CA1132900A

CA1132900A - Connecteur a anneau tournant, en particulier pour colonne montante utilisee dans l'exploration ou la production petroliere en mer

Info

Publication number: CA1132900A
Application number: CA333,093A
Authority: CA
Inventors: Edmond Daniel; Jean Guesnon; Andre Laurencin
Original assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Current assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority date: 1978-08-03
Filing date: 1979-08-02
Publication date: 1982-10-05
Also published as: US4280719A; NO152379C; JPS5560781A; NO152379B; FR2432672B1; JPS6240511B2; GB2027150B; DE2930625C2; IT1122680B; GB2027150A; NL188302C; FR2432672A1; DE2930625A1; BR7904978A; AU4953879A; NO792525L; NL188302B; IT7924862A0; NL7905926A

Abstract

Connecteur à anneau tournant comprenant deux éléments tubulaires s'emboîtant l'un dans l'autre et ayant un épaulement axial, un anneau de verrouillage s'engageant dans un premier des éléments tubulaires pour former un assemblage à baïonnette dans lequel des tenons de l'anneau coopèrent avec des tenons correspondants du premier élément tubulaire, et des moyens prenant appui sur le second élément tubulaire pour exercer dans la direction axiale une précontrainte de serrage des deux élément tubulaires, par l'intermédiaire des tenons de l'anneau de verrouillage, le premier élément tubulaire et l'anneau de verrouillage comportant chacun au moins deux couronnes de tenons qui sont décalés angulairement d'une couronne à l'autre. Le connecteur est caractérisé en ce que ces tenons sont inscrits dans des surfaces cylindriques de rayons différents de manière que, dans la position d'engagement de l'anneau et du premier élément tubulaire, leurs tenons puissent coulisser sans effort les uns sur les autres jusqu'à une position où les tenons de chaque couronne de tenons de l'anneau s'engagent entre ceux d'un couronne de tenons correspondante. du premier élément tubulaire pour constituer une pluralité d'assemblages à baïonnette à verrouillage simultané.

Description

~l~Z5`~)~
-La présente invention concerne un connecteur à anneau tournant, enparticulier pour une colonne montante utilisée pour l'exploration ou la pro-duction pétrolièrc au large des cotes.

L'invention sera décrite en se référant plus spécialement à l'appli-cation indiquée ci-dessus, sans que cela ait un caractère limitatif, bien que le connecteur selon l'invention soit particulièrement adapté à la résolution du problème posé par le raccordement d'une colonne montante (ou tube prolon-gateur) du type indiqué, une telle colonne montante étant fréquemment désignée par le terme anglo-saxon "riser".

lD Les connecteurs les plus utilisés dans ce domaine sont d'un type à
serrage radial.

Le gros drfaut de tels connecteurs est d'introduire des efforts radiaux très importants et de mal répartir la charge verticale sur la péri--phérie du connecteur.
On connaît déjà cependant des connecteurs à anneau tournant qui com~
prennent des éléments tubulaires s'emboîtant l'un dans l'autre et ayant un épau-lement axial, un anneau de verrouillage s'enga~eant dans un premier desdits éléments tubulaires pour former un assemblage à balonnette dans lequel des tenons correspondants dudit anneau coopèrent avec des tenons/dudit premier élément tubulaire~ et des moyens prenant appui sur ledit second élément tubulaire pour exercer dans ]a direction axiale une précontrainte de serrage des deux éléments tubulaires, par l'interrnédiaire des tenons dudit anneau de verrouillage.

Les connecteurs de ce type actuellement connus (par exemple par les brevets fran~ais 2 249 280 et 2 322 323) présentent un certain nombre d'incon-vénients venant notamment de ce que la connexion des deux éléments tubulaires s'effectue avec un contact des tenons sur une plage angulaire totale qui est par construction inférieure à 130 autour de l'axe du connecteur. Par suite, ....
les contraintes axiales ne sont pas réparties de manière suffisamrnent uni-forme autour dudit axe.

Par ailleurs, dans ces connecteurs antérieurs toute augmentation de la précontrainte de serrage des deux éléments tubulaires entraine une réduc-tion de la plage anyulaire de corltact ci-dessus définie.

90~
On peut supprimer le premier ds ces inconvénients en réalisan-t un connecteur à anneau tournan-t dans lequel ledit premier sl~m~nt tubulaire et ledit anneau de verrouillage comportent chacun au moins dsuX coLIronnes de tenons qui sont déralés angulairement d'une couronne à l'autre.

Ceci permet d'avoir un connecteur dans lequel l~s tenons du premier élément tubulaire et ceux de l~anneau de verrouillage sont en contact sur une plage angulaire totale de valeur largement supérieure aux valeurs que les connecteurs à ba-Lonnette actuels permettent d'atteindre. Cette plage angulaire peut être de l'ordre de 350 lorsque ledit premier élément tubulaire du con-necteur et ledit anneau de verrouillage comportent chacun seulement deux cou-ronnes de teno~ns (ce nombre n~étant nullement limitatif), ce qui assure une répartition parfaite des contraintes axiales s'exerçant sur le connecteur.

On connait déjà par le brevet fran~cais 1 301 318 (GUYOT) un raccord de tuyau comportant des tenons disposés en quinconce.

Un premier mode de réalisation de ce raccord présente l'inconvé-nient de nécessiter une suite de déplacements axiaux combinée avec une suite de déplacements rotatifs, pour effectuer la connexion, ce qui est diffici-lement concevable dans llapplication envisagée.
-Un second mode de réalisation supprime cet inconvénient en réali-sant des rangées de tenons d'épaisseurs différentes dont la première rangée (en partant de l'extrémité du raccord) peut être franchie mo~ennant un effort axial entre les deux éléments tubulaires ce qui provoque une déformation radiale de la paroi du manchon de ce raccordO Ce dernier mode de réalisa-tion n'est concevable qu'en réalisant le manchon en matière souple ou semi-rigide ce qui paraît incompatible avec l'application considérée, La présente invention supprime les inconvénients de ce raccord antérieur en fournissant un raccord comportant au moins deux couronnes de tennns décalés angulairement qui sont inscrits dans des surfaces cylindriques de rayons différents, de manière que dans la position d'engagement dudit anneau et dudit premier élément tubulaire, leurs -tenons puissen-t coulisser sans effort les uns sur les autres jusqu'à une position où les tenons de chaque couronne de tenons de l~anneau stengao~ent entre ceux d~une couronne de tenons correspondante dudit premier élément tubulaire pour constituer une pluralité d~assemblages à ba;onnette à verrouillage simultané.

90~

. . .
Selon un mode préféré de réalisation de l'invention, on supprirne également le second inconvénient, mentionne plus haut7 des conrlecteurs à anneaux actuellsment connus en utilisant des moyens de serrage distincts de llanneau de verrouillage. Ceci permet d'ajuster la valeur de la précontrainte sans modifier la valeur totale du secteur angulaire de contact des tenons.

Un exemple de réalisation de l'invention est illustre par les figures annexées où :

- la figure 1 est une vue perspective d~ensemble d~un connecteur selon l~invention pour tube prolongateur de forage en mer, - la figure 2 est une vue partielle des éléments du connecteur en coupe longitudinale, dans sa position de déverrouillage, - la figure 2A illustre une première modification du mode de réalisation représenté par les figures 1 et 2~

~ la figure 2~ illustre une seconde modi.fication 9 - les figures 3A et 3Bmontrent en vue développée et en coupe longitudi.nale l'engagement des éléments du connecteur et leur verrouillage, - les figures 4A et 4~ sont deux sections droites du connecteur de la fi.gure

2, suivant la coupe AA indiquée sur cette figure et illustrent le ver-rouillage du connecteur, - les figures 5A à 5D mon-trent en coupe longitudinale quatre phases suc-cessives du raccordement des éléments du connecteur, - les figures 6 et 7A illustrent le serrage du connecteur, - la figure 7D montre comment s'effectue le desserrage.
Sur les f;gures représentant un exemple de connecteur selon 11inven-tion pour une colonne montante utilisée dans l'exploration ou la production pétrolière en mer, les références 1 et 2 désignent respectivement le premier et le second éléments tubulaires du connecteur qui s~emooitent l'un dans liautre, ``cet emboitement étant limité par un épaulement axial 3 et son étanchéité as-surée par des joints 4 (Fig. 2). La référence 5 désigne un élément de la par-tie inférieure de la colonne montante et la référence 6 un élément de l.a partiesupérieure de cette colonne montante. Les éléments 5 et 6 sont raccordés aux éléments 1 et 2 du connecteur, respectivement, par tout moyen approprié, par exemple par soudure.

l~Z9~0 Les réfsrences 7 et ~ dr3signent des briclEs permrt-tant de fi.xe~ à la partie in~érieure et à la partie supérieure de la colonne montante, respec-tivement, des lignes périphériques~ telles-que les lignes désignées pa~ lzs termes anglo-saY~ons kill linr~ cboke line et booster lins qui squipent de faocln classi~ue les colonnes montantes utilisées dans l~industrie pétrolière.
Ces lignes sont composées de sections telles que 9a, 9b, 10a, 10b se raccordant par ernboitement dans des manchons tels que les manchons 12 et 13 au niveau du connecteurt Celui-ci comporte un anneau de verrouillage 15 entourant les extrémités des éléments 1 et 2 dans leur position d'emboîtement. Le verrouil-lage et le d~ve.rrouillaye du connecteur sont réalisés par une rotation del~anneau 15 sur une fraction de tour (verrouillage du type à baionnette). Cette rotation peut, par exemple~ être effectuée en utilisant une tige de manoeuvre 14(Fig5. ~A et ~

L'annaau 15 comporte une chape 16 pouvant etre liée à volonté par ùne broche 19,soit à une patte 17, solidaire de la section cle ligne périphéri-que 9a (position de déverrouillage représentée sur la figure 1), soit à une patte 18 solidaire de la section de ligne périphériqueloa tPcSition de verrouil--lage) . Le connec~eur comporte également une bague de serrage 20 qui, dans l'exemple illustré par la figure 2, peut être vissée dans l~anneau de verrouil-lage 15 (filetages 21 et 22) et prend appui par un talon annulaire 23 sur uncollet annulaire 24 de l~élément 2 pour exercer dans la direction axiale une précontrainte de serrage entre les éléments tubulaires 1 et 2 du connecteur lorsque l'anneau 15 es-t en position de verrouillage.

~ans l.e mode de réalisation illustré par la figure 2A, la bague cle serrage 20 se visse sur l'élément tubulaire 2 (filetages 25 et 26). Par ailleurs, deux épaulements annulaires 27 et 28 accrochent entre eux l'anneau de verrouillage 15 et la bague de serrage 20~

`` La figure 2~ illustre un autre mode de realisation dans lequel l.a bague de serrage 20 se raccorde par vissage à la fois à l'anneau de verrouil-lage 15 et à l~élément tubulaire 2, le raccordement à l~anneau 15 étant réalise par l'intermédiaire cle filetages 36, 37 ayant un pas différent ou inverse de celui du couple ds filetages 25, 26 Les mocles de r~alisation illustrés par les figures 2A et 2~ présen-tent l'avantage de permettre le démontage de la bague 20 ~3~9()~

Dan5 le ronnecteur selon l'invention, l'élément tubulaire l et llanneau de verrouillage 15 comportent chacun un meme nornbre de courorlnes de tenons, ce nombre étant au moins égal à deux. Dans l'exemple représenté, ils comportent chacun une premi.ère et une seconde couronnr-~de tenDn5 à partir de leurs extrémités qui s'engagent l'une dans l'autre : premi.ère couronne formée par les tenons 1Al, 1A2 -- et seconde couronne formrie par les tenons 1B1, lB2 ,, pour l'elément tubulaire 1, première couronne formée par les tenons 15Al~ 15A2 , et seconde couronne formée par les tenons 15Bl, 15B2 .. pcur l'anneau de verrouillage 15 (Fig. 3A).

Ces tenons sont décalés angulairement d'une couronne 3 l'autre et inscrits dans des surfaces cylindriques de rayons différents (rayons r et R
pour la première et la seconde couronnes de tenons de l'élément tubulaire 1, rayons R' et r' pour la première et la seconde couronnes de tenons de l'anneau de verrouillage 15, Fig. 2). L.e rayon R' est légèrement supérieur au rayon r de farà.on que les tenons 15A1, 15A2 -- de la première couronne de l'anneau de verrouillage 15 puissent coulisser et éventuellement tourner librement sur les tenons lAl, 1A2 ... de la première couronne de l'élément tubulaire 1 (Figs. 3A
et 5A).

Par ailleurs, les tenons 15A1, 15A2 ... 15A de la première couronne 20 de l'anneau de verrouillage 15 coopèrent avec les tenons 1B1, 1B2 o~ 1B ...
de la seconde couronne de l'élément 1 pour former un premier sys-tème d'assem-blage à baionnette et les tenons 15B1, 15~2 -- 15B ... de la seconde couronne de l'anneau de verrouillage 15 coopèrent avec les tenons 1A1, 1A2... 1A de la premir~re couronne de l'élément 1 pour former un second système d'assemblage

3 ba;onnette.

Chacun de ces deux systèmes d'assemblage à ba-Lonne-tte peut permettre d'assurer entre tenons de l'élément tubulaire 1 et tenons de l'anneau de ver-rouillage 15 un contact sur une plage angulaire totale de l'ordre de 175. Ces deux systèmes d'assemblage étant angulairement décalés autour de l'axe du connecteur, le connecteur selon l'invention représenté permet ainsi de répartir les charges axiales sur 350 environ autour de son axe.

Cn décrit ci-après les opération.s d'engagement des élérnents du connecteurJde verrouillage de l'anneau 15 et de réalieation de la précon-traintede serrage au moyen de la bague 2D.

2~

La figure 3A représente, partiellement en vue développée et partiel-lement en COUp8 longitudinale, l'anneau de verrouillag~ 15 e~ l'alément ~ubu-laire 1 du oonnecteur avant la mise en place de l'annsau sur cet élément.

L'engagement de l'anneau 15 est illustré par la figure SA montrant les tenons 15At, 15A2 ... de la premi~re couronne de tenons de l'anneau pass~nt sur ceux de la première couronne de tenons de l'élément l (rayon R' légèremenL
5upérieur au rayon r, Fig. 2).

La figure 5~ montre comment s'effectue ensuitE le passage des tenons 15A1, 15A2... de la première couronne de llanneau de verrouillage 15 entre ceux de la seconde couronne de tenons 1B1, 1~2 o de l'élément tubulaire 1 et, simultanément, le passage des tenons 15~1, 15~z ... de la seconde couronne de l'anneau entre les tenons 1A1, 1A2 ... de la première couronne de l'élément tubulaire 1, dans la position angulaire de la chape 16 illustrée par les figures l, 2 et 4A.

Cette opération est terminée dans la position illustrée par la figure 5C et il suffit alors de faire tourner l1anneau 15 d'une fraction de tour pour aboutir à la position de verrouillage illustrée par les figures 4~ et SD, Cette rotation de l'anneau 15 jusqu'à sa position de la figure 4B peut etre effectuée au moyen de la tige 14 (Fig. 4B), l'anneau 15 étant ensuite immobilisédans cette position de verrouillage au moyen de la broche 19 traversant la chape 16 ~le l'anneau 15 et la patte 18 solidaire de la ligne périphérique 10a.
Le serrage de la bague 20, jusqu'à la position des tenons illustrée par les figures 3~ et 6 et son verrouillage dans cette position pourront etre réalisés par tout moyen approprié, un exemple de moyens de serrage et de verrouillage étant illustré par la figure 7A.

Dans cette exemple, la bague 2D comporte à sa périphérie sur sa paroi supérieure un certain nombre d'alésages 29 dans lesquels peuvent 8tre engagés des ergots amovibles 30 (alternativement on pourra munir la bague 20 d'ergots fixes). Un vérin 31 dont l'une des extrémi-tés 31a es-t adaptée à venir prendre appui sur la ligne périphérique 1Oa, en étan-t placée sur un épaulement annulaire 35 de cette ligne, et l'autre extremité 31b est adaptée à prendre appui sur un ergot 30, permet de visser la bague de ser-rage 20 en ltentrainant en rota-tion comme indiqué par les flèches sur la figure 7A. Le vérin 31 qui, dans l'exemple illustré par la figure 7A comporte 0~

une poignée 32~ est alimenté en fluide sous pression par la conduite 33, Lorsque la bague 20 a été serrée à fond, elle se trouve dans ~a position illustrée par la figure 6, où le talon annulaire 23 prend appui sur le collet 24 de l'élément tubulaire 2 pour exercer dans la direction axiale, par l'intermédiaire des tenons de l'anneau de verrouillage 15 et de C8UX de l'élément tubulaire 1, une précrntrainte de serrage de cet élément 1 contre l'élément tubulaire 2, les éléments 1 et 2 étant en contact Pu nivsau du collet 3.

La bague 20 est munie de moyens permettant son immobilisation dans cette position de serrage de l'anneau 15, ainsi que dans la position desser-rée déFinie ci-après.

Dans l'exemple illustré par les figures 6, 7A et 7B, ces moyens comprennent une came 41 solidaire de la bague 20 et sur laquelle s'appuie un organe de serrage porté par l'anneau 15, cet organe comprenant une vis 43 à auto-verrouillage traversant un support 4Z.

En position de serrage de la bague 20, la vis 43 s'appuie sur la rampe 41b de la came 41, empêchant tout desserrage de la bague 20 par rapport à llanneau 15, ce dernier étant immobilisé, comme illustré par la Figure 4A, au moyen d'une broche 19 traversant la chape 1Ç et la patte 17 solidaire de la ligne périphérique 9a.

Pour desserrer la bague 20, on commence par desserrer la vis 43, on place ensuite le vérin 31 dans la position indiquée sur la figure 7B, où
ce verin vient prendre appui contre la ligne périphérique 9a, son extrémité
31a étant alors placée sur l'épaulement annulaire 34 que co~porte cette ligne.

La bague 20 est alors desserrée en actionnant le vérin 31 dans le sens de la Flèche de la figure 7B, jusqu'à placer cette bague dans la posi-tion où la vis 43 peut s'engager dans un logement 41a de la came 41~

L'immobilisation de la bague 20 dans cette position desserrée est alors obtenue par serraye de la vis 43 à auto-verrouillage.

Le désaccouplement sleffectue alors par rotation de llanneau 15.

g~
Bien entendu, le serrage assuré par la bague 20 pourra être établi par d'autres moyens que ceux illustrés par les figures 7A et 7B. En parti-culier, dans les modes de réalisation illustrés par les figures ZA et 2B il pourra etre obtenu par l'action d'un dispositif distinct de la bague 20 qui établira la précontrainte de serrage entre l'élément 2 et l'anneau de ver-rouillage 15 à la valeur souhaitée et la maintiendra provisoiremen-t. La bague 20 pourra alors être vissée sans effort jusqu'au contact avec l'épau-lement axial Z40 Il suffira alors d'interrompre l'action du dispositif qui a établi la précontrainte à la valeur désirée, pour que cette précontrainte soit reprise par la bague 20.

D'une fa~con générale~ le connecteur comportera des moyens d'immo-bilisation de la bague de serrage 20 et de l'anneau 15 par rapport aux élé-ments 1 et 2, une variante du mode de réalisation illus-tré par les figures 6, 7A et 7B consistant à immobiliser directement la bague de serrage 20 avec l'~lément tubulaire 2.

Claims

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

1. Connecteur à anneau tournant comprenant deux éléments tubulaires s'emboîtant l'un dans l'autre et ayant un épaulement axial, un anneau de verrouillage s'engageant dans un premier desdits éléments tubulaires pour former un assemblage à baïonnette dans lequel des tenons dudit anneau coopèrent avec des tenons correspondants dudit premier élément tubulaire et des moyens prenant appui sur ledit second élément tubulaire pour exercer dans la direction axiale une précontrainte de ser-rage des deux élément tubulaires, par l'intermédiaire des tenons dudit anneau de verrouillage, ledit premier élément tubulaire et ledit anneau de verrouillage comportant chacun au moins deux couronnes de tenons qui sont décalés angulairement d'une couronne à l'autre, caractérisé en ce que ces tenons sont ins-crits dans des surfaces cylindriques de rayons différents de manière que, dans la position d'engagement dudit anneau et dudit premier élément tubulaire, leurs tenons puissent coulisser sans effort les uns sur les autres jusqu'à une position où les tenons de chaque couronne de tenons de l'anneau s'engagent entre ceus d'une couronne de tenons correspondante dudit premier élément tubulaire pour constituer une pluralité d'assemblages à baïon-nette à verrouillage simultané.

2. Connecteur à anneau tournant selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens exerçant la précontrainte de serrage sont distincts dudit anneau de verrouillage.

3. Connecteur selon la revendication 2, caractérisé
en ce que lesdits moyens comprennent une bague de serrage.

4. Connecteur selon la revendication 3, caractérisé

en ce que ladite bague de serrage se raccorde par un filetage audit anneau de verrouillage et s'appuie sur un épaulement annulaire dudit second élément tubulaire.

5. Connecteur selon la revendication 3, caractérisé
en ce que ladite bague de serrage se raccorde par un filetage audit second élément tubulaire et comporte un épaulement an-nulaire d'accrochage d'un épaulement annulaire correspondant dudit anneau de verrouillage,

6. Connecteur selon la revendication 3, caractérisé
en ce que ladite bague de serrage se raccorde par un premier filetage audit second élément tubulaire et par un second fi-letage audit anneau de verrouillage.

7. Connecteur selon la revendication 3, caractérisé
en ce qu'il comporte des moyens d'immobilisation de ladite bague de serrage et dudit anneau de verrouillage par rapport auxdits éléments tubulaires.

8, Connecteur selon la revendication 7 adapté à une colonne montante pour l'exploration ou la production de pétrole en mer équipée de lignes périphériques solidaires desdits éléments tubulaires, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'immobilisation de l'anneau de verrouillage en position ver-rouillée par liaison de cet anneau à une première des lignes périphériques et des moyens d'immobilisation dudit anneau en position déverrouillée par liaison de cet anneau à une seconde des lignes périphériques.

9. Connecteur selon la revendication 8, caractérisé, en ce qu'il comporte des moyens d'immobilisation relative de la bague de serrage et de l'anneau de verrouillage.

10. Connecteur selon la revendication 9, caractérisé

en ce que lesdits moyens d'immobilisation relative comportent deux organes respectivement solidaires dudit anneau et de ladite bague, l'un de ces organes étant une vis de blocage et l'autre formant une came contre laquelle peut être serrée ladite vis.

11. Connecteur selon la revendication 9, caractérisé
en ce qu'il comporte des moyens pour solidariser la bague de serrage et ledit second élément tubulaire.