Brevet FR2778700A1 — publié le 19991119

MOTEUR FONCTIONNANT SELON LE PRINCIPE MOINEAU, EN PARTICULIER MOTEUR POUR FORAGES PROFONDS La présente invention part d'un moteur fonctionnant selon le principe Moineau, en particulier d'un moteur pour forages profonds, par exemple pour l'extraction de pétrole, une partie intérieure hélicoïdale se trouvant à l'intérieur d'une partie extérieure, la partie extérieure étant pourvue d'un revêtement intérieurement de forme hélicoïdale en un élastomère destiné à recevoir la partie intérieure et la partie extérieure et la partie intérieure pouvant tourner l'une par rapport à 1 ' autre. Le principe Moineau prévoit que le revêtement de la partie extérieure présente une spire de plus que la partie intérieure formant le noyau. Le principe Moineau serait donc par exemple satisfait si le revêtement en élastomère présentait intérieurement cinq spires alors que la partie intérieure n'en présentait que quatre. Dans des moteurs de forage connus, la partie extérieure est formée dans la région du moteur proprement dit d'un tube en acier cylindrique qui comporte le revêtement en élastomère qui est pourvu quant à lui d'un espace de réception hélicoidal pour la partie intérieure. Du fait des spires, on obtient, vu sur le pourtour du tube en acier, des épaisseurs de paroi de l'élastomère très différentes qui entraînent une sollicitation également différente de l'élastomère. 2 2778700 Il est de plus souhaitable, en particulier dans des moteurs de forage, d'utiliser l'espace annulaire qui se trouve à l'extérieur de la partie extérieure entre le moteur et la paroi du trou de forage, par exemple pour ramener le fluide sous pression aux fins d'entraîner le moteur de forage, et de donner à cet espace des dimensions aussi grandes que possible en vue d'obtenir une grande section de passage. L'invention a pour objectif de satisfaire largement à ces exigences et d'obtenir, par une configuration particulière de la partie extérieure, des sections favorables pour le revêtement et des dimensions transversales aussi petites que possible pour la partie extérieure. Cet objectif est atteint par le fait que selon l'invention, la partie extérieure métallique et son revêtement en élastomère présentent chacun, sur leur prolongement axial, au moins sensiblement la même épaisseur de paroi et que d'autre part la partie extérieure métallique est ondulée sur son pourtour dans la mesure o des parties concaves se trouvent entre des parties convexes. L'épaisseur de paroi régulière du revêtement entraîne, avec une consommation minimale de matériau, une meilleure sollicitation de l'élastomère. D'autre part, les creux concaves sur la face extérieure de la partie extérieure créent des espaces supplémentaires permettant de ramener par exemple le fluide sous pression aux fins d'entraîner le moteur. L'invention procure en outre des avantages particuliers en ce qui concerne la résistance de la partie extérieure et les possibilités de l'adapter au tracé du forage lorsque le moteur est utilisé dans des sondages sur une grande longueur. 3 2778700 D'autres détails de l'invention ressortiront mieux à la lecture de la description d'un exemple de mise en oeuvre de l'invention représenté sur les dessins sur lesquels: la figure 1 est une vue en coupe longitudinale partielle verticale d'un moteur de forage destiné à descendre dans des forages profonds, par exemple pour l'extraction de pétrole (moteur down-hole), et la figure 2 est une vue en coupe suivant la ligne II-II de la figure 1. Le moteur de forage est constitué pour l'essentiel d'un stator 1 pourvu de parties terminales 2 servant d'éléments de liaison et d'un revêtement 3 en caoutchouc ou analogue qui est de préférence fixé intérieurement sur l'enveloppe 4 du stator 1. La partie active du stator 1 qui se trouve entre les parties terminales 2 peut s'étendre sur plusieurs mètres tandis que les parties terminales 2 possèdent seulement une longueur relativement courte suffisante pour établir des raccordements, par exemple au moyen de filetages. La partie terminale 2 supérieure sert ainsi à monter les tiges de forage, la partie terminale inférieure forme la transition avec l'outil à entrainer, par exemple avec le trépan de forage ou avec son support. La cavité 5 délimitée par le revêtement 3 est destinée à recevoir un rotor 6 qui est libre vers le haut et qui comporte à l'extrémité inférieure une partie d'accouplement 7 ayant un taraudage auquel est raccordé un arbre articulé ou analogue qui compense l'excentricité e et établit la liaison avec l'outil. Pour faire fonctionner le moteur, on envoie par le haut un fluide sous pression dans la partie terminale 2 située à cet endroit. Ce fluide entraîne le rotor 6 et ainsi l'outil en rotation. Il quitte le moteur en se dirigeant vers le bas et il est évacué vers le haut à l'extérieur entre la face extérieure du stator 1 et la paroi intérieure 8 du trou de forage. Le fluide sous pression continue à être traité pendant des jours. L'enveloppe 4 est fabriquée avec les parties terminales 2 à partir d'un tube d'acier cylindrique. L'enveloppe 4 a donc sur sa longueur la même épaisseur de paroi. Il en va de même pour le revêtement 3. La hauteur de caoutchouc active est donc pratiquement constante. Il est important que l'enveloppe 4 comporte, pour cinq spires, cinq parties convexes réparties sur son pourtour sous la forme de dômes 9 entre lesquels se trouvent des parties 10 concaves qui forment extérieurement sur l'enveloppe 4 des creux il hélicoïdaux et produisent un agrandissement de la section d'écoulement entre l'enveloppe 4 et la paroi intérieure 8. Le rotor 6 présente quatre spires, il a sensiblement la forme d'une croix et il est fortement arrondi au niveau de ses quatre saillies 12 pour tenir compte de la forme hélicoïdale de l'enveloppe 4. Il va de soi que l'invention n'est pas liée au nombre de spires mais elle est de préférence utilisée avec des stators comportant quatre à six spires. Le tube lisse utilisé pour la fabrication du stator est façonné uniquement sur des parties de sa longueur pour réaliser la forme d'arbre. Les parties terminales 2 cylindriques souhaitées sont donc des parties du produit de départ pour le stator du moteur. Le tube configuré de la manière indiquée est ensuite pourvu intérieurement du revêtement 3 élastique. L'invention peut également être utilisée avec des pompes, un fluide liquide ou pâteux étant refoulé par rotation du rotor. L'invention peut de plus également être utilisée lorsque le moteur représenté est exploité en sens inverse, c'est-à-dire que la partie qualifiée de rotor 6 sur le dessin est exploitée comme stator et que le stator 1 est donc exploité comme rotor. L'invention doit cependant être de préférence utilisée dans des moteurs de forage (down-hole motor) car c'est là qu'elle offre les plus grands avantages. La figure 2 montre que la forme d'arbre et l'ampleur de l'arrondi ou l'amplitude et la longueur des dômes 9 d'une part et des parties 10 concaves d'autre part se correspondent pratiquement. Les dimensions périphériques des éléments 9, 10 coïncident donc pour l'essentiel de même que la dimension de leur écartement radial. De préférence, pour une forme hélicoïdale correspondante de la partie intérieure 6, la partie extérieure 4 comporte de deux à sept fois le nombre de spires. 6 2778700 REVENDICATIONS 1. Moteur fonctionnant selon le principe Moineau, en particulier moteur pour forages profonds, une partie intérieure hélicoïdale se trouvant à l'intérieur d'une partie extérieure, la partie extérieure étant pourvue d'un revêtement intérieurement de forme hélicoïdale en un élastomère destiné à recevoir la partie intérieure et la partie extérieure et la partie intérieure pouvant tourner l'une par rapport à l'autre, caractérisé en ce que la partie extérieure (4) métallique et son revêtement (3) présentent chacun, sur leur prolongement axial, au moins sensiblement la même épaisseur de paroi et que la partie extérieure est ondulée sur son pourtour de sorte que des parties concaves (10) se trouvent entre des parties convexes (9). 2. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les formes ondulées (dimension périphérique, écartement radial) des deux parties (9, 10) se correspondent au moins pour l'essentiel. 3. Moteur selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que pour une forme hélicoïdale correspondante de la partie intérieure (6), la partie extérieure (4) comporte de deux à sept fois le nombre de spires et les saillies (12) de la partie intérieure sont fortement arrondies comme des dômes. 4. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie extérieure (1, 4) réalisée d'une pièce ne comporte pas de spire sur une partie de sa longueur et a à cet endroit une forme sensiblement cylindrique.