Brevet FR2846678A1 — publié le 20040507

DESCRIPTION La présente invention concerne un système d'étanchéité pour l'espace intermédiaire dans la zone de transition de deux 5 tubes de puits de diamètres différents, en particulier d'un tube de soutènement supérieur de plus grand diamètre avec un tube de filtration inférieur de plus petit diamètre, et un outil de montage pour établir la liaison étanche. Un puits est en règle générale composé d'un système de 10 tubes de différents diamètres. Dans la partie supérieure du système, dans la zone des couches non adductrices d'eau, on trouve un tube de relativement grand diamètre formant soutènement pour le trou du puits. Dans la partie inférieure, dans la zone des couches adductrices d'eau, se trouve le tube 15 de plus petit diamètre dans lequel sont prévus des filtres. Autour du tube de plus petit diamètre, le trou de forage est rempli de gravier à travers lequel l'eau parvient dans le tube de plus petit diamètre par les filtres précités. Dans le tube de plus petit diamètre se trouvent également des pompes noyées 20 qui pompent l'eau à la surface à travers des tuyaux. Les tubes de diamètres différents se chevauchent sur une longueur de deux à trois mètres. Pour empêcher que du gravier ou selon les cas de l'eau dans la couche de gravier puisse remonter et qu'ainsi du 25 gravier et de l'eau non filtrée puissent refluer à l'intérieur du tube de filtration via le tube de soutènement supérieur, on désire réaliser l'étanchéité de la partie inférieure constituée du tube de filtration avec son enveloppe de gravier qui l'entoure, à l'égard de la partie supérieure du système, 30 constituée du tube de soutènement. Le but de l'invention est de développer pour une étanchéité de sol de ce genre un système d'étanchéité efficace pouvant être monté d'en haut à travers le tube de soutènement supérieur de relativement grand diamètre. En se basant sur le système d'étanchéité décrit en introduction, ce but est atteint suivant l'invention par les particularités suivantes: a) un manchon récepteur, qui peut être fixé solidaire en rotation sur l'extrémité supérieure libre du tube de filtration inférieur de plus petit diamètre et présente au moins un ergot de verrouillage saillant de sa face périphérique en direction radiale; b) une douille d'étanchéité, qui peut être enfilée sur le manchon récepteur et présente une rainure de verrouillage débouchant à son bord inférieur, servant à recevoir l'ergot de verrouillage et comprenant une partie de serrage montant en 10 sens horaire et une partie d'enclenchement axiale qui s'y raccorde; c) un guide-outil en forme de raccord tubulaire, qui est axialement aligné avec la douille d'étanchéité, est relié rigidement avec l'extrémité supérieure de cette dernière, et 15 est équipé sur sa face latérale dans un plan de coupe transversal inférieur avec des talons de verrouillage associés à une bague de serrage et dans un plan de coupe transversal supérieur avec au moins un ergot récepteur associé à l'outil de montage; d) une garniture d'étanchéité annulaire, qui repose par son côté inférieur sur un contre-appui dépassant radialement l'extrémité inférieure du guide- outil et peut être sollicitée axialement sur son côté supérieur par l'intermédiaire de la bague de serrage enfilée sur le guide-outil et ainsi être 25 suffisamment agrandie en diamètre pour pouvoir être pressée de façon étanche contre la face latérale intérieure du tube de soutènement supérieur, lorsque la bague de serrage prend sa position de serrage sous les talons de verrouillage du guideoutil; e) l'outil de montage comprend un corps de base en forme de cloche, qui peut être fixé par son extrémité supérieure de façon solidaire en rotation sur un train de tiges de forage, présente un diamètre extérieur plus petit que le diamètre intérieur du tube de soutènement supérieur, présente à son bord 35 inférieur des entraîneurs en rotation auxquels sont associées des faces d'entraînement en rotation dans la bague de serrage, et présente dans sa zone centrale au moins une fente sensiblement en forme de j associée à l'au moins un ergot récepteur du guide-outil, laquelle fente présente une première face d'entraînement verticale faisant tourner l'ergot récepteur, et avec celui-ci le guide-outil avec sa douille 5 d'étanchéité inférieure, lors d'une rotation de l'outil de montage en sens anti-horaire; une partie de fente verticale, permettant un déplacement relatif axial entre le corps de base et le guide-outil jusqu'à prise par formes conjuguées des entraîneurs en rotation derrière les faces d'entraînement de la 10 bague de serrage; et une seconde face de butée verticale, associée à l'ergot récepteur, et limitant la rotation dans le sens du serrage de la garniture d'étanchéité dans une position tournée dans laquelle la bague de serrage s'accroche sous les talons de verrouillage prévus sur le guide-outil. Les sens de rotation indiqués et conjointement la configuration qui s'y rapporte pour les fentes et rainures pourraient également être en sens respectivement inversés. Pour le montage du système d'étanchéité selon l'invention, l'outil de montage fixé par vissage à un train de 20 tiges de forage et portant en suspension le système d'étanchéité, est descendu à travers le tube supérieur de relativement grand diamètre au moyen du train de tiges de forage, jusqu'à ce que le système d'étanchéité se pose par sa douille d'étanchéité sur le manchon récepteur du tube inférieur 25 de plus petit diamètre. Par une rotation exercée sur l'outil de montage par l'intermédiaire du train de tiges de forage, on fait tourner la douille d'étanchéité par rapport au manchon récepteur de façon que les ergots de verrouillage de ce dernier pénètrent dans la rainure de verrouillage de la douille 30 d'étanchéité et atteignent la partie d'enclenchement de la rainure de verrouillage via la partie de serrage de cette rainure, en vertu de quoi la douille d'étanchéité est sollicitée vers le bas également verticalement par rapport au manchon récepteur demeurant immobile. Le mouvement de rotation 35 de l'outil de montage pour fixer la douille d'étanchéité sur le tube de filtration inférieur se termine ensuite lorsque les ergots de verrouillage du manchon récepteur s'enclenchent dans la partie d'enclenchement précitée de la rainure de verrouillage de la douille d'étanchéité. La douille d'étanchéité est alors fixée en rotation par rapport au tube de filtration inférieur. Ensuite a lieu le serrage de la garniture d'étanchéité par des mouvements de rotation et de pression de l'outil de montage, qui exerce à cette occasion une translation relative ainsi qu'un mouvement de rotation relative par rapport au guide-outil. Par la pression verticale exercée sur l'outil de 10 montage par l'intermédiaire du train de tiges de forage, la bague de serrage et avec elle la bague d'étanchéité située endessous sont sollicitées en pression verticale, en vertu de quoi le diamètre de la bague d'étanchéité s'accroît au point que la bague d'étanchéité est appliquée de façon étanche contre 15 la paroi intérieure du tube supérieur de plus grand diamètre. Pour fixer cette position d'étanchéité, on tourne l'outil de montage poussé vers le bas et on fait ainsi tourner la bague de serrage par l'intermédiaire de ses entraîneurs en rotation, jusqu'à ce que celle-ci s'accroche avec verrouillage, par ses 20 faces de verrouillage, sous les talons de verrouillage situés sur le guide-outil immobilisé en rotation. On découple ensuite l'outil de montage de sa liaison de rotation par formes conjuguées avec la bague de serrage par un levage, donc par un déplacement de levage axial puis par une rotation on le libère 25 des ergots récepteurs du guide-outil. On peut ensuite retirer l'outil de montage par en haut, par l'intermédiaire du train de tiges de forage; le système d'étanchéité demeure dans la tuyauterie. D'autres particularités de l'invention font l'objet des 30 sousrevendications et sont exposées plus en détails en liaison avec d'autres avantages de l'invention à l'aide d'un exemple de réalisation. Les dessins représentent un mode de réalisation de l'invention à titre d'exemple. Ils montrent: - figure la: un outil de montage auquel est suspendu un système d'étanchéité, en vue latérale; figure lb: une coupe suivant la ligne B-B de la figure la; - figure lc à échelle un peu agrandie la représentation en coupe selon la figure lb en représentation perspective; - figure 2a: l'extrémité supérieure, équipée d'un manchon récepteur, d'un tube de filtration inférieur en vue latérale; - figure 2b une coupe suivant la ligne A-A de la figure 2a; - figure 2c la représentation selon la figure 2a en vue illustrative; - figure 3a: à échelle agrandie, l'outil de montage selon la figure 1 en position isolée; - figure 3b: une coupe suivant la ligne X-X de la figure 3a; - figure 4a: dans une représentation éclatée, le système d'étanchéité selon la figure 1 en vue latérale; - figure 4b: une coupe suivant la ligne X-X de la 20 figure 4a; - figure 4c: la représentation en coupe suivant la figure 4b en représentation perspective; - figure Sa: le système d'étanchéité suivant la figure 1, monté sur le tube de filtration inférieur suivant la 25 figure 2, avec l'outil de montage en position fixant le système d'étanchéité; - figure 5b: une coupe suivant la ligne A- A de la figure 5a; - figure 5c: la représentation en coupe suivant la 30 figure 5b en représentation perspective; - figure 6a: le système d'étanchéité relié au filtre de filtration inférieur à l'état serré; - figure 6b: une coupe suivant la ligne A-A de la figure 6a; et - figure 6c: la représentation en coupe suivant la figure 6b en représentation perspective. La figure 1 représente un outil de montage 1, auquel est suspendu un système d'étanchéité et que l'on descend sur l'extrémité supérieure d'un tube de filtration 2 représenté à la figure 2, pour relier celui-ci de manière étanche avec un 5 tube de soutènement supérieur, de plus grand diamètre, non davantage représenté aux dessins, qui chevauche le tube de filtration 2 de plus petit diamètre sur une longueur d'environ deux à trois mètres. Il s'agit donc d'un système d'étanchéité pour une liaison entre deux tubes de puits de diamètre 10 différent, et d'un outil de montage pour établir la liaison étanche. Suivant la figure 2, un manchon récepteur 3 peut être fixé en rotation sur l'extrémité supérieure libre du tube de filtration inférieur 2. Le manchon 3 est équipé de deux ergots 15 de verrouillage 4 opposés, saillant radialement vers l'extérieur de sa face latérale. Dans sa zone d'extrémité supérieure, le tube de filtration 2 comporte sur sa face latérale trois ailettes de centrage 5 agencées décalées périphériquement. Le système d'étanchéité représenté en vue éclatée à la figure 4 comprend une douille d'étanchéité 6, qui peut être enfilée sur le manchon récepteur du tube de filtration 2 et présente deux rainures de verrouillage 7 opposées, débouchant chacune à leur bord inférieur, servant à recevoir les ergots de 25 verrouillage 4 du manchon récepteur 3. Chaque rainure de verrouillage 7 comprend une partie de serrage 7a montant en direction horaire et une partie d'enclenchement axiale 7b qui s'y raccorde. Au bord supérieur de la douille d'étanchéité 6 est fixée 30 une bague adaptatrice 8 de plus grand diamètre, servant à recevoir un joint torique 9 ainsi qu'à fixer l'extrémité inférieure d'un guide-outil 10 réalisé sous la forme d'un raccord tubulaire, lequel en position montée est axialement aligné avec la douille d'étanchéité 6. Le guide-outil 10 est 35 équipé sur sa face latérale avec des talons de verrouillage ll dans un plan de coupe transversal inférieur et avec deux ergots récepteurs opposés 12 dans un plan de coupe transversal supérieur, dont la fonction sera exposée plus loin. Le système d'étanchéité comprend en outre une garniture d'étanchéité annulaire 13 qui repose sur la bague adaptatrice 8 5 constituant un contre-appui pour la garniture 13 et qui peut être sollicitée sur son côté supérieur par l'intermédiaire d'une bague de serrage 14 enfilée sur le guide-outil 10, et ainsi être agrandie en diamètre au point de pouvoir être pressée de façon étanche contre la face latérale intérieure du 10 tube de soutènement supérieur non représenté. Pour fixer cette position d'étanchéité, on fait tourner la bague de serrage 14 dans sa position de serrage, dans laquelle elle s'accroche avec verrouillage par des rainures d'arrêt sous les talons de verrouillage il précédemment décrits prévus sur la face 15 latérale du guide-outil 10. La bague de serrage 14 présente une couronne de plus petit diamètre munie d'entailles axiales 15 ouvertes vers le haut, dans lesquelles peuvent venir en prise des entraîneurs en rotation 16 de l'outil de montage 1 qui seront décrits plus en détail plus loin. L'outil de montage 1 présente un corps de base 17 en forme de cloche, qui par son extrémité supérieure peut être fixé d'une façon rigide en rotation sur un train de tiges de forage non davantage représenté. Le plus grand diamètre extérieur du corps de base 17 est inférieur au diamètre 25 intérieur du tube de soutènement supérieur non davantage représenté, à travers lequel on fait descendre l'outil de montage 1 pour établir la liaison étanche avec le tube de filtration inférieur 2. A son bord inférieur, le corps de base 17 est équipé des entraîneurs en rotation 16 déjà mentionnés 30 précédemment. Dans sa zone centrale, le corps de base 17 présente deux fentes 19 opposées en forme de j' auxquelles sont associés les deux ergots récepteurs 12 déjà mentionnés du guide-outil 10. Chaque fente 19 en j présente une première face d'entraînement 35 verticale l9a qui lorsqu'on fait tourner l'outil de montage 1 dans le sens anti-horaire fait tourner l'ergot récepteur adjacent 12 et avec lui le guide-outil 10 avec sa douille d'étanchéité inférieure 6 de façon que les ergots de verrouillage 4 du manchon récepteur 3 pénètrent dans la partie de serrage 7a de la rainure de verrouillage 7 de la douille d'étanchéité 6 jusqu'à ce qu'ils atteignent la partie 5 d'enclenchement 7b de la rainure de verrouillage 7, comme le montre la figure 5. Dans cette position, la douille d'étanchéité 6 est alors liée en rotation avec le manchon récepteur 3 et ainsi avec le tube de filtration inférieur 2. Chaque fente 19 en j comprend en outre une partie de 10 fente l9b verticale permettant une translation relative axiale entre le corps de base 17 et le guide-outil 10, de sorte que lorsqu'il est poussé verticalement vers le bas, l'outil de montage 1 peut venir en prise par ses entraîneurs en rotation 16 dans les entailles 15 de la bague de serrage 14 et ainsi 15 derrière les faces d'entraînement de la bague de serrage formées par ces entailles 15. Chaque fente 19 en j comprend en outre une deuxième face de butée verticale 19c, qui limite la rotation dans le sens du serrage de la garniture 13 dans une position tournée, dans 20 laquelle la bague de serrage 14 vient en prise sous les talons de verrouillage il prévus sur le guide-outil 10; l'ergot récepteur associé 12 bute alors sur cette seconde face de butée verticale 19c. Chaque fente 19 en j présente encore un siège 25 d'enclenchement l9d pour recevoir l'ergot récepteur associé lors du transport du système d'étanchéité suspendu à l'outil de montage 1 (voir figure 1). Pour faire tourner l'outil de montage 1 en défaisant sa liaison en rotation avec le guide-outil la, chaque fente 19 en 30 j présente une partie 19e sortant obliquement vers le bas dans le sens anti-horaire. Pour le montage de la liaison tubulaire étanche, on introduit dans le tube de soutènement supérieur l'outil de montage 1 vissé à un train de tiges de forage et auquel est 35 suspendu le système d'étanchéité, et on le pose par la douille d'étanchéité 6 sur le manchon récepteur 3 du tube de filtration inférieur 2 de telle façon que les ergots de verrouillage 4 du manchon récepteur 3 puissent entrer dans la rainure de verrouillage 7 de la douille d'étanchéité 6 au moyen d'un mouvement de rotation de l'outil de montage 1. Une fois le système d'étanchéité ainsi fixé sur le manchon récepteur 3 du 5 tube de filtration 2, on presse l'outil de montage 1 sur le système d'étanchéité au moyen du train de tiges de forage. On comprime ainsi la garniture 13 de telle manière qu'elle se bombe vers l'extérieur et s'appuie contre la paroi intérieure du tube supérieur de plus grand diamètre, et réalise ainsi 10 l'étanchéité du tube supérieur contre le tube inférieur. Par rotation subséquente de l'outil de montage 12, la garniture 13 est fixée dans cette position, pour cela on fait tourner la bague de serrage 14 par l'intermédiaire des entraîneurs en rotation 16 de l'outil de montage 1 de façon 15 qu'elle puisse s'enclencher sous les talons de verrouillage 11 du guide-outil 10. Après la mise en étanchéité et la fixation de la garniture du système d'étanchéité, on libère l'outil de montage 1 relativement au système d'étanchéité par un mouvement de 20 rotation en sens contraire, et on le tire vers le haut avec le train de tiges de forage. Le système d'étanchéité reste dans sa position arrêtée et contrainte dans le tube supérieur comme illustré à la figure 6. REVENDICATIONS 1. Système d'étanchéité pour l'espace intermédiaire dans la zone de transition de deux tubes de puits de diamètres 5 différents, en particulier d'un tube de soutènement supérieur de plus grand diamètre avec un tube de filtration inférieur (2) de plus petit diamètre, et outil de montage (1) pour établir la liaison étanche, caractérisé par les particularités suivantes: a) un manchon récepteur (3), qui peut être fixé 10 solidaire en rotation sur l'extrémité supérieure libre du tube de filtration inférieur (2) de plus petit diamètre et présente au moins un ergot de verrouillage (4) saillant de sa face périphérique en direction radiale; b) une douille d'étanchéité (6), qui peut être enfilée 15 sur le manchon récepteur (3) et présente une rainure de verrouillage (7) débouchant à son bord inférieur, servant à recevoir l'ergot de verrouillage (4) et comprenant une partie de serrage (7a) montant en sens horaire et une partie d'enclenchement axiale (7b) qui s'y raccorde; c) un guide-outil (10) en forme de raccord tubulaire, qui est axialement aligné avec la douille d'étanchéité (6), est relié rigidement avec l'extrémité supérieure de cette dernière, et est équipé sur sa face latérale dans un plan de coupe transversal inférieur avec des talons de verrouillage (11) 25 associés à une bague de serrage (14) et dans un plan de coupe transversal supérieur avec au moins un ergot récepteur (12) associé à l'outil de montage (1); d) une garniture d'étanchéité annulaire (13), qui repose par son côté inférieur sur un contre-appui (8) dépassant 30 radialement l'extrémité inférieure du guide-outil (10) et peut être sollicitée axialement sur son côté supérieur par l'intermédiaire de la bague de serrage (14) enfilée sur le guide-outil (10) et ainsi être suffisamment agrandie en diamètre pour pouvoir être pressée de façon étanche contre la 35 face latérale intérieure du tube de soutènement supérieur, lorsque la bague de serrage (14) prend sa position de serrage sous les talons de verrouillage (11) du guide-outil (10); 1l e) l'outil de montage (1) comprend un corps de base (17) en forme de cloche, qui peut être fixé par son extrémité supérieure de façon solidaire en rotation sur un train de tiges de forage, présente un diamètre extérieur plus petit que le 5 diamètre intérieur du tube de soutènement supérieur, présente à son bord inférieur des entraîneurs en rotation (16) auxquels sont associées des faces d'entraînement en rotation (15) dans la bague de serrage (14), et présente dans sa zone centrale au moins une fente (19) sensiblement en forme de j associée à l'au 10 moins un ergot récepteur (12) du guide-outil (10), laquelle fente présente: une première face d'entraînement verticale (19a) faisant tourner l'ergot récepteur (12), et avec celui-ci le guide-outil (10) avec sa douille d'étanchéité inférieure (6), lors d'une rotation de l'outil de montage (1) en sens anti-horaire; une partie de fente (19b) verticale, permettant un déplacement relatif axial entre le corps de base (17) et le guide-outil (10) jusqu'à prise par formes conjuguées des entraîneurs en rotation (16) derrière les faces d'entraînement (15) de la bague de serrage; et une seconde face de butée 20 (19c) verticale, associée à l'ergot récepteur (12), et limitant la rotation dans le sens du serrage de la garniture d'étanchéité (15) dans une position tournée dans laquelle la bague de serrage (14) s'accroche sous les talons de verrouillage (11) prévus sur le guide-outil (10). 2. Système d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisé en ce que le contre-appui (8) pour la garniture d'étanchéité (13) est constitué par une bague adaptatrice (8) fixée sur l'extrémité supérieure de la douille d'étanchéité (6). 3. Système d'étanchéité selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'un joint torique (9) est installé dans la bague adaptatrice (8). 4. Système d'étanchéité selon la revendication 1,2 ou 3, caractérisé en ce que la bague de serrage (14) présente une 35 couronne de plus petit diamètre munie d'entailles (15) axiales ouvertes vers le haut, constituant les faces d'entraînement en rotation, les entraîneurs en rotation (16) de l'outil de montage (1) venant en prise dans ces entailles lors du déplacement axial de l'outil de montage par rapport au guideoutil (10). 5. Système d'étanchéité selon l'une des revendications 5 précédentes, caractérisé en ce que la fente en j (19) de l'outil de montage (1) présente un siège d'enclenchement (19d) pour l'ergot récepteur (12) lors du transport du système d'étanchéité en suspension sur l'outil de montage (1). 6. Système d'étanchéité selon l'une des revendications 10 précédentes, caractérisé en ce que la fente en j (19) présente pour extraire par rotation l'outil de montage (1) de sa liaison en rotation avec le guide-outil (10) une partie (19e) sortant en biais vers le bas en sens anti-horaire.