FR3009737A1 - Ancre de couple de blocage en rotation d'une colonne de production d'un puits et installation de pompage equipee d'une telle ancre de couple - Google Patents

Abstract

L'invention concerne une ancre de couple (2) destinée à bloquer en rotation une colonne de production par rapport à un carter de soutènement d'un puits ; l'ancre de couple comportant un bâti (4) et des cassettes d'ancrage (12, 14) comportant une molette (20, 22) ayant un pourtour et un axe de molette supportant ladite molette (20, 22) ; un point de contact (401, 402) du pourtour de la molette (20, 22) étant destiné à venir au contact du carter de soutènement (15), un point opposé (371, 372) étant disposé de façon diamétralement opposé au point de contact. Pour chaque cassette d'ancrage (12, 14), ladite molette (20, 22) est montée sur ladite extrémité dudit axe de molette; un angle de positionnement (β) compris entre 30° et 180° étant défini entre une première droite (dl) passant par le centre du carter de soutènement et le point de contact (401, 402) et une deuxième droite (d2) passant par le centre du carter de soutènement et ledit point opposé (371, 372).

Description

Ancre de couple de blocage en rotation d'une colonne de production d'un puits et installation de pompage équipée d'une telle ancre de couple L'invention concerne une ancre de couple de blocage en rotation d'une colonne de production par rapport à un carter de soutènement (aussi appelé cuvelage ou « casing » en anglais) d'un puits et/ou d'une installation de pompage équipée d'une pompe à cavités progressantes comportant une telle ancre de couple. Une installation de pompage comporte, dans sa configuration la plus répandue, une tête de puits équipée d'un palier d'entrainement de surface monté sur un « bloc obturateur de puits » entrainant à distance une pompe à cavités progressantes montée à la base d'une colonne de production ou insérée dans la colonne de production. La pompe est installée en fond de puits. Le palier d'entrainement, en tête de puits, supporte et entraîne en rotation un arbre d'entraînement appelé « tige polie ». La tige polie entraine un train de tiges (ou une tige continue) situé à l'intérieur et tout le long de la colonne de production. Ce train de tiges entraine à son tour en rotation le rotor de la pompe à cavités progressantes située en fond de puits. Le fluide, situé en fonds de puits, est transféré à travers la pompe et refoulé dans la colonne de production jusqu'à la tête de puits, d'où il est évacué par des conduits de distribution. L'ancre de couple maintient le stator de la pompe de manière à ce qu'il ne soit pas lui-même entrainé en rotation en fond de puits et évite ainsi la désolidarisation des tubes (aussi appelé tubage ou « tubing » en anglais) formant la colonne de production. Il est connu, notamment par le document US 6,155,346, des ancres de couple pour une installation de pompage, comportant des dents montées sur une came, fixée au train de tubage. Les dents sont propres à être déplacées, par l'intermédiaire de la came, entre une position rétractée à l'intérieur de l'ancre de couple et une position de blocage dans laquelle les dents s'étendent radialement à l'extérieur du bâti de l'ancre de couple et s'agrippent au carter de soutènement. De telles ancres de couple présentent de nombreux désavantages. Tout d'abord, elles sont basées sur des technologies à arc-boutement, et sont donc susceptibles de se désancrer en production en raison des fortes vibrations générées par la pompe à cavités progressantes. Ce désancrage peut entraîner le dévissage du train de tubage et sa chute en fond de puits impliquant un arrêt complet des opérations de production et un coût important pour réaliser des opérations de repêchage.

Ensuite, dans certains cas, le mécanisme de rétractation peut se boucher en raison de la présence de sable ou être altéré par la corrosion. Dans ce cas, l'ancre de couple est remontée par la force de sorte que le carter de soutènement et l'équipement de fonds sont endommagés.

De plus, les dents sont amenées en position de blocage par la rotation du train de tubage depuis la surface, par des opérateurs, à l'aide de clés à griffes. Cette opération d'entraînement présente un certain risque pour la sécurité des opérateurs maniant les clés à griffes pour lui communiquer un effort de torsion. En effet, lorsque la clé à griffe ripe, elle peut blesser les opérateurs.

Par ailleurs, en fonctionnement normale, l'arc-boutement des dents conduit par principe à des pressions de contact extrêmement élevées entre lesdites dents et le carter de soutènement. Ainsi, compte tenu du haut niveau vibratoire en cours de pompage, il est fortement suspecté que les dents, dont la forme est nécessairement agressive pour initier l'arc-boutement, « usinent» le carter de soutènement.

En outre, certains puits sont soumis à d'importantes variations de température en cours de production. Ces variations de températures dilatent le train de tubage qui peut s'allonger d'une longueur allant jusqu'à 6 mètres mais ne dilatent pas ou peu le carter de soutènement puisque celui-ci est cimenté à la formation. Au cours de ces variations de température, l'ancre de couple, poussée par la dilatation de la colonne de production, est déplacée par rapport au carter de soutènement selon l'axe longitudinal du puits. Comme les dents de l'ancre de couple sont toujours ancrées dans le carter de soutènement, un endommagement certain par entaillage de la paroi interne du carter de soutènement est suspecté mais non quantifié à ce jour. Enfin, pour être sûr que les dents de l'ancre de couple soient bien agrippées au carter de soutènement, celles-ci sont peuvent être entrainées en position de blocage à la surface du puits avant descente de l'ancre de couple au fond du puits. Dans ce cas, l'ensemble des tubes du carter de soutènement est lacéré et abimé lors de la descente de l'ancre de couple en fond de puits. Le document EP 1 371 810 décrit un dispositif anti-rotation d'un appareil de forage du type comportant un arbre rotatif et un logement contenant l'arbre rotatif. Le dispositif anti-rotation est propre à bloquer la rotation du logement dans la formation forée. Il comporte des chariots munis de roulettes montées sur un axe perpendiculaire à l'axe longitudinal du logement. La tranche des roulettes est effilée de manière à s'accrocher dans la roche de la formation forée et à empêcher, de par cet accrochage, toute rotation de l'appareil de forage. Toutefois, ce dispositif anti rotation n'est pas adapté à une utilisation dans un carter de soutènement car la surface effilée des roulettes risque de découper et d'abîmer le carter de soutènement. De plus, ce dispositif est sous dimensionné par rapport aux efforts de torsion appliqués par un stator à la colonne de production, lorsque le rotor est entrainé en rotation. Un tel dispositif ne pourrait pas contrer de tels efforts sauf à augmenter sa taille d'une manière telle qu'il ne pourrait plus être inséré dans la colonne de production. Le but de la présente invention est de proposer une ancre de couple capable de se déplacer selon l'axe longitudinal du puits en minimisant l'endommagement du carter de soutènement tout en résistant à des couples de torsion élevés. De tels couples de torsion élevés apparaissent dans des puits de pompage d'hydrocarbures lourds (présence de sable, huiles aromatiques, fortes viscosités) ou d'eau notamment lors de l'utilisation de stators métalliques (ceux des pompes métal/métal de type PCM VulcainTM), de pompes à cavités progressives à gros débit ou lorsque le pompage est réalisé dans des conditions d'opérations particulières dans lesquelles les sollicitations vibratoires sont importantes ou à des températures pouvant atteindre 350°C. A cet effet, l'invention a pour objet une ancre de couple destinée à bloquer en rotation une colonne de production par rapport à un carter de soutènement d'un puits ayant un axe longitudinal ; l'ancre de couple comportant un bâti et des cassettes d'ancrage portées par le bâti ; chaque cassette d'ancrage comportant une molette ayant un pourtour et un axe de molette supportant ladite molette, ledit axe de molette ayant une extrémité ; un point de contact du pourtour de la molette étant destiné à venir au contact du carter de soutènement, un point opposé étant disposé de façon diamétralement opposé au point de contact, caractérisée en ce que, pour chaque cassette d'ancrage, ladite molette est monté sur ladite extrémité dudit axe de molette; un angle de positionnement p compris entre 30° et 180°, et avantageusement entre 60° et 90°, étant défini entre une première droite et une deuxième droite, ladite première droite passant par le centre du carter de soutènement et le point de contact, ladite deuxième droite passant par le centre du carter de soutènement et ledit point opposé.

Avantageusement, dans cette position de l'axe portant la molette, une force tangentielle aux molettes est appliquée en un seul point de contact de la molette, lors de la descente en complétion de l'ancre de couple ou lorsque la longueur du carter de soutènement est modifiée par dilatation. Cette force entraîne les molettes en rotation et permet ainsi de déplacer l'ancre de couple le long du carter de soutènement en minimisant l'endommagement du carter de soutènement (écrouissage cyclique et non arrachement de matière comme pour les produits existants). Lorsque cette force tangentielle n'est pas appliquée aux molettes, c'est-à-dire lorsque l'ancre de couple ne se déplace pas le long du carter de soutènement, le couple exercé par le stator est contenu dans un plan contenant les axes de molette de sorte que les molettes ne sont pas entraînées en rotation. Suivant des modes particuliers de réalisation, l'ancre de couple comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - Dans chaque cassette d'ancrage, ladite molette est mobile selon une direction de déplacement parallèle à l'axe de molette et dans laquelle chaque cassette d'ancrage comporte un dispositif de contrainte propre à exercer un effort sur ladite molette selon ladite direction de déplacement pour ancrer ladite molette dans ledit carter de soutènement.

Avantageusement, le positionnement de la molette combiné à la direction d'application de l'effort du dispositif de contrainte permet d'obtenir un couple résistif plus élevé que dans les dispositifs de l'état de la technique dans lesquels la direction d'application de l'effort du dispositif de contrainte est perpendiculaire à l'axe des molettes. En conséquence, un dispositif de contrainte de dimension plus faible peut être utilisé dans l'ancre de couple selon la présente invention. Ce qui permet de réaliser des ancres de couple très compacte. De plus, avantageusement, ce dispositif de contrainte joue un rôle de suspension en ce sens où il permet de déplacer radialement chaque molette en fonction des irrégularités liées soit à des variations de diamètre des tubes de carter de soutènement formant le carter de soutènement soit à une déformation locale ou une corrosion locale d'un tube. Il permet également d'utiliser l'ancre de couple dans différents puits de pompage ne présentant pas tous des carters de soutènement de même diamètre intérieur ou épaisseur de paroi. - Le dispositif de contrainte comprend N ressort réparti régulièrement autour de l'axe de la molette, N étant un entier naturel supérieur ou égal à un. 5 - N est égal à deux, lesdits deux ressorts étant agencés de façon co-axiale audit axe de molette, et ladite cassette d'ancrage comprend une rondelle de butée agencée entre ladite molette et lesdits ressorts. Avantageusement, l'utilisation de deux ressorts concentriques permet d'appliquer 10 un effort important aux molettes. La rondelle de butée permet de garantir que les efforts appliqués par les ressorts sur la molette soient uniformément répartis. - La cassette d'ancrage comporte un palier propre à porter ladite molette et chaque palier comporte une excroissance délimitant une chambre interne contenant ledit N 15 ressort, ladite excroissance étant propre à guider ledit N ressort en translation dans ladite excroissance ainsi qu'en rotation autour de l'axe de molette. Avantageusement, l'excroissance permet de maintenir en place les ressorts, un côté uniquement des molettes étant soumis à une charge importante provenant du couple exercé par le stator et du contact avec le carter de soutènement. 20 - L'ancre comporte au moins un passage de fluide entre l'extérieur du bâti et ladite chambre interne. Avantageusement, ce passage de fluide permet de refouler ou d'aspirer le fluide au gré des variations de volume de la chambre interne liées à la compression ou la détente 25 des ressorts. En réduisant, la taille de ce passage, il est possible d'augmenter l'amortissement des déplacements des molettes selon la direction de l'axe de molette en laminant le fluide à travers un passage « étroit / réduit » (duse). Avantageusement également, le fluide pompé peut pénétrer par ces passages et lubrifier les ressorts, augmentant ainsi leur durée de vie en particulier lorsque le fluide est 30 préalablement filtré. - Le bâti comporte des logements formant une coulisse débouchant vers l'extérieur ; chaque logement étant propre à contenir une cassette d'ancrage.

Ainsi avantageusement, l'ensemble des pièces contenues dans la cassette d'ancrage peut être librement et facilement extrait du logement et changé lors des opérations de maintenance de l'ancre de couple - Le palier est propre à coulisser dans ledit logement, ledit palier adhérant audit logement par ajout de graisse à leur interface. Comme le palier contient l'axe de molette, ledit N ressort et le cas échéant la rondelle de butée, l'ensemble de ces éléments peut être facilement extrait du logement.

Le collage à la graisse permet de lubrifier le contact entre le logement et le palier tout en générant une légère résistance à l'extraction de la cassette d'ancrage lors de la manutention de l'ancre de couple en dehors du carter de soutènement. - Les cassettes d'ancrage comportent une butée de palier propre à porter ledit axe de molette, ladite butée de palier comportant au moins un épaulement formant une surface d'appui pour ledit dispositif de contrainte. - Les axes de molette sont encastrées sur lesdites molettes, et de préférence frettées auxdites molettes.

Ainsi, avantageusement, la fixation de la molette à l'axe de molette est réalisée sans pièce de fixation, améliorant ainsi la fiabilité du système et évitant ainsi tout risque de perte de composants dans le puits à la condition que les coefficients de dilation des matériaux en contact soient identiques, ou suffisamment proche pour que la dilatation différentielle soit négligeable. - Une extrémité dudit axe de molette est munie d'un collet et dans laquelle ladite butée de palier comporte une gorge circulaire intérieure propre à recevoir ledit collet pour précontraindre le dispositif de contrainte. Avantageusement, le collet permet de précontraindre les cassettes formant un seul sous ensemble ; et par voie de conséquence d'extraire la butée de palier du logement, lors des opérations de maintenance. - L'ancre comporte un réservoir ayant une ouverture qui s'étend dans un plan sensiblement parallèle au plan contenant les axes de molette. Avantageusement, ce réservoir permet de collecter les débris provenant de la colonne de production, évitant ainsi l'utilisation d'un collecteur de débris généralement appelé en anglais « Bull plug ». Avantageusement, ce réservoir forme également une butée de positionnement du rotor généralement appelé en anglais « Tag bar » ou « Stop bushing » qui permet de savoir que le rotor a été descendu à une distance suffisamment profonde pour être correctement positionné dans l'ensemble du stator. -Le diamètre des molettes est compris entre 20 % et 80 % de la valeur du diamètre intérieur du carter de soutènement. Avantageusement, ce diamètre important réduit la pression de contact de la molette contre le carter de soutènement. Ainsi, le carter de soutènement est moins endommagé et moins usé malgré un passage répété de l'ancre de couple lors des dilatations cycliques du carter de soutènement et des opérations de maintenance. Avantageusement, ce diamètre important permet aux molettes de traverser le joint de cuvelage, c'est-à-dire le joint entre deux tubes adjacents formant le carter de soutènement, sans détérioration prononcée de la molette et du carter de soutènement. - Les molettes présentent une face circulaire externe dont le bord périphérique est pourvu d'un bourrelet destiné à venir au contact du carter de soutènement, lorsque l'ancre de couple est installée dans le carter de soutènement. - Lesdites molettes sont propres à appliquer audit carter de soutènement une pression de contact théorique calculée suivant les formules de Hertz comprise entre 2 et 20 fois la limite élastique du carter de soutènement et, préférentiellement, entre 4 et 10 fois la limite élastique du carter de soutènement. - Le palier et/ou la butée de palier est réalisé en céramique. - Le bâti comporte une première direction Z, une deuxième direction X et une troisième direction Y définissant un repère orthonormé R; la première direction Z s'étendant parallèlement audit axe longitudinal du puits, lorsque l'ancre de couple est agencée dans ledit carter de soutènement ; le bâti comporte en outre un plan radial (X, Y) contenant la deuxième direction X et la troisième direction Y, un premier plan axial (Z, X) contenant la première direction Z et la deuxième direction X et un deuxième plan axial (Y, Z) contenant la première direction Z et la troisième direction Y, le premier plan axial (Z, X) et le deuxième plan axial (Y, Z) passant par le centre du carter de soutènement ; et dans laquelle lesdites casettes d'ancrage comporte une première cassette d'ancrage et une seconde cassette d'ancrage disposés dans un premier plan radial (X, Y), dit premier étage ; la première casette d'ancrage comporte un premier axe de molette et la deuxième casette d'ancrage comporte un second axe de molette ; le premier axe de molette et le second axe de molette sont parallèle l'un à l'autre et sont disposés de part et d'autre du deuxième plan axial (Y, Z) ; le premier axe de molette et le deuxième axe de molette étant décalés par rapport au centre du carter de soutènement d'une même valeur de décalage selon la troisième direction Y. - L'ancre comporte une troisième casette d'ancrage et une quatrième cassette d'ancrage disposés dans un deuxième plan radial (X, Y), dit second étage ; le second étage étant décalé selon la première direction Z par rapport au premier étage ; et dans laquelle la troisième casette d'ancrage et la quatrième cassette d'ancrage sont positionnées par rapport à la première cassette d'ancrage et la seconde cassette d'ancrage selon une transformation géométrique comportant au moins une symétrie axiale par rapport à un premier axe A-A parallèle à la deuxième direction X et passant par le centre du carter de soutènement ; ledit axe A-A étant contenu dans un plan radial (X, Y) situé à une distance prédéfinie du plan contenant le premier axe de molette et le deuxième axe de molette. Avantageusement, l'ancre de couple ne tourne pas autour du centre du bâti lors de sa translation le long de l'axe du carter de soutènement. Cette configuration améliore en outre le centrage de l'ancre de couple à l'intérieure du carter de soutènement et le couple résistif de l'ancre de couple dans les deux sens de rotation. -L'ancre comporte une troisième casette d'ancrage et une quatrième cassette d'ancrage disposés dans un deuxième plan radial (X, Y), dit second étage ; le second étage étant décalé selon la première direction Z par rapport au premier étage; et dans laquelle la troisième casette d'ancrage et la quatrième cassette d'ancrage sont positionnées par rapport à la première cassette d'ancrage et la seconde cassette d'ancrage selon une transformation géométrique comportant une rotation, par exemple, d'un angle de 90°, par rapport à un axe B-B parallèle à la première direction Z et passant par le centre du bâti. - Le bâti comporte une première direction Z, une deuxième direction X et une troisième direction Y définissant un repère orthonormé; la première direction Z s'étendant parallèlement audit axe longitudinal du puits, lorsque l'ancre de couple est agencée dans ledit carter de soutènement ; le bâti comporte en outre un plan radial (X, Y) contenant la deuxième direction et la troisième direction Y, un premier plan axial (Z, X) contenant la première direction Z et la deuxième direction X et un deuxième plan axial (Y, Z) contenant la première direction Z et la troisième direction Y, le premier plan axial (Z, X) et le deuxième plan axial (Y, Z) passant par le centre du carter de soutènement; et dans laquelle lesdites casettes d'ancrage comporte une première cassette d'ancrage, une seconde cassette d'ancrage, une troisième cassette d'ancrage et une quatrième cassette d'ancrage disposés dans un même plan radial (X, Y), les axes de molette de chaque cassette d'ancrage sont parallèles entre eux ; la première cassette d'ancrage et la troisième cassette d'ancrage sont agencées d'un côté du deuxième plan axial (Y, Z) ; la deuxième cassette d'ancrage et la quatrième cassette d'ancrage sont agencées de l'autre côté du deuxième plan axial (Y, Z) ; la première cassette d'ancrage et la deuxième cassette d'ancrage sont agencées d'un côté du premier plan axial (Z, X), la troisième cassette d'ancrage et la quatrième cassette d'ancrage sont agencées de l'autre côté du premier plan axial (Z, X). Avantageusement, l'ancre de couple selon ce mode de réalisation se positionne bien au centre du carter de soutènement et présente un couple résistif important par unité de longueur. Le diamètre des molettes est inférieur dans ce mode de réalisation ce qui pourrait éventuellement entrainer un endommagement plus important des molettes lors d'un passage de joint de carter de soutènement et éventuellement des difficultés à traverser les joints de cuvelage. L'invention a également pour objet une installation de pompage comprenant une ancre de couple selon l'une quelconque des caractéristiques mentionnées ci-dessus ; - Préférentiellement, l'ancre de couple étant fixée en fond de puits à l'extrémité de l'installation de pompage. Avantageusement, dans cette configuration, le stator est éloigné de l'ancre de couple de sorte que l'ancre de couple est sujette à de plus faibles vibrations.

Avantageusement, une crépine de plusieurs mètres est fixée entre l'extrémité basse du stator et l'ancre de couple de sorte que les vibrations sont encore atténuées. - En variante, l'installation comprend une pompe à cavités progressantes munie d'un stator et d'un rotor hélicoïdal agencé dans le stator et l'ancre de couple est fixée directement au stator. Avantageusement, dans cette configuration, l'ancre de couple réalise la fonction de butée de positionnement du rotor, de collecteur de débris et donc nécessairement de crépine/équipement filtrant.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux figures sur lesquelles : - la figure 1 est une vue en perspective arrachée d'une ancre de couple selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 est une vue en coupe suivant un plan perpendiculaire à l'axe du carter de soutènement de l'ancre de couple illustrée sur la figure 1 ; - la figure 3 est une vue identique à la figure 2 sur laquelle une première droite et une deuxième droite ont été représentées ; - la figure 4 est une vue en perspective d'une première variante de l'ancre de couple illustrée sur la figure 1 ; - la figure 5 est une vue de dessus de l'ancre de couple illustrée sur la figure 4 ; - la figure 6 est une vue en perspective d'une deuxième variante de l'ancre de couple illustrée sur la figure 1 ; - la figure 7 est une vue de dessus de l'ancre de couple illustrée sur la figure 6 ; - la figure 8 est une vue en perspective d'une troisième variante de l'ancre de couple illustrée sur la figure 1 ; - la figure 9 est une vue en coupe suivant un plan perpendiculaire à l'axe du carter de soutènement d'une ancre de couple selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ; - la figure 10 est une vue en coupe suivant un plan passant perpendiculaire à l'axe du carter de soutènement d'une ancre de couple selon un troisième mode de réalisation de l'invention ; - la figure 11 est une vue de côté des équipements souterrains d'une installation de pompage de pétrole, d'eau ou de gaz selon la présente invention ; - la figure 12 est une vue en perspective coupée d'une ancre de couple selon une variante du premier mode de réalisation de l'invention ; et - la figure 13 est une vue de côté des équipements souterrains d'une installation de pompage de pétrole, d'eau ou de gaz selon la présente invention.

Dans la description qui va suivre, les éléments identiques ou similaires sont référencés par la même référence et ne sont décrits qu'une seule fois. La présente invention est définie par rapport à un repère orthogonal R (X, Y, Z) représenté sur la figure 1. Le sens des vecteurs X, Y et Z est défini comme étant le sens positif. Le sens inverse est défini comme étant un sens négatif. Par convention, la direction Z du repère R (X, Y, Z) est appelée « première direction », la direction X de ce repère est appelée « deuxième direction » et la direction Y de ce repère est appelée « troisième direction ». Les termes « haut », « bas », « inférieur », « supérieur », « droite » et « gauche » sont définis lorsque l'ancre de couple selon l'invention est disposée comme illustrée sur la figure 1, et ne sont nullement limitatifs. L'ancre de couple selon la présente invention est principalement destinée à être montée dans un carter de soutènement d'une installation de pompage d'hydrocarbures, d'eau ou de gaz. Par convention, la première direction Z s'étend parallèlement à l'axe longitudinal du carter de soutènement dans lequel l'ancre de couple est destinée à être installée. La deuxième direction X et la troisième direction Y s'étendent dans un plan radial à ce carter de soutènement. Par convention également, le plan contenant la deuxième direction X et la troisième direction Y est appelé plan radial (X, Y), le plan contenant la première direction Z et la deuxième direction X et passant par le centre O du carter de soutènement 15, est appelé premier plan axial (Z, X) et, enfin, le plan contenant la première direction Z et la troisième direction Y et passant par le centre O du carter de soutènement 15, est appelé deuxième plan axial (Y, Z). Le carter de soutènement 15 présente une forme cylindrique. Le centre O du carter de soutènement 15 est défini selon la présente invention comme étant un point quelconque situé sur l'axe de ce cylindre. En référence aux figures 1 et 2, l'ancre de couple 2 selon le premier mode de réalisation de l'invention comprend un bâti 4 présentant deux faces d'extrémité 5, 6 s'étendant parallèlement au plan radial (X, Y). Les faces d'extrémités sont destinées à être fixées, par exemple par vissage, par goupillage ou par soudure, au stator d'une pompe à cavités progressantes ou à un équipement filtrant perforé généralement appelé crépine ou « perforated pipe, slotted screen, sand screen » en anglais ou encore à un autre bâti pour former une ancre de couple ayant un nombre plus important de cassettes d'ancrage comme explicité ultérieurement.

Le bâti 4 comprend un premier logement 8 et un second logement 10 cylindriques contenant, l'un, une première cassette d'ancrage 12 et, l'autre, une deuxième cassette d'ancrage 14. Comme visible sur la figure 2, le premier logement 8 et le second logement 10 s'étendent selon la deuxième direction X, dans un même plan radial (X, Y). Par convention, cette ancre de couple est dite à un seul étage. Le premier logement 8 et le second logement 10 sont disposés de part et d'autre du deuxième plan axial (Y, Z) et sont décalés par rapport au centre O du carter de soutènement 15 selon la troisième direction Y, avantageusement de la même valeur, l'un dans un sens positif, l'autre dans un sens négatif.

Le premier logement 8 et le second logement 10 débouchent chacun sur un méplat 16, 18 recevant l'un, une partie d'une première molette 20 de la première cassette d'ancrage 12 et l'autre, une partie de la seconde molette 22 de la deuxième cassette d'ancrage 14. La première cassette d'ancrage 12 et la deuxième 14 sont similaires. Pour simplifier la description, seule la première cassette d'ancrage 12 sera décrite en détail. Seules les différences de positionnement des éléments de chacune des cassettes d'ancrage seront décrites.

La première cassette d'ancrage 12 comprend une première molette 20, un premier axe de molette 26 supportant la première molette 20, et un dispositif de contrainte 28 apte à appliquer un effort à la première molette 20, par le biais de pièces intermédiaires adéquates, selon une direction axiale à ladite molette 20.

La première molette 20 présente un pourtour 30 circulaire et un alésage central 32. Une extrémité 36 du premier axe de molette est encastrée dans l'alésage central 32 de la première molette. Le premier axe de molette 26 est décalé selon une direction perpendiculaire à une droite Dl passant sensiblement par le centre O du carter de soutènement 15 et parallèle au premier axe de molette 26. En particulier, le premier axe de molette 26 est positionné de façon décalé dans le sens positif de la troisième direction Y. En conséquence, la première molette 20 s'étend en saillie à l'extérieur du bâti 4 dans un sens positif selon cette direction Y. La deuxième molette 22 est supportée par un deuxième axe de molette 38 qui est décalée par rapport au centre O du carter de soutènement 15 dans le sens négatif de la troisième direction Y. La deuxième molette 22 s'étend en saillie à l'extérieur du bâti 4 dans un sens négatif selon cette direction Y. Dans les modes de réalisation illustrés, le premier axe de molette 26 de la première molette et le deuxième axe de molette 38 de la deuxième molette sont décalés par rapport au centre du bâti 4. Mais, ce positionnement n'est nullement limitatif. Le décalage S du premier axe de molette 26 selon la troisième direction Y présente une longueur comprise entre 0.1 % et 10 %, et avantageusement compris entre 3% et 5 % du diamètre intérieur du carter de soutènement. Ainsi, lorsque l'ancre de couple 2 est agencée dans ledit carter de soutènement 15, une partie du pourtour 30 de la première molette est en prise avec le carter de soutènement 15 uniquement en un point de contact 401, le pourtour restant de la première molette étant à distance dudit carter de soutènement 15. Cette configuration permet que la première molette 20 tourne librement lorsqu'une force parallèle à la première direction Z est appliquée au bâti 4 et s'ancre simultanément dans le carter de soutènement 15 lorsqu'un couple de torsion lui est appliqué tel que le couple induit dans le stator par la rotation du rotor. En particulier, en référence à la figure 3, lorsque l'ancre de couple 2 est agencée dans ledit carter de soutènement 15, le pourtour 30 de la première molette vient au contact du carter de soutènement 15, à chaque instant, en un point de contact 401. A cet instant, le point 371 du pourtour de la molette diamétralement opposé au point de contact 401, est appelé ci-après par convention, point opposé 371. La première molette 20 est agencée à l'intérieur du carter de soutènement 15 et s'étend selon une direction tangentielle au carter de soutènement 15 de sorte qu'un angle de positionnement p non nul est défini entre une première droite dl passant par le centre O du carter de soutènement 15 et le point de contact 401, et une deuxième droite d2 passant par le centre O du carter de soutènement et ledit point opposé 371. De préférence, l'angle de positionnement p est compris entre 30 et 180°, et avantageusement entre 60 et 90°. De la même façon, la première droite dl passe également par le point de contact 402 de la deuxième molette 22, et la deuxième droite d2 passe par le point opposé 372 au point de contact 402. Le même angle de positionnement p existant entre la première droite dl et la deuxième droite d2.

Préférentiellement, l'extrémité 36 du premier axe de molette 26 est frettée dans l'alésage central 32 de la première molette. Ainsi, la première molette 20 et le premier axe de molette 26 sont solidaires et pivotent ensemble, lorsque l'ancre de couple 2 se déplace selon l'axe longitudinal du carter de soutènement. La première molette 20 présente un diamètre constant compris entre 20 % et 80 %, et de préférence compris entre 50 % et 70 % de la valeur du diamètre intérieur du carter de soutènement 15. Cette dimension permet, avantageusement, de minimiser l'endommagement du carter de soutènement ainsi que celui des molettes, de passer les joints de cuvelage sans occasionner de surcharge ponctuelle, et de minimiser la surcharge axiale lorsque la première molette 20 roule le long du cuvelage.

En référence à la figure 2, la première molette 20 présente une face circulaire externe 42 destinée à venir en vis-à-vis du carter de soutènement 15, une face circulaire interne 44 opposée à la face circulaire externe 42 et une tranche cylindrique 46 reliant la face circulaire externe 42 à la face circulaire interne 44. La face circulaire externe 42 de la première molette comprend une portion centrale plane 48 entourée par une face annulaire 50 présentant la forme générale d'un tronc de cône. Le bord périphérique de la face annulaire 50 est pourvu d'un bourrelet 52, formant une portion de tore ouvert, destiné à rouler le long du carter de soutènement 15 et à s'ancrer dans celui-ci par indentation contrôlée. Il e st pourvu d'un revêtement augmentant sa résistance à l'usure. Le coefficient de frottement de ce revêtement, permet une optimisation de l'adhérence au carter de soutènement 15. Ce revêtement est, par exemple, réalisé à base de carbure de tungstène ou de diamants synthétiques. Lorsque l'ancre de couple 2 est installée dans le carter de soutènement 15, seule une partie du bourrelet 52 de la première molette 20 et une partie du bourrelet 52 de la seconde molette 22 positionnée de façon opposée par rapport au diamètre du carter de soutènement 15, aux points de contact 401 et respectivement 402, sont au contact du carter de soutènement 15. Ainsi, au moins une partie des forces exercées par le carter de soutènement 15 sur l'ancre de couple présente des directions opposées et se compensent au moins partiellement. La face circulaire interne 44 est pourvue d'un premier épaulement 54 central formant une surface d'appui pour le dispositif de contrainte 28, et d'un second épaulement 56 s'étendant autour du premier épaulement 54. Préférentiellement, le dispositif de contrainte 28 comprend un ressort hélicoïdal interne 58 et un ressort hélicoïdal externe 60, montés l'un dans l'autre et de façon coaxiale au premier axe de molette 26, et une rondelle de butée 62 propre à assurer que les efforts appliqués par le ressort interne 58 et le ressort externe 60 soient dirigés parallèlement au premier axe de molette 26. Avantageusement, le ressort interne 58 et le ressort externe 60 ont des sens d'enroulement opposés. De préférence, le ressort interne 58 et le ressort externe 60 sont des ressorts gigognes. En variante, le ressort interne 58 et le ressort externe 60 sont à spires ondulés. La constante de raideur totale des ressorts est déterminé de manière à ce que la pression théorique du bourrelet 52 de la première molette sur la face intérieure du carter de soutènement 15 en un point de contact 401, calculée suivant les formules établies par Heinrich Rudolf Hertz, soit comprise entre 2 et 20 fois la limite élastique du carter de soutènement 15 et préférentiellement entre 4 et 10 fois la limite élastique du carter de soutènement 15 sur la plage de variation du diamètre intérieur du carter de soutènement 15 (ladite variation étant liée à la dilatation, aux tolérances de fabrication et à l'état de corrosion du carter de soutènement) de manière à minimiser l'endommagement du carter de soutènement 15 par écrouissage tout en réalisant un accrochage suffisant. La limite d'élasticité est définie comme la contrainte à partir de laquelle un matériau arrête de se déformer d'une manière élastique, réversible et commence donc à se déformer de manière plastique, irréversible. En référence à la figure 3, le positionnement de la première molette 20 par rapport au carter de soutènement 15, le diamètre de la première molette 20 et la direction d'application de la force F exercée par le dispositif de contrainte 28 sont particulièrement avantageux puisque le couple résistif de l'ancre de couple 2 est proportionnel à 1/cos a ; l'angle a étant défini comme étant l'angle entre la force F appliquée par le dispositif de contrainte 28 et la force Fc normale à la surface de contact du carter de soutènement 15. Plus l'angle a est important, plus le couple résistif est important. Avantageusement, selon la présente invention cet angle est compris entre 20° et 45°. Selon le mode de réalisation le plus avantageux représenté sur les figures, la force Fc appliquée par le dispositif de contrainte 28 présente la même direction que le premier axe de molette 26, mais il peut être envisagé que le dispositif de contrainte 28 présente une direction différente.

En référence à la figure 1, la rondelle de butée 62 évite que les ressorts interne 58 et externe 60 soient au contact de la première molette 20 qui tourne alors que les ressorts ne tournent pas. Elle présente une face supérieure 64 ayant une portion centrale 66 et une face inférieure 68 sur laquelle les ressorts interne et externe prennent appui. La portion centrale 66 est rectifiée pour limiter le frottement avec la première molette 20 et pour faciliter la mise en rotation de cette molette lors du déplacement longitudinal de l'ancre de couple dans le carter de soutènement 15. Avantageusement, la face inférieure 68 de la rondelle de butée est munie d'un épaulement central 70 sur lequel le ressort interne 58 vient en appui. La première molette 20 repose en outre sur un palier 72 de forme annulaire positionné contre le second épaulement 56 de la première molette et centré sur celui-ci. Le palier 72 comporte une excroissance 76 s'étendant parallèlement au premier axe de molette 26. Cette excroissance 76 forme un manchon délimitant une chambre interne 78 contenant le ressort interne 58 et le ressort externe 60. Cette chambre interne 78 guide les ressorts interne 58 et externe 60, lors de leur détente et de leur compression.

Le palier 72 comporte une face d'appui 77 disposée en regard d'une partie périphérique 74 de la rondelle de butée 62, et une face linéaire annulaire 79 s'étendant perpendiculairement à la face d'appui 77. La face d'appui 77 transmet la poussée des ressorts à la première molette. La face linéaire annulaire 79 guide en rotation la première molette. La paroi interne 80 du premier logement 8 est lisse et continue de sorte que le premier logement 8 forme une coulisse débouchant vers l'extérieur. Ainsi, le palier 72 coulisse librement dans le premier logement 8 selon la deuxième direction X. Ainsi, la première molette 20, le premier axe de molette 26, le ressort interne 58, le ressort externe 60 et le palier 72 peuvent être facilement extrait du premier logement 8 lors des opérations de maintenance de l'ancre de couple. Avantageusement, le palier 72 présente une forme complémentaire à la forme du premier logement 8. Avantageusement également, le palier 72 recouvert de graisse avant d'être introduit dans le premier logement 8. Ainsi, le palier 72 adhère au premier logement 8 afin de limiter son déplacement temporairement lors de la manipulation de l'ancre de couple sur site. La première molette 20 est mobile selon une direction de déplacement parallèle au premier axe de molette 26. Le ressort interne 58 et le ressort externe 60 exercent une force F sur la rondelle de butée 64 et le palier 72 selon cette direction de déplacement qui tend à mettre en contact la première molette 20 avec le carter de soutènement 15 avec une charge ponctuelle (pression de Hertz) contrôlée. Le second logement 10 est similaire au premier logement 8.

En référence à la figure 2, une extrémité 82 du premier axe de molette opposée à l'extrémité 36 supportant la première molette 20, est portée par une butée de palier 84 de forme annulaire. Cette butée de palier 84 comporte une face linéaire annulaire 85 intérieure guidant en rotation le premier axe de molette 26. Cette butée de palier 84 est également une butée pour le dispositif de contrainte 28. A cet effet, elle comporte un épaulement central 86 et un épaulement périphérique 88 sur lesquels les ressorts respectivement interne 58 et externe 60 sont en butée. Le palier 72 et la butée de palier 84 sont avantageusement en céramique pour éviter tous risque de grippage des guidages en rotation de la première molette. Ce matériau permet également de contenir tout risque de corrosion anaérobique. Cette forme de réalisation est souhaitable dans des applications nécessitant une durée de vie élevée ou à haute température. L'extrémité 82 du premier axe de molette est munie d'un collet 90 logé dans une gorge intérieure 92 de la butée de palier 84. La butée de palier 84 permet de pré- contraindre les ressorts interne et externe respectivement 58 et 60 en atelier pour faciliter la maintenance de l'ancre de couple et son introduction dans le carter de soutènement. En fonctionnement, lorsque l'ancre de couple 2 est insérée dans le carter de soutènement 15, le collet 90 n'est pas en contact avec la face inférieure de l'épaulement central 86, ni avec la gorge 92 ni avec une face du bâti située sous le premier axe de molette 26. Avantageusement, ce collet 90 permet d'extraire la butée de palier 84 à l'extérieur du premier logement 8 lors du retrait du premier axe de molette 26. Ainsi, la butée de palier 84 peut être remplacée, lors des opérations de maintenance.

Le bâti 4 comporte en outre un passage de fluide 94 s'étendant entre la chambre interne 78 et l'extérieur du bâti. Ce passage de fluide 94 permet de compenser les variations de pression dans la chambre interne 78 lors de la compression et de la décompression du ressort interne 58 et du ressort externe 60. En variante, le dispositif de contrainte 28 comprend plusieurs ressorts répartis régulièrement autour de l'axe de la molette. Par exemple, ces ressorts sont agencés de façon co-axiale au premier axe de molette 26. Selon un autre exemple, ces ressorts sont répartis, de part et d'autre du premier axe de molette 26, le long d'une ligne passant par le premier axe de molette 26. En variante, le ressort interne 58 et le ressort externe 60 sont remplacés par N ressorts répartis à 360°/N autour du premier axe de molette 26. Selon une première variante de réalisation illustrée sur les figures 4 et 5, l'ancre de couple 95 comporte un premier étage 96 et un second étage 97. Le premier étage 96 contient, dans un premier plan radial (X, Y), une première cassette d'ancrage 12 et une deuxième cassette d'ancrage 14. Le second étage 97 contient une troisième cassette d'ancrage 98 et une quatrième cassette d'ancrage 99 dans un second plan radial décalé selon la première direction Z par rapport au premier plan radial. Les axes de molette des cassettes d'ancrage 12, 14, 98, 99 du premier étage 96 et du second étage 97 s'étendent selon la deuxième direction X. Tout comme pour le premier mode de réalisation, dans le premier étage 96, l'axe de molette de la première molette 20 de la première cassette d'ancrage 12 est positionné de façon décalé d'une valeur S dans un sens positif de la troisième direction Y et l'axe de molette de la deuxième molette 22 de la deuxième cassette d'ancrage 14 est positionné de façon décalé d'une valeur S dans un sens négatif de cette même direction Y.

Avantageusement, selon cette première variante, le positionnement des cassettes d'ancrage 98, 9 9 du second étage 97 est une transformation géométrique du positionnement des cassettes d'ancrage 12 14 du premier étage 96. Cette transformation géométrique est une symétrie axiale par rapport à un premier axe A-A. Le premier axe A- A est parallèle à la deuxième direction X et passe par le centre O du carter de soutènement. En particulier, le premier axe A-A est contenu dans un plan radial (X, Y) situé à une distance prédéfinie du plan contenant le premier axe de molette et le deuxième axe de molette. Ladite distance prédéfinie est supérieure ou égale au rayon le plus grand parmi le rayon de la première molette 20 et le rayon de la troisième molette 22. Il en résulte, en ce qui concerne le second étage 97, que la direction et la valeur des décalages S sont identiques mais que le sens de ces décalages est inversé. Ainsi, l'axe de molette d'une troisième molette 101 de la troisième cassette d'ancrage 98 est positionné de façon décalé d'une valeur S dans un sens négatif de la troisième direction Y et l'axe de molette d'une quatrième molette 103 de la quatrième cassette d'ancrage 99 est positionné de façon décalés de la valeur S dans un sens positif de la troisième direction Y. Ainsi, la composante selon la troisième direction Y de la force de contact Fcy de la première molette 20 du premier étage 96 et la composante selon la troisième direction Y de la force de contact Fcy de la troisième molette 101 du second étage 97 se compensent l'une l'autre, limitant ainsi le risque d'une rotation axiale du bâti 4, lors de son déplacement le long de l'axe longitudinal du carter de soutènement. Ce risque de rotation résiduel est lié aux défauts géométriques et dimensionnels des différents composants de l'ensemble ancre de couple et carter de soutènement.

Avantageusement, l'ancre de couple 95 selon cette variante ne tourne pas autour du centre C du bâti 4 lors de sa translation le long de l'axe longitudinal du carter de soutènement 15. Cette configuration améliore en outre le centrage de l'ancre de couple 95 à l'intérieure du carter de soutènement 15. Le couple résistif de l'ancre de couple 95 dans les deux sens de rotation devient de ce fait identique.

Selon une deuxième variante de réalisation illustrée sur les figures 6 et 7, l'ancre de couple 105 comporte un premier étage 96 et un second étage 97 similaires au premier étage et au second étage de l'ancre de couple 95 illustrée sur les figures 4 et 5. Toutefois, dans ce mode de réalisation, le second étage 97 est, en outre, pivoté, dans un sens horaire, d'un angle de 90 °, par rapport à un axe parallèle à l'axe longitudinal du carter de soutènement avant d'être fixé au premier étage 96. Ainsi, selon cette deuxième variante, la transformation géométrique liant le positionnement des cassettes d'ancrage 98, 99 du second étage 97 au positionnement des cassettes d'ancrage 12 14 du premier étage 96 est une symétrie axiale par rapport à un premier axe A-A, parallèle à la deuxième direction X et passant par le centre O du carter de soutènement suivie d'une rotation d'un angle de 90° par rapport à un second axe B-B parallèle à la première direction Z et passant par le centre C du bâti 4. Le premier axe A-A est contenu dans un plan radial (X, Y) situé à une distance prédéfinie du plan contenant le premier axe de molette et le deuxième axe de molette. Ladite distance prédéfinie est supérieure ou égale au rayon le plus grand parmi le rayon de la première molette 20 et le rayon de la troisième molette 22. Le centre C du bâti 4 est un point situé sur une droite disposée à équidistance des faces extérieures du bâti 4 et s'étendant parallèlement à la première direction Z. Le centre C du bâti est confondu avec le centre du carter de soutènement 15, lorsque l'ancre de couple est positionnée de façon centrée à l'intérieur du carter de soutènement 15. En particulier, en référence à la figure 7, les axes de molette des cassettes d'ancrage 12, 14, du premier étage 96 s'étendent selon la deuxième direction X et les axes de molette des cassettes d'ancrage 98, 99 du second étage 97 s'étendent selon la troisième direction Y. Dans le premier étage 96, l'axe de molette de la première molette 20 et l'axe de molette de la deuxième molette 22 sont positionnés de façon décalé d'une valeur S dans la troisième direction Y, le premier dans un sens positif et le second dans un sens négatif. Dans le second étage 97, l'axe de molette de la première molette 101 et l'axe de molette de la deuxième molette 103 sont positionnés de façon décalé d'une valeur S dans la deuxième direction X, le premier dans un sens négatif et le second dans un sens positif. Tout comme pour la première variante à deux étages, cette seconde variante 105 à deux étages permet une compensation de certaines composantes des couples appliqués par la carter de soutènement 15 sur les molettes et limite ainsi une rotation du bâti 4 lors de sa translation le long du carter de soutènement 15 tout en augmentant le centrage de l'ancre de couple et son couple résistif. En variante, plusieurs ancres de couple 95, 105 à deux étages selon la première et/ou la deuxième variante sont fixées les unes aux autres pour augmenter le couple résistif tout en gardant les avantages liés à un meilleur équilibre de l'ancre de couple dans le carter de soutènement 15 en faisant avantageusement varier leur calage angulaire pour maximiser l'effet de centrage et minimiser l'endommagement du carter de soutènement. Selon une troisième variante de réalisation illustrée sur la figure 8, l'ancre de couple 100 comporte_neuf étages. Chaque étage comporte deux cassettes d'ancrage 12, 14. Les cassettes d'ancrage contenues dans deux étages adjacents sont décalées d'un angle de 60° l'un par rapport à l'autre. Selon une variante non représentée, l'ancre de couple selon la présente invention comporte N-étages contenant chacun plusieurs cassettes d'ancrage. Le nombre d'étages, N, étant préférentiellement un nombre pair. Les cassettes d'ancrage sont orientées les unes par rapport aux autres le long de la circonférence du carter de soutènement 15 et longitudinalement le long du carter de soutènement 15 de manière à ce que la somme des angles définis entre les axes de molette soit égale à 360°. Préférentiellement, les cassettes d'ancrage contenues dans deux étages adjacents sont décalées d'un angle de 90° l'un par rapport à l'autre. Préférentiellement, le positionnement des cassettes d'ancrage de chaque étage pair résulte d'au moins une symétrie axiale par rapport à un axe A-A parallèle à la deuxième direction X et passant par le centre O du carter de soutènement, du positionnement des cassettes d'ancrage situé dans chaque étage impair.

Selon un deuxième mode de réalisation, illustré sur la figure 9, l'ancre de couple 107 comporte une première cassette d'ancrage 12, une deuxième cassette 14, une troisième cassette 98 et une quatrième cassette d'ancrage 99 sur un même étage, c'est-à-dire dans un même plan radial (X, Y). Ces cassettes d'ancrage 12, 14, 98, 99 sont similaires aux cassettes d'ancrage décrites dans le premier mode de réalisation et ne seront pas décrites dans le détail une seconde fois. Les axes de molette 26, 38, 112, 114 des quatre cassettes d'ancrage 12, 14, 98, 99 s'étendent selon la deuxième direction X. La première 12 et la troisième 98 cassettes d'ancrage sont agencées d'un côté du deuxième plan axial (Y, Z) ; en particulier, du côté du sens positif de la deuxième direction X. La deuxième 14 et la quatrième 99 cassettes d'ancrage sont agencées symétriquement de l'autre côté du deuxième plan axial (Y, Z) ; en particulier, du côté du sens négatif de la deuxième direction X. Ensuite, la première 12 et la deuxième 14 cassettes d'ancrage sont agencées d'un côté du premier plan axial (Z, X) ; en particulier, du côté du sens positif de la troisième direction Y. La troisième 98 et la quatrième 99 cassettes d'ancrage sont agencées symétriquement de l'autre côté du premier plan axial (Z, X) ; en particulier, du côté du sens négatif de la deuxième direction X. Selon ce mode de réalisation, le premier 26 et le deuxième 38 axes de molette sont alignés l'un derrière l'autre. La composante selon la troisième direction Y de la force de contact Fcy de la première molette 20 se compense avec la composante selon la troisième direction Y de la force de contact Fcy de la troisième molette 101. De la même façon, le troisième 112 et le quatrième 114 axes de molette sont alignés l'un derrière l'autre. L'ancre de couple 107 vient au contact du carter de soutènement en quatre points 401, 402, 403, 404. Cette configuration assure un bon centrage de l'ancre de couple 107 dans le carter de soutènement, limite les risques de rotation de l'ancre de couple sur elle-même et peut être utilisée aussi bien avec un nombre pair qu'un nombre impair d'étages. Selon un troisième mode de réalisation de l'ancre de couple 102, illustré sur la figure 10, le bâti 4 comporte trois logements 8, 10, 104 contenant chacun une cassette d'ancrage 12, 14, 98 similaire aux cassettes d'ancrage 12, 14 décrites dans le premier mode de réalisation. Tout comme pour le premier mode de réalisation, les axes de molette 26, 38, 112 ont été décalés chacune selon une direction perpendiculaire à une droite Dl, D2, D3 passant par le centre O du carter de soutènement et parallèle à l'alésage central de chaque axe de molette pour que seule une partie de chaque molette 20, 22, 101 soit en prise avec le carter de soutènement 15 uniquement en un point de contact 401, 402, 403, le pourtour 30 restant de chaque molette 20, 22, 101 étant à distance du carter de soutènement. Ces décalages ont été réalisés selon des directions allant dans un même sens de rotation. Ainsi, les axes de molette 26, 38, 112 sont disposées sensiblement à 120° l'un de l'autre et les points de contact 401, 402, 403 des molettes sont répartis sensiblement à équiangle par rapport au centre O du carter de soutènement 15. Avantageusement, ce mode de réalisation permet également de mieux centrer le bâti 4 dans le carter de soutènement. Ainsi, si l'on réalise une ancre de couple à plusieurs étages à partir de l'ancre de couple 102 comportant trois cassettes d'ancrage dans un même étage c'est-à-dire dans un même plan radial (X, Y), il n'est pas nécessaire de réaliser un décalage angulaire entre les cassettes d'ancrage de deux étages adjacents.

Selon une variante, il peut être envisagé de réaliser le décalage des axes de molette par pivotement des axes de molette par rapport à un centre disposé n'importe où dans le plan radial combiné ou non à un décalage pour assurer que seule une partie du pourtour 30 de chaque molette est en prise avec le carter de soutènement 15, le reste du pourtour 30 de chaque molette étant à distance du carter de soutènement 15. La présente invention concerne également une installation de pompage comportant une ancre de couple 2, 95, 100, 102 105, 107 selon la présente invention. Dans une telle installation de pompage, l'ancre de couple est avantageusement disposée en bas de la colonne de pompage, en dehors des sections de passage du fluide à l'intérieur de ladite colonne de production. En particulier, en référence à la figure 11, une installation de pompage de pétrole, d'eau ou de gaz 116 selon la présente invention comporte en partant de la surface du puits et en descendant au fond du puits : - un pont 118 généralement appelé « Cross Over » en anglais, le pont permet de distribuer le fluide pompé dans le train de tubage, - des éléments de tubage 120 fixé au pont 118 pouvant atteindre plusieurs kilomètres de longueur, - un ou des dispositifs anti-vibrations 122 fixé aux éléments de tubage 120, ces dispositifs anti vibrations 122 permet d'atténuer les vibrations provenant de la rotation du rotor à l'intérieur du stator de la pompe à cavités progressantes, - une connexion filetée 124 fixée au dispositif anti vibrations 122, - une pompe à cavités progressantes 126, positionné au-dessus ou au-dessous des perforations, ayant un stator 127 fixé à la connexion filetée 124, la pompe à cavités progressantes 126 permet de transférer le fluide à pomper du fonds de puits jusqu'en surface, - une butée de positionnement 128 permettant le positionnement du rotor de la pompe à cavités progressantes 126, généralement appelé en anglais « Stop Bushing » ou « Tag bar » ; la butée de positionnement 128 étant fixée au stator 127 de la pompe à cavités progressantes 126, - une connexion filetée 130 fixée à la butée de positionnement 128, - un équipement filtrant 132 sous la forme générale d'un tube performé, généralement appelé crépine ou «perforated pipe, slotted screen, sand screen » en anglais, fixé au tube 130 permettant la filtration du fluide pompé à l'intérieur de la colonne de production, l'équipement filtrant 132 est fixé à la connexion filetée 130, - une connexion fileté 134 fixée à l'équipement filtrant 132, - une ancre de couple 2, 95, 100, 102, 105, 107 selon la présente invention fixée à la connexion filetée 134, et enfin - un collecteur de débris 136 généralement appelé « Bull Plug » en anglais fixée à l'ancre de couple selon la présente invention. Etant de géométrie pleine, l'ancre de couple est placée en extrémité inférieure 10 des équipements souterrains de l'installation depompage. Avantageusement, ce positionnement permet de réduire les vibrations émanant de l'équipement de pompage et donc de découpler la fonction anti-rotation et anti-vibration de l'ancre de couple. En référence à la figure 12, selon une variante du premier mode de réalisation, l'ancre de couple 138 comporte un réservoir 140 ayant une ouverture 141 s'étendant dans 15 le prolongement d'une face d'extrémité du bâti. Ce réservoir 140, débouche dans un plan radial (X, Y). Il présente une profondeur s'étendant selon la première direction Z. Le bord 143 de ce réservoir est destiné à être fixé directement au stator 127 d'une pompe à cavités progressantes 126. Ce réservoir 140 réalise à la fois la fonction de la butée de positionnement 128 et 20 la fonction de collecteur de débris 136. Bien qu'illustré sur la figure 12 avec un bâti comportant deux cassettes d'ancrage 12, 14, ce réservoir 140 peut également être prévu dans un bâti ayant plusieurs étages de deux ou plusieurs cassettes d'ancrage. En référence à la figure 13, la présente invention concerne également une installation 142 de pompage de pétrole, d' eau ou de gaz comportant un ensemble 25 d'ancres de couple 138, 2, 2 selon la présente invention fixé directement au stator 127 d'une pompe à cavités progressantes dans la chaîne de production. Avantageusement, cet ensemble d'ancre de couple comprend une ancre de couple 138 comportant un réservoir tel qu'illustrée sur la figure 9 et deux ancres de couple 2 selon le premier mode de réalisation de l'invention tel qu'illustrés sur les figures 1 et 2. 30 Ainsi, l'installation 142 comportant une ancre de couple 138 selon le second mode de réalisation ne comporte plus de butée de positionnement 138 et de collecteur de débris 136.

Il est possible de faire varier le couple résistif d'un ensemble d'ancre de couple soit en multipliant les étages de l'ancre de couple soit en fixant l'un à l'autre plusieurs ancres de couple à un étage. Ainsi, il est possible d'adapter le couple résistif d'une ancre de couple ou d'un ensemble ancre de couple en fonction du couple généré par l'hydraulique de fonds en opération de pompage. Dans ce cas, les cassettes d'ancrage de chaque étage sont avantageusement décalées angulairement autour du centre du carter de soutènement 15 pour favoriser le centrage de l'ancre de couple à l'intérieur de ce carter de soutènement et minimiser l'endommagement du carter de soutènement par écrouissage cyclique.

Selon les modes de réalisation décrits, les logements s'étendent selon la même direction que les axes de molette. En variante, il est possible de réaliser une ancre de couple dans laquelle les logements contenant les cassettes d'ancrage présentent une forme différente, par exemple lorsque celles-ci logent également d'autres éléments. En variante, le bâti 4 comporte deux passages de fluide 94 reliant la chambre interne 78 à l'extérieur du bâti 4. En variante, la molette ne comporte pas de bourrelet 52 est c'est la tranche cylindrique 46 des molettes qui est au contact du carter de soutènement 15, lorsque l'ancre de couple est installée dans celui-ci. Avantageusement, cette ancre de couple est facile à fabriquer, à maintenir, et à tester en surface sans risque pour l'opérateur. En variante, le pourtour 30 de la molette au contact du carter de soutènement n'est pas disposé sur la face circulaire externe 42, mais sur la tranche cylindrique 46. En variante, le collet 90 est remplacé par un circlip ou un jonc d'arrêt de sorte qu'il est possible de démonter la cassette d'ancrage pour maintenance, recyclage des pièces principales et généralement pour limiter le ferraillage des composants. En variante, la première molette 20 est fixée au premier axe de molette 26 par filetage et par le montage d'une bague de verrouillage sur le premier axe de molette. Cette variante permet également de démonter la cassette d'ancrage pour maintenance.

Claims (23)

1. REVENDICATIONS1.- Ancre de couple (2, 95, 100, 102, 105, 107, 138) destinée à bloquer en rotation une colonne de production par rapport à un carter de soutènement (15) d'un puits ayant un axe longitudinal ; l'ancre de couple (2, 95, 100, 102, 105, 107, 138) comportant : - un bâti (4) ; - des cassettes d'ancrage (12, 14, 98, 99) portées par le bâti (4) ; chaque cassette d'ancrage (12, 14, 98, 99) comportant une molette (20, 22, 101, 103) ayant un pourtour (30) et un axe de molette (26, 38, 112, 114) supportant ladite molette (20, 22, 101, 103), ledit axe de molette (26, 38, 112, 114) ayant une extrémité (36) ; un point de contact (401, 402, 403, 404) du pourtour (30) de la molette (20, 22, 101, 103) étant destiné à venir au contact du carter de soutènement (15), un point opposé (371, 372, 373, 374) étant disposé de façon diamétralement opposé au point de contact (401, 402, 403, 404), caractérisée en ce que, pour chaque cassette d'ancrage (12, 14, 98, 99), ladite molette (20, 22, 101, 103) est montée sur ladite extrémité (36) dudit axe de molette (26, 38, 112, 114) ; un angle de positionnement 03) compris entre 30° et 180°, et avantageusement entre 60° et 90°, étant défini entre une première droite (dl) et une deuxième droite (d2), ladite première droite (dl) passant par le centre (0) du carter de soutènement (15) et le point de contact (401, 402, 403, 404), ladite deuxième droite (d2) passant par le centre (0) du carter de soutènement et ledit point opposé (371, 372, 373, 374).
2. 2.- Ancre de couple (2, 95, 100, 102, 105, 107,138) selon la revendication 1, dans laquelle chaque cassette d'ancrage (12, 14, 98, 99), ladite molette (20, 22, 101 , 103) est mobile selon une direction de déplacement parallèle à l'axe de molette (26, 38, 112, 114) et dans laquelle chaque cassette d'ancrage (12, 14, 98, 99) comporte un dispositif de contrainte (28) propre à exercer un effort sur ladite molette (20, 22, 101, 103) selon ladite direction de déplacement pour ancrer ladite molette (20, 22, 101, 103) dans ledit carter de soutènement (15).
3. 3.- Ancre de couple (2, 95, 100, 102, 105, 107,138) selon la revendication 2, dans laquelle ledit dispositif de contrainte (28) comprend N ressort (58, 60) répartirégulièrement autour de l'axe de la molette (26, 38, 112, 114), N étant un entier naturel supérieur ou égal à un.
4. 4.- Ancre de couple (2, 95, 100, 102, 105, 107, 138) selon la revendication 3, dans laquelle N est égal à deux, lesdits deux ressorts (58, 60) étant agencés de façon co-axiale audit axe de molette (26, 38, 112, 114), et dans laquelle ladite cassette d'ancrage (12, 14, 98, 99) comprend une rondelle de butée (62) agencée entre ladite molette (20, 22, 101, 103) et lesdits ressorts (58, 60).
5. 5.- Ancre de couple (2, 95, 100, 102, 105, 107, 138) selon la revendication 3 ou 4, dans laquelle ladite cassette d'ancrage (12, 14, 98, 99) comporte un palier (72) propre à porter ladite molette (20, 22, 101, 103) et dans laquelle chaque palier (72) comporte une excroissance (76) délimitant une chambre interne (78) contenant ledit N ressort (58, 60), ladite excroissance (76) étant propre à guider ledit N ressort (58, 60) en translation dans ladite excroissance (76) ainsi qu'en rotation autour de l'axe de molette (26, 38, 112, 114).
6. 6.- Ancre de couple (2, 95, 100, 102, 105, 107, 138) selon la revendication 5, qui comporte au moins un passage de fluide (94) entre l'extérieur du bâti et ladite chambre interne (78).
7. 7.- Ancre de couple (2, 95, 100, 102, 105, 107, 138) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle le bâti (4) comporte des logements (8, 10, 104) formant une coulisse débouchant vers l'extérieur ; chaque logement (8, 10, 104) étant propre à contenir une cassette d'ancrage (12, 14, 98, 99).
8. 8.- Ancre de couple (2, 95, 100, 102, 105, 107, 138) selon la revendication 7, dans laquelle ledit palier (72) est propre à coulisser dans ledit logement (8, 10, 104), ledit palier (72) adhérant audit logement (8, 10, 104) par ajout de graisse à leur interface. 30
9. 9.- Ancre de couple (2, 95, 100, 102, 105, 107, 138) selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, dans laquelle les cassettes d'ancrage (12, 14, 98, 99) comportent , chacune, une butée de palier (84) propre à porter ledit axe de molette (26, 38, 112, 114), 25ladite butée de palier (84) comportant au moins un épaulement (86) formant une surface d'appui pour ledit dispositif de contrainte (28).
10. 10.- Ancre de couple (2, 95, 100, 102, 105, 107, 138) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans laquelle les axes de molette (26, 38, 112, 114) sont encastrées sur lesdites molettes (20, 22, 106), et de préférence frettées auxdites molettes (20, 22, 101, 103).
11. 11.- Ancre de couple (2, 95, 100, 102, 105, 107, 138) selon la revendication 9 ou 10, dans laquelle une extrémité (82) dudit axe de molette (26, 38, 112, 114) est munie d'un collet (90) et dans laquelle ladite butée de palier (84) comporte une gorge circulaire intérieure (92) propre à recevoir ledit collet (90) pour précontraindre le dispositif de contrainte (28).
12. 12.- Ancre de couple (2, 95, 100, 102, 105, 107, 138) selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, qui comporte un réservoir (140) ayant une ouverture (141) qui s'étend dans un plan sensiblement parallèle au plan contenant les axes de molette (26, 38, 112, 114).
13. 13.- Ancre de couple (2, 95, 100, 102, 105, 107, 138) selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, dans laquelle le diamètre des molettes (20, 22, 101, 103) est compris entre 20 % et 80 % de la valeur du diamètre intérieur du carter de soutènement (15).
14. 14.- Ancre de couple (2, 95, 100, 102, 105, 107, 138) selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, dans laquelle les molettes (20, 22, 101, 103) présentent une face circulaire externe (42) dont le bord périphérique est pourvu d'un bourrelet (52) destiné à venir au contact du carter de soutènement (15), lorsque l'ancre de couple (2, 95, 100, 102, 105, 107, 138) est installée dans le carter de soutènement (15).
15. 15.- Ancre de couple (2, 95, 100, 102, 105, 107, 138) selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, dans laquelle lesdites molettes (20, 22, 101, 103) sont propres à appliquer audit carter de soutènement (15) une pression de contact théorique calculéesuivant les formules de Hertz comprise entre 2 et 20 fois la limite élastique du carter de soutènement (15) et préférentiellement entre 4 et 10 fois la limite élastique du carter de soutènement (15).
16. 16.- Ancre de couple (2, 95, 100, 102, 105, 107, 138) selon l'une quelconque des revendications 5 à 15, dans laquelle le palier (72) et/ou la butée de palier (84) est réalisé en céramique.
17. 17.- Ancre de couple (2, 95, 100, 105, 138) selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, dans laquelle le bâti (4) comporte une première direction (Z), une deuxième direction (X) et une troisième direction (Y) définissant un repère orthonormé (R); la première direction (Z) s'étendant parallèlement audit axe longitudinal du puits, lorsque l'ancre de couple (2, 100, 102, 105, 107, 138) est agencée dans ledit carter de soutènement ; le bâti (4) comporte en outre un plan radial (X, Y) contenant la deuxième direction (X) et la troisième direction (Y), un premier plan axial (Z, X) contenant la première direction (Z) et la deuxième direction (X) et un deuxième plan axial (Y, Z) contenant la première direction (Z) et la troisième direction (Y), le premier plan axial (Z, X) et le deuxième plan axial (Y, Z) passant par le centre (0) du carter de soutènement (15) ; et dans laquelle lesdites casettes d'ancrage (12, 14, 98, 99) comporte une première cassette d'ancrage (12) et une seconde cassette d'ancrage (14) disposés dans un premier plan radial (X, Y), dit premier étage (96) ; la première casette d'ancrage (12) comporte un premier axe de molette (26) et la deuxième casette d'ancrage (14) comporte un second axe de molette (38) ; le premier axe de molette (26) et le second axe de molette (38) sont parallèle l'un à l'autre et sont disposés de part et d'autre du deuxième plan axial (Y, Z) ; le premier axe de molette (26) et le deuxième axe de molette (38) étant décalés par rapport au centre (0) du carter de soutènement (15) d'une même valeur de décalage (Ô) selon la troisième direction (Y).
18. 18.- Ancre de couple (95, 100, 105) selon la revendication 17, qui comporte une troisième casette d'ancrage (98) et une quatrième cassette d'ancrage (99) disposés dans un deuxième plan radial (X, Y), dit second étage (97) ; le second étage (97) étant décalé selon la première direction (Z) par rapport au premier étage (96) ; et dans laquelle latroisième casette d'ancrage (98) et la quatrième cassette d'ancrage (99) sont positionnées par rapport à la première cassette d'ancrage (12) et la seconde cassette d'ancrage (14) selon une transformation géométrique comportant au moins une symétrie axiale par rapport à un premier axe (A-A) parallèle à la deuxième direction (X) et passant par le centre (0) du carter de soutènement (15) ; ledit axe (A-A) étant contenu dans un plan radial (X, Y) situé à une distance prédéfinie du plan contenant le premier axe de molette (26) et le deuxième axe de molette (38).
19. 19.- Ancre de couple (100, 105) selon la revendication 17, qui comporte une troisième casette d'ancrage (98) et une quatrième cassette d'ancrage (99) disposés dans un deuxième plan radial (X, Y), dit second étage (97) ; le second étage (97) étant décalé selon la première direction (Z) par rapport au premier étage (96) ; et dans laquelle la troisième casette d'ancrage (98) et la quatrième cassette d'ancrage (99) sont positionnées par rapport à la première cassette d'ancrage (12) et la seconde cassette d'ancrage (14) selon une transformation géométrique comportant une rotation, par exemple, d'un angle de 90°, par rapport à un axe (B-B) parallèle à la première direction (Z) et passant par le centre (C) du bâti (4).
20. 20. Ancre de couple (107) selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, dans laquelle le bâti (4) comporte une première direction (Z), une deuxième direction (X) et une troisième direction (Y) définissant un repère orthonormé (R); la première direction (Z) s'étendant parallèlement audit axe longitudinal du puits, lorsque l'ancre de couple (107) est agencée dans ledit carter de soutènement ; le bâti (4) comporte en outre un plan radial (X, Y) contenant la deuxième direction (X) et la troisième direction (Y), un premier plan axial (Z, X) contenant la première direction (Z) et la deuxième direction (X) et un deuxième plan axial (Y, Z) contenant la première direction (Z) et la troisième direction (Y), le premier plan axial (Z, X) et le deuxième plan axial (Y, Z) passant par le centre (0) du carter de soutènement (15) ; et dans laquelle lesdites casettes d'ancrage (12, 14, 98, 99) comporte une première cassette d'ancrage (12), une seconde cassette d'ancrage (14), une troisième cassette d'ancrage (98) et une quatrième cassette d'ancrage (99) disposés dans un même plan radial (X, Y), les axes de molette (26, 38, 112, 114) de chaque cassette d'ancrage (12, 14, 98, 99) sont parallèles entre eux ; la première cassette d'ancrage (12) et latroisième cassette d'ancrage (98) sont agencées d'un côté du deuxième plan axial (Y, Z) ; la deuxième cassette d'ancrage (14) et la quatrième cassette d'ancrage (99) sont agencées de l'autre côté du deuxième plan axial (Y, Z) ; la première cassette d'ancrage (12) et la deuxième cassette d'ancrage (14) sont agencées d'un côté du premier plan axial (Z, X), la troisième cassette d'ancrage (98) et la quatrième cassette d'ancrage sont agencées de l'autre côté du premier plan axial (Z, X).
21. 21.- Installation (116, 142) de pompage caractérisée en ce qu'elle comprend une ancre de couple (2, 95, 100, 102, 105, 107, 138) selon l'une quelconque des revendications 1 à 20.
22. 22.- Installation (142) de pompage selon la revendication 21, dans laquelle ladite ancre de couple (2, 95, 100, 102, 138) est fixée en fond de puits à l'extrémité de ladite installation de pompage.
23. 23.- Installation (142) de pompage selon l'une quelconque des revendications 21 et 22, qui comprend une pompe à cavités progressantes (126) munie d'un stator (127) et d'un rotor hélicoïdal agencé dans le stator (127), l'ancre de couple (138) étant fixée directement au stator (127). 20