Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
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Élément de garniture de foracre à instruments
L'invention a trait à un élément de garniture de forage ainsi
qu'à une garniture de forage composée de tels éléments.
Des éléments de ce type sont utilisés dans le domaine du
forage, en particulier du forage pétrolier, pour former une
garniture de forage qui s'étend de la surface du puits au
fond de celui-ci.
Ces éléments comprennent en particulier les tiges de forage
("drill pipes" en anglais), les tiges lourde de forage, et
les masses-tiges de forage ("drill collars" en anglais). Les
spécifications de l'American Petroleum Institute (ou "API")
définissent par exemple de tels éléments.
Au cours du forage, de nouveaux éléments sont aboutés aux
éléments déjà présents dans la garniture pour prolonger cette
dernière et poursuivre le forage plus profondément.
Couramment, des dispositifs de mesure sont disposés dans la
garniture de forage pour mesurer certaines grandeurs physi-
ques relatives au puits de forage, à son environnement, ou à
la garniture elle-même. Ces dispositifs, qui peuvent être de
types variés, sont en particulier agencés à proximité de
l'extrémité inférieure de la garniture de forage.
Des systèmes de mémorisation peuvent dans certains cas être
associés aux dispositifs de mesure pour enregistrer les
résultats de mesure.
De l'énergie électrique est nécessaire au fonctionnement des
dispositifs de mesure et des systèmes de mémorisation.
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Classiquement, des batteries électriques et/ou des généra-
teurs de courant à turbine sont donc adjoints aux dispositifs
de mesure. Le cas échéant, la turbine est mise en rotation
par le flux de fluide de forage circulant à travers les
éléments de la garniture de forage.
D'autre part, il convient que les résultats des mesures
effectuées soient communiqués à la surface du puits de
forage, sans que l'ensemble de la garniture soit remonté à la
surface.
Pour ce faire, des dispositifs de télémétrie peuvent être
employés, lesquels sont disposés dans le puits. Par exemple,
des dispositifs électromagnétiques à très basse fréquence
peuvent être utilisés.
Il est également possible de moduler le flux du fluide de
forage circulant à l'intérieur de la garniture de manière que
ses variations de pression et/ou de débit puissent être
détectées à la surface.
Les dispositifs classiques, tant pour l'alimentation en
énergie électrique que pour la remontée des données de
mesure, présentent de multiples inconvénients, bien connus,
lesquels ont trait notamment à la résistance aux efforts
rencontrés et â la complexité de connexion des différents
éléments entre eux le long de la garniture de forage, et â
chaque fois qu'un nouvel élément est adjoint à la structure.
Finalement, une façon simple de transporter l'énergie
électrique et les signaux de mesure est d'utiliser des
éléments électriquement conducteurs de type filaires.
Différents agencements ont ainsi été proposés pour loger ces
éléments conducteurs dans les éléments de garniture.
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Ces agencements doivent cependant répondre à certaines
exigences, telles que, par exemple, l'assemblage réversible
et aisé des éléments entre eux, la résistance aux efforts de
torsion, de flexion, de compression ou de traction, aux chocs
.5 inopinés et aux vibrations ou encore à l'érosion par le
fluide de forage.
US 2006/0225926 divulgue un élément de garniture muni d'un
câble.
L'élément de garniture est réalisé sous la forme d'un tube.
Le câble est tantôt logé dans un passage ménagé dans la paroi
du tube et tantôt agencé à l'intérieur du tube contre cette
paroi. Des éléments de couplage électromagnétique sont
disposés à proximité des extrémités longitudinales du tube
pour transmettre des données du câble au câble d'un tube
analogue, adjacent dans la garniture de forage. Le câble est
protégé par un gainage tubulaire, plaqué contre la paroi
intérieure du tube, par exemple par hydroformage. Un tel
gainage s'avère difficile et coûteux à réaliser.
Dans US 2005/0092499 et US 4 095 865, un élément de garni-
ture, réalisé sous forme de tube, est muni d'un élément de
câble disposé à l'intérieur d'un conduit protecteur. Le
conduit protecteur est réalisé sous la forme d'une gaine,
laquelle gaine est disposée contre la paroi intérieure du
tube, de manière à s'étendre le long du tube suivant une
hélice. La gaine est insérée à l'intérieur du tube par des
passages disposés aux extrémités du tube et s'étendant
parallèlement à l'axe central du tube. Cette forme en hélice
confère une très bonne résistance au câble, en particulier
aux efforts de traction et compression.
Une telle disposition induit des concentrations de contrain-
tes au passage de la disposition hélicoïdale à la disposition
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rectiligne des trous. En outre, il est peu aisé de conformer
la gaine en hélice.
L'invention vise à améliorer la situation. A cette fin, il
est proposé un élément de garniture de forage du type
comprenant un corps tubulaire et allongé délimitant une
surface intérieure présentant longitudinalement au moins une
portion de révolution, et présentant un premier trou ménagé
dans le corps tubulaire et allongé ayant une première
extrémité débouchant sur ladite portion de révolution, le
premier trou présentant au voisinage de ladite première
extrémité un axe longitudinal coupant la surface intérieure
en un lieu d'intersection, remarquable en ce que ledit axe
longitudinal forme, en projection dans un premier plan
passant par l'axe central de la portion de révolution et
contenant le lieu d'intersection, un premier angle de valeur
non nulle, et, en projection dans un second plan tangent à la
surface intérieure audit lieu d'intersection, un second angle
de valeur non nulle.
Grâce à cet agencement particulier de l'élément de garniture,
une gaine ou un conduit, ou tout autre élément allongé et
souple, peut être introduit dans la cavité cylindrique à
travers le premier trou. La gaine se voit conférer une forme
d'hélice s'appuyant sur la paroi de l'alésage central
longitudinal du seul fait de la forme et de la position du
trou.
En outre, le câble présente une allure continue entre sa
portion logée dans le conduit traversant et sa portion
adjacente, s'étendant librement dans l'alésage central. Le
câble présente alors une meilleure résistance aux efforts de
forage, en particulier par élimination de la zone d'inflexion
qui existait à cet endroit dans les configurations de l'état
de la technique.
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On propose également une garniture de forage formée par
aboutement d'éléments du type mentionné ci-dessus.
Des caractéristiques optionnelles de l'invention, complémen-
5 taires ou de substitution, sont énoncées ci-après :
- Ledit corps tubulaire et allongé présente à l'une au moins
de ses extrémités longitudinales une portion de jonction,
destinée à coopérer avec un autre élément de garniture, et
comportant une surface d'appui disposée sensiblement trans-
versalement, et un élément au moins du groupe formé dudit
premier trou et d'un premier trou supplémentaire débouche sur
la surface d'appui.
- Ledit premier trou débouche dans un évidement périphérique
du corps tubulaire et allongé ouvert extérieurement.
- Ledit premier trou supplémentaire débouche dans ledit
évidement périphérique.
Le premier trou supplémentaire débouche sur la surface
d'appui et dans ledit premier trou.
- Ledit premier trou débouche dans l'évidement périphérique.
- La portion de jonction comporte en outre une surface
d'appui supplémentaire, disposée sensiblement transversale-
ment, et l'autre élément dudit groupe débouche sur cette
surface d'appui supplémentaire.
- Ladite surface d'appui est agencée à l'extrémité libre
d'une portion de jonction de type mâle ou sous la forme d'un
épaulement intérieur d'une portion de jonction de type
femelle.
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- La surface d'appui supplémentaire est agencée sous la forme
d'un épaulement intermédiaire de la portion de jonction de
type mâle ou à l'extrémité libre de la portion de jonction de
type femelle.
- Le corps tubulaire et allongé présente un second trou ayant
une première extrémité débouchant sur la surface intérieure,
ce second trou présentant au voisinage de ladite première
extrémité un axe longitudinal coupant la surface intérieure
en un second lieu.
- La valeur du second angle est choisie en fonction de la
distance longitudinale séparant ledit premier lieu dudit
second lieu.
- La surface intérieure présente au moins une portion de
cylindre droit entre le premier lieu et le second lieu.
- La portion de cylindre droit s'étend sur l'essentiel de la
distance longitudinale séparant le premier lieu du second
lieu.
- Le second trou débouche en une seconde portion de révolu-
tion, et l'axe longitudinal du second trou forme, en projec-
tion dans un troisième plan passant par l'axe central de la
seconde portion de révolution et contenant ledit second lieu,
un troisième angle de valeur non nulle, et, en projection
dans un quatrième plan tangent à la surface intérieure audit
second lieu, un quatrième angle de valeur non nulle.
- La valeur du quatrième angle est voisine de la valeur du
second angle.
- Le premier trou s'étend sur pratiquement l'ensemble de sa
longueur de manière rectiligne.
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- L'élément comprend en outre un élément tubulaire souple au
moins partiellement logé dans ledit trou et s'étendant sur la
surface intérieure en décrivant généralement une hélice.
- Ladite hélice présente un angle fonction de la valeur du
second angle.
- L'élément comprend en outre un dispositif de connexion
électrique logé dans une épaisseur de paroi dudit corps
tubulaire et allongé.
- La valeur du second angle est comprise entre 50 et 400.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention
apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-
après, et des dessins sur lesquels :
- la figure 1 représente une tige de forage selon l'invention
en vue de face,
- la figure 2 représente la tige de forage de la figure 1
tronquée et agrandie, en vue de face,
- la figure 3 représente une portion d'extrémité de la tige
de forage de la figure 1, en vue de face,
- la figure 4 représente la portion d'extrémité de la figure
3, en perspective cavalière,
- les figures 5A et 5B représentent de manière simplifiée la
portion d'extrémité de la figure 3, respectivement en coupe
longitudinale et en vue de dessus en projection sur un plan
de projection tangent à une portion d'alésage de la portion
d'extrémité et passant par un point particulier de cette
portion d'alésage,
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- la figure 6 représente une portion d'extrémité de la tige
de forage de la figure 1 opposée à la portion d'extrémité des
figures 3 et 4, en perspective cavalière,
- la figure 7 représente la portion d'extrémité de la figure
6, en vue de face,
- la figure 8 est une vue de face de la portion d'extrémité
des figures 3 et 4 assemblée avec la portion d'extrémité des
figures 6 et 7,
- la figure 9 est une vue analogue à la figure 8 en perspec-
tive cavalière,
- la figure 10 est une vue de face d'une première variante de
réalisation de la portion d'extrémité des figures 6 et 7,
- la figure 11 est une vue en perspective cavalière analogue
à la figure 10,
- la figure 12 est une vue de face d'une seconde variante de
réalisation de la portion d'extrémité des figures 6 et 7,
- la figure 13 est une vue en perspective cavalière analogue
à la figure 12,
- la figure 14 est une vue de face d'une troisième variante
de réalisation de la portion d'extrémité des figures 6 et 7,
- la figure 15 est une vue en perspective cavalière analogue
à la figure 14,
- la figure 16 est une vue de face d'une première variante de
réalisation de la portion d'extrémité des figures 3 et 4,
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- la figure 17 est une vue en perspective cavalière analogue
à la figure 16,
- la figure 18 est une vue de face de la portion d'extrémité
des figures 14 et 15 assemblée avec la portion d'extrémité
des figures 16 et 17,
- la figure 19 est une vue analogue à la figure 18 en
perspective cavalière,
- la figure 20 est une vue de face d'une quatrième variante
de réalisation de la portion d'extrémité des figures 6 et 7,
- la figure 21 est une vue en perspective cavalière analogue
à la figure 10,
- la figure 22 est une vue de face d'une seconde variante de
réalisation de la portion d'extrémité des figures 3 et 4,
- la figurz 23 est une vue en perspective cavalière analogue
à la figure 22, et
- la figure 24 est une vue analogue à la figure 3 pour une
variante de réalisation de la tige de forage 1.
Les dessins annexés pourront, non seulement servir à complé-
ter l'invention, mais aussi contribuer à sa définition, le
cas échéant.
Les figures 1 et 2 illustrent un élément de garniture de
forage sous la forme d'une tige de forage 1. La tige de
forage comprend principalement un tube allongé 2 présentant
une portion médiane allongée 3.
Une première portion de jonction 5 et une seconde portion de
jonction 7 sont agencées aux extrémités opposées de cette
portion médiane 3.
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La première portion de jonction 5 et la seconde portion de
jonction 7 sont conformées de manière correspondante. On
entend par là que la première portion de jonction 5 et la
seconde portion de jonction 7 sont capables de coopérer avec
5 respectivement une seconde portion de jonction 7 et une
première portion de jonction 5 de tubes allongés 2 analogues
pour assembler des tiges de forage entre elles.
La première portion de jonction 5 est ici de type "mâle",
10 tandis que la seconde portion de jonction 7 est de type
"femelle", ces portions étant conformées de manière complé-
mentaire. On entend par là que la portion de jonction mâle 5
peut être insérée dans une portion de jonction femelle 7 d'un
tube allongé 2 analogue afin de réaliser un assemblage de
tiges de forage 1.
Une garniture de forage peut être réalisée en reliant les
tubes allongés 2 de plusieurs tiges de forage, par coopéra-
tion des premières portions de jonction 5 et des secondes
portions de jonction 7.
Ici, cette liaison des tubes allongés 2 se fait par coopéra-
tion de forme de portions de jonction 5 mâles et de portions
de jonction 7 femelles.
La portion de jonction mâle 5 comprend une sous-portion
principale 8, disposée entre une sous-portion de fixation 9,
terminant le tube allongé 2, et une sous portion de transi-
tion 10 reliant la sous-portion principale 8 à la portion
médiane 3.
La sous-portion de fixation 9 fait saillie axialement de la
sous-portion intermédiaire 8.
La sous-portion de fixation 9 est conformée extérieurement de
manière à pouvoir être reçue dans un alésage de fixation 11,
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ménagé intérieurement dans la seconde portion de jonction 7
d'une tige de forage 1 et ouvert sur l'extrémité du tube
allongé 2 correspondante.
La seconde portion de jonction 7 comprend une sous-portion
principale 12, terminant le tube allongé 2, et une sous-
portion de transition 13 reliant cette sous-portion princi-
pale 12 à la portion médiane 3.
Ici, la sous-portion de fixation 9 présente une forme
tubulaire et tronconique, extérieurement filetée, tandis que
l'alésage de fixation 11 présente une forme tronconique
complémentaire, filetée.
Le tube allongé 2 se présente sous la forme d'une pièce de
révolution présentant un axe central 14 longitudinal et
rectiligne.
La première portion de jonction 5 et la seconde portion de
jonction 7 sont de préférence réalisées sous la forme de
pièces mécaniques distinctes et ensuite rapportées sur la
portion médiane allongée 3, par exemple au moyen d'une
opération de soudage par friction.
La première portion de jonction 5 et la seconde portion de
jonction 7 sont souvent désignées par le terme anglais de
"tool-joint" (raccord d'outils).
En variante, le tube allongé 2 peut être réalisé d'un seul
tenant.
Le tube allongé 2 présente une section transversale annu-
laire, dont les diamètres intérieur et extérieur varient sur
la longueur du tube allongé 2 pour former et délimiter
différentes portions de ce tube 1. L'épaisseur de la paroi du
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tube allongé 2 peut également varier sur la longueur de ce
tube.
Le tube allongé 2 présente un alésage central longitudinal 15
traversant le tube allongé 2 d'une extrémité à l'autre.
Autrement dit, l'alésage central 15 traverse la portion
médiane 3, la première portion de jonction 5 et la seconde
portion de jonction 7. En particulier, cet alésage central
longitudinal 15 débouche dans l'alésage de fixation 11 et
traverse la sous-portion de fixation 9.
Sur les figure 1 et 2, l'alésage central longitudinal 15
présente une section circulaire de diamètre variant sur la
longueur du tube allongé 3, de manière à former et délimiter
différentes portions de cet alésage central 15.
En particulier, l'alésage central 15 présente ici une portion
médiane 16 d'une première valeur de diamètre ID1, disposée
entre deux portions de jonction 17 d'une seconde valeur de
diamètre ID2, inférieur à la valeur ID1. A chaque fois, une
portion de transition 18 relie la portion médiane 16 à une
portion de jonction 17.
Ici, une portion de jonction 17 de l'alésage 15 est à chaque
fois ménagée dans chacune des portions de jonction des
première portion de jonction 5 et seconde portion de jonction
7.
En outre chacune des première portion de jonction 5 et
seconde portion de jonction 7 présente un diamètre extérieur
sensiblement plus important que le diamètre extérieur de la
portion médiane 3.
Autrement dit, le tube allongé 2 présente une épaisseur de
paroi sensiblement plus importante aux première 5 et seconde
7 portions de jonction qu'en la portion médiane 3. Ceci
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permet notamment de transmettre un couple de serrage suffi-
sant pour assurer l'assemblage de deux tiges adjacentes dans
la garniture de forage, malgré la mise en rotation des tiges
lors de leur descente dans le puits de forage.
La première portion de jonction 5 présente une première
surface d'appui 19 tandis que la seconde portion de jonction
7 présente une première surface d'appui 21, ces premières
surfaces d'appui 19 et 21 étant agencées de manière complé-
mentaire. On entend par là qu'un appui surfacique peut être
réalisé par coopération des premières surfaces d'appui 19 et
21 de tubes allongés 1 analogues.
Ici, les premières surfaces d'appui 19 et 21 se présentent
sous la forme de faces planes, généralement annulaires, et
disposées sensiblement perpendiculairement à l'axe central
14.
La première surface d'appui 19 de la première portion de
jonction 5 est réalisée par une brusque variation de diamètre
extérieur entre la sous-portion principale 8 et la sous-
portion de fixation 9. Autrement dit, la première surface
d'appui 19 est réalisée sous la forme d'un épaulement.
La première surface d'appui 21 de la seconde portion de
jonction 7 est formée par une face d'extrémité du tube
allongé 2, sur laquelle débouche l'alésage de fixation 11.
La longueur de la sous-portion de fixation 9 et celle de
l'alésage de fixation 11 sont telles qu'un appui plan mutuel
est réalisé entre les premières surfaces d'appui 19 et 21
lorsque deux tiges de forage 1 analogues sont reliées l'une
à l'autre.
Ici, la première portion de jonction 5 présente en outre une
seconde surface d'appui 23, ou surface d'appui supplémen-
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taire, tandis que la seconde portion de jonction 7 présente
en outre une seconde surface d'appui 25, ou surface d'appui
supplémentaire, ces secondes surfaces d'appui 23 et 25 étant
conformées de manière complémentaire.
La seconde surface d'appui 23 est agencée à l'extrémité libre
de la section de fixation 9. La seconde surface d'appui 25
est agencée au fond de l'alésage de fixation 11.
Les secondes surfaces d'appui 23 et 25 sont agencées sous la
forme de faces planes, généralement annulaires, et disposées
de manière sensiblement perpendiculaire à l'axe central
longitudinal 14.
La seconde surface d'appui 23 de la première portion de
jonction 5 est formée par une face d'extrémité de la sous-
portion de fixation 9, sur laquelle débouche l'alésage
central 15.
La seconde surface d'appui 25 de la seconde portion de
jonction 7 est réalisée par une brusque différence de
diamètre entre le fond de la sous-portion de fixation 11 et
l'alésage central 15.
La longueur de la section de fixation 9 et celle de l'alésage
de fixation 11 sont telles qu'un appui plan mutuel est
réalisé entre les secondes surfaces d'appui 23 et 25, lorsque
deux tiges de forage 1 sont mutuellement reliées.
L'assemblage de deux tiges de forage 1 fait intervenir deux
appuis plan, ou épaulements, entre une première portion de
jonction 5 et une seconde portion de jonction 7, respective-
ment réalisés par la mise en contact des premières surfaces
d'appui 19 et 21 et des secondes surfaces d'appui 23 et 25.
Ces épaulements permettent l'assemblage des tiges de forage
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sous un couple de vissage donné et une étanchéité de la
connexion au fluide de forage.
Une telle disposition peut être qualifiée de "double butée"
5 ou "double épaulement" : les premières surfaces d'appui 19 et
21 constituent une butée externe tandis que les secondes
surfaces d'appui 23 et 25, ou surfaces d'appui supplémentai-
res, constituent une butée interne. La qualification des
surfaces d'appui en tant que "premières", "secondes", ou
10 "supplémentaires" est indépendante de la répartition des
efforts entre ces surfaces lorsque les tiges de forage 1 sont
assemblées avec serrage les unes aux autres : les surfaces
d'appui supplémentaires 23 et 25 peuvent se trouver être les
surfaces d'appui principales, au sens où la pression de
15 contact y est supérieure à la pression de contact entre les
premières surfaces d'appui 19 et 21.
Les épaulements de l'une et/ou l'autre des butées interne et
externe permettent de loger des dispositifs de transmission
de signaux électriques d'une tige de forage à une autre par
couplage magnétique.
Les figures 3 et 4 illustrent l'extrémité du tube allongé 2
correspondant à la seconde portion de jonction 7.
Dans cette seconde portion de jonction 7, le tube allongé 2
présente un premier trou 27, ménagé dans l'épaisseur de la
paroi du tube allongé 2, et débouchant sur l'alésage central
15, ici sur la portion de transition 18 correspondante.
Le premier trou 27 est ici ménagé au niveau de la sous-
portion principale 12 et de la sous-portion de transition 13.
Ce premier trou 27 s'étend ici de manière rectiligne, suivant
un axe longitudinal 29 non représenté sur les figures 3 et 4.
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L'axe longitudinal 29 coupe l'alésage central 15 en un
premier lieu 31.
En ce premier lieu 31, l'alésage central 15 admet un plan
médian P1, contenant l'axe central longitudinal 14, et un
plan tangent P2, non représentés sur les figures 3 et 4. Ici,
le plan tangent P2 est tangent à la portion de transition 18.
Au niveau de la seconde portion de jonction 7, le tube
allongé 2 présente un évidement périphérique 32 ménagé dans
l'épaisseur de sa paroi, dans lequel débouche le premier trou
27 à son extrémité opposée à l'alésage 15.
L'évidement périphérique 32 est ouvert sur l'extérieur du
tube allongé 2, ici sur la périphérie extérieure de la
portion de jonction 7.
L'évidement périphérique 32 présente une allure générale de
parallélépipède rectangle. Une face de base 33 de ce parallé-
lépipède est généralement parallèle à l'axe central longitu-
dinal 14. Cette face de base 33 s'étend en longueur parallè-
lement à cet axe central 13. Le premier trou 27 débouche sur
une face de petit côté 34, à une extrémité longitudinale de
l'évidement périphérique 32.
Dans le premier trou 27, est logée une partie d'une gaine de
protection de câble 35, ou conduit, introduite depuis le
l'évidement périphérique 32. La gaine de protection 35
présente une souplesse qui lui permet de s'étendre, pour sa
partie non comprise dans le premier trou 27, à l'intérieur de
l'espace délimité par l'alésage central longitudinal 15.
Dans la seconde portion de jonction 7, le tube allongé 2
présente encore un premier trou de déviation 36, ou premier
trou supplémentaire, ménagé dans l'épaisseur de la paroi et
débouchant dans le premier trou 27.
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A son extrémité opposée au premier trou 27, le premier trou
de déviation 36 débouche sur la seconde surface d'appui 25 de
la seconde portion de jonction 7. Le premier trou de dévia-
tion 36 présente ici unique tronçon rectiligne.
Le premier trou de déviation 36 peut être utilisé pour faire
passer un ou plusieurs câbles reliés à un élément de trans-
mission de données/énergie, logé à proximité de la seconde
surface d'appui 25, à l'intérieur de la gaine de protection
35, et de là traverser l'ensemble du tube allongé 2. Typique-
ment, cet élément de transmission comprend une bobine
magnétique de laquelle part au moins un câble de transmis-
sion.
Autrement dit, le premier trou de déviation 36 assure une
jonction entre la seconde surface d'appui 25 de la seconde
portion de jonction 7 et le premier trou 27. La seconde
portion de jonction 7 peut comporter un logement annulaire
pour un dispositif de transmission de signaux, par exemple du
type décrit dans les documents US 6 670 880 et US 6 641 434.
La gaine de protection 35 peut être partiellement découpée
transversalement pour simplifier l'introduction desdits
câbles, ou encore être munie d'un orifice dédié.
L'évidement périphérique 32 peut loger un boîtier, non
représenté, utilisé pour pré-contraindre la gaine de protec-
tion 35.
La gaine de protection 35 peut loger des câbles, ou tout
autre élément suffisamment fin et souple, supplémentaires
introduits depuis l'évidement 32. Ce dernier peut alors
recevoir un ou plusieurs boîtiers de connexion (non représen-
té) pour ces câbles supplémentaires.
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L'évidement périphérique 32 peut en outre, ou en remplace-
ment, loger des composants électroniques de type différent,
tels que des amplificateurs de signaux, des capteurs, des
transducteurs, des filtres et analogues.
Dans une variante de réalisation illustrée sur la figure 24,
le premier trou de déviation 36 débouche dans l'évidement
périphérique 32, d'une part, et sur la seconde surface
d'appui 25 de la seconde portion de jonction 7, d'autre part.
La figure 5A montre schématiquement le tube allongé 2 en
coupe suivant le plan médian Pl, tandis que la figure 5B
montre schématiquement ce tube allongé 2 vu de dessus, selon
un plan perpendiculaire au plan médian P1.
Dans le plan de la figure 5A, l'axe longitudinal 29 du
premier trou 27 forme un premier angle Ai, ou angle de
pénétration, avec le plan tangent P2. Autrement dit, la
projection de l'axe longitudinal 29 du premier trou 27 dans
le plan médian Pl forme un angle non nul avec la projection
du plan médian P2 dans ce plan.
Dans le plan de la figure 5B, l'axe longitudinal 29 du
premier trou 27 forme un second angle A2, ou angle de biais,
avec l'axe central longitudinal 14. Autrement dit, la
projection de l'axe longitudinal 29 du premier trou 27 dans
le plan P2 forme un angle non nul et de valeur choisie avec
la projection dans ce plan de l'axe central longitudinal 14.
Cette configuration particulière du premier trou 27 assure
qu'une conformation en hélice et un appui constant contre
l'alésage central longitudinal 15 de la gaine de protection
35. Et cette conformation se fait pratiquement naturellement
grâce à ladite configuration particulière.
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La conformation hélicoïdale offre une bonne résistance aux
efforts de flexion qui peuvent survenir sur la tige 1 en
cours de forage ou à la remontée de celle-ci : les efforts de
traction sur les parties en extrados sont compensés par les
efforts de compression sur les parties en intrados.
En outre, cette conformation hélicoïdale évite le flambage de
la gaine de protection 35 sous des efforts de compression, le
flambage pouvant provoquer un renflement de la gaine de
protection 25 dans l'alésage central longitudinal 15.
Le premier trou 27 offre un moyen simple d'appliquer cette
forme hélicoïdale à la gaine de protection 35.
Grâce à cette configuration du premier trou 27, la tige de
forage 1 surpasse les tiges de forages de l'état de la
technique, dans lesquelles un élément de protection souple
est introduit par un trou s'étendant coaxialement à la tige.
Dans une tige de l'état de la technique, l'élément souple en
question est soumis à un effort axial de compression très
important pour être conformé en hélice. L'élément souple
subit en outre un brusque changement de direction au débouché
du trou coaxial, lequel changement de direction crée des
concentrations de contraintes néfastes, conduisant à des
ruptures de l'élément souple par fatigue en service.
L'utilisation d'un boîtier de pré-contrainte, logé dans
l'évidement 32 par exemple, assure la gaine de protection 35
reste plaquée au contact de l'alésage central 15, y compris
lorsque le tube allongé 2 est soumis aux efforts de forage,
en particulier de flexion. Autrement dit, un effort axial de
compression est avantageusement exercé aux extrémités du
conduit en sorte de raccourcir son encombrement axial.
L'angle de pénétration Al est non nul pour que le premier
trou 27 puisse pénétrer dans l'alésage central longitudinal
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15. Cependant, l'angle Al est choisi aussi faible que
possible pour une bonne continuité entre la partie de la
gaine de protection 35 logée dans le premier trou 27 et la
partie s'étendant sur l'alésage central longitudinal 15. Une
5 cassure, ou une inflexion, trop importante constitue un point
de fragilisation de la gaine de protection 35. Ici, la
portion de transition 18 présente une allure légèrement
tronconique, divergente vers le milieu de la tige de forage
1, qui aide la pénétration du premier trou 27. La portion de
10 transition 18 peut présenter un demi-angle au sommet de 5 à
10 degrés, par exemple.
L'angle de pénétration Al peut prendre des valeurs comprises
entre 2 et 20 degrés, par exemple.
L'angle de biais A2 est voisin de l'angle de l'hélice décrite
par la gaine de protection 25 sur l'alésage central longitu-
dinal 15, en particulier en sa portion médiane 16. La valeur
de cet angle de biais A2 est en relation avec le pas de
l'hélice et de la longueur de tube allongé 2. Cette valeur de
l'angle de biais A2 peut être déterminée de manière que la
gaine de protection décrive une hélice particulière sou-
haitée. Cette valeur peut également être choisie de manière
arbitraire dans une gamme de valeurs adaptées. C'est en
particulier le cas pour des applications où l'on peut se
contenter d'une allure en hélice, sans exiger une forme
d'hélice particulière.
Plus la valeur de l'angle de biais A2 est faible, plus les
pertes de charge sont faibles dans l'espace délimité par
l'alésage central longitudinal 15.
Plus la valeur de l'angle de biais A2 est importante, plus la
gaine de protection 35 est capable d'absorber les efforts de
traction et de compression axiales sur la tige de forage 1.
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Le choix de gammes de valeurs, ou d'une valeur particulière,
pour l'angle de biais A2 résulte d'un compromis, lequel peut
dépendre des différentes applications envisagées.
Actuellement, des valeurs de l'angle de biais A2 comprises
entre 2 et 400 donnent satisfaction et sont donc jugées
préférables. Cette gamme de valeurs s'entend aux tolérances
d'usinages près.
Dans cette configuration, le premier trou 27 se trouve
pratiquement dans le prolongement immédiat de la forme
hélicoïdale prise par la gaine de protection 35. Dès lors,
cet élément souple ne présente pratiquement aucune inflexion,
en projection dans le plan tangent P1, entre sa partie logée
dans l'alésage central longitudinal 15 et sa portion logée
dans le premier trou 27. L'inflexion résiduelle entre ces
parties de la gaine de protection 34 est pratiquement limitée
à l'angle de pénétration Al, l'angle de biais A2 correspon-
dant lui à l'angle d'hélice.
Toute rupture de la gaine de protection 35 se trouve ainsi
évitée, ou est du moins rendu très peu probable, en particu-
lier en cas de travail de la tige de forage 1 en flexion
rotative. Autrement dit, la configuration particulière du
premier orifice 27 rend la gaine de protection 35 moins
sujette à rupture.
Ici, le premier trou 27 est utilisé aux fins de conformation
de la gaine de protection 35, mais tout autre élément
suffisamment souple et long introduit dans l'alésage central
longitudinal 15 à travers ce premier trou 27 s'y étendrait
naturellement suivant ladite allure généralement hélicoïdale
en s'appuyant sur la surface périphérique de cet alésage.
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Autrement dit, la configuration particulière du conduit
traversant 27 permet de conformer aisément tout élément
suffisamment souple, tels que des câbles, en hélice.
Dans ce mode de réalisation, le premier trou 27 relie
l'espace délimité par l'alésage central longitudinal 15 à la
périphérie extérieure du tube allongé 2. L'introduction de la
gaine de protection 35 s'en trouve facilitée, en particulier
par rapport à un trou d'introduction qui s'étendrait coaxia-
lement au tube allongé 2.
Le cas échéant, le lieu de jonction du premier trou 27 et du
premier trou de déviation 36 peut être choisi de manière que
l'axe longitudinal de ce dernier forme, en particulier dans
le plan médian transversal P1, un angle réduit pour faciliter
l'introduction d'un câble dans la gaine de protection 35.
Le premier trou 27 et le premier trou de déviation 36 peuvent
être réalisés par différents procédés, par exemple par
perçage par foret canon ("gun drilling" en anglais).
Les figures 6 et 7 montrent la première portion de jonction
5 du tube allongé 2.
Dans cette première portion de jonction 5, le tube allongé 2
présente un second trou 37, ménagé dans l'épaisseur de la
paroi du tube allongé 2, et débouchant sur l'alésage central
15, ici sur la portion de transition 18 correspondante.
Le second trou 37 est ici ménagé au niveau de la sous-portion
principale 8 et de la sous-portion de transition 10 de la
première portion de jonction 5.
Ce second trou 37 s'étend ici de manière rectiligne, suivant
un axe longitudinal non représenté sur les figures 6 et 7.
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L'axe longitudinal du second trou 37 coupe l'alésage central
15 en un second lieu 38.
Le second trou 37 est agencé de manière analogue au premier
trou 27, à savoir
- Au second lieu 38, l'alésage central 15 admet un plan
médian P3, contenant l'axe central longitudinal 14, et
un plan tangent P4, non représentés sur les figures 6 et
7.
- Dans le plan médian P3, la projection de l'axe central
du second trou 37 forme avec la projection du plan
tangent P4 un angle de pénétration non nul.
- Dans le plan tangent P4, la projection de l'axe
central du second trou 37 et la projection de l'axe
central longitudinal 14 forment un angle non nul de
valeur choisie, en rapport avec la forme d'hélice prise
par la gaine de protection 35 sur l'alésage central
longitudinal 15.
La valeur de l'angle de pénétration de l'axe central du
second trou 37 peut être voisine de la valeur de l'angle de
pénétration Al de l'axe central 29 du premier trou 27, en
particulier pour simplifier les gammes d'usinage. Ces valeurs
angulaires peuvent également différer l'une de l'autre dans
certains cas, en particulier quand les portions de transition
18 de la première portion de jonction 5 et de la seconde
portion de jonction 7 présentent des valeurs de conicité
différentes.
La valeur de l'angle de biais de l'axe central du second trou
37 est avantageusement voisine de la valeur de l'angle de
biais A2 de l'axe central 29 du premier trou 27, en particu-
lier pour assurer une continuité dans la forme prise par la
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gaine de protection 35 entre sa partie en appui contre
l'alésage central longitudinal 15 et sa partie logée dans le
second trou 37.
La position angulaire relative du premier lieu 27 et du second
lieu 38, dans un plan de projection transversal par rapport au
tube allongé 2, peut être déterminée en fonction de la forme
hélicoïdale souhaitée pour la gaine de protection 35, et de la
longueur de l'alésage central longitudinal.
Dans la plupart des applications, la longueur du tube allongé
2 est telle que ladite position angulaire relative du premier
lieu 27 et du second lieu 37 n'a que très peu d'influence sur
la forme prise par la gaine de protection 35, et peut être
choisie de manière pratiquement arbitraire. Autrement dit, le
choix de la valeur de l'angle de biais A2, en combinaison de
la distance séparant longitudinalement le premier lieu 27 et
le second lieu 37, détermine le nombre de spires décrites par
la gaine de protection 35 : ce nombre de spire n'est influencé
par la position angulaire relative du premier lieu 27 et du
second lieu 37, au maximum, qu'à hauteur d'une spire. Plus le
nombre de spires est important, plus l'influence de ladite
position angulaire relative est négligeable.
Au niveau de la première portion de jonction 5, le tube
allongé 2 présente un second évidement périphérique 39 ménagé
dans l'épaisseur de sa paroi, dans lequel débouche le second
trou 27 à son extrémité opposée à l'alésage 15.
Le second évidement périphérique 39 est ouvert sur l'extérieur
du tube allongé 2, ici sur la périphérie extérieure de la
première portion de jonction 5.
Le second évidement périphérique 39 est ici conformé de
manière analogue à l'évidement périphérique 33 de la seconde
portion de jonction 7.
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Dans la première portion de jonction 5, le tube allongé 2
présente encore un second trou de déviation 41, ou second trou
supplémentaire, ménagé dans l'épaisseur de la paroi et
débouchant dans le second trou 37.
5
A son extrémité opposée au second trou 37, le second trou de
déviation 41 débouche sur la seconde surface d'appui 23 de la
première portion de jonction 5. Pour le reste, le second trou
de déviation 41 est analogue au premier trou de déviation 36.
Le second trou de déviation 41 peut être utilisé pour faire
passer un ou plusieurs câbles reliés à un élément de transmis-
sion de données/énergie, analogue à l'élément logé au voisi-
nage de la seconde surface d'appui 25 de la seconde portion de
jonction 7, logé à proximité de la seconde surface d'appui 23,
à l'intérieur de la gaine de protection 35.
Autrement dit, le second trou de déviation 41 assure une
jonction entre la seconde surface d'appui 23 de la première
portion de jonction 5 et le second trou 37.
Les figures 8 et 9 montrent une première portion de jonction
5 d'une première tige de forage 1 assemblée avec une seconde
portion de jonction 7 d'une seconde tige de forage 1.
La transmission des données et/ou de l'énergie entre ces tiges
de forage 1 adjacentes se faisant par l'intermédiaire de
bobines magnétiques disposées en regard l'une de l'autre,
typiquement dans des rainures annulaires ménagées dans les
premières surfaces d'appui 19 et 21, aucun câble électrique
n'a à passer d'une tige à l'autre. La position angulaire
relative des extrémités débouchantes du premier trou de
dérivation 36 et du second trou de dérivation 41 dans un plan
de projection transversal au tube allongé 2 peut être prati-
quement sans importance.
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Autrement dit, ces extrémités ne se trouvent pas nécessaire-
ment en regard l'une de l'autre lorsque les première et
seconde tiges 1 sont assemblées. Un tel agencement relatif
n'est cependant pas à exclure, et il peut être fait en sorte
que lesdites extrémités débouchantes se retrouvent en regard
l'une de l'autre, tel que représenté sur les figures 8 et 9.
Les figures 10 et 11 montrent une première variante de
réalisation de la première portion de jonction 5 pour la tige
de forage 1. Les éléments fonctionnellement identiques aux
éléments des figures précédentes portent des numéros de
référence identiques.
Au niveau de la sous-portion principale 8 de la première
portion de jonction 5, le tube allongé 2 présente ici une
portion intermédiaire 43 de diamètre extérieur supérieur au
reste de la sous-portion principale 8. Autrement dit, le tube
allongé 2 présente une épaisseur de paroi plus importante au
niveau de cette portion intermédiaire 43 qu'au niveau du reste
de.la sous-portion principale 8.
La portion intermédiaire 43 et les zones adjacentes à celle-ci
peuvent être conformées de la manière décrite dans la demande
de brevet français enregistrée sous le numéro 08/00942, non
publiée au jour du dépôt de la présente demande.
Le second évidement périphérique 39 est ménagé au niveau de la
partie de la sous-portion principale 8 séparée de la sous-
portion de fixation 9 par la portion médiane 43. Le second
trou 37 débouche dans cet évidement périphérique 39 sur une
première petite face transversale 45 de celui-ci.
Dans cette variante de réalisation, le second trou de dévia-
tion 41 débouche également dans le second évidement périphé-
rique 39, ici sur une seconde petite face transversale 47,
opposée à la première petite face transversale 45. Le second
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trou de déviation 41 ne débouche pas directement dans le
premier trou 37.
Un câble électrique logé dans le second trou de déviation 41
peut ici être introduit dans la gaine de protection 35 au
niveau du second évidement périphérique 39. En variante, ce
second évidement périphérique 39 peut loger un dispositif de
jonction électrique (non représenté), en sorte que le câble
logé dans le second trou de déviation 41 et un câble supplé-
mentaire logé dans la gaine de protection 35 sont reliés l'un
à l'autre grâce à ce dispositif. Ceci peut éviter
l'introduction d'un câble à l'intérieur de la gaine de
protection 35 une fois celle-ci mise en place.
Les figures 12 et 13 montrent une seconde variante de réalisa-
tion de la première portion de jonction 5 du tube allongé 2.
Cette seconde variante diffère de la première en ce que le
second évidement périphérique 39 est ici ménagé au niveau de
la sous-portion principale 8 de la première portion de
jonction 5 proche de la sous-portion de connexion 9.
Les figures 14 et 15 montrent une troisième variante de
réalisation de la première portion de jonction 5 du tube
allongé 2.
La première portion de jonction 5 est ici dépourvue de second
évidement périphérique 39.
Le second trou 37 débouche directement sur la première surface
d'appui 19 de la première portion de jonction 5. Le second
trou de déviation 41 débouche dans le second trou 37.
Dans cette variante de réalisation, la gaine de protection 35
est introduite dans l'espace délimité par l'alésage central
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longitudinal depuis la première surface d'appui 19, c'est-à-
dire directement depuis l'extérieur du tube allongé 2.
Les figures 16 et 17 montrent une première variante de
réalisation de la seconde portion de jonction 7 du tube
allongé 2.
La seconde portion de jonction 7 est ici dépourvue d'évidement
périphérique 32. Le premier trou 27 débouche directement sur
la première surface d'appui 21 de la seconde portion de
jonction 7. Le premier trou de déviation 36 débouche dans le
premier trou 27.
La gaine de protection 35 peut être introduite depuis la
première face d'appui 21 de la seconde portion de jonction 7.
Cette variante de réalisation peut être utilisée en combinai-
son avec la première portion de jonction 5 dans sa troisième
variante de réalisation, comme illustré sur les figures 18 et
19. Cette configuration avantageuse du tube allongé 2 n'est
pas obligatoire.
Le premier trou de déviation 36 et le second trou de déviation
41 ont été représentés de manière à déboucher l'un en face de
l'autre sur les figures 18 et 19. Il s'agit là d'une configu-
ration tout-à-fait particulière et en aucun cas obligatoire.
Dans la plupart des applications, aucun élément filaire ne
passe d'une tige de forage 1 à l'autre, comme expliqué plus
haut. Ceci n'exclut pas que la configuration des figures 18 et
19 puisse présenter un intérêt dans des applications très
particulières.
Le premier trou 27 et le second trou 37 ne débouchent pas
nécessairement en regard l'un de l'autre.
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Les figures 20 et 21 montrent une quatrième variante de
réalisation de la première portion de jonction 5 du tube
allongé 2.
Le tube allongé 2 est ici dépourvu de second évidement 39 et
de second trou de déviation 41.
Le second trou 37 débouche directement sur la seconde surface
d'appui 23 de la première portion de jonction 5. Dans cette
variante de réalisation de conception particulièrement simple,
et donc économique, la gaine de protection 35 peut être
introduite avec un câble déjà logé à l'intérieur de celle-ci,
le raccord aux éléments de transmission étant effectué
ultérieurement.
Les figures 22 et 23 montrent une seconde variante de réalisa-
tion de la seconde portion de jonction 7 du tube allongé 2.
Le tube allongé 2 est ici dépourvu de premier évidement
périphérique 32 et de premier trou de déviation 36.
L'introduction de la gaine de protection 35 et la connexion
des éléments de câble qu'elle protège peuvent être réalisées
de manière analogue à ladite quatrième variante décrite ci-
dessus.
Bien que cela ne soit pas absolument nécessaire, cette seconde
variante de réalisation de la seconde portion de jonction 7
est avantageusement utilisée en combinaison de la quatrième
variante de réalisation de la première portion de jonction 5,
en particulier pour simplifier les gammes d'usinage.
L'invention permet, grâce à la configuration particulière du
premier trou 27, de conformer aisément une gaine de protection
en hélice et de faire s'étendre cette gaine en appui contre
l'alésage central longitudinal. En outre, cette configuration
réduit les concentrations de contrainte au niveau de la
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jonction entre la partie de la gaine de protection logée dans
le premier trou 27 et la partie de cette gaine s'étendant dans
l'alésage central longitudinal 15.
5 Dans les réalisations décrites plus haut, le premier trou 27
et le second trou 37 logent une partie de la gaine de protec-
tion 35 qui peut être qualifiée de "guidée", par opposition à
une partie "libre" de cette gaine, laquelle partie libre
s'étend entre ces premier 27 et second 37 trous, dans
10 l'alésage central longitudinal 15. Le guidage partiel de la
gaine de protection 35 réalise une conformation hélicoïdale de
la gaine de protection 35, en particulier en sa partie libre.
Cette partie libre pourrait, pour certaines applications très
15 particulières, se trouver maintenue, dans sa forme hélicoï-
dale, dans l'alésage central longitudinal 15, par exemple au
moyen d'une résine de type époxy. Dans cette réalisation
particulière également, la disposition particulière des
premier 27 et second 37 trous se trouve avantageuse.
L'angle de biais A2 a été défini dans le plan tangent P2 à
l'alésage central longitudinal 15 en le premier lieu
d'intersection 31. L'invention pourrait être définie de
manière équivalente avec un angle de biais A3, défini dans un
plan perpendiculaire au plan médian P1 et contenant ledit
premier lieu 31. L'angle de biais A3 équivaut dans ce cas à la
projection de l'angle de biais A2 dans ledit plan perpendicu-
laire au plan médian Pi.
L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits
ici à titre d'exemples uniquement, mais englobe toutes les
variantes que pourra envisager l'homme de l'art.
En particulier
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- L'un ou l'autre du premier trou 27 et du second trou 37 peut
présenter, en plus du segment rectiligne décrit plus haut, des
segments de forme quelconque reliant ledit segment rectiligne
à l'extérieur du tube allongé 2.
Le tube allongé 2 peut présenter plusieurs trous du type du
premier trou 27, par exemple dans le cas où plusieurs gaines
de protection doivent s'étendre contre l'alésage central
longitudinal 15.
- Le premier trou 27 ou le second trou 37 pourraient déboucher
en directement la surface extérieure du tube allongé 2, en
particulier selon les connexions à établir avec les câbles
introduits dans la gaine de protection 35.
- Le tube allongé 2 peut présenter une ligne médiane courbe.
- Le premier trou 27 ou le second trou 37 pourraient déboucher
sur une portion différente de l'alésage central longitudinal
15, par exemple sur la portion médiane 16 directement.
- Le tube allongé 2 peut présenter uniquement le premier trou
27, ou encore le second trou 37 peut être agencé différemment
du premier trou 27, en termes de valeur de premier angle Al et
de second angle A2.
- La première portion de jonction 5 et la seconde portion de
jonction 7 peuvent être adaptées à la connexion avec des
éléments de garniture de configuration différente et être
agencées de manière non complémentaire.
- Le premier trou de dérivation 36 ou le second trou de
dérivation 41 peuvent déboucher ailleurs que sur les secondes
surfaces d'appui 23 et 25, en particulier sur les premières
surfaces d'appui 19 et 21, en particulier lorsque se trouvent
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au voisinage de ces dernières surfaces des éléments à relier
électriquement.
- Les premier et second trous 27 pourraient se prolonger au
delà de l'épaisseur de la tige de forage 1, par exemple dans
le cas où l'alésage central présenterait une couche de
revêtement de protection, en particulier assez épaisse.
- L'invention s'applique à tous types de tiges de forage, y
compris les tiges dites lourdes et les masse-tiges.
- L'invention couvre également une garniture de forage
réalisée par aboutement de tiges de forage 1. Cet aboutement
comprend la mise bout à bout de ces tiges de forage 1 et leur
serrage mutuel.
