FR2978619A1 - Coupleur electromagnetique ameliore - Google Patents

Abstract

Demi-coupleur électromagnétique, du type comprenant un élément de couplage au moins en partie en matériau à haute perméabilité électromagnétique, ledit élément de couplage présentant un corps annulaire (4) de section transversale ouverte définissant un logement pour une partie au moins d'un conducteur (6) électrique à spires, Ce demi-coupleur comprend en outre une armature (8) annulaire recevant ledit corps annulaire (4) et agencée pour le maintenir.

Description

VALLOUREC 110.FRD

Coupleur électromagnétique amélioré L'invention concerne le domaine du couplage électromagnétique.

Certains domaines industriels de pointe comme le forage pétrolier présentent des 5 environnements de fonctionnement qui rendent complexe la transmission de données.

La Demanderesse a proposé un coupleur électromagnétique sans contact dans la demande de brevet français FR 11/00523. Ce coupleur est extrêmement performant par rapport à tous les coupleurs connus pour les applications pétrolières.

Les tubes sur lesquels ces coupleurs sont montés sont soumis à des contraintes conséquentes. Pour leur part, les coupleurs comprennent un corps en matériau à très haute perméabilité magnétique. Ce type de matériau est en général assez fragile, et supporte mal les vibrations et chocs que les tubes sont susceptibles de subir dans un puits de forage.

Il existe donc un risque de casse pour le corps du coupleur une fois en place dans le puits de forage. Une telle casse ne peut être acceptée, car elle signifie que le coupleur ne fonctionne plus, et que la chaîne de transmission de données entre la surface et le fond du puits est interrompue. L'invention vient améliorer la situation.

À cet effet, l'invention propose un demi-coupleur électromagnétique, du type comprenant un élément de couplage au moins en partie en matériau à haute perméabilité électromagnétique, 25 ledit élément de couplage présentant un corps annulaire de section transversale ouverte définissant un logement pour une partie au moins d'un conducteur électrique à spires. Ce demi-coupleur comprend en outre une armature annulaire recevant ledit corps annulaire et agencée pour le maintenir.

30 Ainsi, lorsque deux demi-coupleurs sont mis en regard de manière adéquate, les conducteurs respectifs se font face. Grâce à l'armature, même si l'un des deux corps annulaires ou les deux vient à se briser sous l'effet d'un choc ou des contraintes, il reste maintenu en place, logé dans 10 15 20 l'armature. Comme la continuité du corps annulaire n'est pas nécessaire pour obtenir l'effet électromagnétique recherché, le coupleur électromagnétique reste fonctionnel.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit, tirée d'exemples donnés à titre illustratif et non limitatif, tirés des dessins sur lesquels : - la figure 1 représente une vue en perspective de trois quarts arrière éclatée d'un demi-coupleur électromagnétique selon l'invention dont le ressort n'a pas été représenté, - la figure 2 représente une vue coupée en perspective de trois quarts arrière du demi-coupleur de la figure 1, - la figure 3 représente une vue rapprochée d'une partie de la figure 2, - la figure 4 représente une vue rapprochée d'une partie de la figure 2, - la figure 5 représente une vue rapprochée d'un élément de la figure 2, - la figure 6 représente une vue similaire à celle de la figure 1 mais non éclatée, prise sous un angle différent et en retirant un élément, - la figure 7 représente une vue d'une paire de demi-coupleurs en variante, à l'état monté et couplés, - la figure 8 est une vue rapprochée et en coupe d'un coupleur et d'un ressort, - la figure 9 est une vue de détail de la figure 7, et - la figure 10 est une vue semblable à la figure 9 pour une variante de réalisation.

Les dessins et la description ci-après contiennent, pour l'essentiel, des éléments de caractère certain. Ils pourront donc non seulement servir à mieux faire comprendre la présente invention, mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant.

La figure 1 représente une vue en perspective de trois quarts arrière et éclatée d'un demi-coupleur 2 électromagnétique selon l'invention. Pour former un coupleur électromagnétique complet, un demi-coupleur électromagnétique identique est disposé en regard de ce demi-coupleur.

Le demi-coupleur 2 est de forme générale annulaire, et comprend un corps 4, un conducteur 6, et une armature 8. 30 Comme on peut le voir sur la figure 2, le corps 4 présente une forme générale annulaire, dont la section transversale est en forme de crochet typographique, ou "[". Cette section comprend une base 10 et deux branches 12 et 14. La base 10 et les branches 12 et 14 définissent entre elles un logement 16.

La base 10 est très épaisse au regard de la surépaisseur des branches 12 et 14. Dans l'exemple décrit ici, la base 10 a une épaisseur d'environ 3,25 mm, tandis que les branches 12 et 14 présentent une surépaisseur de 0,3 mm par rapport à la base 10. La surépaisseur des branches 12 et 14 par rapport à la base 10 définit la profondeur du logement 16. Cette surépaisseur peut être comprise d'une manière générale entre 0,1 mm et 1 mm.

Dans l'exemple décrit ici, le corps 4 est réalisé en céramique comprenant du Fe, du Mn, et du Zn. Ce matériau est également appelé "ferrite doux", et sa formule générique est MnXZnyFe2+ZO4, où x+y+z=1.

Dans l'exemple décrit ici, ce matériau présente une perméabilité magnétique relative p,r : - de 2050 à 10 kHz à une température de 22°C, - de 2600 à 1 MHz à une température de 22°C, - de 1200 à 2 MHz à une température de 22°C, de 350 à 3 MHz à une température de 22°C, - jusqu'à 5000 entre 100 kHz et 1 MHz dans une plage thermique comprise entre 100°C et 220°C.

Dans ce mode de réalisation, le ferrite a une structure spinelle et présente une résistivité comprise entre 200 et 1600 Ohm.cm pour des fréquences comprises entre 10 kHz et 1 MHz à une température de 22°C. En variante, le corps 4 pourrait être réalisé dans un autre type de ferrite, ou en un autre matériau solide dont la perméabilité magnétique relative est supérieure à 100 dans la bande 1 kHz à 10 MHz, et présentant une conductivité électrique négligeable ou non.

Le conducteur 6 est dans l'exemple décrit ici un circuit imprimé de forme annulaire. En variante, le conducteur 6 pourrait être réalisé avec des enroulements en cuivre, ou en tout autre matériau approprié permettant d'obtenir un conducteur électrique à spires. En variante, le matériau formant les enroulements peut être argenté.

Comme on peut le voir sur la figure 5, le conducteur 6 comprend trois spires conductrices concentriques référencées 16, 18 et 20. Les spires 16 à 20 sont en continuité électrique par le biais de portions de décalage 22 et 24. En variante, le conducteur 6 peut comprendre plus de trois spires.

En regard des portions de décalage 22 et 24, le conducteur 6 comprend en outre deux portions de branchement ou de connexion référencées 26 et 28. Comme on peut mieux le voir sur la figure 2, les portions de branchements 26 et 28 s'étendent sensiblement perpendiculairement au plan des pistes conductrices 16, 18 et 20 et aboutissent à des connecteurs 30 et 32 pour le raccordement électrique au(x) câble(s) portant le signal. Pour loger les portions 26 et 28, le corps 4 en ferrite comprend deux évidements respectifs 34 et 36 visibles sur la figure 6. L'évidement 34 est ménagé à la fois localement dans la branche 12 et dans la surface extérieure du corps 4 tandis que l'évidement 36 est ménagé à la fois localement dans la branche 14 et dans la surface intérieure du corps 4.

Dans le mode de réalisation décrit ici, les connecteurs 30 et 32 sont réalisés sous la forme de connecteurs en polyétheréthercétone. Les connecteurs 30 et 32 sont disposés sensiblement parallèlement l'un à l'autre, et s'étendent dans une direction sensiblement parallèle à l'axe de révolution du coupleur. Comme on le voit mieux pour le connecteur 32 sur la figure 3, chaque connecteur 30 et 32 comprend une partie mâle 37, et une partie femelle 38. La partie femelle 38 est clipsée autour de la partie mâle 37 de manière à former une prise femelle pour un embout d'un câble de transmission destiné à s'étendre d'un bout à l'autre d'un composant tubulaire. La partie mâle 37 reçoit un conducteur 39 qui assure la transmission de signal entre le demi-coupleur 2 et le câble reçu dans la partie femelle 38.

En variante, les connecteurs 30 et 32 pourraient être réalisés dans des endroits distincts du demi-coupleur, et s'étendre dans des directions différentes. Dans encore d'autres variantes, les connecteurs 30 et 32 pourraient être réunis en un connecteur de type coaxial. Enfin, le conducteur 39 pourrait être omis, le câble étant directement connecté aux portions de branchements 26 et 28 à travers la partie mâle 37.

L'armature 8 comprend une première partie 40 et une deuxième partie 42. La première partie 40 et la seconde partie 42 sont agencées pour loger le corps 4, par exemple de manière inamovible. Dans l'exemple décrit ici, la première partie 40 est une bague annulaire présentant une section transversale sensiblement rectangulaire, sur laquelle le corps 4 est en appui. La première partie 40 présente une hauteur sensiblement égale à la hauteur du corps 4, par exemple d'environ 5 mm, et une largueur d'environ 4 mm par exemple. En variante, la première partie 40 peut présenter une hauteur sensiblement supérieure ou inférieure à celle du corps 4, de sorte que la fonction de support de la première partie 40 reste remplie.

La première partie 40 comprend deux évidements axialement traversants 44 et 45 sensiblement au niveau de la connexion entre la portion de branchement 26 du conducteur 6 et le conducteur 39 du connecteur 32 d'une part et au niveau de la connexion entre la portion de branchement 28 du conducteur 6 et le conducteur 39 du connecteur 30 d'autre part. L'évidement 44 est agencé pour loger la portion de branchement 26 du conducteur 6 et la portion 39 du connecteur 32, et l'évidement 45 est agencé pour loger la portion de branchement 28 du connecteur 6 et la portion 39 du connecteur 30. La portion 26, respectivement 28, peut ainsi être mise en contact électrique avec la portion 39 du connecteur 32, respectivement 30, au niveau de l'évidement 44, respectivement 45.

Dans l'exemple décrit ici, l'évidement 44 est une encoche qui débouche en partie radialement sur une surface extérieure 53 du demi-coupleur 2. L'évidement 45 est en partie une encoche qui débouche radialement sur la surface extérieure 53 du demi-coupleur 2. Les évidements 44 et 45 débouchent en partie au moins sur la surface extérieure 53 de manière à faciliter l'accès pour la soudure des éléments de contacts électriques entre le conducteur 6 et les connecteurs 30 et 32 lors du montage, et pour préserver un espace pour un surplus de matière au soudage.

Les dimensions de la première partie 40 permettent d'obtenir une raideur satisfaisante, et de ménager un espace suffisant pour les évidements 44 et 45.

La deuxième partie 42 de l'armature 8, visible en figures 1 à 3 est, dans l'exemple décrit ici, de forme annulaire, et présente une section transversale sensiblement en "J" ou en forme de "U" dont les branches sont de longueurs inégales. Ainsi, la deuxième partie 42 comporte une base 46 et des branches 48 et 50 de longueurs différentes. La deuxième partie 42, et notamment la base 46, est disposée sensiblement en regard du conducteur 6.

La base 46 présente une épaisseur très faible, de l'ordre de 200 µm dans l'exemple décrit ici. L'épaisseur de la base 46 peut être comprise entre 25 µm et 300 gym. Cette épaisseur reste faible afin que, lorsque deux demi-coupleurs sont placés en contact en regard l'un de l'autre, leurs conducteurs électriques soient proches l'un de l'autre. Sinon, les pertes électromagnétiques peuvent devenir excessives.

La branche 48 vient recouvrir la branche 12 du corps 4 et bloque celle-ci radialement sur une longueur appropriée, par exemple sur une distance d'environ 1,2 mm. Comme le corps 4 et la première partie 40 ont une hauteur presque identique, la portion libre de la branche 12 et la portion supérieure de la première partie 40 définissent avec la branche 48 un espace annulaire 52 libre. Cet espace annulaire peut être utilisé pour injecter de la matière, et pour lier entre elles la première partie 40, le corps 4, et la deuxième partie 42. Cette matière peut également être utilisée comme élément ressort comme cela sera décrit en référence aux figures 7 et 8.

La branche 50 vient recouvrir la branche 14 du corps 4, et se prolonge jusqu'à venir recouvrir une surface intérieure 55 de la première partie 40 (en bas sur la figure 3, en haut sur la figure 4), et à la dépasser axialement, par exemple d'environ 1 mm.

La longueur de dépassement des branches 48 et 50, et leur épaisseur respectives, permettent d'optimiser l'étanchéité par adhérisation d'un matériau qui sera décrit plus bas.

Dans l'exemple décrit ici, l'armature 8 est réalisée en zircone, ou oxyde de zirconium (ZrO2). Ce matériau est particulièrement intéressant car il est usinable, et présente des caractéristiques d'isolation électrique, de raideur (module d'Young), de résistance en flexion et en compression, de dureté et de résilience remarquables.

Par exemple, dans ce mode de réalisation, la zircone peut être sous forme de céramique de polycristal de zircone tetragonal comprenant 3% en mol d'Ytrium (3Y-TZP). La zircone pour la première partie 40 peut avoir une taille de grain de 0,5 µm et présenter une masse volumique de 6,05 g.cm 3, une dureté Vickers Hv0.3 de 1300, une résistance à la flexion d'environ 1000 MPa à 20°C, ainsi qu'une résistivité supérieure à 2000 Ohm.cm pour des températures inférieures à 400°C. Un exemple de ce type de zircone est vendu sous le nom commercial TECHNOX ® 2000. La zircone pour la deuxième partie 42 peut présenter des caractéristiques similaires, mais avec une dureté Vickers Hv0.3 de 1350 et une résistance à la flexion d'environ 1400 MPa à 20°C. Un exemple de ce type de zircone est vendu sous le nom commercial TECHNOX ® 3000. D'autres types de céramiques peuvent être envisagés.

Ces caractéristiques sont importantes car le coupleur électromagnétique est susceptible d'être placé dans une zone qui l'expose à de la boue hétérogène sous pression. La dureté de la zircone est telle qu'elle ne subit presque aucune abrasion. Tout au plus, cette abrasion ne sera susceptible de poser un problème qu'à un moment dans le temps où d'autres composants du coupleur auront déjà failli.

Au vu de ce qui précède, l'armature 8 forme donc un sarcophage dans lequel le corps 4 recevant le conducteur 6 est logé. Ainsi, même si le corps 4 se casse sous l'effet d'un choc ou de contraintes, il conserve sensiblement sa forme générale, et le conducteur 6 reste en place, ce qui assure que le coupleur électromagnétique continuera à opérer efficacement. La figure 7 représente un coupleur, soit ici deux demi-coupleurs 2 mutuellement couplés, selon l'invention, en place dans une colonne de forage pétrolier.

Cette figure représente la partie de liaison ou joint fileté tubulaire 100 de deux tubes ou 20 composants tubulaires 60 et 62 successifs. Le premier composant tubulaire 60 et le second composant tubulaire 62 sont mutuellement assemblés par vissage de leurs portions d'extrémités respectives. Les composants tubulaires 60 et 62 reçoivent chacun à leur extrémité respective une chemise 64 dans une région proche de la zone de filetage. La chemise 64 trouve de nombreuses applications avantageuses, notamment pour amener le câble 25 portant le signal électrique jusqu'au demi-coupleur 2. Des exemples de réalisation de la chemise 64 sont décrits plus en détail dans les demandes de brevet FR 11/00608 et FR 11/00609. Chacun des composants tubulaires 60 et 62 comprend un logement 71 pour recevoir un ressort 72. Le logement 71 est ici formé par l'alésage d'une portion d'extrémité de chacun des composants tubulaires 60 et 62 et est délimité par une surface de butée axiale 30 supportée par chacune des chemises 64 respectives. Dans d'autres modes de réalisation, le logement 71 est intégralement réalisé par alésage d'une portion d'extrémité de chacun des composants tubulaires 60 et 62, et la chemise 64 peut être omise.15 Afin de bien isoler mécaniquement le coupleur de l'extérieur, de la matière 54 a été moulée autour de l'armature 8. Dans l'exemple décrit ici, chaque demi-coupleur est noyé dans une masse de caoutchouc hydrogéné enrichi en nitrile et butadiene ou HNBR (Hydrogenated Nitrile Butadiene Rubber en anglais), en laissant la base 46 et la branche 50 de la deuxième partie 42 de l'armature 8 libres.

D'une manière générale, chaque demi-coupleur est donc enfoui au moins en partie dans la matière 54. Dans d'autres modes de réalisation, la réception de chaque demi-coupleur dans la matière 54 peut être plus lâche.

En variante, la matière 54 peut comprendre d'autres matériaux, combinés ou non, parmi les Polytetrafluoroéthylène (PTFE), les éthylène-propylène-diène monomère (EPDM), les fluoroélastomères (FKM), les fluorosilicones et les Perfluoroalkoxy (PFA). Ces matériaux peuvent être chargés en divers matériaux minéraux et/ou métalliques pour améliorer ses propriétés notamment mécaniques. En variante, le ressort 72 pourrait être réalisé sous d'autres formes, comme par exemple sous la forme d'un ressort à spires, ou alvéolé, ou tout autre type de ressort.

L'adhérisation du HNBR sur la première partie 40 de l'armature 8, et notamment dans l'espace annulaire 52 permet de protéger le coupleur contre l'infiltration des liquides extérieurs ou de boue. Cela est particulièrement important au niveau du corps 4, car l'infiltration d'eau salée peut avoir des conséquences néfastes sur la transmission du signal.

Lorsque les deux composants tubulaires 60 et 62 sont vissés et serrés ensemble, les bases 46 des armatures 8 respectives de chaque demi-coupleur 2 viennent au contact l'une de l'autre. Dans ce cas, toute boue ou autre matériau qui est pris entre les surfaces se retrouve écrasé et broyé. C'est pour cela que la deuxième partie 42 est choisie en zircone plus dure et présentant une plus grande résistance à la flexion que la première partie 40. Ce choix est également justifié par le fait que la deuxième partie 42 présente une faible épaisseur dans sa base 46. Il serait néanmoins possible d'utiliser la même zircone pour la première partie 40 et la deuxième partie 42.

Les résidus broyés sont alors entraînés radialement, soit vers l'intérieur, soit vers l'extérieur. Dans le premier cas, les résidus sont évacués avec le flux de la boue qui circule à l'intérieur des composants tubulaires 60 et 62. Dans le deuxième cas, les résidus se trouvent piégés entre d'une part le demi-coupleur 2, et d'autre part l'alésage du composant tubulaire accueillant le demi-coupleur 2. Cela est désavantageux, et risque de mettre la liaison ou joint fileté 100 des composants tubulaires 60 et 62 sous pression, de l'endommager et/ou ou de l'affaiblir, voire de dégrader le positionnement des deux demi-coupleurs l'un par rapport à l'autre.

Avantageusement, la branche 48 de la deuxième partie 42 d'au moins l'un des demi-coupleurs 2 présente un chanfrein 70. Le chanfrein 70 permet de préserver un espace annulaire 65 autour de l'armature 8 une fois le joint tubulaire 100 couplé. L'espace 65 permet de loger des résidus sans mettre le joint fileté 100 sous pression.

Comme on peut le voir sur les figures 7 et 8, le HNBR dans lequel est noyé chaque demi-coupleur 2 est très intéressant car il permet de former un ressort 72 faisant office de tampon et présentant une fonction d'amortisseur. En effet, le HNBR offre d'excellentes propriétés de résistance à l'abrasion, tout comme la zircone. Le HNBR présente des propriétés élastiques lui permettant de jouer un rôle de ressort, tout en offrant d'excellentes propriétés de résistance à l'abrasion, comme la zircone.

Les portions d'extrémités des composants tubulaires 60 et 62 logent les ressorts 72 de façon à ce que les demi-coupleurs 2 de chacun des composants tubulaires 60 et 62 du joint tubulaire 100 soient mutuellement couplés en fin de vissage. Le ressort 72 est disposé dans le logement 71 respectif des composants tubulaires 60 et 62.

Dans l'exemple, le ressort 72 a une forme générale annulaire. En section transversale, comme cela est visible sur la figure 8, le ressort 72 est délimité axialement d'un côté par une surface annulaire avant 74. La surface annulaire avant 74 s'étend sensiblement perpendiculairement à l'axe des composants tubulaires 60 et 62. Cette surface annulaire avant 74 est ici en léger retrait dans la direction axiale par rapport à la base 46 de l'armature 8 du demi-coupleur 2 vers le milieu du composant tubulaire 60. Ce retrait peut être par exemple d'environ 0,5 millimètre, et de préférence entre 0,25 millimètre et 1 millimètre. La surface annulaire avant 74 est alors raccordée à la surface de contact de la base 46 du demi-coupleur 2 par le chanfrein 70. La surface de contact de la base 46 est sensiblement perpendiculaire à l'axe du composant tubulaire 60.

Dans le mode de réalisation correspondant à la figure 8, au moment du vissage avant serrage, les deux demi-coupleurs 2 sont en contact mutuel par l'intermédiaire du leur base 46 respective. Les deux surfaces annulaires avant 74 des ressorts 72 sont mutuellement écartées. Après serrage du vissage, et comme cela est représenté sur les figures 9 et 10, les deux surfaces annulaires avant 74 des ressorts 72 restent écartées, tandis que les bases 46 sont en contact serré. L'espace annulaire créée entre les deux chanfreins 70 et les portions d'extrémités des ressorts 72 supportant les surfaces annulaires avant 74 permet à de la boue, des impuretés ou des débris de s'évacuer sans gêner la connexion. Cet espace laisse un passage pour du fluide après assemblage du composant tubulaire 60 avec un autre composant tubulaire 62.

Le mode de réalisation de la figure 9 représente un joint tubulaire 100 dans lequel la forme de chacun des ressorts 72 est sensiblement symétrique chacun comprenant un chanfrein 70. Dans ce mode de réalisation, le joint fileté tubulaire 100 présente un espace annulaire situé axialement entre les chanfreins 70 de chacun des demi-coupleurs 2 des composants tubulaires 60 et 62 après serrage du vissage.

En variante, représentée en figure 10, l'un des deux demi-coupleurs 2 est dépourvu de chanfrein 70. La surface annulaire avant 74 et la base 46 de l'armature 8 de ce demi-coupleur sont alors sensiblement alignées avant le serrage.

À l'opposé de la surface annulaire avant 74, le ressort 72 est délimité axialement par une surface annulaire arrière 76. La surface annulaire arrière 76 est agencée pour être en correspondance de forme avec une surface de butée du logement 71 du composant tubulaire 60 dans lequel le demi-coupleur 2 est destiné à être monté. La surface annulaire arrière 76 est située à distance axiale du demi-coupleur 2. Cette distance est suffisante pour que la dimension axiale du ressort 72 puisse absorber les chocs, vibrations et/ou contraintes de montage et de fonctionnement, y compris les dilatations thermiques, par déformation élastique, soit ici environ 20 mm.

En section transversale, le ressort 72 est délimité radialement d'un côté par une surface cylindrique intérieure 78. La surface cylindrique intérieure 78 est sensiblement alignée avec la surface intérieure de la branche 50 de l'armature 8. La forme lisse de la surface cylindrique intérieure 78 et le matériau qui la constitue sont choisis pour faciliter le passage du flux dans les composants tubulaires 60 et 62 tout en résistant à l'abrasion. De l'autre côté, le ressort 72 est délimité radialement, à l'opposé de la surface cylindrique intérieure 78, par une surface cylindrique extérieure 80. La surface cylindrique extérieure 80 est agencée pour être en regard de la portion d'alésage du composant tubulaire 60 dans laquelle le demi-coupleur 2 est destiné à être monté.

La surface raccordant la surface annulaire avant 74 et la surface cylindrique intérieure 78 est en correspondance de forme avec le demi-coupleur 2 qu'elle enveloppe. Le ressort 72 peut être surmoulé sur l'armature 8 et le corps 4 du demi-coupleur 2. Le ressort 72 complète alors le sarcophage formé par l'armature 8 autour du corps 4. Le ressort remplit alors l'espace annulaire 52.

Le ressort 72 comprend un bourrelet annulaire arrière 82 et un bourrelet annulaire avant 84 en saillie de la surface cylindrique extérieure 80. À l'état monté, ces bourrelets sont destinés à être au contact de la portion d'alésage du composant tubulaire 60. Ces bourrelets définissent entre eux un espace annulaire 85. Cet espace annulaire 85 permet à la matière constituant le ressort 72 de s'épandre radialement lorsque ce dernier subit une compression axiale. L'expansion radiale, consécutive d'une compression axiale, de la portion du ressort 72 dans l'espace annulaire 85 est donc libre, en ce sens que cette portion du ressort 72 n'est susceptible de venir au contact de l'alésage du composant tubulaire 60 qu'en fin de vissage. Le dimensionnement des bourrelets 82 et 84 est prévu de sorte que l'alignement axial du demi-coupleur 2 n'est pas affecté par l'opération de vissage.

À l'état monté, représenté en figure 7, une surface extérieure de la base 46 du demi- coupleur 2 peut être sensiblement alignée avec l'extrémité axiale de la portion d'alésage du composant tubulaire 60 qui le reçoit. À l'état monté, la surface annulaire arrière 76 est en contact avec une surface de butée axiale du composant tubulaire 60.

En variante, la surface annulaire arrière 76 peut être renforcée par une bague adaptée pour résister au contact avec le composant tubulaire. Cette bague peut être réalisée par exemple en un matériau moins élastique que le reste du ressort 72, pour garantir un raccordement avec le composant tubulaire 60 sans turbulences.

Le demi-coupleur 2 comprend des moyens d'indexation en rotation destinés à coopérer avec des moyens complémentaires d'un composant tubulaire 60 ou 62. Ici, les moyens d'indexation angulaire comprennent un téton 86 ou un crabot en saillie de la surface annulaire arrière 76. Le téton 86 est destiné, une fois monté, à être en saillie dans un évidement 87 correspondant ménagé dans la surface de butée axiale du composant tubulaire 60. La surface de butée axiale et l'évidement 87 peuvent être supportés par la chemise 64 comme cela est visible sur la figure 7.

En variante, le demi-coupleur 2 peut comprendre plusieurs tétons 86 répartis dans la circonférence du demi-coupleur 2, des évidements 87 correspondant étant ménagés dans la surface de butée axiale du composant tubulaire 60. Dans d'autres variantes encore, les moyens d'indexation peuvent prendre d'autres formes comme par exemple des tétons ménagés depuis la surface de butée axiale du composant tubulaire 60 et des évidements correspondants dans la surface annulaire arrière 76. À l'état monté, le demi-coupleur 2 et le ressort 72 sont radialement alignés vers l'intérieur avec le diamètre intérieur de l'alésage du composant tubulaire 60, et ils viennent s'appuyer vers l'extérieur sur une portion d'extrémité d'alésage adaptée du composant tubulaire 60.

Le ressort 72 comprend ici deux trous traversant axialement, et dimensionnés en fonction des connecteurs 30 et 32 et/ou du (des) câble(s) de connexion. En variante, le ressort peut comprendre un trou unique ou plus de deux.

Le ressort 72 permet de placer le coupleur au plus proche du flux, tout en garantissant son fonctionnement. En effet, grâce au ressort 72, la plus grande partie des efforts et des contraintes au montage et au fonctionnement est absorbée, et n'est pas transmise à l'armature 8. Cela diminue les risques de rupture du corps 4. Et quand bien même le corps 4 viendrait à casser, l'armature 8 lui ferait conserver sa forme, ce qui garantit son fonctionnement.

Ce montage permet donc de faire du demi-coupleur une pièce remplaçable, aisément accessible et extractible du fait de son positionnement au contact du flux, et donc facilement changeable en cas de problème. Cela est très avantageux par rapport à l'ensemble des autres coupleurs connus. De plus, le fait de placer le coupleur au contact du flux permet de simplifier la conception du composant tubulaire, puisqu'il n'est plus nécessaire d'usiner un logement dans les parois des composants tubulaires pour protéger les demi-coupleurs du flux, une gorge intérieure ou un élargissement, axialement localisé, dans l'alésage du composant tubulaire suffisant. Enfin, cette zone de logement affecte peu les propriétés mécaniques de la liaison tubulaire, par rapport à un logement situé plus proche des filetages ou ménagé depuis une surface sensiblement radiale d'appui ou de butée des parois des composants tubulaires.

Le montage des figures 7 et 8, et notamment l'interposition d'un ressort 72 entre un composant tubulaire 60 et son demi-coupleur 2, n'est pas compatible qu'avec des coupleurs électromagnétiques. Il est en effet compatible avec les coupleurs à contact direct, toroïdaux ou capacitifs, le ressort 72 fournissant encore un avantage très important.

En variante, les demi-coupleurs peuvent être appuyés au moins en partie sur des pièces tubulaires, par exemple des chemises, rapportées dans les alésages des composants tubulaires, de manière à réduire encore l'usinage et l'altération structurelle des zones d'extrémité des composants tubulaires.

Avantageusement, les demi-coupleurs 2 peuvent être munis d'une puce de radio-identification, ou RFID pour « Radio Frequency IDentification » en langue anglaise. Le placement de ces marqueurs dans les demi-coupleur 2, plutôt que sur les composants tubulaires 60 eux-mêmes par exemple, présente les avantages d'être facilement accessible pour la lecture de données en maintenance, d'être bien protégés de l'environnement extérieur des composants tubulaires et d'être aisément remplaçables lors du changement des demi-coupleurs en maintenance. Les puces RFID facilitent le suivi informatique des divers composants d'une tige de forage.

Dans l'exemple décrit ici, l'armature 8 a été décrite comme ayant une première partie de section rectangulaire, et une deuxième partie de section en forme de J. Il serait néanmoins possible de réaliser l'armature 8 différemment. Par exemple, il serait possible de réaliser la première partie avec une section ayant une forme en U, qui loge partiellement le corps 4, et la deuxième partie avec une section en U plat ou totalement plate, qui vient fermer la première partie à la manière d'un couvercle, et recouvrir la partie du corps 4 qui n'est pas logée dans la première partie 40.

Il a été décrit ici une armature 8 comprenant une première partie 40 de section transversale sensiblement rectangulaire et une deuxième partie 42 de section transversale sensiblement en "J". D'autres sections peuvent être envisagées, dont quelques exemples non limitatifs sont donnés : chacune des deux parties, ou les deux, peut être de section transversale en "U", avec des branches de longueurs égales ou non, agencées mutuellement pour envelopper en partie au moins le corps 4. Chacune des deux parties, ou les deux, peut être de section transversale en "L", avec des bras de longueurs égales ou non, agencées mutuellement pour envelopper en partie au moins le corps 4. L' armature 8 peut, en variante, enfermer complètement le corps 4. Le ressort 72 complète, ici, le rôle de sarcophage de l'armature 8 pour le corps 4.

L' armature 8 peut comprendre également plus de deux parties agencées complémentairement. L'armature 8 peut être une combinaison des ces variantes.

Pour résumer, l'invention concerne un demi-coupleur électromagnétique, du type comprenant un élément de couplage au moins en partie en matériau à haute perméabilité magnétique, ledit élément de couplage présentant un corps annulaire de section transversale ouverte définissant un logement pour une partie au moins d'un conducteur électrique (6) à spires, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une armature annulaire recevant ledit corps annulaire et agencée pour le maintenir.

Ce demi-coupleur peut présenter les caractéristiques supplémentaires suivantes : - l'armature comprend une première partie et une deuxième partie agencées pour loger ledit corps annulaire, - la première partie et la deuxième partie logent ledit corps annulaire de manière inamovible, - le conducteur électrique comprend une portion de connexion, - un connecteur est disposé sensiblement axialement par rapport à ladite portion de connexion, - la première partie de l'armature présente un évidement pour loger un conducteur du connecteur et la portion de connexion du conducteur électrique, - la première partie est disposée sensiblement en regard du corps annulaire, dans lequel la deuxième partie est disposée sensiblement en regard du conducteur électrique, et la portion de la deuxième partie sensiblement en regard du conducteur électrique présente une épaisseur comprise entre 25 µm et 300 µm, - l'armature est réalisée en matériau céramique présentant une résistance à la flexion supérieure à 500 MPa à 20°C, et une résistivité électrique supérieure à 1000 Ohm.cm pour des températures inférieures à 400°C, - l'armature est réalisée en zircone, - il peut être muni d'une puce de radio-identification, et - il peut être noyé dans un matériau choisi dans le groupe qui comprend du caoutchouc hydrogéné enrichi en nitrile et butadiene, un polytetrafluoroéthylène, un éthylène-propylènediène monomère, un fluoroélastomère, un fluorosilicone et un perfluoroalkoxy.

L'invention concerne également un composant tubulaire pour exploitation pétrolière comprenant un demi-coupleur présentant l'une ou plusieurs des caractéristiques précédentes, et dans lequel ledit demi-coupleur est logé dans un logement d'une portion d'extrémité du composant tubulaire.

Claims (12)

1. REVENDICATIONS1. Demi-coupleur électromagnétique, du type comprenant un élément de couplage au moins en partie en matériau à haute perméabilité magnétique, ledit élément de couplage présentant un corps annulaire (4) de section transversale ouverte définissant un logement (16) pour une partie au moins d'un conducteur électrique (6) à spires, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une armature (8) annulaire recevant ledit corps annulaire (4) et agencée pour le maintenir.
2. 2. Demi-coupleur électromagnétique selon la revendication 1, dans lequel l'armature (8) comprend une première partie (40) et une deuxième partie (42) agencées pour loger ledit corps (4) annulaire.
3. 3. Demi-coupleur électromagnétique selon la revendication 2, dans lequel la première partie (40) et la deuxième partie (42) logent ledit corps (4) annulaire de manière inamovible.
4. 4. Demi-coupleur électromagnétique selon la revendication 2 ou 3, dans lequel le conducteur électrique (6) comprend une portion de connexion (26).
5. 5. Demi-coupleur électromagnétique selon la revendication 4, comprenant en outre un connecteur (32) disposé sensiblement axialement par rapport à ladite portion de connexion (26). 25
6. 6. Demi-coupleur électromagnétique selon la revendication 5, dans lequel la première partie (40) de l'armature (8) présente un évidement (44) pour loger un conducteur (39) du connecteur (32) et la portion de connexion (26) du conducteur électrique (6).
7. 7. Demi-coupleur électromagnétique selon une des revendications 2 à 6, dans lequel la 30 première partie (40) est disposée sensiblement en regard du corps annulaire (4), dans lequel la deuxième partie (42) est disposée sensiblement en regard du conducteur (6) électrique, et dans lequel la portion (46) de la deuxième partie (42) sensiblement en regard du conducteur (6) électrique présente une épaisseur comprise entre 25 µm et 300 µm. 16 10 15
8. 8. Demi-coupleur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'armature (8) est réalisée en matériau céramique présentant une résistance à la flexion supérieure à 500 MPa à 20°C, et une résistivité électrique supérieure à 1000 Ohm.cm pour des températures inférieures à 400°C.
9. 9. Demi-coupleur selon la revendication 8, dans lequel l'armature (8) est réalisée en zircone.
10. 10. Demi-coupleur selon l'une des revendications précédentes, muni d'une puce de radio-identification.
11. 11. Demi-coupleur selon l'une des revendications précédentes noyé dans un matériau choisi dans le groupe qui comprend du caoutchouc hydrogéné enrichi en nitrile et butadiene, un polytetrafluoroéthylène, un éthylène-propylène-diène monomère, un fluoroélastomère, un fluorosilicone et un perfluoroalkoxy.
12. 12. Composant tubulaire pour exploitation pétrolière comprenant un demi-coupleur (2), selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit demi-coupleur (2) est logé dans un logement (71) d'une portion d'extrémité du composant tubulaire (60).