Dispositif de jonction du type comprenant un élément mâle et un élément femelle. lia présente invention a pour objet un dispositif de jonction du type comprenant un élément mâle et un. élément femelle, qui peut être applicable notamment lorsque les élé ments de ce dispositif sont soumis à de grands efforts de flexion et d'impact, tels que ceux qui se manifestent dans les raccords d'outils et dans les colliers des perforatrices utilisées par exemple dans les installations servant au forage des puits d'extraction de pétrole ou autres liquides par la méthode dite rotative.
Le dispositif de jonction selon l'invention est caractérisé en ce que l'élément mâle pré sente un épaulement et une partie conique filetée faisant saillie à partir de cet épaule ment; il est caractérisé en outre en ce que l'élément femelle présente un taraudage com plémentaire et est destiné à être vissé sur cette partie conique filetée, les flancs adjacents des filets convergeant selon un angle compris entre 85 et 95 .
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'objet de l'invention.
La fig. 1 est une vue en coupe pratiquée à travers l'élément mâle d'un dispositif con forme à l'invention.
La fig. 2 est une vue fragmentaire, en coupe partielle, montrant l'élément femelle correspondant.
La<U>fi-.</U> 3 est une vue en élévation, avec coupe partielle, montrant la réunion de l'élé- ment mâle que représente la fig. 1 et de l'élé ment femelle que montre la fig. 2.
La fig. 4- est une vue de détail, dessinée à ; plus grande échelle, montrant le profil des filets.
Dans la fig. 1 est représenté un élément mâle 1 présentant une partie conique 2 munie d'un filet 3. Au-dessus du filet terminal 4 se trouve une zone lisse tournée 5 se termi nant par un épaulement 6.
L'élément femelle 10, qui est représenté en fig. 2, présente une cavité 11, pourvue d'un taraudage 12 complémentaire au filet 3 de l'élément mâle 1. Extérieurement au filet 13 situé le plus près de l'embouchure se trouve un alésage 14 qui est voisin de la zone 5 de l'élément mâle (voir la fig. 3) et dont il est parlé ci-après. A l'extrémité extérieure de l'alésage 14, l'élément. 10 présente un épaule ment 15 venant porter contre l'épaulement 6 de l'élément mâle 1.
Si l'invention est appliquée à un équipe ment de forage tel que celui qui est repré senté, chacun des éléments 1 et 10 présente un alésage central 16 permettant au liquide de passer par lui. Bien que l'invention soit pré vue en vue de son utilisation dans des condi tions particulières, il doit d'ailleurs être en tendu qu'elle n'est pas limitée à cette applica tion, mais qu'elle peut trouver son emploi dans toutes les circonstances où les efforts des types susindiqués doivent être supportés. Dans la fig. 3, les éléments 1 et 10 sont représentés vissés l'un dans l'autre, les épaule ments 6 et 15 portant l'un contre l'autre.
Toute rotation relative plus accentuée a pour conséquence un effort de compression plus élevé entre les épaulements. Il se produit en même temps une déformation élastique de l'élément mâle 1 et de l'élément femelle 10 dont les contours sont alors modifiés de la manière indiquée par les lignes pointillées 17 et 18. Cette déformation élastique est d'ail leurs représentée de faon exagérée pour mieux mettre en évidence cette particularité qui constitue un facteur important du dispo sitif décrit.
Cette déformation élastique per met, en effet, une rotation relative suffisante des éléments lors de leur assemblage pour per mettre la relaxation requise tout. en mainte nant une application adéquate qui garantit des conditions de fonctionnement ainsi qu'une longévité satisfaisantes.
Dans la fig. 4 est représentée, à plus grande échelle, un fragment des filets qui constituent une caractéristique importante de l'invention. Le corps de l'élément fileté est représenté en 20; son filet 21 présente des flancs fuyants 22 et 23 qui se terminent vers l'extérieur par une Prête plate figurée ,en 24. Les expériences qui ont conduit à .l'invention ont permis de :constater, en effet, qu'on ob tient .des résultats nettement meilleurs lorsque l'angle compris entre les flancs 22 et 23 du filet 21 a une valeur allant de 85 à 95 .
On a constaté, en outre, qu'en laminant ou écrouissant les naissances des filets, on améliore la résistance à la torsion du dispo sitif. L'effet visible de ce laminage ou de cet écrouissage est mis -en évidence par la fig. 4 dans laquelle le contour des naissances du filet tel qu'il est façonné initialement est re présenté par le pointillé 25. A la suite de l'écrouissage, le contour final de la naissance du filet est représenté en 26.
Le laminage ou d'écrouissage des nais sances des filets 21 surtout dans le voisinage de l'embase de l'élément mâle 1 et .du fond de la cavité 11 de l'élément femelle 10 augmente la résistance à la fatigue de ces éléments et s'ajoute aux avanta@-es résultant des formes complémentaires spéciales de ces élément telles qu'elles ont été décrites ci-avant. On constate que cette opération :de laminage ou d'écrouissage augmente du double environ la résistance à la fatigue.
Pour améliorer encore les résultats, on peut supprimer le phénomène d'érosion des épaulements 6 et 15 et assurer une réparti tion uniforme .des efforts par contact épaule ment contre épaulement. En vue de ce résul tat, l'un des épaulements (ou les deux épaule ments) est durci à sa. surface, comme indiqué en 27 (fig. 1) sur l'épaulement 6. Ceci faci lite bien entendu le mouvement relatif de ces surfaces tout en résistant au susdit phéno mène d'érosion. La relaxation à l'intérieur du dispositif pendant le service est. par là. même insuffisante pour permettre un desserrage des éléments au cours du travail.
Le mode d'utilisation du dispositif décrit. ci-dessus ainsi que ses avantages découlent de da suite de ce texte. On supposera qu'une section de l'équipement de forage présentant l'élément mâle 1 à sa partie inférieure doit. être descendue dans l'élément femelle 10 d'une section de l'équipement déjà en place dans le puits en vue d'être relié à elle. Au moment où l'élément mâle 1. pénètre dans l'embouchure de d'élément femelle 10, il se produit entre leurs filetages un engagement mutuel, la poussée exercée par l'élément mâle étant ainsi transmise à l'élément femelle par les surfaces d'engagement.
La section droite relativement grande des filetages engagés leur permet de subir cette poussée sans dommage, de sorte que l'engagement de vissage s'opère dans des conditions parfaites. En outre, lorsqu'on jonc- tionne ainsi deux sections de l'équipement de forage, on sait que la. section supérieure oscille quand elle est suspendue dans le che- valement ou derrick . Le taraudage prévu dans d'élément femelle et le filetage de l'élé ment mâle sont, de même, étudiés de manière à empêcher le grippage.
On fait ensuite tourner l'élément mâle 1 pour amener en prise les filetages appareillés, avec un faible effort jusqu'à ce que les épau- lements 6 et 15 portent l'un contre l'autre. On applique ensuite une torsion pour réaliser un accouplement plus parfait, de sorte que les éléments 1 et 10 sont déformés élastique ment, comme représenté en 17 et 18, tandis que les épaulements 6 et 15 glissent l'un sur l'autre au fur et à mesure que les efforts de compression entre eux augmentent jusqu'à l'ajustement final. On réalise ainsi un équipe ment unitaire dans lequel toutes les parties de la matière sont utilisées avec le maximum d'efficacité.
Les filetages conjugués coopèrent pour assurer ces conditions et leurs filets sont suffisamment profonds pour qu'il n'y ait pas danger de dégagement par traction quand les efforts ultérieurs qui se produisent en service tendent à déformer davantage les éléments 1 et 10. L'écrouissage à froid des naissances des filets 21 contribue à renforcer les régions où ils ont tendance à manifester une certaine faiblesse, et la résistance totale s'en trouve donc accrue.
A junction device of the type comprising a male element and a female element. The present invention relates to a junction device of the type comprising a male element and a. female element, which may be applicable in particular when the elements of this device are subjected to great bending and impact forces, such as those which appear in the tool fittings and in the collars of the perforators used for example in installations used for drilling wells for the extraction of petroleum or other liquids by the so-called rotary method.
The junction device according to the invention is characterized in that the male element has a shoulder and a threaded conical part projecting from this shoulder; it is further characterized in that the female element has a complementary thread and is intended to be screwed onto this threaded conical part, the adjacent flanks of the threads converging at an angle of between 85 and 95.
The appended drawing represents, by way of example, an embodiment of the object of the invention.
Fig. 1 is a sectional view taken through the male element of a device according to the invention.
Fig. 2 is a fragmentary view, in partial section, showing the corresponding female element.
The <U> fi-. </U> 3 is an elevational view, with partial section, showing the union of the male element shown in FIG. 1 and the female element shown in FIG. 2.
Fig. 4- is a detail view, drawn at; larger scale, showing the profile of the fillets.
In fig. 1 is shown a male element 1 having a conical part 2 provided with a thread 3. Above the terminal thread 4 is a smooth turned zone 5 terminating in a shoulder 6.
The female element 10, which is shown in FIG. 2, has a cavity 11, provided with a thread 12 complementary to the thread 3 of the male element 1. Externally to the thread 13 located closest to the mouth is a bore 14 which is close to the zone 5 of the male element (see fig. 3) and which is discussed below. At the outer end of the bore 14, the element. 10 has a shoulder 15 coming to bear against the shoulder 6 of the male element 1.
If the invention is applied to a drilling equipment such as the one shown, each of the elements 1 and 10 has a central bore 16 allowing the liquid to pass through it. Although the invention is intended with a view to its use in particular conditions, it must also be understood that it is not limited to this application, but that it can find its use in all the circumstances in which the efforts of the above-mentioned types must be supported. In fig. 3, the elements 1 and 10 are shown screwed into one another, the shoulders 6 and 15 bearing one against the other.
Any more accentuated relative rotation results in a higher compressive force between the shoulders. At the same time, there is an elastic deformation of the male element 1 and of the female element 10, the contours of which are then modified in the manner indicated by the dotted lines 17 and 18. This elastic deformation is also represented by them from exaggerated way to better highlight this particularity which constitutes an important factor of the device described.
This elastic deformation allows, in fact, sufficient relative rotation of the elements during their assembly to allow the required relaxation all. by maintaining a proper application that guarantees satisfactory operating conditions and longevity.
In fig. 4 is shown, on a larger scale, a fragment of the threads which constitute an important characteristic of the invention. The body of the threaded element is shown at 20; its net 21 has receding flanks 22 and 23 which terminate outwardly in a flat prete figured, in 24. The experiments which led to .l'invention have made it possible to: note, in fact, that one obtains . Significantly better results when the angle between the flanks 22 and 23 of the thread 21 has a value ranging from 85 to 95.
It has also been found that by rolling or strain hardening the births of the threads, the resistance to torsion of the device is improved. The visible effect of this rolling or of this work hardening is demonstrated by FIG. 4 in which the contour of the births of the thread as it is initially shaped is shown by the dotted line 25. Following the work hardening, the final contour of the birth of the thread is shown at 26.
The rolling or work hardening of the births of the threads 21 especially in the vicinity of the base of the male element 1 and of the bottom of the cavity 11 of the female element 10 increases the resistance to fatigue of these elements and in addition to the advantages resulting from the special complementary forms of these elements as described above. It can be seen that this rolling or hardening operation increases the resistance to fatigue by approximately double.
To further improve the results, it is possible to eliminate the phenomenon of erosion of the shoulders 6 and 15 and to ensure a uniform distribution of the forces by contact between the shoulders and the shoulders. In order to achieve this, one of the shoulders (or both shoulders) is hardened at its. surface, as indicated at 27 (fig. 1) on the shoulder 6. This of course facilitates the relative movement of these surfaces while resisting the aforesaid erosion phenomenon. The relaxation inside the device during the service is. over there. even insufficient to allow the elements to be loosened during work.
The method of use of the device described. above as well as its advantages follow from this text. It will be assumed that a section of the drilling equipment having the male element 1 at its lower part must. be lowered into the female element 10 of a section of the equipment already in place in the well in order to be connected to it. As the male element 1 enters the mouth of the female element 10, a mutual engagement occurs between their threads, the thrust exerted by the male element being thus transmitted to the female element through the surfaces. commitment.
The relatively large cross section of the threads engaged allows them to undergo this thrust without damage, so that the screw engagement takes place under perfect conditions. Further, when two sections of the drilling equipment are thus joined, it is known that the. upper section oscillates when suspended in the saddle or derrick. The thread provided in the female element and the thread of the male element are likewise designed to prevent seizing.
The male element 1 is then rotated to engage the paired threads with little force until the shoulders 6 and 15 bear against each other. A twist is then applied to achieve a more perfect coupling, so that the elements 1 and 10 are elastically deformed, as shown at 17 and 18, while the shoulders 6 and 15 slide over each other as and when. as the compressive forces between them increase until the final fit. A unitary equipment is thus produced in which all the parts of the material are used with the maximum efficiency.
The conjugate threads cooperate to ensure these conditions and their threads are deep enough so that there is no danger of release by tension when the subsequent forces which occur in service tend to further deform elements 1 and 10. Work hardening cold of births 21 nets help to strengthen the regions where they tend to show some weakness, and total resistance is therefore increased.