OA16612A - Système de canalisation - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un système de canalisation comportant une série de tuyaux (2) assemblés bout à bout par des jonctions articulées à rotule (4), définissant intérieurement un conduit de circulation continue pour un fluide véhiculé. Selon l'invention, les tuyaux sont respectivement formés par une partie courante à paroi perméable filtrante (8) se laissant traverser par le fluide et par des parties terminales (10) à parois non perméables rapportés à chaque extremité de la partie courante filtrante. Ce sont sur ces parties non perméables que sont rendus solidaires un boîtier ou une tête de rotule d'une des jonctions par raccodement étanche. Le fluide parcourant les tuyaux de proche en proche via les jonctions peut être du pétrole extrait des nappes souterraines dans le cas usuel d'utilisation d'une crépine ou un fluide injecté depuis la surface vers des nappes souterraines.

Description

La présente invention concerne un système de canalisation et plus particulièrement un système de canalisation comportant une série de tuyaux assemblés bout à bout par des jonctions articulées à rotule. L’insertion de ces jonctions entre les tuyaux permet de faire 5 suivre à la canalisation la forme d'un tube de forage courbe dans lequel elle pénètre.

L'invention vise ainsi à proposer un système de canalisation qui permette aussi bien l'injection de fluide véhiculé depuis la surface vers des nappes souterraines que la filtration du pétrole en /o sous-sol et son pompage vers la surface. L'invention propose de tels systèmes de canalisation dans le champ d'application particulier que sont les forages transversaux aux puits verticaux. On vise ainsi, dans l'exemple d'une extraction de fluide, à pomper le pétrole sur une plus grande surface à iso-profondeur.

Selon des caractéristiques avantageuses de l'invention, le système de canalisation est constitué d’une série de tuyaux rigides et de jonctions articulées qui ont une forme tubulaire creuse pour définir intérieurement un conduit de circulation de fluide continu le long de la canalisation. Le liquide peut ainsi passer de proche en 20 proche dans les tuyaux successifs. Afin que le fluide traverse la canalisation, on prévoit de réaliser des tuyaux avec des tubes à paroi perméable filtrante. A l'extrémité des tuyaux, des parties terminales à paroi non perméables sont rapportées par soudage ou vissage de manière à offrir une surface de raccordement pour les 25 jonctions articulées dans une zone de fixation étanche. On permet ainsi une circulation étanche du fluide véhiculé à l’intérieur des tuyaux via les jonctions articulées.

On pourra prévoir différentes conceptions de la partie courante perméable de ces tuyaux, en proposant par exemple des 30 tubes perforés ou des tubes filtrants constitués de barres disposées t annulairement et recouvertes par un fil enroulé autour de ces barres. Le fil présentera avantageusement une section triangulaire, et l'orientation du fil pourra être choisie en fonction de l'application qui sera faite du système de canalisation. La pointe du triangle pourra 5 ainsi être orientée vers l’intérieur de la partie courante de manière à ce que la base fasse obstacle à l’entrée de sable à l’intérieur du tuyau pour réaliser un ensemble filtrant particulièrement efficace pour laisser passage au pétrole vers l'intérieur du tube tout en filtrant le sable par exemple.

to Les jonctions articulées à rotule comportent classiquement un boîtier de rotule et une tête de rotule qui sont avantageusement, comme cela a été précisé précédemment, portés par les parties terminales des tuyaux à paroi non perméable pour permettre un passage étanche du fluide depuis un tuyau vers l'autre au passage !5 des jonctions articulées. En outre, on prévoit des moyens d'étanchéité entre le boîtier et la tête de rotule de chacune des jonctions articulées pour que la circulation du fluide véhiculé reste continue sans fuite même en cas de basculement de la tête de rotule dans son boîtier.

Selon des caractéristiques particulières de l'invention, la tête de rotule est creuse et elle présente la forme d'une calotte sphérique. De façon complémentaire, le boîtier de rotule est formé par une bague intérieure et par une bague extérieure montée vissée sur la bague intérieure et bloquée en position par une clavette anti25 rotation pour enserrer la tête de rotule. Dans ce cas, la bague intérieure comporte une extrémité courbe qui vient se loger dans la tête de rotule contre la surface intérieure de la calotte sphérique et un épaulement surmontant cette extrémité courbe et disposé en regard de l'extrémité libre de la tête de rotule à distance pour permettre le jeu de rotation de la tête de rotule.

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Les moyens d'étanchéité, prévus pour d'une part empêcher l’intrusion de particules au niveau des jonctions articulées et pour d'autre part empêcher la perte de pétrole à ces mêmes endroits, prennent la forme de joints internes annulaires disposés entre la 5 bague extérieure et la tête de rotule et entre cette même bague extérieure et la bague intérieure. Ils sont agencés de telle sorte que le vissage de la bague extérieure sur la bague intérieure, pour fermer le boîtier de rotule sur de la tête de rotule, permet de les comprimer et de les rendre plus performants dans leur fonction ίο d'étanchéité.

Selon une série de caractéristiques avantageuses complémentaires de l'invention, le système de canalisation comporte une jonction finale qui est disposée à une extrémité de la série des tuyaux filtrants, et plus particulièrement à l'extrémité située la plus is proche de la surface de sorte qu'il s’agit du dernier module du système inséré dans le tube de forage correspondant depuis la surface, et donc celui directement accessible depuis la surface.

Cette jonction finale est particulière en ce qu'elle comporte un joint disposé sur sa surface extérieure adapté à se déployer en 20 saillie de ladite surface par l'action d'un outil de serrage adapté à être engagé dans la jonction finale à son extrémité libre. Ainsi, on peut déployer un joint externe pour créer une étanchéité entre la canalisation et le tube de forage, de manière à ce que le pétrole qui n’a pas pénétré dans la canalisation et qui n'a donc pas été filtré par 25 les tuyaux perméables de la canalisation ne puisse pas remonter dans le tube de forage au-delà de la jonction finale. On a de la sorte un agencement qui permet de déployer ainsi le joint externe formant étanchéité lorsque tout le système de canalisation est en place dans le tube de forage, de sorte que l'on n'est pas obligé de déployer le 30 joint externe avant l'insertion de la canalisation dans le tube de forage et de faire frotter ce joint contre les parois du tube pendant cette insertion de la canalisation.

Afin de réaliser l'expansion du joint par l’action de l'outil de serrage, on prévoit une jonction finale qui comporte, à une première 5 extrémité, un boîtier de rotule adapté à recevoir une tête de rotule solidaire d'un tuyau du système, ledit boîtier de rotule étant formé par une bague intérieure et une bague extérieure rendues solidaires pour emprisonner la tête de rotule, et qui comporte à une deuxième extrémité des moyens d'entraînement adaptés à coopérer avec l'outil lo de serrage.

Ces moyens d'entraînement comportent un cylindre d'entraînement intérieur présentant des rainures longitudinales sur sa surface intérieure adaptées à recevoir des ergots disposés radialement sur l'outil de serrage pour l'entraînement en rotation du 15 cylindre par l'outil de serrage. Ils comportent en outre un cylindre extérieur qui, sous l'effet de la rotation du cylindre d'entraînement intérieur et via un système vis-écrou et une goupille de guidage en translation, est adapté à se déplacer en translation en rapprochement du boîtier de rotule, de manière à comprimer un joint 20 d'étanchéité externe disposé entre le cylindre extérieur et la bague extérieure, ledit joint d'étanchéité externe étant conformé pour s'étendre en saillie de la jonction lorsqu'il est comprimé.

Ainsi, on réalise simplement et efficacement l'expansion du joint externe sur la périphérie de la jonction finale par une action 25 réalisée à son extrémité libre accessible depuis la surface. Cette expansion du joint externe est avantageusement rendue irréversible par la combinaison du filetage entre les moyens d'entraînement et de la liaison rainure-ergot qui permet de retirer l'outil de serrage sans dévisser les moyens d'entraînement.

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Selon une caractéristique secondaire de l'invention, une goupille frangible est disposée entre le cylindre d'entraînement intérieur et le cylindre extérieur, ladite goupille étant dimensionnée pour se rompre sous l'effet de la rotation du cylindre intérieur induite par l’outil de serrage. On évite ainsi, lors de la mise en place de la jonction finale dans le tube de forage, que les moyens d'entraînement se désolidarisent, et l’on pourra facilement passer d'un état dans lequel ils sont retenus l’un par rapport à l’autre à un état où ils sont libres de tourner l'un par rapport à l'autre sous l'action de l'outil de serrage.

L'invention concerne également un ensemble de forage impliquant un système de canalisation selon l'invention. L'ensemble de forage comporte un puits vertical au fond duquel est disposé un bouchon cimenté, et un tube de forage qui s'étend transversalement depuis ce bouchon cimenté en présentant un rayon de courbure adapté. Le système de canalisation est disposé en intégralité dans le tube de forage transversal, et la jonction finale et son joint externe expansé s'étendent dans ce tube de forage transversal.

On peut prévoir que plusieurs tubes de forage s'étendent transversalement depuis le bouchon cimenté, chaque tube de forage étant adapté à recevoir un système de canalisation tel que décrit précédemment. Ainsi, on peut disposer de plusieurs systèmes de canalisation sur un même puits de forage pour multiplier la surface d'échange avec les nappes souterraines, tout en s'assurant facilement de l'étanchéité du puits de forage à l'encontre des liquides non filtrés, puisque chaque système de canalisation selon l'invention présente à son extrémité un joint externe d'étanchéité entre lui et son propre tube de forage.

Il est dès lors intéressant de noter la caractéristique selon laquelle l'outil de serrage est monté en bout d'une tige de forage motorisée, l'outil de serrage présentant un élément en forme de

Ή baïonnette disposée à son extrémité libre par l'intermédiaire d'une articulation à rotule adaptée pour suivre le rayon de courbure du tube de forage transversal. Ainsi, on peut aisément entraîner en rotation la jonction finale pour réaliser l'expansion du joint associé 5 quelle que soit la portion du tube de forage et son rayon de courbure.

L'invention sera maintenant plus complètement décrite dans le cadre de ses caractéristiques préférées et de leurs avantages, en faisant référence aux figures 1 à 8 qui illustrent les éléments io essentiels d'un système de canalisation en se plaçant ici dans le cas de l’application de l’invention à la réalisation d’une crépine servant à l'extraction de pétrole. Parmi elles :

-la figure 1 représente une vue en coupe d’un détail d'un système de canalisation selon un mode de réalisation de l'invention, /5 au niveau de la liaison entre les moyens formant rotule et la partie courant filtrante d'un tuyau ;

-la figure 2 représente une vue partiellement en coupe d’une jonction finale du système de canalisation, monté à l'extrémité d'un tuyau perméable filtrant ;

-les figures 3 et 4 sont des agrandissements des zones III et

IV référencées sur la figure 2 ;

-la figure 5 représente une jonction finale tel qu'illustrée sur la figure 2, ici associée à un outil de serrage selon l'invention ;

-la figure 6 représente schématiquement un ensemble de 25 forage comportant deux tubes de forage transversaux dans lesquels sont disposés des systèmes de canalisation selon l'invention ;

-et les figures 7 et 8 représentent chacune une vue partiellement en coupe d'une jonction articulée à rotule disposée Ml vissée entre deux tuyaux rigides, la figure 7 illustrant un premier mode de réalisation de la jonction et la figure 8 illustrant un deuxième mode de réalisation de cette jonction.

L'invention va être décrite en conformité avec ces figures, s et l'on comprendra que les caractéristiques de chacun des modes de réalisation pourront être combinées pour l'obtention d'un système de canalisation conforme à l'invention qui peut être inséré dans des tubes de forage courbes.

Un système de canalisation selon l'invention comporte une série de tuyaux 2 assemblés bout à bout par des jonctions articulées à rotule 4, l'ensemble étant adapté à être déployé à l'intérieur d'un tube de forage 6, qui peut être courbe. Le système de canalisation est particulièrement adapté à l'extraction de pétrole en filtrant le sable qui peut être présent dans le tube de forage. Le fluide est is aspiré à l'intérieur de la canalisation en passant à travers un dispositif filtrant qui retient le sable hors de la canalisation. A cet effet, les tuyaux présentent une structure adaptée à filtrer le fluide et un capuchon est prévu pour fermer l’extrémité du tuyau qui sera inséré le premier dans le puits, de façon à imposer au fluide de 20 passer uniquement par la structure filtrante des tuyaux.

On comprend que le système de canalisation selon l'invention prendra une forme similaire dans le cas d'une injection de fluide de la surface vers le sol.

Les tuyaux et les jonctions présentent les uns et les autres une forme tubulaire creuse pour définir intérieurement le long de la canalisation un conduit de circulation continue pour le fluide véhiculé.

Les tuyaux sont réalisés dans des matériaux adaptés à l’utilisation particulière du système de canalisation selon l’invention, 30 notamment en acier pour le forage pétrolier. Il en est de même pour les jonctions qui relient les tuyaux deux à deux.

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Les tuyaux sont respectivement formés par une partie courante à paroi perméable filtrante 8 formant crépine pour permettre l'entrée du fluide dans la canalisation et par des parties terminales 10 à paroi non perméable, disposées à chaque extrémité 5 de la partie courante filtrante.

Dans l'exemple illustré sur la figure 1, la partie courante à paroi filtrante est formée par une structure tubulaire à trous recouverte par un fil 12 à section triangulaire enroulé autour de ladite structure. La structure tubulaire à trous est réalisée par des io barres 14 symétriques régulièrement espacées et laissant de fait des passages radiaux entre elles. En variante, la structure aurait pu être formée d'un tube à la paroi perforée. Le fil est enroulé de façon hélicoïdale autour des barres, et il est orienté ici de sorte que la base soit tournée vers l'extérieur des tuyaux et que la pointe repose 15 contre les barres, ce qui permet une bonne filtration du sable voulant entrer dans la canalisation, dans le cas d’une filtration de pétrole.

Les parties terminales des tuyaux présentent la forme d'un embout lisse non perforé 16, non perméable, qui a un diamètre intérieur égal à celui de la partie courante à paroi filtrante, de telle 20 sorte qu'il peut être rapporté soudé sur la partie courante à paroi filtrante. Tel que cela sera décrit ci-après, l'embout non perforé offre une surface de raccordement non perméable, dans une zone étanche, pour le montage d'un élément de la jonction à rotule, qui sera monté vissé ou soudé sur cet embout.

Les tuyaux successifs de la canalisation peuvent être identiques ou différents. En particulier, on peut prévoir qu’ils présentent des diamètres différents, dans un rapport décroissant en allant vers l'extrémité de la canalisation destinée à plonger au fond du puits au cours du forage, de sorte que la canalisation peut ainsi 30 pénétrer dans des tubes de forage de plus en plus étroits. De même, on peut prévoir que tous les tuyaux soient perforés, ou que seuls les tuyaux destinés à être placés au fond du tube de forage le soient. Dans tous les cas, chacun des tuyaux comporte, à chacune de ses extrémités, un embout non perméable offrant une surface de 35 raccordement du tuyau aux différents éléments de la jonction dans une zone étanche. Tel que cela sera détaillé ci-après, il est particulièrement avantageux dans le contexte de la présente application, que le raccordement soit étanche pour s'assurer que le fluide véhiculé passe uniquement par la partie courante à paroi filtrante des tuyaux.

Les jonctions 4, tel qu'illustré sur la figure 7, comportent une tête de rotule sphérique 18 qui se prolonge par une tige 20 se raccordant à l’un des deux tuyaux successifs et qui est adaptée à loger dans un boîtier de rotule 22 formant cavité de réception de la tête et se raccordant au tuyau suivant. La tige prolonge la tête de rotule de manière à s'étendre en saillie du boîtier de rotule.

Le boîtier et la tête de rotule d'une jonction sont rendus respectivement solidaires d'une partie terminale d'un tuyau correspondant par un raccordement étanche. Par ailleurs, des moyens d'étanchéité sont prévus entre le boîtier et la tête de rotule de chacune des jonctions pour éviter les entrées et les sorties de fluide au niveau des jonctions. De la sorte, dans le cas ici décrit d'une extraction de fluide, on s'assure que le fluide entrant a bien été filtré par son passage au niveau des tuyaux et l'on confine dans un conduit rendu étanche la circulation du fluide extrait entre les tuyaux de proche en proche via les jonctions. Afin de permettre le passage du fluide extrait à travers la rotule, la tête de rotule et la tige le prolongeant sont creusées, et le boîtier comporte une bague intérieure 24 et une bague extérieure 26 vissées l'une sur l'autre pour définir ensemble la cavité de réception de la tête de rotule.

Dans la description qui va suivre, on va arbitrairement qualifier d'avant la partie d'un élément de la jonction orientée vers la droite de la figure et d'arrière la partie de cet élément orientée vers la gauche de la figure, et on va arbitrairement qualifier de premier tuyau le tuyau sur lequel est rendu solidaire le boîtier de rotule et de deuxième tuyau le tuyau sur lequel est rendue solidaire la tige de rotule.

La bague intérieure 24 est vissée sur l'embout lisse non perméable formant partie terminale du premier tuyau. Elle présente fcc une forme tubulaire d'axe de révolution confondu avec celui du premier tuyau sur lequel elle est vissée. Elle présente une partie avant de diamètre intérieur égal au diamètre intérieur du premier tuyau ou très proche de celui-ci afin de définir une section de 5 passage constante pour le fluide véhiculé, et une partie arrière dont le diamètre intérieur présente un filetage légèrement supérieur au diamètre extérieur de l'embout lisse qui présente à son extrémité libre un filetage complémentaire pour permettre le vissage de la bague sur l'embout.

La surface d'extrémité 28 de la bague intérieure opposée au premier tuyau s'évase vers l'extérieur en présentant un profil sphérique, de centre sensiblement porté par l'axe de révolution du premier tuyau.

La surface intérieure de la partie arrière de la bague 15 extérieure est filetée et son diamètre est légèrement supérieur au diamètre de la surface extérieure de la bague intérieure, de telle manière que ladite partie arrière peut être vissée autour de la bague intérieure sur toute la longueur de cette dernière. On a prévu de figer en position la bague extérieure par rapport à la bague 20 intérieure par une clavette anti-rotation.

Les contours de la cavité de réception sont alors définis par la surface d'extrémité 28 de la bague intérieure, et par la surface intérieure de la partie avant de la bague extérieure, qui dépasse en saillie de la bague intérieure.

La surface intérieure de la partie avant bague extérieure présente une partie de raccordement à profil sphérique dont l'extrémité forme une lèvre 30.

Ainsi, la surface d'extrémité 28 de la bague intérieure et la partie de raccordement de la bague extérieure, toutes deux formant 30 des portions de sphère dont les centres se trouvent sur l'axe de révolution du premier tuyau, créent une cavité de réception sphérique dans laquelle la tête de rotule vient se loger.

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La lèvre 30 définit une ouverture dont le diamètre est supérieur au diamètre de la surface extérieure de la tige de rotule et inférieur au diamètre de la surface extérieure de la tête de rotule. Cette lèvre est apte à venir se placer, lorsque la jonction articulée est assemblée, au niveau de l'intersection de la tête de rotule 18 et de la tige de rotule 20 de manière à bloquer la tête de rotule entre la surface d'extrémité de la bague et la partie avant de la bague extérieure. La lèvre 30 sert par ailleurs de butée pour éviter que la bague extérieure ne s'échappe lorsqu'elle est enfilée autour de la tige de rotule avant que celle-ci soit rapportée sur un tuyau, et avant que la bague extérieure soit vissée sur la bague intérieure. Il en résulte que la tête de rotule, une fois positionnée dans sa cavité de réception par le vissage des bagues de la jonction, ne peut en être extraite que par le désassemblage de la jonction.

Un joint interne annulaire 32 est interposé entre la surface intérieure de la bague extérieure et la surface extérieure de la tête de rotule, afin d’assurer l’étanchéité entre ces deux pièces sans gêner leurs déplacements relatifs. Ce joint interne est avantageusement collé dans une rainure radiale ménagée à cet effet dans la surface intérieure de la bague extérieure, et ils viennent en contact avec la tête de rotule, qui les écrase lorsque la bague extérieure est plaquée contre la rotule. On comprend qu'avantageusement c'est le vissage de la bague extérieure sur la bague intérieure, qui tend à resserrer la cavité de réception autour de la tête de rotule, et qui permet de comprimer le joint pour optimiser la prestation d'étanchéité.

On pourra prévoir d'autres joints annulaires, également mis en compression lorsque la bague extérieure est vissée sur la bague intérieure, par exemple pour assurer l'étanchéité de contact à l’intersection des trois pièces que sont la bague extérieure, la bague intérieure et la tête de rotule.

Il est particulièrement intéressant dans la mise en place de ces joints internes annulaires qu'ils soient agencés de manière à être serrés entre les portées de deux éléments de la jonction se vissant l’un sur l’autre pour fermer la cage de rotule sur la tête de

VIL rotule. Ainsi la mise en place de la cage de rotule favorise la compression du joint et rend celui-ci plus performant dans sa fonction d'étanchéité.

Les jonctions comportent en outre un manchon de liaison 34 qui permet de relier la rotule et notamment la tige de rotule à l'embout lisse non perméable du tuyau associé à cette rotule.

Le manchon comporte sur sa surface intérieure, de diamètre légèrement supérieur au diamètre extérieur de la tige et de l'embout lisse, deux filetages pour permettre le vissage du manchon sur la tige et sur l'embout lisse. La surface intérieure présente en outre un profil qui définit un rétrécissement entre les deux filetages formant épaulement 36 aussi bien pour la tige de rotule que pour l'embout.

La section de passage constante à l'intérieur de la jonction pour la correcte circulation du fluide extrait par ailleurs au niveau des tuyaux filtrants, telle qu'elle a été évoquée précédemment, est définie par les diamètres intérieurs successifs de l'embout non perforé du premier tuyau, de la partie avant de la bague intérieure, de la tête de rotule et de la tige associée, de l'épaulement en saillie du manchon et de l'embout non perforé du deuxième tuyau.

Tel qu'illustré sur la figure 7, l'agencement des éléments de la jonction est tel qu'un espace 38 est crée entre l'extrémité arrière du manchon de liaison 34 et l'extrémité avant de la bague extérieure 26.

En combinaison avec les profils sphériques coopérants de la cavité de réception et de la tête de rotule, l'espace 38 permet le débattement de la tige de rotule lors des mouvements de la rotule autour d'axes non confondus avec l'axe de révolution du tuyau. Le basculement d'un tuyau par rapport au tuyau voisin est rendu possible par les degrés de liberté de la jonction articulée, ce qui permet sur toute la longueur de la canalisation d'adapter celle-ci à la courbure du tube de forage.

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On observe que l'on peut choisir arbitrairement une dimension longitudinale plus ou moins grande de l'espace 38 pour limiter le débattement de la tige de rotule, et, ainsi, le débattement angulaire relatif d'un tuyau par rapport au tuyau voisin, de manière à 5 permettre de garantir l'étanchéité assurée par les joints disposés à l'intérieur de la jonction.

On comprendra que d'autres agencements de la jonction peuvent être utilisés, par exemple dans le mode de réalisation particulier illustré sur la figure 8. La jonction diffère notamment en 10 ce que la tête de rotule 18 présente une forme de calotte sphérique telle que la surface intérieure de la tête de rotule présente un profil sphérique centré sur l'axe du deuxième tuyau, la tête de rotule présentant comme précédemment une forme tubulaire creuse pour définir un passage interne. La paroi définissant la tête est is d'épaisseur continue avec l'épaisseur de la tige 20. D’autre part, pour conserver la complémentarité de la tête de rotule et de sa cavité de réception, la partie avant 25 de la bague intérieure 24 est prolongée pour se loger à l'intérieur de la tête de rotule de sorte qu'elle présente un profil sphérique sur sa surface extérieure et non 20 plus sur sa surface intérieure comme décrit précédemment, le profil sphérique en question étant toujours centré sur l'axe du tuyau associé au boîtier de rotule.

La bague intérieure comporte un épaulement radial 27 qui s’étend à distance en regard de l'extrémité libre de la calotte 25 sphérique formant tête de rotule. Un joint interne d'étanchéité 29 est disposé entre cet épaulement de la bague intérieure et l'extrémité de la calotte sphérique. Il présente une forme adaptée, ici avec une section en croisillon, pour être efficace dans toutes les positions que peut prendre la tête de rotule dans la cavité de réception, selon la 30 position que peuvent prendre les tuyaux successifs.

On constate qu'avantageusement, la mise en place des tuyaux les uns après les autres et le vissage des jonctions sur ces tuyaux forcent le rapprochement de l'épaulement vers l'extrémité libre de la calotte sphérique et comprime d'avantage le joint interne d'étanchéité, ce qui a pour effet d'améliorer l'étanchéité de l'ensemble.

On voit clairement sur la figure 8 que la partie avant de la bague extérieure présente un profil intérieur tronconique 31 5 s'évasant vers l'extrémité avant de cette bague extérieure. Ce profil participe au débattement de la tige lors de mouvements de rotation de la tête de rotule autour d'axes différents de l'axe longitudinal du tuyau. On comprend que ce profil pourra être repris dans le mode de réalisation de la figure 7, tout comme le profil conique de la paroi 10 extérieure du manchon de liaison 34. Cette forme tronconique est orientée de sorte que l'extrémité de plus petit diamètre soit dirigée vers le fond du puits, ce qui permet de faciliter l'installation du système de canalisation en diminuant la friction lors de la mise en place des éléments successifs dans le puits.

is Dans ce mode de réalisation, il est intéressant d'orienter la jonction en fonction du sens de circulation du fluide. Dans l'exemple illustré sur la figure 8, on préférera que le fluide circule de l'arrière vers l'avant pour éviter que le fluide ne s'engage entre la calotte sphérique et la bague intérieure, étant entendu qu'il ne pourrait 20 s'échapper eu égard au joint d'étanchéité.

La canalisation telle qu'elle vient d'être décrite permet donc de réaliser un conduit comportant plusieurs tuyaux filtrants articulés bout à bout entre eux, et dont les jonctions articulées sont étanches vis à vis de l'extérieur, grâce aux filetages liant les différents 25 éléments de ces jonctions entre eux et grâce aux joints précédemment évoqués, par ailleurs compressés pour une plus grande efficacité lors du vissage de tous ces éléments les uns sur les autres.

On a représenté sur les figures 2 à 6 une jonction finale 40, 30 particulière en ce que qu'elle est disposée à une extrémité de la série de tuyaux, du côté du haut du puits. Elle est ainsi reliée à un tuyau d’un seul côté et elle présente une extrémité libre, tournée vers le haut du puits.

La jonction finale présente une forme tubulaire creuse et elle comporte de façon spécifique un joint externe 42 disposé sur sa surface extérieure et adapté à se déployer en saillie de cette surface extérieure par l'action d'un outil de serrage 44 (visible sur la figure 5 5) que l’on engage dans la jonction finale à son extrémité libre.

La jonction finale comporte, de façon similaire à ce qui a été décrit précédemment, un boîtier de rotule adapté à loger une tête de rotule solidaire d'un tuyau du système, ledit boîtier de rotule comportant une bague intérieure 124 et une bague extérieure 126 10 rendus solidaires pour emprisonner entre eux la tête de rotule 118.

On peut observer sur la figure que la jonction finale comporte une tête de rotule formant une calotte sphérique et une bague intérieure et une bague extérieure qui définisse une cavité de réception de forme complémentaire, tel que cela a été décrit précédemment. La 15 bague extérieure est enfilée autour de la tête de rotule avant que la rotule soit rapportée sur un tuyau, et cette bague extérieure est vissée sur la bague intérieure pour former la cavité de réception formant logement pour la tête de rotule. Le vissage permet la compression d'un joint interne d'étanchéité 132 contre la tête de 20 rotule, le joint interne étant disposé dans une gorge annulaire formée dans la surface intérieure de la bague extérieure.

La jonction finale comporte en outre, à son extrémité libre, des moyens d'entraînement reliés à la bague intérieure et adaptés à coopérer avec l'outil de serrage. Les moyens d'entraînement 25 comportent un cylindre d'entraînement intérieur 46 et un cylindre d'entraînement extérieur 48 rapporté vissé sur la surface extérieure du cylindre intérieur, chaque cylindre comportant à cet effet un filetage complémentaire, avec ici un pas à gauche inversé par rapport aux autres filetages prévus dans cette jonction finale. Ils 30 comportent en outre deux anneaux disposés de part et d'autre du joint externe 42, ces deux anneaux et le joint reposant sur la surface extérieure de la bague intérieure. Un premier anneau 50 est vissé sur le cylindre d'entraînement extérieur tandis qu'un deuxième anneau 52 est vissé sur la bague extérieure.

On comprendra que pour servir de support aux anneaux et au joint, la bague intérieure s'étend axialement au-delà de la bague extérieure, vers l'extrémité libre de la jonction finale. Par ailleurs, à son extrémité opposée à la bague extérieure, la bague intérieure est 5 rendue solidaire d'une clavette 54 par une goupille de fixation 56 (visible sur la figure 3). La surface extérieure de la bague intérieure comporte en outre une rainure longitudinale 58 qui s'étend entre la clavette et le joint externe lorsque la jonction finale est assemblée.

Le cylindre d'entraînement intérieur présente une rainure jo longitudinale 60 (visible sur la figure 5) sur sa surface intérieure dans laquelle peut se loger un ergot 62 disposé sur la périphérie de l'outil et de forme complémentaire à la rainure, de manière à permettre l'entraînement en rotation du cylindre intérieur par l'intermédiaire de l'outil de serrage. Il comporte par ailleurs une 15 gorge 64 s'étendant radialement sur la surface extérieure du cylindre intérieur et adaptée à recevoir l’extrémité de la clavette. Tel que cela est particulièrement visible sur la figure 3, cette clavette présente une forme en L de sorte que l'extrémité logée dans la gorge est adaptée à bloquer la translation relative du cylindre d'entraînement 20 intérieur par rapport à la bague intérieure, tout en autorisant la rotation de ce cylindre par rapport à la bague qui reste fixe. Des joints toriques sont disposés dans les zones de contact entre cette clavette et les éléments qu'elle relie.

Le cylindre extérieur comporte une goupille de guidage 66 25 qui s'étend en saillie vers l'intérieur du cylindre et qui est logée dans la rainure longitudinale 58 formée sur la surface extérieure de la bague intérieure lorsque le cylindre extérieur est rapporté vissé sur le cylindre intérieur. De la sorte, lorsque le cylindre d'entraînement intérieur est mis en rotation, on crée une transmission vis-écrou 30 avec le cylindre extérieur qui est guidé en translation par la goupille, en éloignement du cylindre intérieur et en rapprochement du joint externe. Ce rapprochement tend à forcer le déplacement de l'anneau vissé sur le cylindre extérieur et donc à comprimer le joint de compression entre les anneaux, l’anneau vissé sur la bague 35 extérieure de l'autre côté du joint restant fixe. Le joint externe est conformé pour s'étendre en saillie de la jonction finale lorsqu'il est comprimé.

Une goupille frangible 68 est disposée entre le cylindre d'entraînement intérieur et le cylindre extérieur. Elle permet de 5 stopper les mouvements relatifs d’un cylindre par rapport à l’autre lorsque l'on descend la canalisation dans le tube de forage. La goupille est dimensionnée pour rompre sous l'effet de la rotation du cylindre intérieur induite par l'outil de serrage, lorsque la canalisation est en place et que l’on a besoin de déployer le joint ίο externe.

On observe qu'avantageusement, les anneaux ont un diamètre extérieur supérieur au diamètre extérieur du joint externe lorsqu'il est au repos. Les anneaux permettent alors d'éviter tout contact (notamment par frottement) entre le joint externe, is relativement fragile mécaniquement, et les parois du tube de forage dans lequel la canalisation est insérée, contact qui pourrait endommager, à la longue, le joint et nuire aux qualités d'étanchéité du système.

L'outil de serrage est adapté à être monté en bout d'une 2o tête de forage. Tel qu'illustré sur la figure 5, il présente principalement une tige 70 en saillie porteuse de l'ergot de forme complémentaire à la rainure disposée dans le cylindre intérieur. On pourra prévoir une coopération de type baïonnette entre l'ergot et un renfoncement radial réalisé dans la rainure longitudinale du cylindre 25 intérieur, qui permettra d'assurer la prise entre l'outit et les moyens d'entraînement, et qui permettra notamment d'utiliser l’outil pour retirer la canalisation du tube de forage en tirant dessus. Avantageusement, l’outil présente des jonctions articulées à rotule du type précédemment décrit, pour que l'outil puisse efficacement 30 réaliser le serrage quelle que soit la courbure du tube de forage, et la tige 70 consistera en le prolongement de la tête de rotule en saillie de l'outil.

Le montage de la canalisation s'effectue ainsi. Les tuyaux et les différents éléments des jonctions sont fabriqués en usine. Les jonctions sont ensuite assemblées. Pour ce faire, la bague extérieure, munie des joints disposés dans les rainures, est tout d'abord positionnée autour de la tête de rotule, emmanchée du côté de la tige. L'ensemble formé par ces deux éléments est ensuite vissé d'un côté sur la bague intérieure et de l'autre côté sur le manchon de liaison. Les jonctions ainsi assemblés sont ensuite fixées entre les tuyaux successifs de manière à assembler ceux-ci deux à deux bout à bout. La bague intérieure est vissée sur l'embout lisse non perméable d'un premier tuyau et le manchon est vissé sur l'embout lisse non perméable d'un deuxième tuyau voisin.

On va maintenant décrire l'utilisation du système de canalisation décrit précédemment dans un ensemble de forage.

L'ensemble de forage est formé d'un puits vertical 100 au fond duquel est disposé un bouchon 102. Afin de multiplier les zones de prospection et d'extraction de fluide, on aménage des tubes secondaires de forage 104, 106 qui partent transversalement depuis le bouchon, en présentant une forme courbe. Le système de canalisation tel qu'il a été décrit précédemment, notamment par la série de tuyaux reliés deux à deux par des jonctions à rotule, peut être disposé dans l'un de ces tubes secondaires courbes. On envisage, tel que cela est illustré sur la figure 6, de disposer une canalisation dans chaque tube secondaire. Dans cette configuration, chaque canalisation doit être arrêtée au niveau du bouchon pour ne pas se heurter à une autre canalisation, et le fluide extrait en bout des tubes secondaires et pompé à travers la canalisation est délivré au niveau du bouchon, pour être ensuite aspiré à travers le puits vertical jusqu'à la surface. Avantageusement selon l'invention, chaque canalisation présente une jonction finale et son joint d'étanchéité externe qui peut être expansé à l'intérieur du tube secondaire sous l'action d'un outil de serrage.

Le déploiement du joint externe permet de créer une étanchéité entre la canalisation et le tube de forage, de manière à ce que le pétrole qui n'a pas pénétré dans la canalisation et qui n'a donc pas été filtré par les tuyaux perméables de la canalisation ne puisse pas remonter dans le tube de forage au-delà de la jonction finale. Le joint externe permet aussi d'éviter que le pétrole extrait qui débouche de la canalisation dans le puits central ne reparte dans les tubes secondaires hors de la canalisation. On a de la sorte un agencement qui permet de déployer le joint externe formant 5 étanchéité lorsque tout le système de canalisation est en place dans le tube de forage, de sorte que l'on n'est pas obligé de déployer le joint avant l'insertion de la canalisation dans le tube de forage et de faire frotter ce joint contre les parois du tube pendant cette insertion de la canalisation.

io L’outil de serrage adapté à coopérer avec le système de canalisation est monté en bout d'une tige de forage motorisée, qui est descendu dans le puits de forage vertical pour venir coopérer tour à tour avec chacune des jonctions finales. L'articulation par rotule de l'outil permet de s'adapter au rayon de courbure du tube /5 secondaire et d'être malgré cette courbure convenablement en prise dans le cylindre d'entraînement intérieur. On comprend que les moyens d'articulation de l'ensemble permettant de s'adapter à toute configuration du puits de sorte que l'on peut déployer le joint d'étanchéité 42 dans toute partie du tube, quelle que soit la courbure 20 du tube à l'endroit choisi.

L'ergot de l'outil de serrage coopère avec la rainure du cylindre d’entraînement intérieur de sorte que la rotation de l'outil entraîne en rotation le cylindre intérieur. Le cylindre intérieur ne bouge pas axialement par le blocage de la clavette solidaire de la 25 bague intérieure. La rotation du cylindre intérieur transmet un effort de translation au cylindre extérieur par une coopération de type visécrou et par le guidage en translation du cylindre extérieur par rapport à la bague intérieure fixe. Cette translation tend à rapprocher le premier anneau solidaire du cylindre extérieur vers le 30 deuxième anneau qui reste fixe étant solidaire des bagues intérieure et extérieure. De la sorte, le joint externe est comprimé entre les anneaux et il se déforme en saillie de la surface extérieure de la bague intérieure. Il convient alors de désengager l'outil de serrage en l'éloignant de la jonction pour rendre opératif la canalisation dans 35 son tube secondaire.

Il ressort néanmoins de ce qui précède que l'invention n'est pas limitée aux modes de mise en œuvre qui ont été spécifiquement décrits et illustrés par les figures. Elle s'étend au contraire à toute variante passant par le biais de moyens équivalents. Comme décrit 5 précédemment, le système de canalisation s'applique aussi bien dans le cas d'une extraction de liquide par pompage que dans le cas d'une injection de liquide depuis la surface vers des nappes souterraines.

Claims (10)

1. Système de canalisation comportant une série de tuyaux (2) assemblés bout à bout par des jonctions articulées à rotule (4), lesdits tuyaux et lesdites jonctions présentant respectivement une forme tubulaire creuse pour définir intérieurement le long de la canalisation un conduit de circulation continue pour un fluide véhiculé, dans lequel les jonctions entre deux tuyaux successifs comportent une tête de rotule (18) se raccordant à l’un des deux tuyaux successifs et un boîtier de rotule complémentaire (22) se raccordant au tuyau suivant, des moyens d'étanchéité (29, 32) étant prévus entre le boîtier et la tête de rotule de chacune des jonctions, et dans lequel lesdits tuyaux sont respectivement formés par une partie courante à paroi filtrante (8) perméable au fluide véhiculé et par des parties terminales (10) à paroi pleine non perméable au fluide rapportées aux extrémités opposées de ladite partie courante et sur lesquels se raccordent respectivement un boîtier ou une tête de rotule d'une desdites jonctions.

2. Système de canalisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite partie courante filtrante (8) est formée par une structure tubulaire à trous recouverte par un fil (12) à section triangulaire enroulé autour de ladite structure.

3. Système de canalisation selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les jonctions présentent d'une part une tige de rotule (20) creuse rendue solidaire d'une partie terminale non perméable d'un tuyau et une tête de rotule (18) creuse prolongeant ladite tige de rotule, et d'autre part un boîtier de rotule (22) formée par une bague intérieure (24), rendue solidaire d'une partie terminale non perméable d'un tuyau suivant et dont l'extrémité opposée présente un profil coopérant avec la tête de rotule, et par une bague extérieure (26) montée vissée sur la bague intérieure et qui enserre la tête de rotule en étant figée en 5 position par rapport à la bague intérieure par une clavette antirotation, lesdits moyens d’étanchéité comportant des joints internes annulaires agencés de manière à être serrés entre les portées de la tête de rotule et du boîtier de rotule sous l'effet du vissage de ladite bague extérieure sur ladite bague intérieure.

10

4. Système de canalisation selon la revendication 3, caractérisé en ce que la tête de rotule (18) présente une forme de calotte sphérique et la bague intérieure (24) comporte une extrémité courbe (25) qui vient se loger dans la tête de rotule contre la surface intérieure de ladite calotte sphérique, ladite

15 bague présentant un épaulement radial qui s’étend à distance en regard de l'extrémité libre de la tête de rotule de manière à créer une liberté pour le basculement dudit tuyau par rapport audit tuyau suivant.

5. Système de canalisation selon l'une des revendications 1

20 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte une jonction finale (40) de forme tubulaire creuse qui est disposée à une extrémité de la succession des tuyaux et qui comporte un joint externe d'étanchéité (42) disposé sur sa surface extérieure et adapté à se déployer en saillie de ladite paroi par l'action d’un outil de serrage 25 (44) adapté à être engagé dans la jonction finale à son extrémité libre.

6. Système de canalisation selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite jonction finale (40) comporte d'une part à une première extrémité un boîtier de rotule adapté à

30 recevoir une tête de rotule (18) solidaire d'un tuyau du système, ledit boîtier de rotule étant formé par une bague intérieure (24) et

Aô une bague extérieure (26) rendues solidaires pour emprisonner entre eux la tête de rotule, et d'autre part à une deuxième extrémité des moyens d'entraînement adaptés à coopérer avec un outil de serrage, lesdits moyens d'entraînement comportant un 5 cylindre d'entraînement intérieur (46) présentant une rainure longitudinale (60) sur sa surface intérieure pour être entraîné en rotation par l'intermédiaire de l'outil de serrage (44) et par un ergot (62) disposé sur la périphérie de l'outil et de forme complémentaire à la rainure, lesdits moyens d'entraînement ίο comportant en outre un cylindre extérieur (48) qui sous l'effet de la rotation du cylindre d'entraînement est adapté à se déplacer en translation en rapprochement du boîtier de rotule, de manière à comprimer ledit joint externe d'étanchéité (42) disposé entre le cylindre extérieur et la bague extérieure, ledit joint externe étant 15 conformé pour s'étendre en saillie de la jonction finale lorsqu'il est comprimé.

7. Système de canalisation selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce qu'une goupille frangible (68) est disposée entre le cylindre intérieur (46) et le cylindre extérieur (48), ladite

20 goupille étant dimensionnée pour rompre sous l'effet de la rotation du cylindre intérieur induite par ledit outil de serrage (44).

8. Ensemble de forage caractérisé en ce qu'il est formé d'un puits vertical (100) au fond duquel est disposé un bouchon (102) ménageant un tube secondaire (104) courbe s’étendant

25 transversalement depuis ledit bouchon, un système de canalisation selon l'une des revendications 5 à 7 étant disposé dans ledit tube secondaire de telle sorte que la jonction finale et son joint externe expansé s'étendent dans ce tube secondaire.

9. Ensemble de forage selon la revendication 8, caractérisé 30 en ce que plusieurs tubes secondaires (104) s'étendent transversalement depuis ledit bouchon (102), chaque tube secondaire étant adapté à recevoir un système de canalisation.

10. Ensemble de forage selon la revendication 8 ou 9, dans lequel l'outil de serrage (44) adapté à coopérer avec le système 5 de canalisation est monté en bout d'une tige de forage motorisée, ledit outil étant articulée par rotule pour s'adapter au rayon de courbure des tubes secondaires.