annulaire élargie 72 qui est dimensionnée pour remplir l'espace compris entre le corps 16 et llar- bre 14. Des trous verticaux 73 sont formés, en une série radiale, sur le pourtour de la partie extrême supérieure 72 de l'élément 71 de support. La surface supérieure de la ~ partie élargie 72 présente une zone 74 destinée à s'appliquer de façon étroite contre un élément annulaire 76 d'étanchéité. Ces surfaces sont caractérisées par une variation axiale et elles sont avantageusement inclinées ou à spires multiples. Un élément supérieur 77 de support est placé au-dessus de l'élément 76 d'étanchéité et présente une surface inférieure 78 destiné à entrer en contact étroit avec le dessus de l'élément 76 dsétanchéiré. Un assemblage de ressorts 57 est disposé entre 1 t épaulement 42 et le dessus du support supérieur 77.Une série radiale de trous verticaux 79 est également formee dans le support supérieur 77 et ces trous sont alignés sur les trous verticaux 73 de la partie supérieure 72 de l'élément inférieur 71 de support. La partie supérieure des trous 79 est élargie afin de recevoir la tête 81 d'une goupille 82 dimensionnée pour se loger dans les trous alignés 79 et 73. Un canal vertical 83 fait communiquer le fond de chaque trou 73 avec l'espace annulaire 35 ménagé dans la partie inférieure du dispositif d'étanchéité. De l'huile remplit la chambre ou les espaces 28 situés au-dessus du support supérieur 77. La figure 4 est une vue de dessus du support supérieur 77. Les têtes 81 des goupilles 82 sont illustrées dans l'état assemblé dans les séries radiales de trous verticaux 79. Le joint 76 est constitué de couches d'une matière convenable d'étanchéité, disposée suivant une configuration annulaire continue de façon à présenter une variation axiale, avantageusement inclinée ou à spires multiples, pour s'ajuster dans la gorge définie par les surfaces 78 et 74 des éléments de support supérieur et inférieur 77 et 71, respectivement. Un rayon 86 est formé sur chacun des bords supérieur et inférieur, tournés vers l'intérieur, du joint 76 afin de faciliter le soulèvement de ces bords intérieurs du joint par la force hydrodynamique de l'huile de lubrification se déplaçant au-delà du joint. L'effet hydrodynamique de la pellicule d'huile de lubrification sur le joint apparat plus clairement sur la figure 5. Celle-ci est une zeprésentaticn schérnat de la forme en développé circonférentiel du joint 76 de la figure 3 effectuant un tour par rapport à l'arbre 14. En raison de la variation axiale du joint, par exemple la configuration inclinée du joint 76 par rapport au trajet de rotation de la surface de l'arbre 14, le joint, qui présente une largeur verticale S, se déplace sur une course ayant une largeur verticale P au cours d'un tour de l'arbre 14. Etant donné que l'arbre tourne par rapport au joint, le lubrifiant tend à se déplacer dans une direction sensiblement horizontale autour de l'arbre. La vitesse horizontale ainsi appliquée à l'huile est indiquée par le vecteur VO sur la figure 5. La vitesse représentée par V peut être divisée en deux composantes o vectorielles, à savoir VL qui est la vitesse de déplace- ment de l'huile dans une direction latérale le long du trajet du joint et VT qui est la vitesse agissant transversalement à la paroi latérale du joint 76. La composante VT a pour effet sur l'huile, en coopération avec le rayon 86 des bords du joint 76, de soulever le joint et de la faire passer au-dessous de ce joint de façon à former une mince couche d'huile lubrifiante entre le joint 76 et l'arbre 14.De plus, étant donné qu'il existe une pression différentielle appliquée au joint 76 par suite de la pression développée à travers le moteur de fond, par exemple, une force descendante résultante est appliquée à l'huile effectuant un mouvement alternatif de part et d'autre du joint pendant que l'arbre se déplace par rapport à l'huile. Ce mouvement alternatif de l'huile est dd au trajet ondulant ou sinusoïdal suivi par le joint par rapport à l'arbre, ce qui a pour effet de placer les parties de l'arbre alternativement audessus et au-dessous du joint. L'effet de ce dispositif d'étanchéité et de l'écoulement hydrodynamique produit par rapport à lui est d'établir constamment une surface de lubrification entre le joint 76 et l'arbre 14, ce qui tend à réduire la température du joint ainsi qu'à lubrifier l'arbre rotatif et à empêcher ainsi le joint de brûler et de devenir cassant. La Invention du brûlage et de la fragilisation réduits notablement l'usure du joint.L'écoulement résultant de l'huile dans une direction favorise également la réduction de température du dispositif en évacuant la chaleur de la surface d'étanchéité Lorsqu'un outil de forage comportant le dispositif d'étanchéité selon l'invention, tel que décrit ci-dessus, est mis en oeuvre, une pression différentielle apparat à travers l'outil, de sorte qu'il existe, dans la partie de l'outil située au-dessus du trépan de forage, une pression supérieure à celle présente au-dessous du trépan. La pression plus élevée de cet outil est transmise à l'extrémité supérieure du raccord il de paliers et de joints (figure 1) au moyen du piston 21 situé à l'extrémité supérieure du raccord 11.Cette pression est transmise par le lubrifiant, contenu dans les chambres 28, à travers le raccord il jusqu'à l'extrémité inférieure du raccord bordant le dispositif 41 d'étanchéité. En référence à présent à la figure 2, cette pression est transmise à l'extrémité supérieure de l'élément supérieur 59 de support et elle agit vers le bas sur l'aire A1. Cette forme descendante est appliquée à la surface supérieure des joints 52 et 66. La bague 43 de butée empêche l'élément inférieur 44 de support de descendre, ce qui a pour effet de comprimer le joint entre les éléments supérieur et inférieur 59 et 44 de support, respectivement.Au fur et à mesure que les surfaces intérieures des joints 52 et 66 s'usent,- la force prévue entre les éléments de support ferme de façon appropriée la gorge définie par les surfaces 53 et 64 pour maintenir continuellement le joint enserré au fur et à mesure qu'il s'use et pour le pousser an contact d'étanchéité avec l'arbre et l'élément supérieur de support. La pression différentielle indiquée cidessus, qui agit de façon à rapprocher les éléments de support l'un de l'autre, est en outre renforcée par un effet de déséquilibre d'aires qui résulte de la configuration des supports supérieur et inférieur du joint et de leur coopération dans l'assemblage. Comme décrit précédemment, une force descendante exercée sur le dessus des joints est représentée par une pression plus élevée PH régnant dans l'alésage de l'outil et agissant sur l'aire A1, comme illustré sur la figure 2. la force exercée vers le bas est égale au produit A1 x PH. La pression plus faible PL de l'espace annulaire du sondage agit sur l'aire A2 de la partie non supportée 62 descendant de l'élément 59 de support.La force hydraulique agissant donc vers le haut sur l'élément supérieur 59 de support est PL x A2. Une troisième force agissant vers le haut sur l'élément 59 de support est représentée par une pression inconnue Ps agissant sur les joints ou sur l'aire A3, également representée par A1 - A2. Un simple diagramme des forces peut être défini avec des exemples de pressions et d'aires pour faire apparaître que la pression P5 agissant sur les joints est toujours supérieure à la pression du lubrifiant présent dans la chambre 28 disposée au-dessus. La pression P appliquée s aux joints est calculée comme étant : P5 = (PH.A1 - P1.A2)/ (A1 - A2). Cet effet d'aire non supportée renforce ainsi la caractéristique de compensation d'usure du dispositif. Non seulement les joints durent plus longtemps, mais on évite toute fuite incontrolée de l'huile au-delà du joint, à un débit supérieur au débit de fuite souhaité La partie du dispositif d'étanchéité située au-dessous des joints 66 et 52 est remplie d'une matière très visqueuse telle que de la graisse qui, avec les joints en feutre 47, empêche les fluides de forage de pénétrer dans la zone des joints. Les joints en feutre 47 s'imprègnent également de la graisse. La graisse située au-dessous des joints empêche, avec l'écoulement d'huile descendant résultant tel que décrit ci-dessus, les fluides de forage d'envahir l'ensemble par le dessous. Cependant, le dispositif permet à la pression des fluides de forage régnant dans l'espace annulaire du sondage d'être transmise à la chambre à graisse au-dessous des joints 66 et 52. Lorsque l'outil de la figure 1 est immobile, commence à tourner ou cesse de tourner, il est probable que la différence de pression à laquelle on fait appel pour comprimer les joints ne soit pas suffisamment élevée pour intervenir de façon à empêcher la fuite de lubrifiant au-delà des joints. L'assemblage 57 de ressorts agit donc vers le bas sur l'élément supérieur 59 de support pendant les périodes de rotation faible ou nulle en plus de maintenir les organes dans l'assemblage. La forme de réalisation illustrée sur la figure 3 fonctionne de façon similaire à celle de la figure 2 décrite précédemment, sauf que les goupilles 82 représentent l'aire non supportée qui produit l'effet multiplicateur de la pression différentielle appliquée au joint 76. La description précédente de l'invention a porté principalement sur une forme particulièrement avantageuse de réalisation. il est cependant évident à l'homme de l'art que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. Par exemple, bien que la description du dispositif ait indiqué principalement l'utilisation d'un élément d'étanchéité incliné, la description donnée ci-dessus et les illustrations permettent de concevoir le remplacement du joint incliné dé la forme de réalisation illustrée par tout élément d'étanchéité ayant une configuration présentant une variation axiale suffisante, par exemple des spires multiples, pour produire la lubrification hydrodynamique souhaitée. En outre, il est possible de modifier les dimensions, les formes et les matières, ainsi que des details de la forme de réalisation représentée. Enfin, bien que le dispositif d'étanchéité ait été décrit dans son utilisation avec un outil de forage, il peut être adapté à une utilisation dans tout dispositif faisant appel à un joint rotatif. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'étanchéité pour arbre rotatif, destiné à assurer l'étanchéité d'un espace annulaire compris entre un arbre rotatif (14) et un corps (16) entourant cet arbre, caractérisé en ce qu'il comporte un joint annulaire (52, 66) présentant des surfaces supérieure et inférieure de contact et une configuration variable axialement, entourant l'arbre rotatif afin qu'une surface d'étanchéité de ce joint glisse contre l'arbre, des premier et second éléments (49, 54) destinés à s'appliquer étroitement contre les surfaces supérieure et Inférieure de contact du joint et disposés pour permettre un mouvement longitudinal relatif entre eux, des moyens actionnés par une pression différentielle de fluide afin de tendre à rapprocher l'un de l'autre les premier et second éléments, et des moyens destinés à empêcher sensiblement le joint d'entrer en contact avec le fluide présent dans le milieu ambiant du corps. 2. Dispositif d'étanchéité selon larevendica- tion 1, caractérisé en ce que lesdits moyens destinés à empêcher le contact du joint comprennent une chambre (28) contenant un fluide lubrifiant dans lequel le joint est placé. 3. Dispositif d'étanchéité selon la revendication 2, caractérisé en ce que le joint divise ladite chambre entre un câté à haute pression et un cOté à basse pression, et en ce qu'un écoulement forcé de fluide lubrifiant est maintenu à travers le joint. 4. Dispositif d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisé en ce que le joint est en communication fluide, sur un coté à haute pression, avec une première chambre (28) contenant un fluide lubrifiant et est en communication fluide, sur un côté à basse pression, avec une seconde chambre (35) contenant un fluide ayant une viscosité supérieure à celle du fluide lubrifiant, et en ce qu'un écoulement forcé de fluide lubrifiant est maintenu à travers le joint. 5. Dispositif d'étanchéité selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens destinés à transmettre la pression du milieu ambiant, régnant à l'intérieur de l'arbre, audit fluide contenu dans l'une des chambres. 6. Dispositif d'étanchéité selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens destinés à transmettre la pression du milieu ambiant, à l'extérieur du corps, audit fluide contenu dans l'une des chambres. 7. Dispositif d'étanchéité selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des éléments d'arrêt (47) disposes entre les fluides contenus dans lesdites chambres et le fluide du milieu ambiant du corps et de l'arbre, ces éléments d'arrêt étant capables de transmettre la pression, mais empêchant pratiquement le fluide du milieu ambiant de pénétrer dans lesdites chambres. 8. Dispositif d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'un des premier et second éléments de contact est une bague annulaire mobile verticalement entre le corps et l'arbre et comportant une partie destinée à s'appliquer étroitement contre l'une des surfaces supérieure et inférieure du joint, l'une des surfaces supérieure et inférieure de la bague annulai- re formant une aire non supportée de façon que cette bague soit sollicitée dans la direction de l'aire non supportée pour tendre à déplacer ladite partie de la bague annulaire vers sa position de contact étroit avec l'une des surfaces supérieure et inférieure du joint. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une chambre remplie d'huile adjacente au joint et communiquant avec lui, ladite bague annulaire étant disposée entre la chambre et le joint et des moyens étant destinés à transmettre la pression du fluide de forage régnant dans la garniture de forage à ladite chambre remplie d'huile. 10. Dispositif d'étanchéité selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des éléments annulaires d'arrêt (47) disposés entre le corps et l'arbre et espacés longitudinalement de l'autre desdites surfaces supérieure et inférieure et du bas du corps, un fluide visqueux étant disposé dans l'espace longitudinal compris entre les éléments annulaires d' arrêt et l'autre desdites surfaces supérieure et inférieure. 11. Dispositif d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisé en ce quffil présente en outre un rayon (86) formé sur les bords d'au moins l'une des surfaces plates d'étanchéité.