FR2510702A1 - Bague et dispositif d'etancheite en metal pour tete de puits, et ensemble de puits - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN DISPOSITIF D'ETANCHEITE POUR TETE DE PUITS. CE DISPOSITIF COMPREND AU MOINS UN ENSEMBLE 50 D'ETANCHEITE POUVANT ETRE DISPOSE ENTRE UN DISPOSITIF 20 DE SUSPENSION D'UNE COLONNE DE PRODUCTION ET UNE TETE DE PUITS 30. IL COMPREND UNE BAGUE METALLIQUE 100 D'ETANCHEITE POUVANT ETRE SOLLICITEE PAR UNE BAGUE 110 DE COMPRESSION DE MANIERE QUE SES SURFACES INTERIEURE ET EXTERIEURE 106, 108 D'ETANCHEITE S'APPLIQUENT ETROITEMENT CONTRE DES SURFACES CORRESPONDANTES 68, 54 DU DISPOSITIF 20 ET DE LA TETE 30. LA BAGUE 100 EST REALISEE EN METAL HAUTEMENT ELASTIQUE ET DUCTILE. DOMAINE D'APPLICATION: JOINTS D'ETANCHEITE POUR TETES DE PUITS.

Description

L'invention concerne les équipements de têtes

de puits pétroliers sous hautes pressions, et plus parti-

culièrement des joints destinés à assurer l'étanchéité

d'un appareillage de tête de puits pour supporter des pres-

sions de l'ordre de 210 M Pa. L'un des problèmes principaux rencontrés dans le forage et la mise en production de puits profonds est

la haute pression régnant dans les formations rencontrées.

Il est connu que les puits de gaz profonds modernes peuvent travailler à des pressions, en fond de sondage, atteignant 210 M Pa Des pressions d'amiplitudes dépassant 140 M Pa posent un groupe de problèmes techniques qualitativement

différents pour la conception des joints de têtes de puits.

Outre le problème inhérent à l'obtention de l'étanchéité avec une fuite minimale, les températures élevées régnant

en fond de puits et des gaz corrosifs compliquent le pro-

blème de l'étanchéité sous haute pression En raison des profondeurs impliquais et de la complexité des équipements

de production, il faut concevoir, pour ces pressions extrême-

ment élevées, des équipements tels qu'ils peuvent être essayés après avoir été mis en position et avant la mise en production réelle Une mauvaise mise en place doit être détectée et corrigée à un stade o le démontage peut encore

être effectué de façon relativement rapide et peu coûteuse.

Dans l'art antérieur, il est connu que des joints Belleville fonctionnent de façon satisfaisante aux pressions modérées Cependant, même aux pressions modérées, les joints Belleville ne sont en général pas assez élastiques pour assurer l'étanchéité envers des variations importantes ou des inversions de pression sans perte de l'étanchéité

aux basses pressions Ils ne permettent donc pas l'appli-

cation d'une pression d'essai orientée en sens opposé à

celui de la pression de travail.

Lors de l'installation d'un dispositif de sus-

pension de tubage, une fois que le dispositif a été posé dans le sondage, les joints sont en général fixés par le poids du tubage suspendu au dispositif Lorsque la tête doit ensuite être montée au-dessus du dispositif de suspension, l'intégrité des joints intermédiaires entre ce dispositif et la tête doit être vérifiée La plupart des joints de conception antérieure ne possèdent pas la possibilité d'un essai de pression exercé en un sens autre que celui de la pression de travail Lors de l'application

d'une pression d'essai sur des joints métalliques semi-

directionnels, un mandrin et l'alésage sont souvent dété-

riorés, car les joints Belleville mordent ou pénètrent dans la surface par "matriçage", rendant ainsi le joint inopérant en cas de variations de pression Pour obtenir

à la fois une étanchéité sous basse pression (positionne-

ment) et une étanchéité sous haute pression (pression de

travail), un grand nombre de conceptions antérieures uti-

lisent un joint composite élastomère/métal ou un jeu de

-15 garnitures élastomère en chevron s'ajoutant au joint mé-

tallique principal et entre lesquelles la pression d'essai du joint métallique est appliquée Cependant, des milieux comprenant des gaz corrosifs, des pressions élevées et des températures de travail atteignant 180 'C réduisent notablement les possibilités d'application de tels joints en élastomère ou ne permettent leur essai qu'une seule fois. Dans l'art antérieur, des métaux plus tendres sont souvent utilisés pour des joints tronconiques Par exemple, le brevet des Etats-Unis d'Amérique N O 1 323 660 décrit un dispositif de fermeture de puits comprenant un manchon conçu pour s'ajuster sur le tubage Le manchon est comprimé contre le tubage au moyen de coins dont les faces intérieures sont striées et présentent des dents

courbes destinées à entrer en prise avec la paroi du tubage.

Plusieurs bagues tronconiques réalisées en métal très tendre, par exemple en plomb, sont disposées entre les

coins et une collerette évasée située à l'e:xtrémité infé-

rieure du manchon Dans le cas d'une éruption imminente, la pression du tubage provoque une compression de la bague conique entre les coins et la collerette Etant donné que les bagues sont en métal doux, elles s'aplatissent et forment ainsi un joint s'ajustant étroitement entre le

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tubage et le manchon Cependant, le plomb est un métal

dépourvu pratiquement de ténacité, de ductilité et d'élas-

ticité et il n'est donc pas capable de supporter une contrainte et un allongement circonférentiels importants et il ne reprend pas sa forme initiale lorsque la charge est retirée A moins que le jeu initial entre une telle bague d'étanchéité en plomb et les surfaces intérieure et extérieure avec lesquelles elle assure l'étanchéité soit proche de zéro, la bague de plomb se rompt sous l'effet de la tension circonférentielle lors l'application d'une charge Pour accroître la pression d'(tanchéité le long des surfaces radiales devant intervenir, les contraintes

circonférentielles doivent permettre une dilatation élas-

tique des bagues dans une direction radiale.

Le brevet des Etats-Unis d'Amérique N O 2 090 956 décrit l'utilisation de plusieurs garnituresiannulaires tronconiques qui ne sont pas réalisées en métal, mais en une certaine matière poreuse Ces bagues peuvent être comprimées longitudinalement entre des bagues d'adaptation de forme analogue Les garnitures annulaires tendres s'aplatissent et sont comprimées radialement contre les surfaces d'étanchéité entre les faces inclinées des bagues d'adaptation. L'obturateur annulaire ou packer de fond décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N O 2 120 982 utilise un manchon en plomb pour porter contre la surface cylindrique intérieure d'un tubage concentrique Une variante utilise des bagues tronconiques de verrouillage réalisées en plomb, qui sont comprimées et améliorent le contact d'étanchéité entre les surfaces cylindriques intérieure et extérieure lorsqu'elles sont soumises à une charge par la pression de serrage exercée par le vissage ensemble de la colonne perdue et du tubage Cependant, un certain intervalle existe entre la colonne perdue et le tubage, de sorte que le coin en plomb doit être évasé vers l'extérieur pour que l'étanchéité soit assurée De tels coins se comportent alors davantage à la manière d'un joint à lèvres et ils constituent donc des joints

strictement unidirectionnels.

Le brevet des Etats-Unis d'Amérique No 2 135 583 décrit un ensemble à obturateur annulaire qui utilise un joint tendre en plomb pour renforcer une garniture en étoffe ou en un second métal tendre afin d'accroître la fiabilité La garniture est mise en place par le poids de la colonne de tubes et est comprimée de façon à prendre

une forme sensiblement tronconique.

Le brevet des Etats-Unis d'Amérique No 3 347 319 décrit un procédé et un appareil pour la suspension d'un

tubage de grand diamètre Un anneau intérieur de suspen-

sion, de section sensiblement triangulaire, est soudé

à la surface intérieure d'une grosse colonne de tubage.

Un anneau extérieur de suspension, de forme sensiblement tronconique et complémentaire, est fixé sur la surface

extérieure d'une faible longueur du tubage Il est mention-

né dans le brevet précité que ce joint métal sur métal a pour deux fonctions principales de constituer un bossage

sur lequel la longueur suivante de tubage pet être sus-

pendue et de renforcer le tubage pour empêcher sa dété-

rioration sous l'effet d'une pression exercée vers l'exté-

rieur Il ne semble pas qu'une fonction d'étanchéité soit

prévue ou réalisée.

Le brevet des Etats-Unis d'Amérique N O 3 436 084 décrit un obturateur annulaire comportant un élément d'obturation en élastomère qui est maintenu de manière à éviter pratiquement tout fluage de l'élastomère sous l'effet de la pression Une série de segments courbes suivant un bord circonférentiel de l'élément d'obturation déformable, est constituée par des entailles verticales espacées Les segments comportent des plaques revêtues de métal ou d'une résine dure, venues de moulage sur leurs faces extrêmes verticales adjacentes, et des broches coulissantes de renfort et de liaison qui traversent les plaques des faces et qui empêchent l'élément d'obturation de fluer longitudinalement sous l'effet de la pression

lorsqu'il est lui-même forcé vers l'extérieur.

Le brevet des Etats-Unis d'Amérique N O 3 797 864 décrit un dispositif de suspension de tubage de puits comportant un joint qui peut être appliqué en contact étanche, par déformation, contre des parois cylindriques opposées du corps du dispositif de suspension et d'un autre corps sous l'effet d'une compression réelle du joint Ce dernier est un élément composé d'un corps cylindrique en élastomère et d' une jupe métallique ou de bagues extrêmes situées sur les angles de l'élément en élastomère Les bagues extrêmes comportent des lèvres marginales qui sont

amenées en contact étanche, métal sur îr Létal, par déforma-

tions opposées, avec les parois cylindriques Les bagues métalliques semblent donc se comporter principalement comme

un dispositif empêchant l'extrusion de l'élément en élas-

tomère.

Le brevet des Etats-Unis d'Amérique N O 3 902 743 décrit un dispositif à épaulement de support rétractable comportant un siège annulaire fendu qui facilite la descente d'outils de fond de dimension maximale par l'ouverture

supérieure d'accès de la tête de tubage au cours d'opéra-

tions de forage Dans sa position d'extension, le siège annulaire fendu forme une surface d'appui constituant un

cercle pratiquement complet et destinée à supporter fer-

mement et convenablement un dispositif de suspension de

tubage ou tout autre dispositif à l'intérieur de la tête.

Dans cette position, le siège présente des surfaces d'appui sensiblement tronconiques qui ne semblent pas assumer

une fonction quelconque d'étanchéité.

L'invention résout les problèmes et élimine

les défauts de l'art antérieur, et elle permet plus parti-

culièrement une application bidirectionnelle de la pression de façon que le joint puisse être essayé en sens opposé à celui de la pression de travail D'autres avantages

de l'invention ressortiront de la description qui suit.

Dans un dispositif de suspension de colonne, une bague métallique d'étanchéité est introduite entre une bague de support et l'épaulement du mandrin pour assurer l'étanchéité envers des pressions extrêmement élevées, pouvant atteindre 210 M Pa et s'exerçant dans un sens comme dans l'autre Dans la forme préférée de réalisation, un joint supérieur et un joint inférieur sont disposés dans l'espace annulaire compris entre le dispositif de suspension de colonne, le dispositif de suspension du tubage ou mandrin et la tête de la colonne ou la tête du tubage La pression de serrage ou pression de mise en place du joint inférieur est exercée par le poids de la colonne ou du tubage, transmis par la bague de support à la bague d'étanchéité Dans la position pré-assemblée, les surfaces axiales d'appui (inclinées verticalement) de la bague d'étanchéité forment un angle de 28 avec les faces verticales (radiales) d'étanchéité de la bague Dans la position assemblée, cet angle et, par conséquent, les E 15 surfaces d'appui de la bague d'étanchéité correspondent

aux surfaces complémentaires et correspondantes du dis-

positif de suspension de colonne et de la bague de support

qui forment un angle de 30 avec le plan horizontal.

Lorsque des précharges ou des pressions de tra-

vail sont appliquées aux ensembles d'étanchéité, ces pressions agissent sur les bagues d'étanchéité respectives pour exercer des charges axiales, de sorte que les forces résultantes appliquées aux faces d'étanchéité agissent

radialement (vers l'intérieur aussi bien que vers l'exté-

rieur) Les forces de réaction, augmentées par la charge et perpendiculaires aux surfaces d'appui, engendrent donc des composantes radiales qui provoquent l'application d'une pression de contact sensiblement égale contre les surfaces cylindriques intérieures d'appui et les surfaces cylindriques extérieures d'appui De cette manière, l'espace annulaire est obturé de façon étanche aussi bien envers la pression exercée par le haut qu'envers celle

exercée par le bas Il est donc possible d'essayer l'en-

semble du dispositif d'étanchéité avant la mise en pro-

duction en appliquant une pression d'essai ayant une ampli-

tude de travail et un sens sensiblement opposé à celui

des pressions de travail.

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 axiale partielle d'un milieu typique d'utilisation du joint selon l'inven- tion;

la figure 2 est une coupe transversale par-

tielle, à échelle agrandie, de la bague d'étanchéité selon l'invention; et

la figure 3 est une coupe transversale par-

tielle d'une autre forme de réalisation de l'invention.

La figure t représente un milieu typique d'uti-

lisation de l'invention Une tête de puits ou tête 10 de colonne est représentée comme supportant un dispositif 20 de suspension de colonne qui est maintenu en position par un adaptateur 30 de tête de colonne et des vis 21 de blocage L'étanchéité envers la pression de fond du

puits est assurée pour la tête 10 de colonne et le dispo-

sitif 20 de suspension par un dispositif 40 d'étanchéité et pour le dispositif 20 de suspension et l'adaptateur 30

de la tête de colonne par un dispositif 50 d'étanchéité.

Une garniture métallique 12 d'étanchéité porte de façon étanche contre des parois 14 et 16 de gorges annulaires 18 et 22 ménagées dans les surfaces opposées 24 et 26

de la tête 10 de colonne et de son adaptateur 30, respecti-

vement Des boulons 28 d'adaptateur passent dans des trous 32 ménagés sur le pourtour de la tête 10 et sont,

par exemple, vissés en 34 dans l'adaptateur 30 L'inven-

tion, telle que montrée sur la figure 1, réside dans l'utilisation du dispositif d'étanchéité auquel elle a trait dans une seule complétion à colonne concentrique

telle que décrite et représentée à la page 4909 de l'ou-

vrage "Composite Catalog of Oil Field Equipment and Services", de 19801981 Cependant, l'invention peut être

appliquée à des complétions de colonnes parallèles multi-

ples comme décrit et représenté d'une façon générale à la page 4910 de l'ouvrage précité Il est évident que la

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tête de puits 10 (tête de colonne) surmonte une autre tête de puits (tête de tubage) à laquelle elle est fixée et dans laquelle est suspendu et monté de manière étanche un train de tiges (tubage) comme montré dans la référence précitée, et que la colonne 25 de la figure 1 descend, avec le tubage, dans le sondage, par exemple jusqu'aux

formations productrices.

La tête 10 de colonne présente un contre-alésage inférieur 36 formant un épaulement tronconique 38 tourné vers le haut et incliné vers le bas, destiné à supporter un épaulement tronconique annulaire 42, tourné vers le bas, incliné vers le haut et situé sur le dispositif 20 de suspension de colonne La colonne 25 est suspendue au dispositif 20 à l'intérieur du puits par le contact d'appui des épaulements 38 et 42, ce qui limite de façon ultime la distance totale sur laquelle le dispositif 20

de suspension de la colonne pénètre dans la tête 10 de colonne.

La tête 10 comporte une partie cylindrique plus

petite ou un contre-alésage 44 d'étanchéité situé au-

dessous de l'épaulement tronconique 38 Le contre-alésage 44 d'étanchéité forme un épaulement tronconique 46 tourné vers le haut et incliné, vers le bas, destiné à supporter le dispositif 40 d'étanchéité L'épaulement tronconique 42 tourné vers le bas et situé sur le dispositif 20 de suspension de la colonne comprend un épaulement tronconique annulaire et intérieur 48 de commande, tourné et incliné vers le bas, ayant un diamètre extérieur 52 dimensionné pour se loger télescopiquement dans le contre-alésage 44 de la tête 10 de la colonne Au-dessous du dispositif 30 inférieur 40 d'étanchéité, le dispositif 20 de suspension de la colonne comporte une bague 94 de retenue le long de sa circonférence extérieure, cette bague limitant la course vers le bas du dispositif 40 d'étanchéité pendant

la mise en place ou l'enlèvement du dispositif de suspen-

sion.

L'adaptateur 30 de la tête de colonne comporte une partie cylindrique réduite ou un contre-alésage 54 de joint Le diamètre du contre-alésage 54 est sensiblement 10 i 02 le même que celui du contre-alésage 52 du dispositif 20 de suspension de la colonne Lors de l'assemblage, comme montré sur la figure 1, le dispositif 20 de suspension présente un épaulement tronconique 58 tourné vers le haut et incliné vers le bas, contre lequel peuvent être appli- quées des vis 21 de blocage Au-dessus de l'épaulement 58,

le dispositif 20 de suspension présente une surface annu-

laire 62 qui comprend une partie opposée au contre-

alésage 36 de la tête 10 de la colonne.

Le contre-alésage 54 d'étanchéité forme un épau-

lement tronconique 66 tourné vers le bas, incliné vers le haut et portant contre le dispositif supérieur 50 d'étanchéité Le dispositif 20 de suspension de la colonne présente une surface cylindrique réduite d'étanchéité ou de support 68, située au-dessus de la surface 62 et ayant un diamètre inférieur à celui de la surface 62 La surface 68 de support présente un fini lisse, par exemple une rugosité moyenne quadratique ou rugosité RMS 52 ou mieux, et elle est en général rectifiée pour produire cet effet La surface 68 de support forme un épaulement tronconique 70 tourné et incliné vers le haut, destiné à s'enclencher avec le dispositif 50 d'étanchéité Ainsi,

le dispositif 50 d'étanchéité est logé dans le contre-

alésage 54 de l'adaptateur 30 de la tête de colonne, entre la surface 68 de support du dispositif 20 de suspension et les épaulements tronconiques 66 et 70 de l'adaptateur

et du dispositif 20 de suspension, respectivement.

L'adaptateur 30 de la tête de la colonne

comporte une partie cylindrique réduite 72 ayant un dia-

mètre inférieur au diamètre intérieur de la surface 54

d'étanchéité Si l'on souhaite ou exige un essai supplé-

mentaire exercé par le haut, c'est-à-dire dans le sens

de la pression de fond, une garniture 74 d'essai en élas-

tomère ou à chevrons peut être logée entre l'extrémité supérieure 76 de la partie 72 de diamètre réduit et le

haut du dispositif 50 d'étanchéité.

Lors de l'assemblage, une zone annulaire ou un espace annulaire 80 est formée entre le dispositif 20 de suspension et la tête 10 de la colonne La partie inférieure du dispositif 20 de suspension et la colonne forment une zone ou un espace annulaire inférieur 82 avec la tête 10 et la colonne 25 Un petit espace annulaire 84 est formé au-dessus du dispositif 50 d'étanchéité, par exemple entre la garniture d'essai 74 et une bague supérieure 110 de support La pression régnant au fond du sondage s'exerce dans l'espace annulaire inférieur 82, au-dessous du dispositif 40 d'étanchéité, et elle pénètre dans l'espace annulaire supérieur 84 en passant par le canal 88 d'écoulement du dispositif 20 de suspension de la colonne et au-delà de la garniture 74 d'essai située à l'extrémité supérieure du dispositif 20 L'une des

fonctions des dispositifs 40 et 50 d'étanchéité est d'iso-

ler l'espace annulaire 80 de la pression de fond.

L'un des objets principaux de la présente inven-

tion est l'essai des dispositifs 40 et 50 d'étanchéité.

Un orifice radial supérieur 90 d'essai et un orifice ra-

dial inférieur 92 d'essai sont ménagés dans l'adaptateur 30 de la tête de colonne pour permettre l'application

de pressions d'essais aux dispositifs 50 et 40 d'étan-

chéité, respectivement Pour permettre de tels essais de

pression du dispositif supérieur 50 d'étanchéité, la gar-

niture 74 d'essai, disposée dans une partie 72 de diamètre réduit de l'adaptateur 30, au-dessus du dispositif 50 d'étanchéité, permet l'application, par le dessus, de la pression d'essai par l'intermédiaire de l'orifide supérieur au dispositif 50 d'étanchéité L'orifice 92 d'essai permet l'application simultanée de la pression d'essai au dispositif 40 et au dispositif 50 d'étanchéité Etant donné que les dispositifs:; d'étanchéité selon l'invention peuvent assurer l'étanchéité dans les deux directions,

il n'est pas nécessaire que la pression d'essai soit appli-

quée dans le même sens que la charge de mise en place, (et comme elle est appliquée sur le dispositif supérieur 50 d'étan'chéité par l'intermédiaire de l'orifice 90 d'essai),

mais cette pression peut être exercée sur les deux dispo-

sitifs supérieur et inférieur 50 et 40 d'étanchéité,

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1 1 respectivement, par le seul orifice 92 d'essai (ce qui soumet le dispositif supérieur 50 d'étanchéité à une

pression de sens opposé à celle de la mise en place).

Le dispositif 50 d'étanchéité, qui sera à pré-

sent décrit en détail en regard de la figure 2, est repré- senté à échelle agrandie sur cette figure, avant le

serrage de l'adaptateur 30 sur la tige 10 de la colonne.

Etant donné que le dispositif inférieur 40 d'étanchéité est identique, en ce qui concerne la conception et la fonction, au dispositif 50 d'étanchéité (par rapport auquel il est simplement installé de façon inversée),

la description des détails fonctionnels et structurels

du dispositif supérieur 50 d'étanchéité montré sur la figure 2 s'applique par analogie au dispositif inférieur 40 d'étanchéité qui, pour cette raison, ne sera pas décrit

plus en détail.

Le dispositif 50 d'étanchéité comprend une bague 100 d'étanchéité et une bague 110 de support Comme indiqué précédemment, ce dispositif 50 est disposé sur l'épaulement tronconique 70 tourné vers le haut et incliné

vers le bas du dispositif 20 de suspension de la colonne.

Le dispositif 50 d'étanchéité est positionné radialement à la fois dans le contre-alésage 54 de la bride 30 de la tête de puits et par la surface 68 de support ou de

maintien du dispositif 20 de suspension de la colonne.

La bague 100 d'étanchéité repose sur l'épaulement tronco-

nique 70 du dispositif 20 de suspension, et la bague 110 de support porte contre l'épaulement tronconique 66,

tourné vers le bas et incliné vers le haut, de l'adapta-

teur 30 de la tête de colonne.

Pour faciliter la description du fonctionnement

de la bague 100 d'étanchéité, chacune de ses quatre surfaces a été numérotée, à savoir une surface supérieure d'appui 102, une surface inférieure d'appui 104, une surface intérieure d'appui 106 et une surface extérieure 108 d'appui La surface supérieure 102 d'appui porte contre la bague 110 de support, et la surface inférieure 104 d'appui porte contre l'épaulement tronconique 70 tourné vers le haut du dispositif 20 de suspension La surface intérieure 106 d'appui porte contre la paroi usinée 68 du dispositif 20 de suspension, et la surface extérieure 108 d'appui porte contre la paroi du contre-alésage 54 de l'adaptateur 30 de la tête de colonne. La section de la bague 100 d'étanchéité, telle que montrée sur la figure 2, est généralement en forme de losange constituant un parallélogramme Les angles formés par les surfaces 102, 106 et par les surfaces 104, 108, apparaissant et indiqués en A lorsque la bague 100 d'étanchéité est considérée en coupe, sont de préférence de 280 à l'état précontraint Un angle B est formé entre une ligne partant du point d'intersection des surfaces 102, 108 et aboutissant à un point d'intersection des surfaces 104, 106, et une seconde ligne perpendiculaire à la surface 108 et passant par le point d'intersection des surfaces 102, 108 Cet angle B est de préférence

de 17-200 à l'état précontraint L'inclinaison de l'épau-

lement tronconique 70, tourné vers le haut, forme de préférence un angle de 1200 avec la paroi de la surface

68 de maintien.

La bague 110 de support présente une surface tronconique inférieure 112 tournée vers le bas pouvant coopérer avec la surface tronconique supérieure 102 d'appui de la bague 100 d'étanchéité La bague 110 de support présente une surface tronconique 114 tournée vers le haut, pouvant entrer en contact et coopérer avec

l'épaulement tronconique 66 tourné vers le bas de l'adapta-

teur 30 de la tête de colonne.

Lors de l'assemblage de l'adaptateur 30 sur la tête 10 de la colonne, la charge axiale appliquée par l'épaulement tronconique 66 tourné vers le bas sur la bague 110 de support produit une charge de mise en place perpendiculaire à la surface 102 d'appui de la bague 100 d'étanchéité Cette force perpendiculaire (indiquée par des flèches) engendre une force de réaction (également indiquée par des flèches) de la part de

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l'épaulement tronconique 70, tourné vers le haut, sur le dispositif 20 de suspension, cette force de réaction étant perpendiculaire à la surface d'appui 104 de la bague 100 d'étanchéité Les forces agissant sur la bague 110 et sur l'épaulement 70, perpendiculaires aux surfaces d'appui 102 et 104, respectivement, de la bague 100 d'étanchéité possèdent des composantes radiales intérieures et extérieures (indiquées par des flèches) qui engendrent une pression de contact sensiblement égale exercée par la surface intérieure 106 d'appui contre la surface 68 de maintien de la paroi du dispositif 20 de suspension et par la surface extérieure d'appui contre la paroi du contre-alésage 54 de l'adaptateur 30 de la tête de

la colonne.

Inversement, après mise en place du dispositif d'étanchéité, l'application d'une pression d'essai par l'orifice 92 d'essai contre la surface inférieure 104 d'appui engendre une charge axiale perpendiculaire à la surface 104 d'appui, ce qui provoque l'application, par

la bague 110 de support, d'une force de réaction perpen-

diculaire à la surface 102 d'appui Les composantes ra-

diales résultant de ces forces perpendiculaire aux surfaces

d'appui 102 et 104 augmentent de nouveau, comme précédem-

ment, dans des proportions sensiblement égales, les pres-

sions de contact exercées sur la surface 68 de la paroi de support du dispositif 20 de suspension de la colonne

et sur la paroi du contre-alésage 54 de l'adaptateur 30.

Ainsi, le joint 100 peut être actionné dans les deux sens, par le haut ou par le bas, pour établir une pression de contact sensiblement égale sur les surfaces cylindriques

intérieure et extérieure 106 et 108 d'appui, respective-

ment Si une pression de fond est appliquée à l'espace annulaire 84 ou si une pression d'essai est appliquée par l'intermédiaire de l'orifice 90 d'essai, la bague 100

d'étanchéité est sollicitée axialement par le haut.

Des bagues métalliques classiques d'étanchéité se présentent sous la formede bagues tronconiques du type à rondelle très mince Alors que dans la forme préférée de réalisation montrée sur la figure 2, l'angle B, qui détermine l'épaisseur de la bague 100 d'étanchéité est petit, cet angle est beaucoup plus grand dans le cas de joints classiques Des bagues d'étanchéité du type Belleville ou du type à rondelle classiques s'aplatissent dans la direction axiale sous l'effet des charges de mise en place ou des charges de travail Les bagues d'étanchéité classiques sont également utilisées de façon habituelle

sans bagues de support ayant une inclinaison correspondante.

Ces bagues minces, comprimées entre des surfaces d'appli-

cation de charge sensiblement planes, ont leur diamètre intérieur qui diminue et leur diamètre extérieur qui augmente sous l'effet des charges, ce qui provoque une pénétration des bagues par "matriçage" dans le dispositif de suspension ou dans le corps, ainsi qu'une déformation plastique le long des surfaces radiales d'étanchéité des rondelles Belleville Cette détérioration conduit à une perte de l'étanchéité sous basse pression lorsque la charge maximale augmente ou diminue alternativement sous

l'effet des variations de la pression.

La bague d'étanchéité bidirectionnelle 100 selon l'invention, par contre, constitue un joint sollicité par la pression Elle est conçue de manière que la totalité

de la déformation plastique risquant toujours de se pro-

duire ait lieu au moment de la mise en place du joint.

La bague d'étanchéité 100 elle-même peut donc être extrême-

ment bien maintenue et les contraintes de contact engen-

drées, ainsi que la limite élastique de la matière utilisée

doivent être choisies de façon qu'aucune déformation plas-

tique supplémentaire ne se produise sur la totalité de la plage des pressions de travail, quand bien même cette pression peut être appliquée dans un sens ou dans l'autre. Les paramètres principaux pour l'obtention d'une étanchéité dans les deux sens et sous des pressions extrêmement élevées, ainsi que le maintien de joints à basse pression dans des conditions de pression variant cycliquement, sont (i) l'épaisseur de la bague 100 d'étanchéité, (ii) l'angle d'inclinaison des surfaces axiales tronconiques d'appui de la bague 100 d'étanchéité,

et (iii) la limite élastique relative des matières inter-

agissant aux diverses surfaces d'appui ou faces d'étan-

chéité des bagues 100 d'étanchéité, des bagues 110 de

support et des épaulements 66, 70, 48 et 46, respective-

ment. L'épaisseur de la bague 100 d'étanchéité est déterminée par l'angle B L'épaisseur est une fonction de la pression de travail rencontrée et des contraintes

de contact qu'elle engendre Les contraintes circonféren-

tielles induites par la charge de mise en place (quel que soit l'effet additionnel ou soustractif des charges

de travail) doivent être comprises dans une zone immédia-

tement supérieure à la limite élastique de la matière de la bague d'étanchéité, mais toujours inférieure à la charge de rupture qui provoquerait une rupture des bagues ainsi qu'à toute contrainte risquant de détériorer les pièces complémentaires Les surfaces épaulées 66, 70 et

46, 48 sont dimensionnées de manière à conférer l'ampli-

tude de charge convenable et nécessaire à la mise en place du joint (qui est, d'une façon générale, quelque peu

inférieure au poids de la colonne et qui peut être conve-

nablement déterminée à l'aide des vis 21 de blocage).

La charge de mise en place doit elle-même être supérieure à toute charge risquant d'être appliquée par la pression en sens opposé et suffisamment élevée pour que la totalité de déformations plastiques se produise pendant l'étape de mise en place La déformation élastique et plastique de la bague 110 de support reposant sur l'épaulement 46 de la tête 10 de la colonne limite l'amplitude totale de

la précharge pouvant être appliquée au joint 100.

La configuration géométrique choisie pour la forme préférée de réalisation de l'invention comprend un angle d'inclinaison (tel que défini par l'angle A) d'environ 30 après la mise en place,(comme montré sur la figure 3) Pour des bagues d'étanchéité de diamètres compris entre 10 et 20 cm et ayant des sections atteignant

12,5 mm, l'angle A génère les composantes radiales supplé-

mentaires appropriées à partir de toutes charges axiales de travail, ce qui assure des contraintes totales pour les faces d'étanchéité (radiales) supérieures aux limites élastiques pour la bague d'étanchéité et inférieures aux limites élastiques des surfaces du mandrin ou de la tête

de colonne.

Dans la forme préférée de réalisation de l'in-

vention, la bague 100 d'étanchéité est réalisée en acier

inoxydable du type " 316 " recuit, ayant une limite élasti-

que de l'ordre de 210 à 245 M Pa La bague 100 de support est réalisée en un alliage ou en acier doux, ayant une limite élastique d'environ 350 M Pa Les matières utilisées pour la tête 10 de la colonne, pour le dispositif 20 de suspension de la colonne et pour l'adaptateur 30 de la tête de colonne sont, dans le cas de gaz corrosifs et de pressions supérieures à 70 M Pa, généralement d'une dureté Brinell de l'ordre de 210-235, avec une limite élastique d'environ 525 M Pa La matière d'étanchéité doit être assez molle pour fléchir et épouser ainsi toutes

irrégularités des surfaces 49, 68 de support du disposi-

tif de suspension et des épaulements 48, 70, tout en

étant assez résistante pour supporter les charges rencon-

trées La pression de travail de 210 M Pa constitue la limite de résistance à la flexion de l'acier inoxydable du type " 316 " choisi pour la bague 100 d'étanchéité selon l'invention Par conséquent, une bague d'étanchéité placée dans un puits épouse par déformation plastique toutes les irrégularités présentées par les surfaces des

épaulements ou de la bague de support (plus dures) Ce-

pendant, elle conserve une certaine élasticité, de sorte que des charges supplémentaires ne provoquent pas de

déformations plastiques supplémentaires, ni de détériora-

tions permanentes des bagues de support ou de l'épaulement.

Des charges supplémentaires, même exercées en sens opposé à celui de la charge de mise en place, engendrent, en raison de la géométrie symétrique des interfaces entre la bague d'étanchéité et l'épaulement de la bague de support, des composantes radiales supplémentaires, de sorte que le contact d'étanchéité n'est pas éliminé, même

dans ce cas La matière de la bague d'étanchéité, c'est-à-

dire l'acier inoxydable " 316 ", possède une mémoire élas- tique suffisante pour revenir pratiquement à une forme précontrainte, de sorte que le démontage du dispositif d'étanchéité est possible sans détérioration du canal Bien qu'il soit prévu que le dispositif de suspension de colonne reste en place pendant des années, il est très important de pouvoir démonter la tête de puits si cela et lorsque

cela est nécessaire, sans destruction des surfaces complé-

mentaires d'étanchéité.

La matière utiliséepour la bague d'étanchéité doit donc avoir un coefficient de dilatation thermique à peu près égal à ceux des matières de la bague de support de la tête et du dispositif de suspension afin d'éviter toute surcharge ou l'apparition d'espaces annulaires à

l'intérieur du dispositif d'étanchéité sous des tempéra-

tures de travail élevées La bague 100 d'étanchéité doit en outre être réalisée en une matière hautement élastique

car cette bague est soumise à des contraintes circonfé-

* rentielles très élevées que la matière doit pouvoir suppor-

ter pour maintenir un contact étanche dans des conditions de pression extrêmement élevées Lorsqu'une pression d'essai est appliquée par l'intermédiaire de l'orifice 92 d'essai, par exemple, la tête 10 de colonne s'expanse

radialement vers l'extérieur (et s'éloigne donc des sur-

faces 108 d'étanchéité) sous la pression dans l'espace annulaire 80, tandis que, dans le même temps, le dispositif de suspension de la colonne est comprimé radialement vers l,'intérieur (et s'éloigne donc des surfaces 106 d'étanchéité) sous l'effet de la même pression régnant dans l'espace annulaire 80 La bague 100 d'étanchéité doit

donc pouvoir assumer sa fonction en présence de ces mouve-

ments et maintenir le contact étanche le long des faces 106 et 108 Une matière très plastique et inélastique, par exemple le plomb, bien que pouvant peut-être supporter les charges uniquement axiales de compression, ne possède pas la résistance à la traction et la ductilité requises pour subir l'expansion radiale nécessaire Il est également nécessaire d'utiliser pour la bague d'étanchéité une matière à haute élasticité, car les dispositifs d'étan- chéité 40 et 50 doivent pouvoir supporter des variations

de pression et être retirés sans détérioration du canal.

La figure 3 montre d'autres caractéristiques et des modifications apportées à la forme préférée de réalisation représentée sur les figures 1 et 2 Les éléments de la figure 3 communs à la forme préférée de réalisation montrée sur les figures 1 et 2 portent les mêmes références numériques La figure 3 représente une bague d'étanchéité modifiée 200 qui présente une surface supérieure d'appui

202, une surface inférieure d'appui 204, une surface inté-.

rieure d'appui 206 et une surface extérieure d'appui 208.

La surface supérieure 202 porte contre une bague 110 de support et la surface inférieure 204 porte contre un

épaulement tronconique 70, orienté vers le haut, du dis-

positif 20 de suspension La surface intérieure d'appui 206 porte contre la surface 68 de la paroi de maintien du dispositif 20 de suspension et la surface extérieure d'appui 208 porte contre la paroi du contre-alésage 54

de l'adaptateur 30 de la tête de colonne.

La section de la bague 200 d'étanchéité montrée sur la figure 3 est, comme précédemment, sensiblement de forme en losange constituant un parallélogramme, comme montré également sur la figure 2 Lorsque la bague 200 d'étanchéité est représentée à l'état assemblé comme sur la figure 3, les angles formés par les surfaces 202, 206 et par les surfaces 204, 208, indiqués de nouveau en A, sont à présent des angles correspondants de 300, de même que les angles complémentaires des surfaces de contact et 112 du dispositif 20 de suspension et de la bague 110 de support, respectivement Comme décrit précédemment, l'angle de la face du joint, formé entre les surfaces d'appui 104, 108, 204 et 208 des bagues d'étanchéité 100, , respectivement, n'est que d'environ 28 à l'état

10702

1 9 précontraint Cependant, lorsque la charge de mise en place est appliquée, les contraintes circonférentielles engendrées dans les bagues d'étanchéité 100 et 200 donnent à l'angle A une valeur conforme à ia géométrie de 30 de la bague 110 de support et de l'épaulement 70 de contact

du dispositif 20 de suspension de la colonne.

Un angle B est formé par une ligne tracée du point d'intersection des surfaces 202, 208 jusqu'au point d'intersection des surfaces 204, 206 et par une seconde ligne tracée perpendiculairement à la surface 208 et

passant par le point d'intersection des surfaces 202, 208.

Cet angle B est de préférence de 15 ' à l'état assemblé

montré sur la figure 3.

La différence principale entre la bague 100 d'étanchéité de la forme préférée de réalisation et la bague d'étanchéité 200 est que la surface intérieure d'appui 206 présente deux gorges 210, 212 (ou plus) de section triangulaire et en ce que la surface extérieure 208 d'appui présente deux gorges 214, 216 (ou plus) de section triangulaire Les gorges 210, 212 et 214, 216 réduisent l'aire par laquelle la surface intérieure d'appui 206 et la surface extérieure d'appui 208 sont respectivement eri contact avec la paroi du contre-alésage 68 du dispositif de suspension et avec la paroi du contre-aléasage 54 Ode l'adaptateur 30 de la tête de colonne La diminution de l'aire de contact conduit à des déformations plastiques plus précoces dans la'plage des basses pressions Cette

diminution a pour résultat une contrainte de contact ini-

tiale très élevée, ce qui accroit l'étanchéité aux basses pressions Lorsque la pression augmente, les fonds C des gorges triangulaires 210, 212 et 214,-216 sont enfoncés et élargis ce qui apporte une certaine partie de l'aire de contact supplémentaire nécessaire pour empêcher les contraintes maximales de contact de dépasser la limite

nominale admissible.

Il va de soi que de nombreuses modifications peu-

vent être apportées au joint décrit et représenté sans

sortir du cadre de l'invention.

Claims (19)

REVENDICATIONS

1 Bague d'étanchéité métallique à double effet, résistant à une pression accrue, caractérisée en

ce qu'elle présente une section en forme de parallélo-

gramme, comprenant des surfaces d'étanchéité intérieure et extérieure ( 106, 108) et des surfaces d'appui supérieure et inférieure ( 102, 104), un rapport de l'épaisseur axiale à la largeur radiale élevé et tel que l'angle du cône formé par la section reste sensiblement constant lorsque

la bague d'étanchéité est soumise à des charges de compres-

sion axiale, cette bague étant réalisée en métal hautement

élastique et ductile.

2 Bague d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisée en ce que le métal élastique comprend de

l'acier inoxydable du type " 316 ".

3 Bague d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisée en ce que le métal élastique comprend des

métaux ayant une limite élastique du même ordre de gran-

deur que la pression à contenir.

4 Bague d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisée en ce que chacune des surfaces d'étanchéité intérieure et extérieure présente en outre au moins une

gorge annulaire ( 210, 212, 214 ou 216).

Bague d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'angle du cône formé entre la surface extérieure d'étanchéité et la surface inférieure

d'appui est d'environ 280.

6 Dispositif métallique d'étanchéité à double effet, résistant à une pression accrue, caractérisé en ce qu'il comporte une première enceinte métallique cylindrique ( 30)sous pression, une seconde enceinte métallique cylindrique ( 20) sous pression disposée concentriquement dans la

première enceinte pour former avec elle un espace annu-

laire, une bague métallique ( 100) d'étanchéité disposée dans cet espace annulaire et présentant, en section, une forme en parallélogramme, ladite section comprenant

des surfaces intérieure et extérieure ( 106, 108) d'étan-

chéité et des surfaces supérieure et inférieure ( 102, 104) d'appui, un rapport de l'épaisseur axiale à la largeur radiale élevé et tel que les angles des cônes dudit profil en section restent sensiblement constants lorsque la

bague d'étanchéité est soumise à des charges de compres-

sion axiale, ladite bague d'étanchéité étant réalisée en un métal hautement élastique et ductile, des premiers moyens annulaires ( 110) de compression étant disposés dans l'espace annulaire afin de porter contre l'une des surfaces d'appui de la bague métallique d'étanchéité, et des seconds moyens annulaires ( 70) de compression étant disposés dans ledit espace annulaire pour porter contre l'autre desdites surfaces d'appui de la bague métallique d'étanchéité.

7 Dispositif d'étanchéité selon la revendica-

tion 6, caractérisé en que les premiers moyens annulaires de compression comprennent une bague métallique ( 110)

de support qui présente une section sensiblement trapézol-

dale comprenant des surfaces radiales intérieure et exté-

rieure et des surfaces supérieure et inférieure ( 114, 112) de transmission de charge, une première < 112) de ces surfaces de transmission de charge portant contre une première ( 102) desdites surfaces d'appui de la bague d'étanchéité, la surface de transmission de charge et la surface radiale extérieure de la bague de support formant entre elles un angle d'environ 30 , la bague de support étant en outre réalisée en une matière ayant une limite élastique supérieure à celle de la matière de la bague d'étanchéité.

8 Dispositif d'étanchéité selon la revendica-

tion 7, caractérisé en ce que les premiers moyens annu-

laires de compression comprennent en outre un épaulement ( 66) transmettant la pression et situé à l'intérieur de l'espace annulaire, cet épaulement étant solidaire de l'une ( 30) desdites enceintes cylindriques et portant 33 contre la seconde ( 114) des surfaces de transmission de

charge de la bague de support.

9 Dispositif d'étanchéité selon la revendica-

tion 8, caractérisé en ce que les seconds moyens annulaires de compression comprennent en outre un épaulement ( 70) de transmission de pression situé dans l'espace annulaire et solidaire de l'autre ( 20) des enceintes cylindriques, lesdits épaulements étant réalisés en une matière ayant une limite élastique supérieure à celle de la matière de la bague de support, ladite matière des épaulements et des enceintes de pression pouvant notamment comprendre de

l'acier ayant une limite élastique d'au moins 490 M Pa.

Dispositif métallique d'étanchéité à double effet, résistant à une pression accrue, caractérisé en

ce qu'il comporte une première enceinte métallique cylin-

drique ( 30) de pression, et une seconde enceinte métalli-

que cylindrique de pression disposée concentriquement à l'intérieur de la première enceinte et formant avec elle un espace annulaire, une première bague métallique ( 100) d'étanchéité disposée dans cet espace annulaire et présentant, en section, un profil en parallélogramme, ladite section comprenant des surfaces intérieure et

extérieure ( 106, 108) d'étanchéité et des surfaces supé-

rieure et inférieure ( 102, 104) d'appui, un rapport de l'épaisseur axiale à la largeur radiale élevé et tel que les angles des cônes du profil en section restent sensiblement constants, lorsque la bague d'étanchéité est soumise à des charges axiales de compression, la bague

d'étanchéité étant réalisée en un métal hautement élasti-

que et ductile, des premiers moyens annulaires ( 110) de compression étant disposés dans l'espace annulaire afin de porter contre l'une des surfaces d'appui de la première bague métallique d'étanchéité, des seconds moyens annulaires ( 70) de compression étant disposés dans l'espace annulaire pour porter contre l'autre des surfaces d'appui de ladite bague d'étanchéité, le dispositif comportant également une seconde bague métallique ( 100) d'étanchéité sensiblement identique à la première bague d'étanchéité, des troisièmes moyens annulaires ( 48) de compression disposés dans l'espace annulaire et situés axialement au-dessous des seconds moyens de compression pour porter contre l'une des surfaces d'appui de la seconde bague d'étanchéité, et des quatrièmes moyens annulaires ( 110) de compression disposés dans l'espace annulaire et situés axialement au-dessous des troisièmes moyens de compression pour porter contre l'autre des surfaces d'appui de la seconde bague métallique d'étanchéité. 11 Dispositif d'étanchéité selon la revendication , caractérisé en ce qu'il présente en outre un orifice d'essai ( 92) traversant la première enceinte de pression et permettant d'introduire un fluide d'essai dans ledit espace annulaire, entre les deuxièmes et troisièmes moyens

annulaires de compression.

12 Dispositif d'étanchéité selon la revendication , caractérisé en ce que les premiers et troisièmes moyens annulaires de compression comprennent une bague métallique

( 110) de support qui est disposée dans ledit espace annu-

laire et qui présente une section à peu près trapézoïdale comprenant des surfaces radiales intérieure et extérieure et des surfaces supérieure et inférieure ( 114, 112) de

transmission de charge, l'une de;ces surfaces de trans-

mission de charge portant contre l'une des surfaces d'appui

de l'une des bagues d'étanchéité, la surface de trans-

mission de charge en contact avec la bague d'étanchéité et la surface radiale extérieure de la bague de support formant entre elles un angle d'environ 30 , ladite bague de support étant en outre réalisée en une matière ayant une limite élastique supérieure à celle de la matière des

bagues d'étanchéité.

13 Dispositif d'étanchéité selon l'une des

revendications 7 et 12, caractérisé en ce que chaque

bague métallique de support présente en outre une épais-

seur axiale au moins aussi grande que sa largeur radiale.

14 Dispositif d'étanchéité selon la revendi-

cation 12, caractérisé en ce que les premiers et troisièmes moyens annulaires de compression comprennent en outre un épaulement ( 46, 66) de transmission de pression situé dans l'espace annulaire et solidaire de l'une des enceintes cylindriques de pression, cet épaulement portant contre l'autre desdites surfaces de transmission de

charge de la bague de support -

Dispositif d'étanchéité selon la revendica tion 14, caractérisé en ce que les deuxièmes et quatrièmes moyens annulaires de compression comprennent en outre un épaulement ( 48, 70) de transmission de pression situé dans l'espace annulaire et solidaire de l'autre desdites enceintes cylindriques de pression, lesdits épaulements pouvant notamment être réalisés en une matière ayant une limite élastique supérieure à celle de la matière de chaque bague de support, la matière des épaulements pouvant notamment comprendre de l'acier ayant une limite élastique

d'au moins 490 M Pa.

16 Dispositif d'étanchéité selon l'une des

revendications 7 et 12, caractérisé en ce que la matière

de la bague de support comprend de l'acier ayant une limite

d'élasticité d'au moins 350 M Pa.

17 Dispositif d'étanchéité selon l'une des

revendications 6 et 12, caractérisé en ce que chaque

bague d'étanchéité est réalisée en acier inoxydable du

type " 316 ".

18 Dispositif d'étanchéité selon l'une des

revendications 6 et 12, caractérisé en ce que chaque

bague d'étanchéité est réalisée en un métal ayant une limite élastique du même ordre de grandeur que la pression

à contenir.

19 Dispositif d'étanchéité selon l'une des

revendications 6 et 12, caractérisé en ce que les surfaces

intérieure et extérieure d'étanchéité de ladite bague d'étanchéité présentent en outre chacune au moins une

gorge annulaire ( 210, 212, 214 ou 216).

Dispositif d'étanchéité selon l'une des

revendications 6 et 12, caractérisé en ce que la surface

extérieure d'étanchéité et la surface inférieure d'appui de la bague d'étanchéité forment entre elles un angle

d'environ 28 à l'état précontraint.

21 Bague métallique destinée à assurer l'étan-

chéité entre des surfaces annulaires verticales intérieure ( 68) et extérieure ( 54) et soumise à des forces axiales supérieure et inférieure, caractérisée en ce qu'elle présente une section de forme analogue à celle d'un

parallélogramme, une surface tronconique annulaire supé-

rieure ( 102) d'appui destinée à recevoir la force axiale supérieure, une surface annulaire inférieure tronconique

( 104) d'appui destinée à recevoir la force axiale infé-

rieure, une surface annulaire intérieure { 106) de contact étanche destinée à s'appliquer de manière étanche contre la surface annulaire verticale intérieure, une surface annulaire extérieure ( 108) de contact étanche destinée à s'appliquer de façon étanche contre 'a surface annulaire verticale extérieure, la surface annulaire intérieure de contact étanche portant de façon étanche contre la surface annulaire verticale intérieure et la surface annulaire extérieure de contact étanche portant de façon étanche contre la surface annulaire verticale extérieure, avec un

contact d'étanchéité sensiblement égal lors de l'applica-

tion de la force axiale supérieure sur ladite surface annulaire supérieure tronconique d'appui ou lors de

l'application de la force axiale inférieure sur ladite sur-

face annulaire inférieure tronconique d'appui.

22 Bague d'étanchéité selon la revendication 21, caractérisée en ce que l'angle formé par la surface supérieure d'appui et la surface intérieure de contact est de 280 et en ce que l'angle formé par la surface inférieure d'appui et-la surface extérieure de contact est de 280 avant l'application des forces axiales supérieure et inférieure

23 Bague d'étanchéité selon l'une des revendi-

cations 21 et 22, caractérisée en ce qu'une première ligne, s'étendant de l'intersection de la surface supérieure de l'appui et de la surface intérieure de contact jusqu'à l'intersection de la surface inférieure d'appui et de la

surface extérieure de contact, et une seconde ligne, par-

tant de l'intersection de la surface supérieure d'appui

et de la surface extérieure de contact et orientée perpen-

diculairement à ladite surface extérieure de contact, forment entre elles un angle compris entre 17 et 200 avant

l'application des forces axiales supérieure et inférieure.

24 Dispositif d'étanchéité d'une tête de puits, caractérisé en ce qu'il comporte une tête de puits ( 10) supportant un dispositif ( 20) de suspension de colonne à l'intérieur du puits et présentant un épaulement tronco- nique supérieur ( 66) tourné vers le bas et un épaulement

tronconique inférieur ( 38) tourné vers le haut, le dispo-

sitif de suspension de colonne présentant un épaulement tronconique inférieur ( 42) tourné vers le bas, disposé au-dessus dudit épaulement inférieur de la tête de puits, et un épaulement tronconique supérieur ( 70) tourné vers le haut, disposé au-dessous dudit épaulement supérieur de la tête de puits, l'épaulement inférieur du dispositif de suspension et l'épaulement inférieur de la tête de

puits étant inclinés dans la même direction, et l'épaule-

ment supérieur du dispositif de suspension et l'épaulement supérieur de la tête de-puits étant inclinés également

dans la même direction, un premier ensemble ( 50) d'étan-

chéité étant disposé entre l'épaulement supérieur de la tête de puits et l'épaulement supérieur du dispositif de suspension afin d'obturer de manière étanche l'espace annulaire compris entre le dispositif de suspension et la tête de puits pour l'isoler de la pression du sondage, et un second ensemble ( 40) d'étanchéité étant disposé

entre l'épaulement inférieur de la tête de puits et l'épau-

lement inférieur du dispositif de suspension pour isoler de manière étanche l'espace annulaire de la pression

régnant dans l'espace annulaire du fond du puits.

Ensemble de puits, caractérisé en ce qu'il comporte une première colonne, un premier élément ( 10) de tête de puits relié à l'extrémité supérieure de cette première colonne, un second élément ( 20) de tête de puits surmontant le premier élément, une seconde colonne ( 25) disposée à l'intérieur de la première colonne et suspendue au second élément de tête de puits de façon à former un espace annulaire avec la première colonne, et des moyens d'étanchéité ( 40, 50) à double effet disposés entre la seconde colonne et le second élément de tête de puits

10102

et assurant l'étanchéité contre la pression exercée vers le haut par le fluide dans l'espace annulaire compris entre les colonnes, et contre la pression exercée vers le bas par le fluide contenu dans la seconde colonne, ces moyens d'étanchéité reposant sur l'extrémité supérieure de la seconde colonne, à l'intérieur du second élément de tête de puits, ce second élément comportant des moyens coniques de support qui s'évasent vers le haut, et une partie périphérique intérieure cylindrique ( 54) qui s'élève des moyens de support, la seconde colonne comprenant une partie périphérique extérieure cylindrique ( 68) qui s'élève des moyens de support et qui forme avec eux et avec ladite partie cylindrique intérieure un logement annulaire destiné à un joint annulaire d'étanchéité, une

bague supérieure ( 110) de compression étant disposée au-

dessus du joint et pouvant coulisser axialement dans le logement, cette bague présentant une surface inférieure conique ( 112) qui s'évase vers le haut et qui délimite,

avec ledit logement, une chambre pour le joint, un épaule-

ment annulaire ( 66), tourné vers le bas, étant situé sur la seconde colonne et reposant sur la bague de compression,

de manière à suspendre ladite seconde colonne comme indi-

qué précédemment, une bague ( 100) d'étanchéité étant dis-

posée dans le logement et présentant des surfaces infé-

rieure ( 104), supérieure ( 102) et périphériques intérieure ( 106) et extérieure ( 108) qui correspondent à celles de la chambre dans laquelle cette bague d'étanchéité est ajustée étroitement, mais de façon à pouvoir coulisser axialement, ladite bague d'étanchéité étant réalisée en un métal élastique, à grande résistance à la traction,

par exemple en acier doux, pouvant se comprimer élastique-

ment vers l'intérieur pour porter de manière étanche contre ladite partie périphérique cylindrique extérieure et pour d'abord s'étirer élastiquement, puis de façon ductile vers l'extérieur afin d'entrer en contact étanche avec ladite surface périphérique intérieure de l'élément de la tête de puits sous la pression du fluide agissant vers le bas sur ladite bague d'étanchéité, de l'intérieur de M 51 oïo 2 la seconde colonne et également sous la pression du

fluide agissant vers le haut sur cette bague, de l'inté-

rieur de l'espace annulaire, ladite bague pouvant se rétracter élastiquement desdites parties périphériques vers sa position initiale lorsque les pressions sont éliminées.