Turbine de forage Les turbines de forage, machines destinées à ac tionner un outil de forage en utilisant la puissance d'un fluide s'écoulant sous pression, sont connues et utilisées.
Le fluide de circulation et de transport d'énergie est en général la boue de forage.
La turbine ou moteur souterrain est fixée à l'ex trémité basse du train de tiges et se trouve donc au voisinage immédiat de l'outil.
Les turbines de forage actuellement connues com portent essentiellement les éléments technologiques suivants un corps, fixé sur le train de tiges portant le ou les stators de la turbine, un arbre portant le ou les éléments rotors de la turbine, une butée constituant un organe distinct, située en dehors de la partie active de la turbine, et remplis sant le rôle d'appui longitudinal, dans un sens ou dans l'autre, ou parfois ne supportant aucun effort lorsque la poussée hydraulique compense exactement la pous sée due à l'outil, un ou plusieurs paliers constituant également des organes distincts, situés en dehors de la partie active de la turbine, ayant essentiellement pour fonction de guider et de tenir l'arbre centré, accessoirement d'as surer une certaine étanchéité.
La présente invention a pour but de supprimer la butée et les paliers de centrage en tant qu'organes distincts, par un agencement approprié de la turbine ; elle a pour objet une turbine de forage actionnant un outil de forage par l'écoulement d'un fluide sous pression et comportant des moyens de butée dans le sens longitudinal et des moyens de centrage entre l'élément de rotor et l'élément de stator, caractérisée en ce que, entre .des parties de chaque aubage de l'élé ment de rotor et de chaque aubage de l'élément de stator, est disposée une butée élémentaire dans le sens longitudinal fixée à l'un desdits éléments.
Des paliers élémentaires, intégrés dans la longueur de la partie active de la turbine, peuvent être associés aux butées élémentaires pour constituer par leur en semble le palier de guidage de l'arbre du rotor.
Pour cela entre les faces des éléments du rotor et les faces des éléments du stator, des plaques faites d'une matière de frottement, telle que régule, néo prène, caoutchouc, etc., peuvent être interposées et fixées, soit au rotor, soit au stator.
L'effort de poussée longitudinal et tout effort transversal sont ainsi reportés sur les éléments de la turbine ; il peut y avoir autant de butées et paliers élémentaires qu'il y a d'éléments de turbine, ou bien leur nombre peut être moindre (1 sur 3 par exemple).
Cette disposition peut présenter divers avantages, notamment ceux qui. sont cités ci-après L'encombrement longitudinal est réduit sensible ment (aux éléments de blocage près) à la somme des hauteurs des éléments actifs de la turbine (rotor et stator).
Il suffit de deux serrages, respectivement pour l'empilage des éléments de rotor et des éléments de stator, les serrages ordinairement nécessaires pour la butée distincte étant supprimés.
La construction est plus simple ; le montage et le démontage sont facilités. Enfin la diminution du nombre de types d'élé ments standards simplifie la fabrication.
L'arbre de turbine peut être diminué par gra dins successifs de diamètres décroissants de l'aval vers l'amont (arbre épaulé), puisque l'effort de pous sée est encaissé par les éléments de turbine successifs et que le couple va en décroissant; ceci permet d'augmenter, à l'entrée, la longueur de l'aubage, donc la puissance de la machine, et éventuellement la surface d'appui des butées, ce qui est intéressant sur tout pour les turbines de petit diamètre.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, quelques formes d'exécution de la turbine de forage faisant l'objet de l'invention.
La fig. 1 est une coupe axiale d'une turbine de forage connue ; la fig. 2 est une coupe axiale d'une forme d'exé cution d'une turbine suivant l'invention<B>;</B> la fia. 3 représente à plus grande échelle un dé tail de la fig. 2 ; la fig. 4 est une coupe axiale d'une autre forme d'exécution d'une turbine de forage suivant l'inven tion.
Dans le cas d'une turbine connue (fia. 1), la boue de forage pénètre par l'orifice d'amenée 0 situé dans le prolongement de la tige creuse (non représentée). Elle traverse des orifices 1 percés dans les éléments fixes de la butée 5. Après ce passage, qui a entraîné une perte de puissance, elle agit sur les cubages 6 des éléments de rotor et de stator de la turbine, puis est ramenée dans l'axe de l'arbre et descend par un conduit axial pour être évacuée dans la région de l'outil.
Les éléments de rotor, en deux groupes séparés, forment avec leurs manchons-entretoises un empilage bloqué par l'écrou 2. Entre ces deux groupes, un pa lier intermédiaire 3 assure la tenue de l'arbre. Il est pris entre les deux groupes d'éléments de stator cor respondants, qui forment aussi avec leurs manchons- entretoises un empilage, bloqué par un écrou exté rieur constituant un autre palier 4. Ce palier main tient l'arbre à la partie inférieure et assure aussi une certaine étanchéité.
Dans la turbine représentée aux fig. 2 et 3, entre les parties pleines des cubages 6A du stator et 6B du rotor sont interposés des organes formant butée et palier élémentaires. Sur la couronne intérieure 7 re liant les cubages fixes 6A est montée une bague en caoutchouc moulé 8 de section en U, qui enchâsse cette couronne. La partie cylindrique de cette bague forme palier, au contact d'un manchon-entretoise 9 séparant deux éléments successifs du rotor. Les joues de la bague 8 forment des plaques de butée entre la couronne fixe 7 et les couronnes mobiles 10 portant les cubages 6B de deux éléments de rotor successifs.
Sur le haut de l'arbre de turbine 11 (fig. 2), un écrou 12 bloque l'empilage des éléments de rotor, tandis que l'empilage des éléments de stator portant les butées et paliers élémentaires est bloqué par un écrou 13 dans la partie fixe 14 prolongeant la tige de forage.
On voit que cette disposition raccourcit notable ment la longueur de l'ensemble formé par les élé ments actifs de la turbine et par les organes de gui dage et de butée de l'arbre ; en outre, ces organes en étant intégrés dans la longueur utile du rotor, ne nécessitent plus de blocage particulier. Au débou ché 0 du conduit d'amenée, la boue de forage aborde immédiatement les aubes de la turbine sans avoir à traverser au préalable les éléments fixes d'une butée distincte, si bien que la puissance de la turbine est augmentée.
L'absence de palier à l'aval de la turbine permet de tolérer une fuite par le jeu entre l'arbre et l'écrou 13. On peut toutefois obturer ce passage de fuite par un palier d'étanchéité 15 si cela présente un in térêt pour le forage.
La forme d'exécution selon la fig. 4 met en évi dence le parti que l'on peut tirer dans une turbine de forage de l'association d'une butée et d'un palier élémentaire à chaque élément actif de la turbine. L'arbre 11 de turbine est ici épaulé et a des portées de diamètre décroissant par gradins vers son extré mité supérieure 16, 17, 18. Il y correspond des cu bages 19, 20, 21, dont la longueur va à l'inverse en décroissant de l'entrée à la sortie. Les éléments du rotor forment, comme dans le cas précédent, un em pilage bloqué par l'écrou 12.
La décroissance par gradins du diamètre de l'ar bre vers son extrémité supérieure est rendue possible par la diminution progressive du couple, et par l'ab sorption progressive de la poussée dans les butées élémentaires échelonnées sur la longueur de la tur bine. Or, l'augmentation de la longueur des cu bages d'entrée a pour effet une augmentation de la puissance de la turbine et l'on peut proportionner la largeur des butées élémentaires à la longueur des cubages, comme la fig. 4 le montre, ce qui rend cette construction tout à fait rationnelle.
Les dispositions décrites sont applicables aux tur bines de carottage comme aux turbines de forage. Elles s'approprient aussi bien au cas dans lequel le rotor est extérieur et le stator intérieur, c'est-à- dire lorsque l'arbre porte-outil est un arbre creux tournant autour d'une tige axiale stationnaire, qu'au cas décrit, dans lequel la partie tournante est un arbre central.