Dispositif d'accouplement entre un ensemble de train de tubes et de train de tiges et les moyens de commande en rotation de ces trains
La présente invention concerne les dispositifs d'accouplement entre un ensemble de train de tubes et de train tiges et les moyens de commande d'entraînement en rotation de ces trains comme ceux qui sont couramment utilisés dans le domaine du forage de puits de profondeur pouvant atteindre 10 quelques centaines de mètres. Il est connu actuellement, notamment par le EP-A-1 936 109, pour la réalisation d'un puits dans un sol donné et en association avec une machine foreuse, un système comportant un train de tiges, un outil de forage monté en coopération avec le train de tiges, un train de tubes entourant le train de 15 tiges, et des moyens pour entraîner en rotation les deux trains, ces derniers moyens étant agencés pour entraîner en rotation le train de tubes dans un premier sens et le train de tiges, dans le train de tubes, dans un second sens opposé au premier. Les moyens pour entraîner en rotation les deux trains comportent très 20 schématiquement des moyens moteurs et des moyens de couplage pour relier la sortie des moyens moteurs respectivement aux deux trains de tiges et de tubes. Or, avec ce type de système de forage de puits, se pose un problème lorsque la profondeur du puits à creuser peut aller jusqu'à une ou plusieurs 25 centaines de mètres. Dans ce cas, il est bien évident qu'il est impossible que les deux trains de tiges et de tubes soient d'un seul tenant. Les tiges et tubes qui sont alors utilisés ne font que quelques mètres de longueur et, au fur et à mesure que le puits est creusé, il faut découpler les moyens d'entraînement en rotation et les deux trains de tiges et de tubes, ajouter un 30 nouveau couple tige-tube, reprendre le creusement du puits, et ainsi de suite jusqu'à ce que le puits ait atteint la profondeur voulue. Or, comme les tiges sont mises en rotation à l'intérieur des tubes, se pose alors le problème de leur désaccouplement avec les moyens qui les entraînent en rotation. En effet, il est impensable de procéder, chaque fois, à l'enlèvement des tubes pour avoir accès aux tiges etlou manipuler les deux trains l'un par rapport à l'autre pour ajouter un nouveau couple tige-tube. Il a donc été mis au point des systèmes d'accouplement entre un ensemble de train de tubes et de train tiges et les moyens de commande en entraînement en rotation de ces trains pour faciliter l'accés aux tiges sans être obligé de démonter tout le train de tubes en fonctionnement dans la partie de puits déjà creusé et/ou de le manipuler d'une façon spéciale. Notamment, le Demandeur a déjà réalisé un dispositif d'accouplement 10 entre un ensemble de train de tubes et de train tiges et les moyens de commande en entraînement en rotation d'au moins l'un des deux trains, qui permette de résoudre ce problème de façon relativement rapide et aisée pour les techniciens foreurs. Cependant, la présente invention a pour but de réaliser un dispositif 15 d'accouplement qui soit plus fiable, plus facile à utiliser que les dispositifs d'accouplement selon les précédentes réalisations, notamment le dispositif d'accouplement du Demandeur évoqué, en simplifiant les manipulations sur les deux trains de tiges et de tubes. Plus précisément, la présente invention a pour objet un dispositif 20 d'accouplement entre un ensemble de train de tubes et de train tiges, et des moyens de commande en entraînement en rotation d'au moins l'un des deux trains lorsque le train de tiges est apte à être monté en rotation dans le train de tubes, caractérisé par le fait qu'il comporte : • une portion de tube cylindrique définie entre deux première et 25 seconde extrémités, ladite portion de tube ayant une section transversale intérieure au moins égale à celle des tiges du train de tiges, et une section transversale extérieure de forme polygonale, • des moyens pour relier la première extrémité de la portion de tube cylindrique avec les moyens de commande, 30 • un manchon défini entre deux première et seconde extrémités, ledit manchon comportant une percée traversante, ladite percée traversante comportant deux ouvertures situées respectivement aux première et seconde extrémités du manchon et ayant une section transversale sensiblement complémentaire de la section transversale extérieure de ladite portion de tube de façon que ladite portion de tube plonge, par sa seconde extrémité, dans la percée traversante en passant par son ouverture située au niveau de la première extrémité du manchon et de façon que ledit manchon coulisse sur ladite portion de tube pour être apte à prendre au moins deux première et seconde positions, * la première position du manchon étant définie de façon que, la portion de tube plongeant partiellement dans la percée traversante, la seconde extrémité de cette portion de tube soit située à une distance non 10 nulle de la seconde extrémité du manchon, * la seconde position du manchon étant définie de façon que la valeur de la distance séparant la première extrémité du manchon et la première extrémité de la portion de tube soit inférieure à la valeur de cette même distance quand ledit manchon est dans sa première position, et 15 • un embout tubulaire défini entre deux première et seconde extrémités, la section transversale intérieure de cet embout tubulaire étant au moins égale à celle des tiges du train de tiges, * la première extrémité de l'embout comportant une partie d'extrémité d'une section transversale extérieure sensiblement 20 complémentaire de la section transversale de la percée traversante du manchon de façon à être apte à s'enficher dans cette percée traversante en passant par son ouverture située au niveau de la seconde extrémité du manchon, et * la seconde extrémité de l'embout comportant des moyens 25 pour la relier à une extrémité du train de tubes. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description suivante donnée en regard des dessins annexés à titre illustratif, mais nullement limitatif, dans lesquels : Les figures 1 et 2 représentent deux schémas de principe simplifiés 30 du dispositif d'accouplement selon l'invention entre, d'une part un ensemble de train de tubes et de train de tiges, et d'autre part les moyens de commande en entraînement en rotation d'au moins l'un des deux trains, la figure 1 représentant une vue en coupe longitudinale partielle référencée I-I sur la figure 2, et la figure 2 représentant une vue en coupe transversale référencée II-II sur la figure 1, La figure 3 représente une vue en coupe longitudinale référencée III-III sur la figure 2, d'une partie du dispositif d'accouplement en accord avec la représentation des figures 1 et 2, mais selon un mode de réalisation industriel plus détaillé, Les figures 4 et 5 représentent deux vues respectivement en perspective cavalière et en coupe longitudinale d'un mode de réalisation industriel du dispositif d'accouplement selon l'invention en accord avec les 10 représentations des figures 1 à 3, et La figure 6 représente une vue en coupe longitudinale du dispositif d'accouplement selon l'invention monté en coopération, à titre d'application, entre des moyens d'entraînement en rotation et deux trains de tubes et de tiges, le train de tiges étant terminé par un outil de forage de puits, ces trois 15 éléments n'étant que représentés partiellement. Il est tout d'abord précisé que, sur les figures, les mêmes références désignent les mêmes éléments, quelle que soit la figure sur laquelle elles apparaissent et quelle que soit la forme de représentation de ces éléments. De même, si des éléments ne sont pas spécifiquement référencés sur 20 l'une des figures, leurs références peuvent être aisément retrouvées en se reportant à une autre figure. Il est aussi précisé que les figures représentent essentiellement deux modes de réalisation de l'objet selon l'invention, mais qu'il peut exister d'autres modes de réalisation qui répondent à la définition de cette 25 invention. Il est en outre précisé que, lorsque, selon la définition de l'invention, l'objet de l'invention comporte "au moins un" élément ayant une fonction donnée, le mode de réalisation décrit peut comporter plusieurs de ces éléments. Réciproquement, si le mode de réalisation de l'objet selon 30 l'invention tel qu'illustré comporte plusieurs éléments de fonction identique et si, dans la description, il n'est pas spécifié que l'objet selon cette invention doit obligatoirement comporter un nombre particulier de ces éléments, l'objet de l'invention pourra être défini comme comportant "au moins un" de ces éléments. Il est enfin précisé que lorsque, dans la présente description, une expression définit à elle seule, sans mention particulière spécifique la concernant, un ensemble de caractéristiques structurelles, ces caractéristiques peuvent être prises, pour la définition de l'objet de la protection demandée, quand cela est techniquement possible, soit séparément, soit en combinaison totale et/ou partielle. La présente invention concerne, par référence aux figures annexées, 10 un dispositif d'accouplement entre, d'une part un ensemble de train de tubes Ttu et de train tiges Tti, et d'autre part les moyens de commande Mro en entraînement en rotation d'au moins l'un des deux trains lorsque le train de tiges est apte à être monté en rotation dans le train de tubes, sachant que, de façon avantageuse, ces moyens de commande Mro en 15 entraînement en rotation permettent d'entraîner le train de tiges dans un sens et le train de tubes dans le sens opposé, et ce, de façon connue, pour une réalisation plus aisée du puits. Le dispositif d'accouplement comporte une portion de tube cylindrique 10 définie entre deux première 11 et seconde 12 extrémités, cette portion de 20 tube 10 ayant, selon une caractéristique de l'invention, une section transversale intérieure au moins égale à celle des tiges du train de tiges et une section transversale extérieure de forme polygonale, comme plus particulièrement visible sur les figures 1, 2 et 4. Le dispositif d'accouplement comporte aussi des moyens 20 pour 25 relier la première extrémité 11 de la portion de tube cylindrique 10 avec les moyens de commande en rotation Mro. Ces moyens de liaison 20 sont du domaine des personnes du métier qui sauront les réaliser en fonction de la nature des moyens de commande en rotation Mro. Ils seront donc représentés schématiquement sur les figures par une bridé avec des 30 moyens de boulonnage, mais pas plus amplement décrits. Est aussi prévu un manchon 30 défini entre deux première 31 et seconde 32 extrémités et comportant une percée traversante 33. Cette percée traversante comporte deux ouvertures situées respectivement aux première et seconde extrémités 31, 32 du manchon 30, par exemple dans leur plan perpendiculaire â l'axe longitudinal 34 du manchon, et, selon une caractéristique importante de l'invention, présente une section transversale sensiblement complémentaire de la section transversale extérieure de la portion de tube 10 de façon que cette portion de tube plonge, par sa seconde extrémité 12, dans la percée traversante 33 en passant par son ouverture située au niveau de la première extrémité 31 du manchon 30 et de façon que le manchon 30 soit apte à coulisser sur la portion de tube 10, sans subir de rotation autour de son axe longitudinal 34 par rapport à la 10 portion de tube 10, pour être apte à prendre au moins deux première et seconde positions P1, P2 représentées sur la figure 1, respectivement en traits pleins et en traits interrompus. La première position P1 du manchon 30 est celle dans laquelle une partie 16 de la portion de tube 10 plonge dans la percée traversante 33 de 15 façon que la seconde extrémité 12 de cette portion de tube soit située à une distance non nulle de la seconde extrémité 32 du manchon. En d'autres termes, la longueur de cette partie 16 de la portion de tube qui plonge dans la percée traversante est nettement inférieure à la longueur de cette percée traversante.
20 Quant à la seconde position P2 du manchon, elle est celle dans laquelle la valeur de la distance séparant la première extrémité 31 du manchon et la première extrémité 11 de la portion de tube 10 est inférieure à la valeur de cette même distance quand le manchon est dans sa première position P1.
25 Le dispositif d'accouplement comporte en outre un embout tubulaire 40 défini entre deux première 41 et seconde 42 extrémités, et dont la section transversale intérieure est au moins égale à celle des tiges du train de tiges. En outre, la première extrémité 41 de cet embout 40 comporte une partie d'extrémité 43 d'une section transversale extérieure sensiblement 30 complémentaire de la section transversale de la percée traversante 33 du manchon 30, c'est-à-dire présentant la même (ou sensiblement la même) forme polygonale, de façon à être apte à s'enficher dans cette percée traversante 33 en passant par son ouverture située au niveau de la seconde extrémité 32 du manchon 30. La seconde extrémité 42 de l'embout 40 comporte des moyens 44 pour la relier à une extrémité du train de tubes Ttu. Ces moyens de liaison 44 peuvent être de différentes natures, selon le type de liaison entre les tubes constituant le train de tubes. A titre illustratif, ces moyens de liaison 44 ont été représentés sur les figures 4 et 5 par un filetage car, dans le domaine notamment du forage, la jonction des tubes s'effectue le plus couramment par vissage.
10 De façon préférentielle, comme illustré, la partie d'extrémité 43 et la seconde extrémité 42 de l'embout tubulaire 40 sont séparées par une couronne ou analogue 45 qui peut constituer avantageusement une butée pour limiter notamment l'enfichage de la partie d'extrémité 43 dans la percée traversante 33.
15 Selon une caractéristique particulièrement préférentielle de l'invention, la longueur du manchon 30, prise entre ses première et seconde extrémités 31, 32, est au plus égale à la longueur de la portion de tube 10, avantageusement sensiblement de la même longueur. Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif 20 d'accouplement comporte en outre des moyens de blocage temporaire commandables 50 pour bloquer le manchon 30 sur la portion de tube 10 respectivement dans ses première et seconde positions PI, P2. Selon une réalisation préférentielle et avantageuse, ces moyens de blocage temporaire commandables 50 sont constitués, comme représenté sur presque toutes 25 les figures, de deux encoches 51, 52 réalisées dans la paroi latérale extérieure de la portion de tube 10 suivant un axe faisant un angle non nul par rapport à l'axe longitudinal 15 de cette portion de tube, de préférence un angle droit, et d'une goupille 54 montée en translation par rapport au manchon dans un trou 55 sécant avec la percée traversante 33, plus 30 particulièrement visible sur les figures 1, 2 et 3, de façon qu'elle soit apte à plonger dans l'une ou l'autre des deux encoches 51, 52 selon que le manchon se trouve dans l'une ou l'autre de ses première et seconde positions Pl, P2. De façon avantageuse, le dispositif d'accouplement comporte en outre des moyens 56, par exemple un ressort ou analogue, pour appliquer une tension élastique sur la goupille 54 et tendre à la maintenir constamment dans l'encoche 51, 52 dans laquelle elle est positionnée. Selon une autre caractéristique de l'invention, comme visible sur les figures 1, 5 et 6, la somme de la longueur de la partie 16 de la portion de tube 10 plongeant dans la percée traversante 33 quand le manchon 30 est dans sa première position P1 et de la longueur de la partie d'extrémité 43 de l'embout tubulaire 40, est inférieure à la longueur totale de la percée 10 traversante 33 du manchon 30, de façon que, entre la seconde extrémité 12 de la portion de tube 10 et la première extrémité 41 de l'embout tubulaire 40, il existe un espace Esp non nul suffisant pour, comme explicité ci-après, permettre l'accès aux tiges du train de tiges Tti. Selon une autre caractéristique importante de l'invention, le dispositif 15 d'accouplement comporte en outre des moyens de blocage-déblocage réversibles 60, figures 4 à 6, de l'embout tubulaire 40 avec le manchon 30. Selon une réalisation possible, ces moyens de blocage-déblocage réversibles 60 de l'embout tubulaire 40 avec le manchon 30 sont constitués par au moins deux orifices 61, 62, ou assimilables, réalisés respectivement 20 dans la seconde extrémité 32 du manchon 30 et dans l'embout tubulaire 40, et par une épingle 63 à au moins deux branches 64, 65. Dans le mode de réalisation illustré sur les figures 4 à 6, l'orifice 62 est un orifice relatif constitué par l'espace situé derrière une couronne 45 qui appartient à l'embout tubulaire 40, par rapport au manchon 30.
25 Quant aux deux branches 64, 65 de l'épingle 63, elles sont aptes à s'enficher respectivement dans les deux orifices 61, 62 définis ci-dessus pour solidariser l'embout tubulaire 40 avec le manchon 30 quand la partie d'extrémité 43 est enfichée dans la percée traversante 33 par l'ouverture de cette dernière située au niveau de la seconde extrémité 32 du manchon 30.
30 Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, le dispositif d'accouplement comporte en outre au moins une lumière 70 réalisée dans la paroi 71 du manchon 30, un touret 72 entourant de façon étanche le manchon 30 pour former, avec la paroi extérieure de ce manchon 30, une chambre sensiblement annulaire 73 dans laquelle débouche la lumière 70, et des moyens d'entrée 74 montés en coopération avec le touret 72 et débouchant dans la chambre sensiblement annulaire 73 permettant, si nécessaire, l'introduction et/ou l'élimination d'un fluide entre le train de tubes et le train de tiges. Cette technique est du domaine des personnes du métier et ne sera donc pas plus amplement développée ici, dans l'unique souci de ne pas alourdir la présente description. Le dispositif d'accouplement selon l'invention dont la structure est décrite ci-dessus s'utilise de la façon suivante : 10 On suppose tout d'abord que le dispositif est dans une configuration comme celle qui est illustrée sur la figure 6, à savoir la première tige du train de tiges Tti est connectée de façon connue, par exemple par vissage ou analogue, aux moyens d'entraînement en rotation Mor dans un premier sens, le premier tube du train de tubes Ttu est par exemple vissé sur 15 l'extrémité 42 de l'embout tubulaire 40 qui est enfiché, par sa partie d'extrémité 43, dans la percée traversante 33 du manchon 30, la portion de tube 10 est enfichée, par sa partie 16, dans cette percée traversante de façon que sa seconde extrémité 12 soit éloignée de la première extrémité 41 de l'embout tubulaire 40, pour délimiter avec elle l'espace libre Esp défini ci- 20 avant. La première extrémité 11 de la portion de tube 10, via les moyens 20, est reliée aux moyens d'entraînement en rotation Mor dans le sens opposé à celui du train de tiges Tti. L'embout tubulaire 40 est solidaire en translation du manchon 30 au 25 moyen de l'épingle 63. Le manchon 30 et l'embout tubulaire 40 sont solidaires en rotation, à cause des formes polygonales complémentaires de la paroi extérieure de la première partie 43 de cet embout 40 et de la percée traversante 33. Quant au manchon 30, il est solidaire en translation avec là portion de 30 tube 10 dans sa première position P1 au moyen de la goupille 54 plongeant dans l'encoche 52, et solidaire en rotation avec cette portion de tube 10 à cause des formes polygonales complémentaires de la paroi extérieure de la portion de tube 10 et de la percée traversante 33. De cette façon, les deux trains de tiges et de tubes peuvent être entraînés en rotation en sens inverse l'un par rapport à l'autre et le forage du puits peut de façon connue commencer. Les moyens d'entraînement en rotation Mor descendent vers le sol au fur et à mesure que se creuse le puits. Lorsque le dispositif d'accouplement selon l'invention est arrivé, en descendant, sensiblement au niveau du sol à partir duquel est creusé le puits, la rotation des deux trains de tiges et de tubes est arrêtée. Le technicien responsable du creusement du puits procède alors de 10 la façon suivante Il enlève l'épingle 63 pour désolidariser l'embout tubulaire 40 et le manchon 30, puis tire sur la goupille 54 à l'encontre du ressort 56 et soulève le manchon 30 pour le faire coulisser sur la portion de tube 10, de sa première position P1 dans laquelle il se trouve jusqu'à sa seconde position 15 P2. Il bloque alors le manchon 30 sur la portion de tube 10 en laissant glisser la goupille 54 dans l'encoche 51, libérant de ce fait tout l'espace libre Esp entre les extrémités 12 et 41 définies ci-avant. Il peut alors dévisser la première tige du train de tiges Tti en passant l'outil de dévissage par cet espace Esp. Cette première tige du train Tti va 20 en fait rester en place puisque reposant sur le fond du puits en cours de forage via éventuellement l'outil de forage Out, figure 6. Il procède aussi au dévissage de l'embout tubulaire 40 du premier tube qui, lui aussi, va rester en position en reposant sur le fond du puits en cours de creusement. Ensuite, il remonte les moyens d'entraînement en rotation Mor de la 25 valeur de la longueur d'un couple tige-tube. Dans ce mouvement, sont également remontés la portion de tube 10 et le manchon 30 dans sa seconde position P2. Il peut alors ajouter, par exemple par vissage, une seconde tige à la première tige qui repose sur le fond du puits, ainsi qu'un second tube en le vissant sur le premier, en ayant soin de visser l'embout 30 tubulaire 40 sur l'extrémité haute de ce second tube. Il solidarise alors l'extrémité haute de la seconde tige avec les moyens d'entraînement en rotation qui avaient été libérés comme mentionné ci-avant, libère la goupille 54 de l'encoche 51, amène le manchon 30 de sa seconde position P2 à sa première position P1, l'ouverture de la percée traversante 33 située au niveau de la seconde extrémité 32 du manchon 30 venant se placer sur la partie d'extrémité à section polygonale 43 jusqu'à buter contre la couronne 45 définie précédemment. La goupille 54 vient d'elle même se loger dans l'encoche 52, et les deux trains de tiges et de tubes sont à nouveau solidaires des moyens d'entraînement en rotation Mor. Le forage peut alors recommencer. Tous les efforts en rotation notamment sur les tubes sont transmis via la portion de tube 10, le manchon 30 et la partie d'extrémité 43 de l'embout 40, par des sections polygonales et 10 non pas par des moyens de blocage comme des goupilles ou analogues comme dans les dispositifs selon l'art antérieur. Il est à remarquer que l'épingle 63 peut être remise en place, ou pas, après l'ajout du deuxième couple tige-tube, car le train de tubes précédent repose sur le sol et l'emmanchement à section polygonale de la partie 15 d'extrémité 43 de l'embout tubulaire 40 dans la percée traversante 33 est suffisant pour entraîner la rotation du train de tubes en toute sécurité.