CA1074364A - Joint pour tubes, notamment pour tubes petroliers - Google Patents

Abstract

Joint destiné au vissage entre l'extrémité de tubes pétroliers et comportant une partie mâle présentant un filetage mâle, une partie femelle avec un filetage femelle pour recevoir par vissage le filetage mâle, les filets de ces filetages présentant au moins sur la plus grande longueur de ces filetages, des filets respectivement complémentaires à angles fermés, et comportant des moyens de butée pour limiter le vissage et l'enfoncement de l'élément mâle dans l'élément femelle. Les filetages à angles fermés s'étendent, en s'évanouissant progressivement jusqu'à proximité immédiate de l'épaulement de butée de l'un des éléments coopérant avec l'épaulement de butée complémentaire situé à l'extrémité de l'autre élément pour maintenir ainsi, par l'interpénétration de ces filets à angles fermés, un accrochage radial jusqu'à proximité immédiate de l'épaulement de butée.

Description

11~7436~

La présente invention a trait à un nouveau joint pour relier des tubes, du type comportant une partie mâle et une partie femelle avec des filetages correspondants, les parties mâles ou femelles etant disposées soit directe-ment a llextrémité de tubes, soit sur des manchons de raccordement.
Les joints selon l'invention peuvent être utilisés notamment pour réunir les unes aux autres les extremites de tubes en de tres longues colonnes, afin de constituer par exemple des canalisations de fluide ou des gaines (liner) de consolidation dans les trous forés pour l'exploitation du pétrole, du gaz ou de l'eau chaude naturelle ou pour faire circuler des fluides dans les sols, ou pour toutes autres applications .
On sait que dans une colonne de tubes, par exemple dans le domaine du forage ou de l'exploitation de puits pétroliers, les problèmes les plus délicats sont posés par les joints qui réunissent entre elles les extremités des tubes. Pour des raisons ~videntes" il est en effet desirable d'obtenir au niveau des joints les mêmes performances ; mécaniques que celles obtenues dans les parois de tubes eux-mêmes.
Pour atteindre de tels objectifs de nombreux joints ont été proposés qui comportent un accroissement notable de l'épaisseur par rapport à celle du corps des tubes eux-mêmes, cet accroissement d'épaisseur provoquant soit un accroisse-ment du diametre extérieur, soit une diminution du diametre intérieur, soit les deux. Ces accroissements d'épaisseur nécessitent des opérations compliquées speciales lors de la 30 fabrication des tubes et par ailleurs les variations dimen-sionnelles ainsi creees sont gênantes dans des quantites d'applications.

Si par contre l'on désire que l'épaisseur du joint ne soi-t pas différente de l'épaisseur du corps des tubes, les diametres étant également identiques, on comprent que quel que soit le type de filetage mâle utilisé, cylindrique a plusieurs étages ou conique, les épaisseurs de chaque partie male et femelle sont chacune notablement inférieures a l'épaisseur du corps du tube et la somme même des épaisseurs des parties mâle et femelle n'est pas égale a l'épaisseur du corps du tube en raison d'une réduction d'épaisseur par enlevement de matiere et par présence des creux des filets de vis. Il en résulte que la résistance de chacun des deux éléments mâle et femelle aux forces de tractions longitudi-nales sera inférieure a celle du corps du tube lui-même.
On peut, dans de nombreuses applications, adme-ttre une telle diminution de résistance mais les diminutions d'épaisseur des extrémités mâle et femelle du joint présentent d'autres inconvénients beaucoup moins acceptables.
En effet chacune des parties mâle et femelle présente é~alement, du fait de son épaisseur moindre, une moindre résistance aux effets de la pression des fluides internes et externes ou plutôt de la différence des pressions entre l'extérieur et l'intérieur, dénommée pression différen-tielle. Selon les conditions d'utilisations, cette pression différentielle se manifeste de l'intérieur vers l'extérieur ou en sens inverse.
Si l'on ne désire pas augmenter les épaisseurs de paroi au niveau des eléments mâle et femelle du joint il faudrait obtenir une étanchéité absolue aux deux ex-trémités du filetage reliant l'élément mâle et l'élément femelle du joint pour interdire rigoureusement l'introduction de la ~7~L3~;~

pression des fluides dans les interstices de l'assemblage.
~Cependant, slil est rela~ivement facile d'assurer une étanchéité efficace contre la surpression extérieure ou contre la surpression intérieure, l'obtention d'étanchéité
efficace dans les deux sens est beaucoup plus difficile et entraînerait des joints de forme plus compliquée et couteux, comme par exemple ceux décrits dans le brevet francais 2.047.274.
Or il existe de nombreuses conditions d'utilisations dans lesquelles dans une même colonne de tubes, le sens de la pression différentielle est variable soit dans le temps, soit en fonction de la profondeur du point considére.
La presente invention se propose d'apporter une solution à ces problèmes et de fournir un joint pour la jonction de tubes cylindriques, notamment pour la formation de très longues colonnes dans le domaine du forage ou de l'exploitation petrolière, qui permette de remédier aux inconvénients précités et qui ne necessite pas de renforcer localement l'epaisseur de l'element mâle et/ou femelle du joint, les contours interne et externe du joint pouvant ainsi prolonger cylindriquement le corps des tubes sans former de relief.
En variante l'invention se propose également de fournir des joints dans lesquels seule une surépaisseur modérée serait prévue pour augmenter le diamètre extérieur ou retrecir modérément le diamètre intérieur du joint par rapport au diamètre du tube, et ceci sans changer la geométrie des surfaces de liaison.
Un autre but de l'invention est de fournir des joints qui résistent mécaniquement parfaitement aux pressions differentielles qu'elles soient orientées de l'intérieur vers l'extérieur ou de l'extérieur vers l'intérieur.

3~

Un autre but de l'invention est de fournir un joint présentant une étanchéi-té parfaite entre l'intérieur et l'ex-térieur et vice-versa.
Un autre but de l'invention est de fournir un joint présentant une butée de limitation de vissage dans lequel une poussée de vissage excessive provoquée par une mauvaise manoeuvre ne provoque pas de déformations notables des extrémités des éle-ments du joint, de sorte que l'on empeche ou retarde considéra-blement les déformations et le déboîtement partiel ou total des filets avoisinant la butée.
L'invention, telle que revendiquée ici, a pour objet un joint pour l'assemblage par vissage de sections de tubes pour former des colonnes de tubes dont l'épaisseur au niveau des joints est égale ou légèrement plus grande que l'épaisseur des tubes, utilisables en particllier pour l'exploitation pétro~
liere à grandes profondeurs, ledit joint comportant une partie mâle munie d'un filetage male et une partie femelle munie d'un filetage femelle pour recevoir par vissage le filetage male, les ; filets desdits filetages présentant au moins sur leur plus grande longueur des filets, respectivement complémentaires a angles fermés, ledit joint comportant également sur chaque élé-ment un épaulement formant butée pour limiter par le contact desdits épaulements l'un sur l'autre le vissage et l'enfoncement de l'élément male dans l'élément femelle, lesdits filets a angles ferm~s s'évanouissant progressivement dans une zone située a proximité immédiate des épaulements de butée, l'interpénétra-tion desdits filets a angles fermés assurant ainsi l'accrochage radial de l'élément male sur l'élément femelle jusqu'a proximité
:: immédiate desdits épaulements de butée.
Par filets à angles fermés dans le sens de la pre-sente invention, on entend des filets mâles et femelles dont les flancs porteurs coopérants, c'est-a-dire les flancs qui se trou-vent comprimés l'un contre l'autre lorsque ..~

.~

3~L

l'élément mâle et l'élémen-t femelle du join-t sont soumis à
un effort de traction axiale tendant à les éloigner l'un de l'autre, forment avec l'axe géométrique du joint un angle inférieur à 90 de sorte que toute séparation radiale d'un filet mâle d'avec un filet femelle correspondant est rendue impossible s'il n'y a pas simultanément un déplacement axial tendant à éloigner les deux flancs de filets l'un de l'autre pour les désemboiter.
Il doit être bien compris qu'ainsi une caractéris-tique essentielle de l'invention réside dans la combinaisonentre de tels filetages à filets à angles fermés s'étendant jusqu'à proximité immédiate de la butée avec une butée axiale formée de deux épaulements coopérant llun avec l'autre de sorte que lorsque sous l'effet par exemple d'une pression différentielle les éléments mâle et femelle ont tendance à
s'éloigner radialement l'un de l'autre, cet éloignement se trouve empêché du fait que par leur emboîtement avec un angle de flanc porteur inférieur à 9Q les filets ne peuvent pas s'éloigner radialement l'un de l'autre alors que tout mouvement axial qui permettrait un écartement suffisant des filets pour leur permettre de s'éloigner radialement l'un de l'autre est empeché du fait que les éléments male et femelle sont en butée l'un contre l'autre par leurs épaulements, toute déformation "en tonneau" de l'extrémité
de la partie femelle étant en outre empechée.
Dans un mode de mise en oeuvre particulièrement préféré de l'invention les filets a angles fermés du filatage male et femelle présen-tent une section en parallèlogramme ou du moins en forme trapézoidale proche d'un parallèlogramme.

~1~79~3~4 De façon particulierement avan-tageuse l'emplan-ture d'un filet, c'est-a-dire la distance entre deux flancs de filet a la base du filet est comprise entre 1,5 et 2,5 fois, et de façon particulièrement préferee entre 1,8 et 2,2 fois la hauteur utile du filet. Ces valeurs sont considerees sur les filetages neufs venant de fabrication. Elles peuvent se trouver naturellement plus ou moins diminuees à la suite d'utilisations successives des joints.
Ces carateristiques permettent d'assurer une resistance suffisante des filets et un maintien de l'emboîte-ment ou accrochage des filets des filetages mâle et femelle entre eux dans les conditions les plus defavorables, c'est-à-dire dans les conditions ou la pression differentielle est la plus forte tout en permettant que les ecarts geometriques (provenant des tolerances de fabrication) des angles fermes utiles de filets et les écarts de pas de filetage sur toute la longueur du filetage puissent être résorbes lors du montage du joint et de son utilisat:ion, par ecrasement ~ elastoplastique du metal sous-jacent a ces flancs de filet ; 20 sans pour autant que ces filets ne soient affaiblis de facon gênante..
De façon generale, plus, dans les conditions d'utilisation les plus difficiles, l'importance de la pression differentielle est importante, plus il est preferable de diminuer l'angle dudit flanc de filet, c'est-a-dire d'augmenter . l'angle entre un flanc de filet et le plan transversal perpendiculaire a l'axe du joint.
Cet angle peut etre calcule, et on trouve qu'il peut etre tres important. Il peut par exemple etre de l'ordre de 38 par rapport au plan perpendiculaire a l'axe.

:~?7436~

Cependant l'expérience montre que les joints selon l'invention présentent une tenue satisfaisante pour des angles plus faibles de 10 à 20.
Dans une forme de realisation particulierement préférée de l'invention, la butée présente un épaulement mâle et un epaulement femelle qui constituent simultanement une butee de limitation d'enfoncement et de vissage et une surface d'etancheite. De preférence la butee est realisee sous forme de deux surfaces biconiques. Dans une telle realisation l!un des deux epaulements présente une surface annulaire interne de preference tronconique ou de forme voisine, ayant une allure concave, cette surface etant entouree d'une surface annulaire peripherique convexe de preference en forme de tronc de cône ou de forme voisine mais pouvant egalement, en varian-te, adopter une allure quasiment cylindrique. De même l'autre epaulement presente une surface interne tronconique, ou ayant une forme sensible-ment tronconique, convexe et une surface externe concave de preference tronconique mais pouvant aussi avoir une allure sensiblement cylindrique. Lesdites surfaces correspondantesdes elements mâle et femelle peuvent avoir des formes etroitement complementaires ou simplement des formes adaptees à venir en contact les unes avec les autres pour obtenir les effets de butée et d'étancheite.
La butee est de preference externe, c'est-à-dire que l'element femelle presente un epaulement situé à son extrémité alors que l'élement mâle presente un epaulement complémentaire vers sa base.
Le choix entre les deux solutions dépend de diverses considerations concernant le fonctionnement etant entendu que dans le cas d'une butee externe, lorsque l'élément femelle est 3~

axialement comprimé contre l'élément mâle, l'extrémité de l'élément femelle tend a se déformer en tonneau radialement vers l'extérieur de sorte que les filets femelles ont tendance à s'éloigner radialement des filets mâles, cette tendance a l'éloignement etant cependant empêchée dans le cas de la presente invention. Dans le cas ou la butée est interne et qu'une telle compression a lieu, l'élément mâle a également tendance a se dilater en forme de tonneau mais dans ce cas au contraire cette dilatation tend a faire pénétrer encore plus etroitement les filets mâles et femelles les uns dans les autres.
Dans les deux cas cependant en cas d'une maladresse manoeuvrière l'invention apporte un surcroit de robustesse en empêchant ou retardant ces déformations et par conséquent la deformation de la ~utee, ce qui empêche ou au moins retarde considerablement le deboltement partiel ou total des filets avoisinant la butee.
De fac,on avantageuse les angles des surfaces internes et externes des epaulements mâles et femelles peuvent être dimensionnes de maniere que l'une des surfaces tronconique ou de forme voisine joue un rôle principal d'etancheite et l'autre un rôle principal de butee mais d'une façon generale les surfaces interne et externe peuvent échanger leur rôle, permettant ainsi d'assurer l'étancheité tant contre une pression différentielle interne.
Par ailleurs la butée d'épaulement peut egalement de preference être tellc que aussi bien dans ].'epaulement mâle que dans l'épaulemen-t femelle, la surface plus ou moi.ns tronconique ayant la plus grande étendue radiale possede une emplanture, c'est-a-dire pratiquement unè étendue de base ~74~3~

supérieure ou égale à 1,8 fois l'étendue radiale u-tile. En conséquence dans le cas où le joint possède un manchon femelle muni de deux épaulements internes disposés au voisinage l'un de l'autre vers le milieu du manchon, la distance entre les deux épaulements doit être d'au moins 3,6 à 5 fois égale à
l'étendue radiale utile.
De même l'angle réalisé par cette surface avec le plan transversal perpendiculaire à l'axe du joint, peut être par exemple de 15 à 20.
L'angle de l'autre surface par rapport audit plan transversal peut être bien plus grand et aller jusqu'à 90, la surface devenant alors pratiquement cylindrique.
La butée ainsi réalisée presente une très importante .
resistance radiale qui est tout d'abord destinee a supporter la pression différentielle du fluicle et à assurer l'étanchéité
parfaite. Elle sert egalement à s'opposer efficacement à la déformation en tonneau dans le cas d'une trop forte poussée longitudinale provenant par exemple d'un vissage excessif.
Elle sert en outre à élever la pression de contact au niveau de la surface conique de l'épaulement femelle qui possede la plus petite dimension radiale et ne débouche pas sur les parois, afin d'écraser les aspérités d'usinage et d'aplatir les aspérités dues à des chocs tels qu'il peut s'en produire sur les tubes lors des manoeuvres, notamment au forage.
Dans un mode de mise en oeuvre perfectionné de l'invention le filetage à angle fermé s'evanouit progressive-ment mais rapidement lorsqu'il s'approche de ltépaulement de butée de l'élément qui le porte. De préférence la partie de filetage évanouissante s'étend suivant un à sept filets.

_ g _ ~6~7~36~

Ceci permet d'augmenter l'epaisseur de métal au voisinage de la butée, comme cela est d'ailleurs déja connu dans d'autres types de joints. Ceci présente également l'avantage supplémentaire d'une part de rapprocher de la butée la fin de la partie u-tile des filets mâles et femelles. En effet, en raison de l'angle de filet, l'accrochage des flancs porteurs reste longtemps efficace, même lorsque ces flancs ne possedent plus qu'une hauteur extremement réduite alors que par ailleurs si les filets étaient réalisés de façon non évanouissante il pourrait être nécessaire avec certaines machines, pour des raisons de course de degagement de l'outil de filetage a la fin du filet, a proximité de la butée, de réaliser une creusure evanouissante inutile sur une longueur plus importante. En outre, un degagement oblique de l'outil d'ailleurs pas possible sur -toutes les machines, necessiterait une distance axiale importante concluisant a eloigner la fin du filet de l'épaulement de butée. D'autre part, surtout dans le cas ou conformément à une variante préférée de l'invention, les filets ont une section en parallelogramme ou en trapeze tres proche d'un parallelogramme, les filetages peuvent être réalisés sur des machines a fileter usuelles par simple effacement radial progressif de l'outil sans pour cela provoquer une modification de l'épaisseur axiale des filets et gorges, ce qui permet de réaliser une partie évanouissante de riletage mâle coopérant efficacement avec une partie évanouissante de filetage femelle. Du fait du deplacement radial de l'outil pendant le filetage on comprend qu'il peut se produire un léger décalage axial des flancs de filets mâle et femelle correspondant a une sorte d'écart des pas des vis.
En choisissant convenablement celui des deux elements mâle et 7436~

femelle qui présente au niveau de la partie évanouissante un pas apparent de filetage plus long on peut alors parvenir au résultat que lors du vissage le premier contact sans force entre les filets actifs s'effectuera en un emplacement éloigné de la butée et ainsi la force qui résorbera l'écar-t précité sera la plus faible et n'entraînera que de faibles contraintes dans le métal.
En variante la partie évanouissante du filet, qui diminue progressivement de hauteur peut se terminer par une fin de creux de filet a un moment ou le filet possede encore une hauteur suffisante pour être efficace, par exemple comprise entre 15 et 40~ de la hauteur du filet normal.
De facon avantageuse on peut dans certains cas réaliser le joint selon l'invention de facon a protéger les filetages de l'agression du fluide interne e-t réaliser une continuité de paroi interne d'un tube a l'au-tre en éliminant les causes de turbulence et de perte de charge et en assurant une étanchéité contre le fluide interne même dans le cas ou la butée est posée du côté externe.
Dans cette réalisation on utilise des tubes dont les extrémités forment les parties mâles de joints selon l'invention et qui cooperent avec des manchons femelles formant deux parties femelles de joints disposées de part et d'autre d'un plan transversal médian, les butées étant disposées du côté externe, c'est-à-dire aux deux extrémités du manchon femelle. Les extrémités des tubes mâles présentent alors chacune une levre en forme de cône allongé ou de préférence en forme de cylindre avec un chanfrein, lesdites levres coopérant avec des surfaces en tronc de cône ou une surface cylindrique correspondante de la partie centrale du manchon 43~

pour réaliser une étanchéité, les deux lèvres de deux -tubes successifs pouvant alors venir en contact l'une contre l'autre pour réaliser la continuité. De préférence un léger espace peut être prévu périphériquement à la zone de contact pour permettre une déformation du métal des lèvres.
~ n variante les deux lèvres peuvent être éloignées d'une certaine distance et un élément d'étanchéité peut alors être pris entre les extrémités des deux éléments mâles.
L'étanchéité peut également être réalisée, en variante, en assurant un revêtement continu de la surface interne des éléments mâles ainsi que de la surface externe des lèvres desdits élements mâles et de la surface interne du manchon femelle en sa partie cen-trale située entre les deux zones où s'effectue le contact d'étanchéité avec les levres adjacentes de deux éléments mâles.
De préférence les lèvres sont réalisées avec une ; faible épaisseur de fac,on à faciliter leur déformation.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront a la lecture de la description suivante, faite à titre d'exemple non limitatif et se référant au dessin annexé dans lequel:
La figure 1 représente une vue en coupe axiale d'un joint selon l'invention avec une butée externe.
La figure 2 représente une vue plus agrandie du joint selon la figure 1 dans la zone de butée.
La figure 3 représente une vue en coupe axiale d'un joint selon une autre forme de réalisation avec butée interne.
La figure 4 représente une vue détaillée du joint selon la figure 3 dans la zone de butée.
La figure 5 represente une vue agrandie en coupe axiale d'un filet.

~L~7~a36~

La figure 6 représente une vue en coupe axiale détaillée d'un joint analogue a la figure l avec un filetage évanouissant.
La figure 7 représente une variante de réalisation du joint selon la figure 6.
La figure 8 représente une vue en coupe axiale d'un joint selon une autre variante de la figure 1.
I,es figures 9 à 12 représentent des vues en coupes axiales de divers modes de réalisation permettant d'assurer une continuite interne.
On se refere tout d'abord aux figures l et 2.
Le joint représenté est constitué par les deux extrémités de deux tubes vissés l'un dans l'autre, a savoir une extrémité mâle 1 faisant office d'elément mâle du joint et une extrémite femelle 2 faisant office d'élément femelle du joint. L'elément 1 comporte, depuis le voisinage de son extrémité 3 un filetage 4 pratiqué dans la surface conique externe de l'élément l. De même l'élément 2 presente un filetage complementaire 5 pratique dans la surface interne conique de l'élément 2 depuis sa base 6. Les deux filetages complémentaires 4, 5 s'étendent jusqu'au voisinage d'une butée 7 dont la forme sera mieux vue sur la figure 2. Cette butée, située vers l'extérieur du joint comporte deux épaulements, a savoir un épaulement mâle porté par l'élément mâle l et un épaulement femelle porté par l'élément femelle

2. L'épaulement mâle comporte, depuis l'extérieur, une premiere surface 8 tronconique concave et faisant avec le plan perpendiculaire a l'axe du joint un angle a. A
l'interieur cette surface tronconique concave q~ se poursuit par une surface tronconique convexe 9 faisant avec le même plan un angle b plus important que _. De même l'épaulement ~7~L36~

femelle présente une surface tronconique externe convexe disposée selon l'angle a et une surface interne tronconique concave 11 disposée selon l'angle _ et venant s'appliquer contre la surface 9. La surface 11 se prolonge vers l'intérieur par une surface faiblement conique ou cylindrique 12 située en regard d'une surface similaire 13 de l'élément mâle, les deux surfaces 12 et 13 étant éloignées entre-elles d'une certaine distance. On comprend que lorsque l'on visse les deux élémen-ts l'un dans l'autre au bout d'un certain moment les deux épaulements viennent en butée et dans ce cas on obtient un contact d'épaulement entre les différentes surfaces. On comprend par ailleurs qu'en cas d'une pression différentielle externe, c'est-à-dire d!une surpression externe les surfaces 11 et 9 se trouvent encore plus fortement appliquées l'une contre l'autre et le ~oint est autoclave.
Dans le cas d'une surpression interne ce sont les surfaces 8 et 10 qui sont appliquées l'une c:ontre l'autre de facon autoclave.
I,es filets 14 du filetage 4 et 15 du filetage 5 présentent sensiblement une forme de parallelogramme et on voit que leurs flancs porteurs, c'est-a-dire les flancs 16, 17 forment un angle fermé dont la valeur est représentée par t. Dans ces conditions dans le cas où pour une raison quelconque l'extrémité de l'élément femelle tend à vouloir s'écarter radialement de l'élément mâle 1 par augmentation du diametre de l'élément 2, sous des causes quelconques, par exemple effort longi-tudinal trop important provenant par -exemple d'un exces de vissage, ou existence d'une pression intersticielle entre les filets ou toute autre raison, les filets a angle fermé 14, lS réalisent un accrochage rendant ~7~364 les éléments mâle et femelle solidaires l'un de l'autre de sorte qu'une expansion radiale de l'element femelle 2 est contrecarree par la resistance de l'element male 1 du fait que le contact entre les épaulements de butée empeche tout déplacement axial dans un sens qui permettrait le degagement des filets mâle et femelle.
L'invention, par cette combinaison nouvelle se distingue ainsi notamment des joints de l'art anterieur qui pouvaient, dans certains cas, presenter sur des extremités d'épaisseur renforcée des filets à angles légèrement fermes dans le seul but d'augmenter le frottement entre les flancs de filets et ainsi de retarder le desengagement des filets dans le cas d'efforts trop importants de traction axiale.
En se reférant aux figures 3 et 4 on voit un joint de l'invention selon une autre forme de réalisa-tion dans laquelle les filetages coniques à filets à angle fermé 4, 5 restent maintenus mais où par contre la butee 16 est cette fois interne et disposee du côté de l'extrémi-té de l'élément mâle. On voit que cette fois ci c'est l'élément femelle 17 qui présente une surface interne conique convexe 19 cooperant avec une surface conique concave 20 de l'extremite anterieure de l'element male et inclinee d'un angle _ alors que la surface plus peripherique 21 de l'element femelle presente une forme conique concave et coopère avec une surface conique conyexe periphérique 22 de l'élément mâle 18 formant an angle - d.
Dans cette forme de réalisation egalement les deux éléments male et femelle sont rendus étroitement solidaires par la coopération des filets a angle fermé avec la butée 16 mais si, cette fois sous l'effet de forces suffisantes,

3~

l'extrémité de l'élément mâle 18 a tendance à se bomber en forme de tonneau, il tend à se rapprocher de l'élément femelle et le fonctionnement d'ensemble est encore meilleur.
En se réferant plus specialement à la figure 5 on voit la forme des filets mâles 14 et des filets femelles 15 des filetages de l'element mâle et de l'element femelle.
Conformement a l'invention les filets sont realises avec des angles fermés dont la valeur est établie non pas pour obtenir une résistance au glissement des flancs de filets les uns sur les autres mais pour obtenir des condi-tions de résistance aussi élevees que possible en ce qui concerne le metal dispose derriere les flancs porteurs de filets, les filets etant conçus pour resister, dans le cas le plus défavorable, c'est-à-dire celui qui combine la plus forte poussée axiale sur le flanc du filet avec la force radiale la plus importante.
La largeur 1 d'un filet est déterminée de façon à
obtenir la résistance désiree aux efforts de traction axiale tendant à ecarter les deux elémen-ts axialement l'un de l'autre.
En fait,pour resister aux plus fortes sollicitations axiales A prevues,l'emplanture de filet sortant d'usine pourrait avoir une valeur _ prevue pour resister à ces sollicitations malgré l'usure et les déformations résultant de l'assemblage. Cependant~ en considérant également les plus importantes sollicitations radiales possibles B,la force résultante F se trouvera dirigce obliquement.
Conformement à l'invention le flanc porteur 16 sera réalisé
avec un angle t tel que le flanc sera perpendiculaire à la force résultante F si celle-ci n'est pas -trop inclinée. Il 3~

sera donc nécessaire d'augmenter la largeur du filet au délà
de la valeur d'emplanture e pour lui donner la valeur l tenant compte de cette inclinaison du flanc. Ainsi la diagonale du parallelogramme s'étend parallelement a la résultante F et le filet opposera une résistance maximale a cette force. On concoit cependant que pour des raisons de fabrication l'on ne peut pas accroître exagérément la valeur de l'angle t et dans la pratique en peut admettre comme valable un angle t de l'ordre de 10 a 25 bien qu'il puisse être supérieur si on le désire. On pourra donc,dans la pratique,admettre un angle t inférieur a la valeur idéale perpendiculaire a la force F de sorte qu'une certaine tendance au glissement des flancs 16, 17 l'un sur l'autre se manifeste mais le glissement, conformément a l'invention reste empêché
par la butée.
On voit sur le dessin que toutes les distances par exemple l, e ou la hauteur utile _ ont été choisies pour tenir compte de la matiere réellement utile, clest-a-dire en ne tenant pas compte des portions arrondies ou chanfreinées inévitablement nécessaires notamment pour des raisons d'usinage. Par ailleurs sur la figure 5 les filets sont représentés,vissés les uns dans les autres, dans les conditions d'utilisation. En fait lorsque l'on réalise le filetage en atelier on sait qu'il existe des tolérances et des erreurs non seulement en ce qui concerne les pas de filetage mais également les épaisseurs des filets de sorte qu'a l'atelier les emplantures _ sont determinees en exces de façon telle qu'après l'assemblage et déEormation du metal on obtienne les cas de figure représentée sur la figure 5 avec une valeur e d'emplanture en utilisation suffisante pour ~q~3~

resister aux sollicitations prevues. D'une façon generale on prefère que l'emplanture utile e soit comprise entre 1,8 et 2,2 fois la hau-teur utile h du filet.
On a represente sur la figure un filet ayant une forme quasiment parfaite de parallèlogramme, a l'exception des angles rentrants et sortan-ts qui sont arrondis mais on peut, en variante, notamment pour eviter les difficultes d'usinage, prevoir entre le flanc anterieur 16 d'un filet 14 et son flanc posterieur 23 un angle qui peut être par exemple avantageusement de 6 a 10 au lieu d'être nul.
Par ailleurs en raison des tolerances sur les hauteurs de filets et profondeurs de gorges on peut accepter un jeu radial sur l'un au moins des sommets ou creux de filetage, comme on le vo.it sur la figure 5.
A titre d'exemple des joints selon l'invention, formes sur des tubes lamines, peuvent avoir des dimensions figurant sur le tableau suivant:

.__ 0 Etendue des Longueur de la Conicité Dimensions des filets ; extérieur epaisseurs partie usinée du du tube - et filetée filetage . lamine mm mini maxi selon épaisseur profondeur pas .
101,6 7,3 10 30 a 80 114,3 7,15 10,2 30 a 80 0,80 3,175 127 9,7 17,5 35 a 140 139,7 9,8 17,5 35 a 140 12,5%
_ 152,4 10 17,5 40 à 140 à
168,3 11 17,5 40 a 140 17,5% 0,85 4,233 177,8 11,5 19 40 a 140 par 193,7 12 22 50 a 180 rapport 219,1 13 22 50 a 180 au 244,5 10 23,5 50 à 180diamêtre 1,05 5,08 273 10 23,5 50 à 180 298,45 13 25 50 a 180 ' 36~

Dans la forme de réalisation des figures 1 et 3~
on a montré des joints dans lesquels les filetages possèdaient une hauteur ou ~rofondeur de gorge constante jusqu'a proximite immediate de la zone de butee. En se referant par contre a la figure 6,on voit un joint selon une variante de la figure 1 dans lequel les filets, au moment ou on se rapproche de la butée,ont une hauteur qui diminue progressivement. Dans la plus grande partie des filetages mâle et femelle on voit que les filets mâle et femelle 14, 15 s'étendent selon des surfaces coniques paralleles 24, 25. Par contre lorsque l'on dépasse un plan 26 proche de la butée,on voit que pour l'élément femelle 2 le cône 25 se transforme en un cône plus accentué 27 provoqué par une troncature. Lorsque l'on réalise les filets des filetages femelles dans cette zone de troncature,on réduit la conicité du cône géometrique engendre par l'outil de filetage femelle et les derniers filets ; femelles 28, 29 et 30 diminuent progressivement de hauteur.
On voit cependant que la largeur de chaque filet reste constante et égale à la largeur des filets 15 puisque ces filets ont une forme de parallelogramme. Par ailleurs les fonds 31, 32 des gorges du filetage femelle restent bien entendu paralleles au fonds des gorges qui séparent les filets 15.
De même a partir du plan transversal 26 on voit que le cône 24 des sommets du filetage mâle se transforme en un cône 34 d'angle beaucoup plus faible ou même cylindrique grâce a une troncature convenable. La conicite du cône géométrique engendré par l'outil de filetage male est supérieur au cône 25 de sorte que la hauteur des derniers filets mâles 35, 36 diminue progressivement. La conicité selon laquelle ~L~1743G~

s'étendent les fonds 31, 32, c'est-à dire la conicité du cône géométrique engendré par l'outil qui réalise le filetage femelle dans sa partie terminale est sensiblement égale ou légèrement supérieure à la conicité de la troncature 34, de même que la conicité du cône 27 est sensiblement égale ou l~gèrement plus faible que celle de la surface conique engendrée par l'outil réalisant les filetages mâles a partir du plan 26.
On comprend par ailleurs que, du fait des conicités différentes entre les éléments mâles et les éléments femelles il va se produire un léger décalage de pas entre les filets du filetage mâle et ceux du filetage femelle. De plus, l'expérience montre qu'en utilisant des machines-outils ordinaires avec des outils réalisant des filetages a section en parallelogramme,les filetages évanouissants selon l'invention peuvent être obtenus simplement par modification de la conicite de la surface enqendrée par l'outil sans modification du pas ni du re~lage de l'outil.
On se réfere a la figure 7.
Dans cette forme de réalisatio~ l'évanouissement des filets proches de la zone de butée s'effectue, pour les filetages femelles, sans aucune modification de la conicité
qui correspond au trajet de l'outil de filetage. On voit que,de cette façonlles différents fonds de filets femelles 37, 38 se trouvent alignés sur le cône parcouru par l'outil.
L'évanouissement est obtenu simplement par une troncature plus fortement conique 39. Par contre l'évanouissement du filetage mâle est obtenu en augmentant fortement la conicité
de la surface de passage de l'outil de filetage mâle ce qui fournit des fonds 41, 42, 43 toujours paralleles aux fonds 3~4 des autres filets complets mais s'étageant selon la conicité
qui est sensiblement la me~me que celle de la troncature.
Bien entendu/dans le cas ou l'on réalise un joint a butée interne tel que représenté par exemple sur la figure 3, ce sont les filets de plus petits diametres, proches de la zone de butée qui sont alors réalises de façon évanouissante.
Par ailleurs on peut également, si on le désire, réaliser de façon évanouissante les derniers filets des filetages mâles et femelles aux extrémités des filetages éloignés de la zone de butée de sorte que les filetages males et femelles se terminent en leurs deux extrémités par des filets évanouissants. Ceci permet par exemple d'augmenter l'épaisseur de la lèvre 3 sur la figure 1 et de rigidifier la partie 6 de l'élément femelle par accroissement d'épalsseur résultan-t des filets évanouissants.
On peut également, tout en restant dans le cadre de l'invention, réaliser des filets a angles fermés trapézo~daux dans lesquels les deux flancs ne sont donc pas paralleles, la base d'un filet étant plus large qule son sommet. Dans ce cas~
on comprend que dans la zone des filets évanouissants,la petite base des filets de l'un des deux eléments, par exemple l'élément femelle, doit être au moins aussi large que la grande base du filet de l'autre élément afin de permettre une interpénétration. Il est alors nécessaire de munir les deux élements de filets differents quant à leur largeur.
Les joints precedemment decrits, avec leur surface de butee, realisent une etancheite suffisante pour r~sister de facon efficace à la pression differentielle quelle que soit l'orientation de cette derniare et éviter l'apparition dans le metal de contraintes insupportables.

JL~?7~369~

On peut cependant ête amené à désirer réaliser une continuité étanche de la surface interne du joint et ceci par exemple pour isoler la surface d'avec les filetages, réaliser un diamètre interne continu sans cause de turbulances ni de risques de voir s'accumuler des condensations de matières, limiter les pertes de charge ou isoler lé métal de l'élement femelle du fluide agressif interne.
On se refère aux figures 9 à 12.
On realise alors l'element femelle dujoint sur un manchon 4~ qui participe ainsi à la formation de deux joints consecutifs puisqu'il réunit deux elements mâles 45, 46. La zone de butee 47, disposee du côté externe du joint presente - des epaulemen-ts coniques peripheriques concave 48 et convexe 49 et la surface d'epaulement interne convexe 51 s'etend presque horizontalement, selon un angle faible qui correspond par exemple au faible angle de la conicite du filetage alors que la surface correspondante 52 de l'élément femelle présente pour sa part un angle encore plus faible.
Chaque élément mâle se termine au-delà de son filetage par un prolongement en forme de lèvre relativement mince 53, 54 qui s'étend intérieurement à une zone médiane 55 du manchon.
En se referant plus particulièrement à la figure 10 on voit que l'on peut réalise.r la levre 53 en lui donnant une surface externe conique 56 destinée a coopérer avec une surface conique complémentaire 57 qui borde la zone 55. Un chanfrein 58 peut encore être prévu tout à fai-t à l'extrémité
de la levre pour faciliter son mouvement. En variante, comme on le voit sur la figure 11, et de façon préféree, la surface externe 59 de la levre 53 peut être realisee de fac,on ~ 22 -~7436~L

cylindrique, toujours avec un chanfrein terminal 58, pour coopérer avec une surface lnterne cylindrique 60 de la zone 55. Bien entendu a l'etat desassemble,le diametre externe de la surface 59 est legerement plus important que le diametre interne de la surface 60, l'adaptation s'effectuant facilement grace a la flexibilité de la levre 53.
On voit qu'on a representé sur les figures 10 et 11 un certain intervalle axial entre les extremites des deux levres 53 et 54, representé par d. On peut, au gre de l'utilisateur, realiser les joints pour que cet intervalle _ soit toujours présent avec une valeur relativement importante qui permette par exemple l'insertion, entre les deux extré-mités, d'un élément plus ou moins compressible realisant une continuité de surface externe. En variante, on peut accepter de rencontrer soit l'existence d'un faible jeu d, soit sa suppression en fonction des divers assemblages et desassem-blages d'éléments interchangeables du joint, et en fonction des tolérances de fabrication.
Dans une autre variante on peut au contraire réaliser la fabrication de telle façon que les deux extrémités des levres 53 et 54 viennent constamment slappliquer en butée l'une contre l'autre, ce qui,par l'effet de la compression axiale engendrera alors une expansion diametrale des extremites des deux levres vers la zone libre 61 située entre les deux chanfreins 58. On peut au besoin, comme represente sur la figure 12, modifier les extremités des levres 53 et 54 pour créer un espace 62 analogue a l'espace 61 mais plus important tout en amincissant encore les extrémités des languettes 53, 54 ce qui facilite encore la déformation plastique sans perturber le profil interne lisse.

~7~3~

Par ailleurs on peut réaliser sur la surface interne des éléments y co~pris des languettes 53, 54 et de préférence également sur les extrémités des languettes et sur leur surface externe, des revêtements 63 d'un type convenable qui peuvent également être prévus dans la partie médiane du manchon. Ces revêtements peuvent avoir toute épaisseur désirable et être réalisés en matériau organique, métallique ou céramique ou autre.

Claims (17)

Les réalisations de l'invention, au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit:

1. Joint pour l'assemblage par vissage de sections de tubes pour former des colonnes de tubes dont l'épaisseur au niveau des joints est égale ou légèrement plus grande que l'épaisseur des tubes, utilisables en particulier pour l'exploi-tation pétrolière à grandes profondeurs, ledit joint comportant une partie mâle munie d'un filetage mâle et une partie femelle munie d'un filetage femelle pour recevoir par vissage le filetage mâle, les filets desdits filetages présentant au moins sur leur plus grande longueur des filets, respectivement complémentaires à angles fermés, ledit joint comportant égale-ment sur chaque élément un épaulement formant butée pour limiter par le contact desdits épaulements l'un sur l'autre le vissage et l'enfoncement de l'élément mâle dans l'élément femelle, les-dits filets à angles fermés s'évanouissant progressivement dans une zone située a proximité immédiate des épaulements de butée, l'interpénétration desdits filets a angles fermés assurant ainsi l'accrochage radial de l'élément mâle sur l'élément femelle jusqu'à proximité immédiate desdits épaulements de butée.

2. Joint selon la revendication 1, dans lequel l'épaulement de l'élément mâle est situé à l'extrémité du file-tage qui comporte les filets de plus grand diamètre, l'épaule-ment de l'élément femelle étant situé à l'extrémité de ce dernier.

3. Joint selon la revendication 1, dans lequel les filets à angles fermés présentent une section en forme de parallélogramme ou en forme de trapèze proche d'un parallélo-gramme.

4. Joint selon la revendication 3, dans lequel l'emplanture d'un filet est comprise entre 1,5 et 2,5 fois la hauteur utile dudit filet.

5. Joint selon la revendication 4, dans lequel l'em-planture d'un filet est comprise entre 1,8 et 2,2 fois la hau-teur utile dudit filet.

6. Joint selon la revendication 1, dans lequel l'an-gle formé par les flancs actifs des filets avec un plan perpen-diculaire à l'axe du tube est supérieur a 10°.

7. Joint selon la revendication 1, dans lequel les épaulements sont constitués par des surfaces sensiblement coniques.

8. Joint selon la revendication 1, dans lequel l'épaulement de butée d'un des éléments présente une surface annulaire interne concave entourée d'une surface annulaire con-vexe et l'épaulement de l'autre élément présente, de façon correspondante, une surface annulaire interne convexe et une surface annulaire externe concave.

9. Joint selon la revendication 8, dans lequel la surface annulaire interne concave de l'épaulement d'un des éléments est sensiblement cylindrique.

10. Joint selon la revendication 1, dans lequel l'épaulement qui possède la plus grande étendue radiale possède une emplanture supérieure ou égale a 1,8 fois son étendue radiale utile.

11. Joint selon la revendication 1, dans lequel la zone située à proximité immédiate des épaulements dans laquelle s'évanouissent les filets à angles fermes s'étend sur une lon-gueur axiale correspondant à 1 à 7 filets.

12. Joint selon la revendication 2, dans lequel l'élément femelle est constitue par un manchon comportant deux éléments femelles qui permettent de recevoir deux éléments mâles dirigés l'un vers l'autre dans la partie médiane du man-chon, les épaulements étant disposés aux extrémités dudit man-chon, et l'extrémité de chaque élément mâle présentant une lèvre mince qui coopère avec une surface interne correspondante du manchon pour réaliser une étanchéité.

13. Joint selon la revendication 12, dans lequel la lèvre située à l'extrémité de chaque élément mâle présente une surface externe en forme de tronc de cône qui coopère avec une surface tronconique correspondante du manchon femelle.

14. Joint selon la revendication 12, dans lequel la lèvre située à l'extrémité de chaque élément mâle présente une surface externe cylindrique qui coopère avec une surface interne cylindrique du manchon.

15. Joint selon les revendications 12, 13 ou 14, dans lequel les deux lèvres des deux éléments mâles montés sur le manchon sont éloignées d'une certaine distance et reçoivent entre elles un élément d'étanchéité.

16. Joint selon les revendications 12, 13 ou 14, dans lequel les deux lèvres des deux éléments mâles montés sur le manchon viennent en contact, un espace étant prévu sur la périphérie de la zone de contact pour permettre la déformation des lèvres vers l'extérieur.

17. Joint selon les revendications 12, 13 ou 14, dans lequel lesdites lèvres et/ou la partie médiane de la surface interne du manchon reçoivent un revêtement protecteur.