Brevet FR2640679A1 — publié le 19900622

TUBE D'INJECTION POUR COLONNE ARTICULEE DE FORAGE A INJECTION D'EAU La présente invention se rapporte à un tube d'injection pour une colonne articulée de forage à injection d'eau, pré- sentant, à une extrémité, un fût emboitable percé d'un canal longitudinal et associé à des moyens d'étanchement, ainsi qu'a une cheville de verrouillage dirigée transversalement et déplaçable, dans le sens radial, par une force élastique; et, à l'autre extrémité, une extrémité d'emboîtement adaptée au fût emboitable d'un autre tube d'injection, et munie de moyens d'étanchement complémentaires ainsi que d'un évidement, s'éten- dant transversalement, pour recevoir la cheville de verrouil- lage de l'autre tube d'injection. Dans le cadre du modèle d'utilité DE-U-19 19 112, il a été proposé d'utiliser une lame de ressort dirigée longitudi- nalement, en vue du déplacement radial de la cheville de ver- rouillage. A l'état initial, cette lame de ressort présente une configuration en T. Une courte membrure transversale à deux bras, rapportée sur une extrémité de la languette élas- tique longue, est alors arrondie pour former une douille de coincement. La longueur de cette douille de coincement, mesu- rée sur le pourtour extérieur, est maintenue telle qu'elle soit adaptée à la configuration interne du fût emboitable. Toutefois, les faces extrêmes de la douille de coincement sont mutuellement distantes. Elles forment, de la sorte, un inter- stice plus large dans lequel pénètre, en condition incorpo- rée, un téton de retenue qui est arrêté dans la paroi du fût emboitable. De ce fait, la lame de ressort est consignée fer- mement à demeure dans le canal longitudinal du fût emboitable. Les moyens d'étanchement, entre deux tubes d'injection aboutés, sont matérialisés par la face extrême du fût emboi- table,; ainsi q4e par une douille d'étanchement logée dans l'espace internt de l'extrémité d'emboîtement, et contre la- quelle ladite face extrême vient s'appliquer. Cependant, ce mode d'étanchement est insuffisant en présence de galeries d'une grande profondeur et/ou de trous de forage d'une grande longueur. L'invention a pour objet le tube d'injection du type dé- crit en introduction, réalisé de façon que, tout en améliorant l'étanchéité entre deux tubes d'injection emboîtés l'un dans l'autre et en réduisant la résistance qui est opposée, à l'eau injectée, dans les tubes individuels mutuellement accouplés, le couple de résistance de la lame de ressort soit augmenté, et le montage de cette lame de ressort soit facilité à l'in- térieur du canal longitudinal. Conformément à l'invention, cet objet est atteint par la combinaison des caractéristiques suivantes: - a) un élément élastique, dirigé longitudinalement et fixé dans le canal longitudinal du fût emboUtable, est appliqué par une région extrême contre la face extrême interne de la che- ville de verrouillage; et b) une bague d'étanchement, encastrée dans une rainure annu- laire, est prévue à l'extrémité libre du fût emboitable, une surface périphérique d'étanchement étant prévue à l'ex- trémité interne de l'extrémité d'emboitement. La combinaison d'un élément élastique longiligne intégré longitudinalement dans le canal longitudinal, et de moyens d'étanchement agissant radialement, sur le fût emboitable et sur l'extrémité d'emboitement, crée les conditions préalables à une maitrise sure des fortes pressions d'eau nécessaires dans des galeries de grande profondeur, sans qu'une résistance accrue soit opposée, en contrepartie, à l'eau injectée. D'autre part, grâce à la faible résistance à 1 'eau, dans la zone d'accouplement de deux tubes d'injection, le travail peut fréquemmert s'opérer sans aucune pompe, même en présence de trous de forage de grande longueur. L'élément élastique peuk étre formé d'un fil métallique élastique, ou bien être réalisé sous la forme d'une lame de ressort. La consignation à demeure de cet élément élastique, dans le canal longitudinal, peut être assurée par rivetage, soudage ou collage. Dans une forme de réalisation avantageuse de l'invention, l'élément élastique peut être matérialisé par une lame de res- sort et être coincé, dans le canal longitudinal, par une ré- ' gion extrême fendue du type douille, adaptée à la configura- tion dudit canal; et la longueur de la douille de coincement, mesurée sur le pourtour extérieur, est de préférence dimen- sionnée légèrement plus grande que la longueur périphérique du canal longitudinal, en tenant compte de la part du retour élastique spécifique du matériau. L'avantage réside alors dans l'adaptation adéquate de la douille de coincement, prévue à l'extrémité d'une lame de ressort, à la courbure du canal lon- gitudinal. En effet, la cote en longueur de cette douille, sur son pourtour extérieur, est choisie de manière que, suite à la différence de diamètre prédéterminée entre le caral lon- gitudinal et la douille de coincement, cette dernière soit bloquée dans ledit canal, sans avoir recours à un quelconque arrêt supplémentaire. La réalisation de la douille de coince- ment, conjuguée à la languette élastique attenante, contribue elle aussi à un accroissement de la résistance à la flexion. Dans un perfectionnement préférentiel de l'idée inventi- ve fondamentale, la languette élastique est avantageusement de réalisation trapézoïdale, sa section étant adaptée à la courbure du canal longitudinal. La configuration trapézoTda- le longiligne de la languette élastique a pour effet de con- férer, à la lame de ressort, un couple de résistance encore plus grand s'opposant à la flexion, de sorte qu'elle surmonte également des processus plus fréquents d'accouplement ou de désaccouplement, sans être détériorée, même lorsqu'elle a été longtemps exposée à des eaux injectées agressives. L'adapta- tion de la section de la languette à la courbure de la paroi du canal, sur toute la longueur de cette languette élastique, contribue additionnellement à accroître le couple de résis- tance à la flexion et assure, en outre, une section interne du canal la plus grande possible. Un accroissement supplémentaire du couple de résistance de la lame de ressort est atteint grâce au fait que, dans la zone de transition avec la douille de coincement, la largeur de la languette élastique, mesurée sur le pourtour, corres- pond sensiblement, de préférence, à la moitié de la longueur périphérique de ladite douille de coincement, tandis que la largeur, à l'extrémité libre de cette languette élastique, est de préférence dimensionnée sensiblement égale au rayon de la douille de coincement. En outre, conformément à l'invention, l'extrémité libre de la languette élastique, appliquée contre la face extrême interne de la cheville de verrouillage, peut être judicieu- sement coudée vers l'extérieur dans le sens radial. Ainsi, la longueur de l'extrémité libre coudée de la languette élasti- que est adaptée à la dimension de la face extrême interne de la cheville de verrouillage, de manière à atteindre, le mieux possible, un contact s'effectuant à plat entre ladite lan- guette et ladite cheville. Selon d'autres caractéristiques avantageuses de l'inven- tion, la douille de coincement peut être fixée entre la che- ville de verrouillage et l'extrémité interne du fût emboi- table, ou bien être consignée à demeure dans la région du canal longitudinal qui est voisine de la face extrême du fût emboitable. Ainsi, grâce à l'invention, la lame de ressort peut être assujettie par coincement dans le canal longitudi- nal du fût emboitable, sa languette élastique étant alors di- rigée-vers le centre longitudinal du tube d'injection, ou bien tournée vers la face extrême du fût emboitable. D'après l'invention, la longueur du tronçon longitudinal externe du fût emboitable peut correspondre, sensiblement, à la longueur du tronçon longitudinal interne qui fait saillie au-delà de la face extrême du tube central. En variante, le tronçon longitudinal externe peut être avantageusement di- mensionné d'une longueur représentant sensiblement la moitié de celle du tronçon longitudinal interne saillant au-delà de la face extrême du tube central. Ainsi, selon le mode d'in- corporation de la lame de ressort, le tronçon longitudinal du fût emboitable, présentant une section extérieure ronde, peut être conçu différemment long. Lorsque la lame de ressort est incorporée avec sa languette élastique dirigée vers la face extrême du tube d'injection, il suffit de prévoir un tronçon longitudinal externe relativement court, de section extérieure ronde. Si, en revanche, la lame de ressort est incorporée avec sa languette élastique dirigée vers le centre longitudinal du tube d'injection, il peut être prévu un tronçon longitudinal externe du fût emboitable qui, de section ronde, possède une plus grande longueur. Avec un tel tube d'injection, la zone d'étanchement, entre deux tubes accouplés l'un à l'autre, peut également être décalée davantage en profondeur dans l'ex-. trémité d'emboitement. L'invention va à présent être décrite plus en détail à titre d'exemples nullement limitatifs, en regard des dessins annexes sur lesquels: la figure 1 est une élévation latérale, avec coupe lon- gitudinale verticale partielle, de la région extrême située côté fût d'un tube d'injection pour une colonne articulée de forage à injection d'eau; la figure 2 montre, également en élévation latérale avec coupe longitudinale verticale partielle, l'extrémité d'emboi- tement d'un tube d'injection de ce type; la figure 3 est une coupe transversale verticale du tube de la figure 1, selon la ligne III-III; la figure 4 est une coupe transversale verticale du tube de la figure 1, selon la ligne IV-IV; la figure 5 est une élévation latérale d'une lame de ressort destinée au tube des figures 1 à 4; la figure 6 est une vue en plan de la lame de ressort de la figure 5; la figure 7 est une élévation par-devant de la lame de ressort de la figure 5, observée selon la flèche VII; la figure 8 est une élévation latérale, avec coupe lon- gitudinale verticale partielle, de la région extrême située côté fût d'un tube d'injection pour une colonne articulée de forage à injection d'eau, d'après une autre forme de réalisa- tion; la figure 9 illustre, en élévation latérale avec coupe longitudinale verticale partielle, l'extrémité d'emboitement du tube de la figure 8; la figure 10 est une coupe transversale verticale du tube de la figure 8, selon la ligne X-X; et la figure 11 est une coupe transversale verticale du tube de la figure 8, selon la ligne XI-XI. Sur les figures 1 et 2, la référence numérique 1 dési- gne un tube d'injection pour une colonne articulée de forage à injection d'eau. Un tube 1 de ce genre est assemblé à d'au- tres tubes 1 identiques pour former une colonne articulée de forage à injection d'eau, en vue de ménager des trous de fora- ge dans des exploitations minières souterraines, respective- ment lors de la construction de tunnels. Des profondeurs de forage atteignant jusqu'à 200 m peuvent alors être obtenues. Le tube d'injection 1 présente un tube central médian 2, pourvu circonférentiellement d'une spire hélicoïdale 3. Des faces extrêmes 4 de cette spire 3 s'achèvent dans le plan mé- dian longitudinal vertical du tube central 2, du même côté de ce tube. Sur la majeure partie de sa longueur, le tube central 2 est de réalisation intérieurement et extérieurement circulai- re. Aux deux extrémités, la section ronde présente une défor- mation carrée, tant intérieurement qu'extérieurement (voir également la figure 4). Un fût emboitable 6 percé d'un canal longitudinal 7 est logé avec ajustement précis, par exemple par soudage, dans un polygone intérieur 5 situé à l'une des extrémités (figure 1). Les régions du fût 6 qui débordent d'une face extrême 8 du tube central 2 sont scindées en deux tronçons longitudinaux A et B, le tronçon A voisin du tube central 2 étant alors de section extérieure polygonale, tandis que l'autre tronçon B est réalisé de section extérieure ronde (figure 3). L'étendue axiale de ces deux tronçons longitudinaux A, B'est maintenue approximativement identique. Une bague d'étanchement 10 de forme torique est encas- trée, dans une rainure annulaire 9, à l'extrémité du tronçon longitudinal rond B. Peu avant la zone de transition entre le tronçon longi- tudinal polygonal A et le tronçon longitudinal rond B, une cheville de verrouillage 12 est disposée, avec faculté de dé- placement transversal, dans une pièce intégrée 11 de confi- guration correspondante. Cette cheville de verrouillage 12 est munie, dans le canal longitudinal 7 du fût emboitable 6, d'une rondelle de butée 13 dont le diamètre est plus grand que le diamètre de ladite cheville 12. Entre la rondelle de butée 13 et la paroi interne de la pièce intégrée 11, la che- ville 12 est entourée par une bague d'étanchement 14 de forme torique. La cheville de verrouillage 12 est chargée en permanence, par l'intermédiaire d'une lame de ressort 15, vers l'exté- rieur dans le sens radial. Dans ce contexte, comme le mettent en évidence les figures 1, 3 et 5 à 7, la lame de ressort 15 se compose d'une région extrême fendue 16 du type douille, adaptée à la configuration du canal longitudinal 7, ainsi que d'une languette élastique 17. La région extrême (douille de coincement) 16 et la languette élastique 17 sont réalisées d'un seul tenant. La longueur de la douille 16, mesurée sur le pourtour extérieur, est dimensionnée légèrement plus gran- de que la longueur périphérique du canal longitudinal 7, en tenant compte de la part du retour élastique spécifique du matériau. En condition non incorporée, les bords 18 de cette douille 16 bàillent à l'écart l'un de l'autre (figure 7). La languette élastique 17 est de réalisation trapézoT- dale, et d'une section également adaptée à la courbure du ca- nal longitudinal 7 (figure 3). Dans la zone de transition avec la douille Se coincement 16, la largeur de la languette élastique 17, mesurée sur le pourtour, correspond sensiblement à la moitié de la longueur périphérique de ladite douille 16, tandis que la largeur, à l'extrémité libre de cette languette 17, est dimensionnée sensiblement égale au rayon de ladite douil- le 16. Par ailleurs, comme le révèlent notamment les figures 5- et 7, l'extrémité libre 20 de la languette élastique 17, ap- pliquée contre une face extrême interne 19 de la cheville de verrouillage 12, est coudée radialement vers l'extérieur. L'on obtient, de la sorte, un contact à plat entre la languet- te 17 et la rondelle de butée 13. Dans la forme de réalisation selon la figure 1, la douil- le de coincement 16 est fermement consignée à demeure, par coincement, dans la région longitudinale du canal longitudi- nal 7 qui est voisine d'une face extrême 21 du fût emboita- ble 6. Une extrémité d'emboîtement 22 du tube d'injection 1, illustrée sur la figure 2, possède intérieurement un profil polygonal 23 qui est adapté au tronçon longitudinal polygonal A du fût emboitable 6, et qui correspond au polygone intérieur 5 à l'extrémité située côté fût. Le profil polygonal 23 se pour- suit par une zone cylindrique de transition 24 qui, en pré- sence de deux tubes d'injection 1 mutuellement accouplés, sert de surface d'étanchement en coopérant avec la bague d'étanche- ment 10 à l'extrémité du fût emboitable 6. La paroi 26 de l'extrémité d'emboîtement 22 est percée d'un évidement 27, qui coopère avec la cheville de verrouillage 12 d'un autre tube d'injection 1. La forme de réalisation, illustrée sur les figures 8 à 11, d'un tube d'injection 1' pour une colonne articulée de forage à injection d'eau, correspond dans une large mesure à la réalisation du tube 1 des figures 1 à 4, comme l'exige en soi la conception dudit tube 1'. Une différence réside dans le fait qu'un tronçon longi- tudinal B' d'un fût emboitable 6', de section extérieure ronde, est dimensionné d'une longueur ne représentant que sensible- ment la moitié de celle d'un tronçon longitudinal polygonal A'. Des considérations correspondantes s'appliquent également aux cotes en longueur d'une extrémité d'emboîtement 22' du tube d'injection 1', par rapport à un profil polygonal 23' et à un profil cylindrique 24'. Une autre différence consiste en ce que la lame de res- sort 15 visible sur les figures 5 à 7 est fixée, par rapport à la douille de coincement 16, dans une région longitudinale intérieure 25 du canal longitudinal 7. De ce fait, la languet- te élastique 17 est tournée vers la face extrême 21 du fût emboitable 6'. La réalisation de la lame de ressort 15 est identique à celle des figures 5 à 7. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au tube décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Tube d'injection pour une colonne articulée de forage à injection d'eau, présentant, à une extrémité, un ft emboi- table percé d'un canal longitudinal et associé à des moyens d'étanchement, ainsi qu'à une cheville de verrouillage diri- gée transversalement et déplaçable, dans le sens radial, par une force élastique; et, à l'autre extrémité, une extrémité d'emboitement adaptée au fût emboltable d'un autre tube d'in- jection, et munie de moyens.d'étanchement complémentaires ainsi que d'un évidement, s'étendant transversalement, pour recevoir la cheville de verrouillage de l'autre tube d'injec- tion, tube caractérisé par la combinaison des particularités suivantes: a) un élément élastique (15), dirigé longitudinalement et fixé dans le canal longitudinal (7) du fût emboitable (6; 6'), est appliqué par une région extrême (17) contre la face extrême interne (19) de la cheville de verrouillage (12); et b) une bague d'étanchement (10), encastrée dans une rainure annulaire (9), est prévue à l'extrémité libre du fût emboi- table (6; 6'), une surface périphérique d'étanchement (24; 24') étant prévue à l'extrémité interne de l'extrémi- té d'emboîtement (22; 22'). 2. Tube selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'élément élastique est réalisé sous la forme d'une lame de ressort -(15) et est coincé, dans le canal longitudinal (7), par une région extrême fendue (16) du type douille, adaptée à la configuration dudit canal longitudinal (7); et par le fait que la longueur de la douille de coincement (16), mesurée sur le pourtour extérieur, est dimensionnée légèrement plus grande que la longueur périphérique du canal longitudinal (7), en tenant compte de la part du retour élastique spécifique du matériau. 3. Tube selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la languette élastique (17) est de réalisation trapézoïda- le, sa section étant adaptée à la courbure du canal longitudi- 26 4 0 679 nal (7). 4. Tube selon au moins l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé par le fait que, dans la zone de transition avec la douille de coincement (16), la largeur de la languette élastique (17), mesurée sur le pourtour, correspond sensible- ment à la moitié de la longueur périphérique de ladite douille de coincement (16), tandis que la largeur, à l'extrémité libre (20) de cette languette élastique (17), est dimensionnée sen- siblement égale au rayon de la douille de coincement (16). 5. Tube selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé par le fait que l'extrémité libre (20) de la lan- guette élastique (17), appliquée contre la face extrême in- terne (19) de la cheville de verrouillage (12), est coudée radialement vers l'extérieur. 6. Tube selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé par le fait que la douille de coincement (16) est fixee entre la cheville de verrouillage (12) et l'extrémité interne du fût emboitable (6'). 7. Tube selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé par le fait que la douille de coincement (16) est consignée à demeure dans la région du canal longitudinal (7) qui est voisine de la face extrême (21) du fût emboitable (6). 8. Tube selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, présentant un fût emboitable engagé dans le tube-central, et comprenant un tronçon longitudinal interne de section exté- rieure polygonale, ainsi qu'un tronçon longitudinal externe de section extérieure ronde, tube caractérisé par le fait que la longueur du tronçon longitudinal externe (B) correspond, sensiblement, à la longueur du tronçon longitudinal interne (A) qui fait saillie au-delà de la face extrême (8) du tube central (2). 9. Tube selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 ou 7, présentant un fût emboitable engagé dans le tube central, et comprenant un tronçon longitudinal interne de section ex- térieure polygonale, ainsi qu'un tronçon longitudinal externe de section extérieure ronde, tube caractérisé par le fait que le tronçon longitudinal externe (B') est dimensionné d'une longueur représentant sensiblement la moitié de celle du tron- çon longitudinal interne (A') saillant au-delà de la face ex- tréme (8) du tube central (2).