EP4499974A1 - Joint fileté tubulaire - Google Patents

Joint fileté tubulaire

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Publication number
EP4499974A1
EP4499974A1 EP23711106.7A EP23711106A EP4499974A1 EP 4499974 A1 EP4499974 A1 EP 4499974A1 EP 23711106 A EP23711106 A EP 23711106A EP 4499974 A1 EP4499974 A1 EP 4499974A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
abutment surface
male
female
external
joint
Prior art date
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Granted
Application number
EP23711106.7A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP4499974B1 (fr
EP4499974C0 (fr
Inventor
Pierre Martin
Daly Daly
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vallourec Oil and Gas France SAS
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Vallourec Oil and Gas France SAS
Nippon Steel Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Vallourec Oil and Gas France SAS, Nippon Steel Corp filed Critical Vallourec Oil and Gas France SAS
Publication of EP4499974A1 publication Critical patent/EP4499974A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP4499974B1 publication Critical patent/EP4499974B1/fr
Publication of EP4499974C0 publication Critical patent/EP4499974C0/fr
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
    • E21B17/02—Couplings; joints
    • E21B17/04—Couplings; joints between rod or the like and bit or between rod and rod or the like
    • E21B17/042—Threaded

Definitions

  • the invention relates to the field of tubular threaded joints. More particularly, the invention relates to metallic tubular threaded joints used in the oil and gas, energy or storage industry, and in particular for use such as the exploitation of hydrocarbon wells, the transport of hydrocarbons, carbon capture or geothermal energy.
  • threadeaded joint an assembly made up of components of substantially tubular shape, metallic and assembled together by screwing.
  • the tubular components can be tubes or any type of connecting part commonly used in the field of the invention, such as sleeves.
  • Such tubular metal components have an elastic limit preferably greater than or equal to 450 MPa.
  • each tubular component comprises an end portion provided with a male threaded zone or a female threaded zone intended to be screwed with a corresponding end portion of a similar component.
  • the threaded tubular components constitute what is called a joint or connection.
  • the threads of the tubular components forming this joint have supporting flanks and engagement flanks with exactly the same pitch.
  • the disadvantage of such a joint is that axial play remains at the level of the supporting flanks and/or the thread engagement flanks. When such a joint is subjected to strong mechanical stresses, there is then a high risk that this axial play will cause leaks. Due to this axial play, the greases which are added during coupling, in particular to limit the risk of leakage, are stored in the gaps formed between the load-bearing sides and the engagement sides.
  • a first aim of the invention is to significantly reduce the risk of seizure at the level of a threaded joint while improving the resistance of the threaded joint to mechanical stress. Furthermore, a second aim of the invention is to reduce the operational costs generated by the use of the threaded joint while simplifying operations on site.
  • the invention provides a threaded joint having a longitudinal axis x, said joint comprising a first tubular component and a second tubular component, the first tubular component and the second tubular component being screwed to each other, the first component comprising a first tube and a male element disposed at one end of said first tube, the male element comprising successively from the first tube towards a male internal abutment surface of said male element: an external male abutment surface, at least one first male threaded portion having a variable width thread profile with self-locking tightening, and the internal male abutment surface, the second component comprising a second tube and a female element disposed at one end of said second tube, the female element comprising successively from the second tube towards a female external abutment surface of said female element: a female internal abutment surface, at least a first female threaded portion having a variable width thread profile with self-locking tightening, a female lip, and the external abutment surface
  • the gap formed between the male external abutment surface and the female external abutment surface makes it possible to reduce the compressive force exerted on the flanks of the threads when the load which is applied in compression exceeds the elastic limit of the joint.
  • the abutment surface external male and the external female abutment surface come into contact as soon as the axial compressive load becomes greater than the elastic limit of the threads.
  • the compressive load is immediately distributed on the one hand, on the sides of the threads, and on the other hand, on the surfaces of the male and female external stops.
  • Such distribution of the load makes it possible to maintain the tightness conferred by the thread.
  • Such an architecture of the male and female elements thus makes it possible to obtain a joint having better performance in compression, in particular after its elastic limit.
  • the internal diameter of a joint decreases axially from the external abutment surfaces to the internal abutment surfaces. Therefore, the area of an external stop is necessarily greater than the area of an intermediate stop, and an intermediate stop surface is necessarily greater than an internal stop surface. Therefore, the fact that the thrust contact is made between the external thrust surfaces allows a greater thrust contact area and therefore a greater torque capacity than that of a joint whose thrust contact is made at the level d an internal or intermediate shoulder. In other words, the fact that the abutment contact is made between the external abutment surfaces makes it possible to support higher axial compressive loads in comparison to an abutment contact which would be made at the level of an internal or intermediate shoulder.
  • [1 l]Variable width and self-locking threads such as those used in the invention prevent a gap from being formed at the joint thread.
  • the integrity, and in particular the tightness, of the joint are entirely produced by the torque generated by the contact between, on the one hand, the carrying flanks and the thread engagement flanks of the first tubular component, and on the other hand, the carrying flanks and the thread engagement flanks of the second tubular component. Therefore, with such a seal, it is not necessary to use greases to achieve sealing, which reduces the quantity of grease used and therefore reduces operational costs.
  • the male element comprises a male external housing which extends from the male external abutment surface to the male threaded portion.
  • the external male abutment surface has an inclination of angle a relative to a first axis y, said first axis y being perpendicular to the longitudinal axis x, and in that the surface of female external stop has an inclination of angle P relative to a second axis y”, said second axis y” being perpendicular to the longitudinal axis x, the angles a and P being such that the external male stop surface and the surface of female external stop are substantially parallel. In other words, the angles a and P are approximately equal.
  • the male external abutment surface and the female external abutment surface are always face-to-face, so as to present a maximum contact surface between them, which improves the performance of the joint in compression.
  • any value given to the angle a corresponds to an angle value measured in the trigonometric direction between the male external stop surface and the axis y.
  • any value given to the angle P corresponds to an angle value measured in the trigonometric direction between the external female abutment surface and the y axis.
  • the y axis and the male external abutment surface are coaxial and, the y axis and the female external abutment surface are coaxial.
  • the angles a and P thus formed are either bare angles or flat angles. A zero angle being defined as having a value of 0° and a flat angle being defined as having a value of 180°.
  • angles a and P both have either a value of 0° or a value of 180°.
  • angles a and P are such that: 0° ⁇ a ⁇ 30° and 0° ⁇ p ⁇ 30°. Beyond 30°, when an axial compressive load is applied to the seal, the lip may begin to flex, which may lead to lip failure. [19] According to one embodiment, the angles a and P are such that: 0° ⁇ a ⁇ 10° and o° ⁇ p ⁇ io°.
  • angles a are such that: 0° ⁇ a ⁇ 5° and 0° ⁇ P ⁇ 5°.
  • the gap has an axial length of between 0.10 mm and 1.75 mm.
  • the gap has an axial length of between 0.10 mm and 0.82 mm, and even more preferably between 0.10 mm and 0.63 mm., ideally, the gap has an axial length of between 0. 10mm and 0.50mm. This allows the gap to close and therefore leads to the improvement of the compressive strength in an optimal manner according to the compression capacities involved in the field of the invention.
  • the gap has an axial length such that: BSL x(0.5%)/4 ⁇ gap (30) ⁇ BSL *0.7% where BSL is in mm.
  • the minimum value makes it possible to reduce the compressive force exerted on the sides of the threads when the load which is applied in compression exceeds the elastic limit of the joint from 25% of the compression capacity of the joint according to the invention .
  • the maximum value makes it possible to reduce the compressive force exerted on the sides of the threads when the load which is applied in compression reaches 100% of the compression capacity of the joint according to the invention.
  • screw state means the fact that the tubular components are connected to each other so as to form a joint suitable for use in the field of the invention.
  • tightness is a property necessary for the use of the seal in a field of the invention.
  • Axial length means a length which extends and which is measured along the longitudinal axis x.
  • the first axial length BSL and the second axial length BSL can be measured.
  • the first axial length BSL can be measured from a first female inner radial end to a second female inner radial end.
  • the second axial length PSL can be measured from a first male inner radial end to a second male inner radial end.
  • self-locking tightening thread is meant the fact that the thread of the male thread has an increasing width axially in a first direction and the thread of the female thread has an increasing width axially in a second direction, said second direction being opposite to the first meaning.
  • the width of the self-locking tightening threads can vary axially, that is to say along the longitudinal axis x, and/or radially, that is to say along an axis perpendicular to the longitudinal axis x. When the width of the threads varies radially, the threads then have a dovetail profile.
  • an abutment surface is capable of being in abutment contact but is not necessarily so once the joint is in the screwed state.
  • Figure 1 is a diagram of a longitudinal sectional view of a threaded joint whose two tubular components are screwed to one another, according to one embodiment of the invention (thread not shown).
  • Figure 2 is a diagram of a close-up view of detail A of the threaded joint according to the invention of Figure 1 (thread not shown).
  • Figure 3 is a diagram of a close-up view of a variant of detail A of a threaded joint according to one embodiment of the invention (thread not shown).
  • Figure 1 illustrates a longitudinal sectional view of a threaded joint 1 comprising a first tubular component Cl and a second tubular component C2 screwed to one another, according to one embodiment of the invention.
  • the first tubular component Cl comprises a first tube 10 and a male element 15.
  • the male element 15 is disposed at one end of the first tube 10.
  • the male element 15 is directly adjacent to the first tube 10.
  • the element male 15 extends axially from a male external abutment surface 11 to a male internal abutment surface 13.
  • the male element 15 successively comprises, from the male external abutment surface 11: a male external housing 14, a portion male threaded thread 12 having a variable width thread profile with self-locking tightening (not shown), and the internal male abutment surface 13.
  • the thread is not described in detail in the present patent application, those skilled in the art can refer to patent EP2999841 which describes a self-locking thread suitable for use in any embodiment of the present invention.
  • the external male abutment surface 11 extends radially between a first external male radial end 16 and a first internal male radial end 18.
  • the first internal male radial end 18 can be a fillet having a radius of curvature between 0.1 mm and 5.0 mm and connecting the male external abutment surface 11 and the male external housing 14.
  • the male internal abutment surface 13 extends radially between a second male external radial end 17 and a second male internal radial end 19.
  • the second male external radial end 17 and the second male internal radial end 19 may be edge breaks or roundings each having a respective radius of curvature and each being directly adjacent to the male internal abutment surface 13.
  • the external male housing 14 extends from the first internal radial male end 18 to the start of the male threaded portion 12.
  • the external male housing 14 has a non-threaded surface which can have a cylindrical or frustoconical shape.
  • the male external housing 14 has a cylindrical non-threaded surface which forms a right angle with the male external abutment surface 11, in other words, the non-threaded surface of the male external housing 14 and the male external abutment surface 11 are orthogonal.
  • the male threaded portion 12 is conical, for example with a half-angle of conicity of between 0.5° and 5°, preferably between 1° and 3°.
  • the male threaded portion 12 is disposed on the exterior of the male element and extends from the external male housing 14 to the second external male radial end 17.
  • the thread (not shown) of the threaded portion 12 has a variable width thread profile with self-locking tightening, such as a type thread
  • the second tubular component C2 comprises a second tube 20 and a female element 25.
  • the female element 25 is arranged at one end of the second tube 20.
  • the female element 25 is directly adjacent to the second tube 20.
  • the element female 25 extends axially from a female external abutment surface 21 to an internal female abutment surface 23.
  • the female element 25 successively comprises, from the external female abutment surface 21: a female lip 24, a threaded portion 12 presenting a thread profile with variable width with self-locking clamp (not shown), an internal female housing 28, and the internal female abutment surface 23.
  • the female external abutment surface 21 and the male external abutment surface 11 are arranged facing each other so as to delimit a gap 30 between them.
  • the gap 30 has a axial length of 0.43 mm.
  • the female external abutment surface 21 extends radially between a first female external radial end 29 and a first female internal radial end 26.
  • the first female internal radial end 26 may be an edge break or a rounding having a radius of curvature between 0.1 mm and 5.0 mm and being directly adjacent to the female external abutment surface 21.
  • the female internal abutment surface 23 is arranged facing the male internal abutment surface 13 and at a distance therefrom, for example at an axial distance of between 2 mm and 15 mm.
  • the internal female abutment surface 23 extends from a second internal female radial end 27 to the internal female housing 28.
  • the internal female abutment surface 23 may be straight or rounded so as to form a fillet.
  • the internal female abutment surface 23 forms a fillet which has a radius of curvature whose value can for example be between 0.2 mm and 6.0 mm, preferably between 0.5 mm and 1.5 mm.
  • the female lip 24 has an internal surface 31 facing the male external housing 14.
  • the internal surface 31 is a non-threaded surface and has a cylindrical shape.
  • the internal surface 31 extends from the first internal female radial end 26 to a distal thread flank 32 of the female threaded portion 22.
  • the female threaded portion 22 has a conicity substantially equal to that of the male threaded portion 12.
  • the female threaded portion 22 is disposed on the inside of the female element 25 and extends from the internal female housing 28 to 'to the distal thread flank 32.
  • the thread (not shown) of the threaded portion 22 has a variable width thread profile with self-locking tightening, such as a "wedge" type thread in English.
  • the female internal housing 28 is directly adjacent to the fillet formed by the female internal abutment surface 27 and extends to the female threaded portion 22.
  • the female internal housing 28 has a non-threaded surface which can have a cylindrical or frustoconical shape. In Figure 1, the internal female housing 28 has a cylindrical non-threaded surface.
  • a first axial length BSL extends and is measured axially between the first female interior radial end 26 and the second female interior radial end 27, we therefore take the distance between the points projected radially on the x axis.
  • the first axial length BSL can be between 60 mm and 300 mm, preferably between 100 mm and 250 mm, and even more preferably between 110 mm and 225 mm. In Figure 1, the first axial length BSL is 217 mm.
  • a second axial length PSL extends and is measured axially between the first male interior radial end 18 and the second male interior radial end 19, we therefore take the distance between the points projected radially on the x axis.
  • the first axial length PSL can be between 60 mm and 300 mm, preferably between 100 mm and 250 mm, and even more preferably between 110 m and 225 m.
  • the second axial length PSL is 208mm.
  • Figure 2 illustrates a close-up view of detail A of the threaded joint shown schematically in Figure 1.
  • the gap 30 is delimited by the male external abutment surface 11 and the female external abutment surface 21.
  • the male external abutment surface 11 and the female external abutment surface 21 are parallel.
  • the male external abutment surface 11 and the female external abutment surface 21 are orthogonal to the longitudinal axis x of the threaded joint 1.
  • the male external abutment surface 11 forms with the y axis an angle a which is a flat angle or a zero angle.
  • the female external abutment surface 21 forms with the axis y” an angle P which is a flat angle or a zero angle.
  • FIG. 3 illustrates a close-up view of a variant of detail A shown schematically in Figure 2.
  • the male external abutment surface 11 is inclined at an angle a relative to the y axis
  • the female external abutment surface 21 is inclined at an angle P relative to the y axis.
  • the y and y” axes are both orthogonal to the longitudinal x axis.
  • the angle a can have a value between 0.1° and 30°, preferably between 0.1° and 10°, even more preferably between 0.1° and 5°.
  • the angle P can have a value between 0.1° and 30°, preferably between 0.1° and 10°, even more preferably between 0.1° and 5°. In the embodiment of Figure 3, the angle a and the angle P both have a value of 15°.
  • the gap 30 thus formed between the male external abutment surface 11 and the female external abutment surface 21 has an axial length which can be between 0.10 mm and 1.75 mm. In the embodiment illustrated in Figure 3, the gap 30 has an axial length of 0.43 mm.

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Abstract

Joint fileté (1) présentant un axe longitudinal (x), ledit joint comprenant un premier composant tubulaire (C1) et un deuxième composant tubulaire (C2) vissés l'un à l'autre, une première longueur axiale BSL entre une surface de butée interne femelle (23) et une surface de butée externe femelle (21) étant plus grande qu'une deuxième longueur axiale PSL entre une surface de butée interne mâle (13) et une surface de butée externe mâle (11), la première longueur axiale BSL et la deuxième longueur axiale PSL étant telles qu'un interstice (30) est formé entre la surface de butée externe mâle (11) et la surface de butée externe femelle (21), ledit interstice (30) étant apte à être fermé par contact entre la surface de butée externe mâle (11) et la surface de butée externe femelle (21) lorsqu'une charge compressive axiale est appliquée.

Description

Description
Titre de l’invention : Joint fileté tubulaire
Domaine technique
[1]L’ invention se rapporte au domaine des joints filetés tubulaires. Plus particulièrement, l’invention concerne des joints filetés tubulaires métalliques utilisés dans l’industrie du pétrole et du gaz, de l’énergie ou du stockage, et notamment pour une utilisation telle que l’exploitation de puits d’hydrocarbures, le transport d’hydrocarbures, la capture de carbone ou la géothermie.
Arrière-plan technologique
[2] On entend ici par « joint fileté » un ensemble constitué de composants de forme sensiblement tubulaire, métalliques et assemblés entre eux par vissage. Les composants tubulaires peuvent être des tubes ou tout type de pièce de raccordement communément utilisée dans le domaine de l’invention, tels que des manchons. De tels composants tubulaires métalliques possèdent une limite d’élasticité de préférence supérieur ou égale à 450 MPa.
[3]Chaque composant tubulaire comporte une portion d’extrémité dotée d’une zone filetée mâle ou d’une zone filetée femelle destinée à être vissée avec une portion d’extrémité correspondante d’un composant analogue. Ainsi assemblés, les composants tubulaires filetés constituent ce que l’on appelle un joint ou une connexion.
[4] Ces joints sont soumis à une grande variété de contraintes de traction ou de compression axiale, de pression intérieur ou extérieure de fluide, de flexion ou encore de torsion, éventuellement combinées et d’intensité pouvant fluctuer. L’étanchéité doit être assurée malgré ces contraintes et malgré les conditions d’emploi rudes sur chantier.
[5]Ces dernières années, la demande des opérateurs dans le domaine de l’invention a évolué. Ainsi, il est de plus en plus demandé par les opérateurs que les joints filetés présentent une meilleure résistance à toutes ces contraintes, notamment lorsque la charge de la contrainte appliquée au joint dépasse la limite d’élasticité dudit joint. [6]Pour répondre à cette demande, l’art antérieur décrit dans le brevet EP3572612 : un joint fileté tubulaire comprenant une extrémité femelle tubulaire s’étendant depuis un corps principal d’un premier élément tubulaire, et une extrémité mâle tubulaire s’étendant depuis un corps principal d’un second élément tubulaire. Ce joint présente deux portions filetées étagées, entre lesquelles est disposée une première butée. Le joint comprend en outre une deuxième butée formée par une extrémité libre mâle et un épaulement interne femelle. Les filetages des composants tubulaires formant ce joint présentent des flancs porteurs et des flancs d’engagements avec exactement le même pas. L’inconvénient d’un tel joint est qu’un jeu axial subsiste au niveau des flancs porteurs et/ou des flancs d’engagement du filetage. Lorsqu’un tel joint est soumis à de fortes contraintes mécaniques, il existe alors un risque élevé que ce jeu axial engendre des fuites. En raison de ce jeu axial, les graisses qui sont ajoutées lors du couplage, notamment pour limiter le risque de fuite, sont stockées dans les interstices formés entre les flancs porteurs et les flancs d’engagements. Ainsi, lorsqu’un tel joint passe d’un premier état de contrainte en traction, à un deuxième état de contrainte en compression, les interstices qui étaient ouverts dans le premier état de contrainte se referment, ouvrant ainsi de nouveaux interstices entre les flancs de filets qui étaient en contact dans le premier état de contrainte mais qui ne le sont plus dans le deuxième état de contrainte. Un tel passage d’un état de contrainte à un autre entraine un mouvement des graisses depuis les interstices qui étaient ouverts dans le premier état de contrainte du joint, vers les interstices qui sont formés lorsque le joint passe dans le deuxième état de contrainte. Avec un tel mouvement des graisses dans le filetage, les flancs porteur et les flancs d’engagement sont alternativement espacés les uns des autres, puis directement en contact, et inversement, selon l’état de contrainte dans lequel le joint se trouve. Le fait que les flancs des filets entrent régulièrement en contact direct entraine une augmentation significative du risque de grippage, ce qui diminue fortement la durée de vie des joints. Par conséquent, de tels joints doivent être changés fréquemment, ce qui complexifie la maintenance pour les opérateurs tout en générant des coûts opérationnels supplémentaires.
Résumé
[7]Afin de pallier les inconvénients ci-dessus, un premier but de l’invention est de réduire significativement le risque de grippage au niveau d’un joint fileté tout en améliorant la résistance du joint fileté aux contraintes mécaniques. En outre, un deuxième but de l’invention est de réduire les coûts opérationnels générés par l’utilisation du joint fileté tout en simplifiant les opérations sur chantier.
[8]Ainsi, l’invention fournit un joint fileté présentant un axe longitudinal x, ledit joint comprenant un premier composant tubulaire et un deuxième composant tubulaire, le premier composant tubulaire et le deuxième composant tubulaire étant vissés l’un à l’autre, le premier composant comprenant un premier tube et un élément mâle disposé à une extrémité dudit premier tube, l’élément mâle comprenant successivement depuis le premier tube vers une surface de butée interne mâle dudit élément mâle : une surface de butée externe mâle, au moins une première portion filetée mâle présentant un profil de filets à largeur variable à serrage autobloquant, et la surface de butée interne mâle, le deuxième composant comprenant un deuxième tube et un élément femelle disposé à une extrémité dudit deuxième tube, l’élément femelle comprenant successivement depuis le deuxième tube vers une surface de butée externe femelle dudit élément femelle : une surface de butée interne femelle, au moins une première portion filetée femelle présentant un profil de filets à largeur variable à serrage autobloquant, une lèvre femelle, et la surface de butée externe femelle, une première longueur axiale BSL entre la surface de butée interne femelle et la surface de butée externe femelle étant plus grande qu’une deuxième longueur axiale PSL entre la surface de butée interne mâle et la surface de butée externe mâle, la première longueur axiale BSL et la deuxième longueur axiale PSL étant telles qu’un interstice est formé entre la surface de butée externe mâle et la surface de butée externe femelle, ledit interstice étant apte à être fermé par contact entre la surface de butée externe mâle et la surface de butée externe femelle lorsqu’une charge compressive axiale est appliquée.
[9] L’interstice formé entre la surface de butée externe mâle et la surface de butée externe femelle permet d’alléger l’effort en compression exercé sur les flancs des filets lorsque la charge qui est appliquée en compression dépasse la limite d’élasticité du joint. Ainsi, lorsque les composants tubulaires sont vissés l’un à l’autre et qu’une charge compressive axiale est appliquée, la surface de butée externe mâle et la surface de butée externe femelle entrent en contact dès que la charge compressive axiale devient supérieure à la limite d’élasticité des filets. Cela a pour conséquence que la charge compressive est immédiatement répartie d’une part, sur les flancs des filets, et d’autre part, sur les surfaces des butées externes mâle et femelle. Une telle répartition de la charge permet de conserver l’étanchéité conférée par le filetage. Une telle architecture des éléments mâle et femelle permet ainsi d’obtenir un joint présentant de meilleures performances en compression, notamment après sa limite d’élasticité.
[10] Le diamètre interne d’un joint est axial ement décroissant depuis les surfaces de butées externes vers les surfaces de butées internes. Par conséquent, la surface d’une butée externe est nécessairement supérieure à la surface d’une butée intermédiaire, et une surface de butée intermédiaire est nécessairement supérieur à une surface de butée interne. Par conséquent, le fait que le contact de butée se fasse entre les surfaces de butées externes permet une plus grande surface de contact de butée et donc une capacité de couple supérieure à celle d’un joint dont le contact de butée se fait au niveau d’un épaul ement interne ou intermédiaire. Autrement dit, le fait que le contact de butée se fasse entre les surfaces de butées externes permet de supporter des charges compressives axiales supérieurs en comparaison d’un contact de butée qui se ferait au niveau d’un épaulement interne ou intermédiaire.
[1 l]Des filets à largeur variable et à serrage autobloquant tels que ceux utilisés dans l’invention empêchent qu’un interstice soit formé au niveau du filetage du joint. Ainsi, lorsque le premier composant tubulaire et le deuxième composant tubulaire sont vissés l’un à l’autre et qu’aucune charge compressive axiale n’est appliquée, l’intégrité, et notamment l’étanchéité, du joint sont entièrement produites par le couple généré par le contact entre d’une part, les flancs porteurs et les flancs d’engagement du filet du premier composant tubulaire, et d’autre part, les flancs porteurs et les flancs d’engagement du filet du deuxième composant tubulaire. Par conséquent, avec un tel joint, il n’est pas nécessaire d’utiliser des graisses pour obtenir l’étanchéité, ce qui diminue la quantité de graisse utilisée et donc diminue les coûts opérationnels. D’autre part, en raison de l’absence d’un jeu axial entre les filets, le risque de grippage lors d’un changement d’état de contrainte, par exemple lors d’un passage d’un état de traction à un état de compression, le risque de grippage est quasiment nul et la durée de vie d’un tel joint est par conséquent augmentée de façon significative.
[12]Selon un mode de réalisation, l’élément mâle comprend un logement externe mâle qui s’étend depuis la surface de butée externe mâle jusqu’à la portion filetée mâle.
[13] Selon un mode de réalisation, la surface de butée externe mâle présente une inclinaison d’angle a par rapport à un premier axe y, ledit premier axe y étant perpendiculaire à l’axe longitudinal x, et en ce que la surface de butée externe femelle présente une inclinaison d’angle P par rapport à un deuxième axe y”, ledit deuxième axe y” étant perpendiculaire à l’axe longitudinal x, les angles a et P étant tels que la surface de butée externe mâle et la surface de butée externe femelle sont sensiblement parallèles. Autrement dit, les angles a et P sont sensiblement égaux.
[14]Grâce à ces caractéristiques, quelle que soit la valeur des angles a et P, la surface de butée externe mâle et la surface de butée externe femelle sont toujours en face-à-face, de sorte à présenter une surface de contact maximale entre elles, ce qui permet d’améliorer la performance du joint en compression.
[15]Pour des raisons de clarté il est ici précisé que, dans la présente demande, toute valeur donnée à l’angle a correspond à une valeur d’angle mesurée dans le sens trigonométrique entre la surface de butée externe mâle et l’axe y. De la même façon, toute valeur donnée à l’angle P correspond à une valeur d’angle mesurée dans le sens trigonométrique entre la surface de butée externe femelle et l’axe y”
[16] Selon un mode de réalisation, l’axe y et la surface de butée externe mâle sont coaxiaux et, l’axe y” et la surface de butée externe femelle sont coaxiaux. Les angles a et P ainsi formés sont soit des angles nuis, soit des angles plats. Un angle nul étant définit comme présentant une valeur de 0° et, un angle plat étant définit comme présentant une valeur de 180°.
[17] Selon un mode de réalisation, les angles a et P ont tous les deux, soit une valeur de 0°, soit une valeur de 180°.
[18] Selon un mode de réalisation, les angles a et P sont tels que : 0°< a <30° et 0°<p<30°. Au-delà de 30°, lorsqu’une charge compressive axiale est appliquée au joint, la lèvre peut commencer à fléchir, ce qui risque de mener à la rupture de la lèvre. [19] Selon un mode de réalisation, les angles a et P sont tels que : 0°< a <10° et o°<p<io°.
[20] Selon un mode de réalisation, les angles a et sont tels que : 0°< a <5° et 0°<P<5°.
[21]Lorsqu’un joint subit une charge compressive axiale, et notamment lorsque celle-ci dépasse la limite d’élasticité dudit joint, l’extrémité de l’élément femelle a tendance à subir une force mécanique orientée radial ement vers l’extérieur du tube. Ce phénomène tend à diminuer la surface de contact entre la surface de butée externe mâle et la surface de butée externe femelle, ce qui tend à diminuer la performance en compression du joint. De telles valeurs des angles d’inclinaison des surfaces de butées externes mâle et femelle permettent d’orienter la force radialement vers l’intérieur du tube et donc d’éviter ce phénomène.
[22] Selon un mode de réalisation, l’interstice présente une longueur axiale comprise entre 0,10 mm et 1,75 mm. Préférentiellement, l’interstice présente une longueur axiale comprise entre 0,10 mm et 0,82 mm, et encore plus préférentiellement entre 0,10 mm et 0,63 mm., idéalement, l’interstice présente une longueur axiale comprise entre 0,10 mm et 0,50 mm. Ceci permet à l’interstice de se refermer et donc mène à l’amélioration de la résistance en compression de manière optimale selon les capacités de compression enjeu dans le domaine de l’invention.
[23]De manière préférentielle, l’interstice présente une longueur axiale telle que : BSL x(0,5%)/4 <interstice (30)<BSL *0,7% où BSL est en mm.
La valeur minimum permet d’alléger l’effort en compression exercé sur les flancs des filets lorsque la charge qui est appliquée en compression dépasse la limite d’élasticité du joint à partir de 25% de la capacité de compression du joint selon l’invention.
La valeur maximum permet d’alléger l’effort en compression exercé sur les flancs des filets lorsque la charge qui est appliquée en compression atteint 100% de la capacité de compression du joint selon l’invention.
Définitions
[24]Dans la présente demande, on entend par « état vissé » le fait que les composants tubulaires sont raccordés l’un à l’autre de sorte à former un joint adapté pour une utilisation dans le domaine de l’invention. Attire d’exemple, on peut citer l’étanchéité comme étant une propriété nécessaire à l’utilisation du joint dans un domaine de l’invention.
[25] On entend par « longueur axiale » une longueur qui s’étend et qui se mesure selon l’axe longitudinal x.
[26]Pour des raison de clarté, il est ici présenté une manière dont la première longueur axiale BSL et la deuxième longueur axiale BSL peuvent être mesurées. Ainsi, la première longueur axiale BSL peut être mesurée depuis une première extrémité radiale intérieure femelle jusqu’à une deuxième extrémité radiale intérieure femelle. On prend donc la distance entre les points projetés radialement sur l’axe x. De façon analogue, la deuxième longueur axiale PSL peut être mesurée depuis une première extrémité radiale intérieur mâle jusqu’à une deuxième extrémité radiale intérieure mâle. On prend donc également la distance entre les points projetés radialement sur l’axe x.
[27] On entend par « filet à serrage autobloquant » le fait que le filet du filetage mâle présente une largeur croissante axialement dans un premier sens et, le filet du filetage femelle présente une largeur croissante axialement dans un deuxième sens, ledit deuxième sens étant opposé au premier sens. La largeur des filets à serrage autobloquants, tels que ceux utilisés dans l’invention, peut varier axialement, c’est-à-dire selon l’axe longitudinal x, et/ou radialement, c’est-à-dire selon un axe perpendiculaire à l’axe longitudinal x. Lorsque la largeur des filets varie radialement, les filets ont alors un profil en queue d’aronde.
[28] A noter que pour le filetage dit « wedge », les portions filetées sont proposées avec une valeur de pas différente pour le flanc porteur et pour le flanc d'engagement, de sorte que l'hélice de ce type de filetage propose une largeur de dents qui augmente au fur et à mesure des tours d'hélice, d'une extrémité à l'autre, des creux définis entre les spires de cette hélice diminuant selon la même progression.
[29] Il est à noter que dans le cadre de l’invention, une surface de butée est apte à être en contact de butée mais ne l’est pas forcément une fois le joint à l’état vissé.
Brève description des figures
[30] L’invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description suivante de plusieurs modes de réalisation particuliers de l’invention, donnés uniquement à titre illustratif et non limitatif, en référence aux dessins annexés. [31]I1 doit être compris, cependant, que la présente demande n'est pas limitée aux arrangements, structures, caractéristiques, modes de réalisation et apparence précis indiqués. Les dessins ne sont pas dessinés à l'échelle et ne sont pas destinés à limiter la portée des revendications au(x) mode(s) de réalisation représ enté(s) dans ces dessins.
[32]Par conséquent, il doit être compris que lorsque des caractéristiques mentionnées dans les revendications sont suivies par des références, lesdites références sont inclues uniquement en vue d’améliorer la compréhension des revendications et ne limitent en aucun cas la portée de ces dernières.
[fig. 1] La figure 1 est un schéma d’une vue en coupe longitudinale d’un joint fileté dont les deux composants tubulaires sont vissés l’un à l’autre, selon un mode de réalisation de l’invention (filetage non représenté).
[fig. 2] La figure 2 est un schéma d’une vue rapprochée du détail A du joint fileté selon l’invention de la figure 1 (filetage non représenté).
[fig. 3] La figure 3 est un schéma d’une vue rapprochée d’une variante du détail A d’un joint fileté selon un mode de réalisation de l’invention (filetage non représenté).
Description des modes de réalisation
[33]La figure 1 illustre une vue en coupe longitudinale d’un joint fileté 1 comprenant un premier composant tubulaire Cl et un deuxième composant tubulaire C2 vissés l’un à l’autre, selon un mode de réalisation de l’invention.
[34]Le premier composant tubulaire Cl comprend un premier tube 10 et un élément mâle 15. L’élément mâle 15 est disposé à une extrémité du premier tube 10. L’élément mâle 15 est directement adjacent au premier tube 10. L’élément mâle 15 s’étend axialement depuis une surface de butée externe mâle 11 jusqu’à une surface de butée interne mâle 13. L’élément mâle 15 comprend successivement, depuis la surface de butée externe mâle 11 : un logement externe mâle 14, une portion filetée mâle 12 présentant un profil de filets à largeur variable à serrage autobloquant (non représenté), et la surface de butée interne mâle 13. Bien que le filetage ne soit pas décrit en détail dans la présente demande de brevet, l’homme du métier peut se référer au brevet EP2999841 qui décrit un filetage autobloquant apte à être utilisé dans n’importe quel mode de réalisation de la présente invention. [35] La surface de butée externe mâle 11 s’étend radial ement entre une première extrémité radiale extérieure mâle 16 et une première extrémité radiale intérieure mâle 18. La première extrémité radiale intérieure mâle 18 peut être un congé présentant un rayon de courbure compris entre 0.1 mm et 5.0 mm et raccordant la surface de butée externe mâle 11 et le logement externe mâle 14.
[36]La surface de butée interne mâle 13 s’étend radial ement entre une deuxième extrémité radiale extérieure mâle 17 et une deuxième extrémité radiale intérieure mâle 19. La deuxième extrémité radiale extérieure mâle 17 et la deuxième extrémité radiale intérieure mâle 19 peuvent être des cassages d’arête ou des arrondis présentant chacun un rayon de courbure respectif et étant chacun directement adjacent à la surface de butée interne mâle 13.
[37]Le logement externe mâle 14 s’étend depuis la première extrémité radiale intérieure mâle 18 jusqu’au début de la portion filetée mâle 12. Le logement externe mâle 14 présente une surface non filetée qui peut présenter une forme cylindrique ou tronconique. Sur la figure 1, le logement externe mâle 14 présente une surface non filetée cylindrique qui forme un angle droit avec la surface de butée externe mâle 11, autrement dit, la surface non filetée du logement externe mâle 14 et la surface de butée externe mâle 11 sont orthogonales.
[38]La portion filetée mâle 12 est conique, par exemple de demi-angle de conicité compris entre 0.5° et 5°, préférentiellement entre 1° et 3°. La portion filetée mâle 12 est disposée sur l’extérieur de l’élément mâle et s’étend depuis le logement externe mâle 14 jusqu’à la deuxième extrémité radiale extérieure mâle 17. Le filetage (non représenté) de la portion filetée 12 présente un profil de filets à largeur variable à serrage autobloquant, tel qu’un filetage de type
« wedge » en anglais.
[39]Le deuxième composant tubulaire C2 comprend un deuxième tube 20 et un élément femelle 25. L’élément femelle 25 est disposé à une extrémité du deuxième tube 20. L’élément femelle 25 est directement adjacent au deuxième tube 20. L’élément femelle 25 s’étend axialement depuis une surface de butée externe femelle 21 jusqu’à une surface de butée interne femelle 23. L’élément femelle 25 comprend successivement, depuis la surface de butée externe femelle 21 : une lèvre femelle 24, une portion filetée 12 présentant un profil de filets à largeur variable à serrage autobloquant (non représenté), un logement interne femelle 28, et la surface de butée interne femelle 23.
[40]La surface de butée externe femelle 21 et la surface de butée externe mâle 11 sont disposées en regard l’une de l’autre de sorte à délimiter entre elles un interstice 30. Sur la figure 1, l’interstice 30 présente une longueur axiale de 0,43 mm.
[41]La surface de butée externe femelle 21 s’étend radialement entre une première extrémité radiale extérieure femelle 29 et une première extrémité radiale intérieure femelle 26. La première extrémité radiale intérieur femelle 26 peut être un cassage d’arête ou un arrondi présentant un rayon de courbure compris entre 0.1 mm et 5.0 mm et étant directement adjacent à la surface de butée externe femelle 21.
[42]La surface de butée interne femelle 23 est disposée face à la surface de butée interne mâle 13 et à distance de celle-ci, par exemple à une distance axiale comprise entre 2 mm et 15 mm. La surface de butée interne femelle 23 s’étend à partir d’une deuxième extrémité radiale intérieure femelle 27 jusqu’au logement interne femelle 28. La surface de butée interne femelle 23 peut être droite ou arrondie de sorte à former un congé. Sur la figure 1, la surface de butée interne femelle 23 forme un congé qui présente un rayon de courbure dont la valeur peut par exemple être comprise entre 0.2 mm et 6.0 mm, préférentiellement entre 0.5 mm et 1.5 mm.
[43]La lèvre femelle 24 présente une surface interne 31 faisant face au logement externe mâle 14. La surface interne 31 est une surface non filetée et présente une forme cylindrique. La surface interne 31 s’étend depuis la première extrémité radiale intérieure femelle 26 jusqu’à un flanc de filet distal 32 de la portion filetée femelle 22.
[44]La portion filetée femelle 22 présente une conicité sensiblement égale à celle de la portion filetée mâle 12. La portion filetée femelle 22 est disposée sur l’intérieur de l’élément femelle 25 et s’étend depuis le logement interne femelle 28 jusqu’au flanc de filet distal 32. Le filetage (non représenté) de la portion filetée 22 présente un profil de filets à largeur variable à serrage autobloquant, tel qu’un filetage de type « wedge » en anglais.
[45] Le logement interne femelle 28 est directement adjacent au congé formé par la surface de butée interne femelle 27 et s’étend jusqu’à la portion filetée femelle 22. Le logement interne femelle 28 présente une surface non filetée qui peut présenter une forme cylindrique ou tronconique. Sur la figure 1, le logement interne femelle 28 présente une surface non filetée cylindrique.
[46]Une première longueur axiale BSL s’étend et se mesure axialement entre la première extrémité radiale intérieure femelle 26 et la deuxième extrémité radiale intérieure femelle 27, on prend donc la distance entre les points projetés radialement sur l’axe x. La première longueur axiale BSL peut être comprise entre 60 mm et 300 mm, préférentiellement entre 100 mm et 250 mm, et encore plus préférentiellement entre 110 mm et 225 mm. Sur la figure 1, la première longueur axiale BSL est de 217 mm.
[47]Une deuxième longueur axiale PSL s’étend et se mesure axialement entre la première extrémité radiale intérieure mâle 18 et la deuxième extrémité radiale intérieure mâle 19, on prend donc la distance entre les points projetés radialement sur l’axe x. La première longueur axiale PSL peut être comprise entre 60 mm et 300mm, préférentiellement entre 100mm et 250mm, et encore plus préférentiellement entre 110m et 225m. Sur la figure 1, la deuxième longueur axiale PSL est de 208mm.
[48]La figure 2 illustre une vue rapprochée du détail A du joint fileté schématisé à la figure 1.
[49] L’interstice 30 est délimité par la surface de butée externe mâle 11 et la surface de buté externe femelle 21. La surface de butée externe mâle 11 et la surface de buté externe femelle 21 sont parallèles. Selon le mode de réalisation illustré à la figure 2 qui correspond à celui de la figure 1, la surface de butée externe mâle 11 et la surface de buté externe femelle 21 sont orthogonales à l’axe longitudinal x du joint filetée 1. Autrement dit, selon ce mode de réalisation, la surface de butée externe mâle 11 forme avec l’axe y un angle a qui est un angle plat ou un angle nul. De la même manière, la surface de butée externe femelle 21 forme avec l’axe y” un angle P qui est un angle plat ou un angle nul. Les axes y et y” sont tous les deux orthogonaux à l’axe longitudinal x. L’interstice 30 ainsi formé entre la surface de butée externe mâle 11 et la surface de butée externe femelle 21 présente une longueur axiale qui peut être comprise entre 0,10 mm et 1,75 mm. Dans le mode de réalisation illustré à la figure 2, l’interstice 30 présente une longueur axiale de 0,43 mm. [50] La figure 3 illustre une vue rapprochée d’une variante du détail A schématisé à la figure 2. Selon cette variante, la surface de butée externe mâle 11 est inclinée d’un angle a par rapport à l’axe y, et la surface de butée externe femelle 21 est inclinée d’un angle P par rapport à l’axe y”. Les axes y et y” sont tous les deux orthogonaux à l’axe longitudinal x. L’angle a peut présenter une valeur comprise entre 0,1° et 30°, préférentiellement entre 0,1° et 10°, encore plus préférentiellement entre 0,1° et 5°. L’angle P peut présenter une valeur comprise entre 0,1° et 30°, préférentiellement entre 0,1° et 10°, encore plus préférentiellement entre 0,1° et 5°. Dans le mode de réalisation de la figure 3, l’angle a et l’angle P présentent tous les deux une valeur de 15°. L’interstice 30 ainsi formé entre la surface de butée externe mâle 11 et la surface de butée externe femelle 21 présente une longueur axiale qui peut être comprise entre 0,10 mm et 1,75 mm. Dans le mode de réalisation illustré à la figure 3, l’interstice 30 présente une longueur axiale de 0,43 mm.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Joint fileté (1) présentant un axe longitudinal (x), ledit joint comprenant un premier composant tubulaire (Cl) et un deuxième composant tubulaire (C2), le premier composant tubulaire (Cl) et le deuxième composant tubulaire (C2) étant vissés l’un à l’autre,
- le premier composant (Cl) comprenant un premier tube (10) et un élément mâle (15) disposé à une extrémité dudit premier tube (10), l’élément mâle (15) comprenant successivement depuis le premier tube (10) vers une surface de butée interne mâle (13) dudit élément mâle : une surface de butée externe mâle (11), au moins une première portion filetée mâle (12) présentant un profil de filets à largeur variable à serrage autobloquant, et la surface de butée interne mâle (13),
- le deuxième composant (C2) comprenant un deuxième tube (20) et un élément femelle (25) disposé à une extrémité dudit deuxième tube (20), l’élément femelle (25) comprenant successivement depuis le deuxième tube (20) vers une surface de butée externe femelle (21) dudit élément femelle : une surface de butée interne femelle (23), au moins une première portion filetée femelle (22) présentant un profil de filets à largeur variable à serrage autobloquant, une lèvre femelle (24), et la surface de butée externe femelle (21), une première longueur axiale BSL entre la surface de butée interne femelle (23) et la surface de butée externe femelle (21) étant plus grande qu’une deuxième longueur axiale PSL entre la surface de butée interne mâle (13) et la surface de butée externe mâle (11), la première longueur axiale BSL et la deuxième longueur axiale PSL étant telles qu’un interstice (30) est formé entre la surface de butée externe mâle (11) et la surface de butée externe femelle (21), ledit interstice (30) étant apte à être fermé par contact entre la surface de butée externe mâle (11) et la surface de butée externe femelle (21) lorsqu’une charge compressive axiale est appliquée.
[Revendication 2] Joint tubulaire (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface de butée externe mâle (11) présente une inclinaison d’angle a par rapport à un premier axe (y), ledit premier axe (y) étant perpendiculaire à l’axe longitudinal (x), et en ce que la surface de butée externe femelle (21) présente une inclinaison d’angle P par rapport à un deuxième axe (y”), ledit deuxième axe y” étant perpendiculaire à l’axe longitudinal (x), les angles a et P étant tels que la surface de butée externe mâle (11) et la surface de butée externe femelle (21) sont sensiblement parallèles.
[Revendication 3] Joint tubulaire (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce que les angles a et P sont tels que : 0°< a <30° et 0°<p<30°.
[Revendication 4] Joint tubulaire (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce que les angles a et P sont tels que : 0°< a <10° et 0°<p<10°.
[Revendication 5] Joint tubulaire (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce que les angles a et P sont tels que : 0°< a <5° et 0°<p<5°.
[Revendication 6] Joint tubulaire (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce que les angles a et P ont tous les deux une valeur de 0°.
[Revendication 7] Joint tubulaire (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’interstice (30) présente une longueur axiale comprise entre 0,10 mm et 0,82 mm.
[Revendication 8] Joint tubulaire (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’interstice (30) présente une longueur axiale telle que : où BSL est en mm.
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