FR2551527A1 - Raccords filetes, notamment pour tubes et plus specialement pour l'exploration et la production des gisements de petrole et de gaz naturel - Google Patents

Abstract

CE RACCORD, NOTAMMENT POUR TUBES, COMPREND UN ELEMENT MALE1 A SURFACE EXTERIEURE TRONCONIQUE3 MUNIE D'UN FILETAGE4 ET UN ELEMENT FEMELLE2 A SURFACE INTERIEURE TRONCONIQUE5 MUNIE D'UN FILETAGE6. LE JOINT ETANCHE SE PRODUIT SUR DES SURFACES7, 8 REGARDANT AXIALEMENT. LORSQUE LES ELEMENTS SONT ENTIEREMENT VISSES, L'UN DES ELEMENTS1 EST PARTIELLEMENT COMPRIME ET L'AUTRE PARTIELLEMENT SOUS TENSION. POUR AMELIORER LA REPARTITION DE LA CHARGE SUR LA LONGUEUR DES FILETAGES, ON ADOPTE UN PAS VARIABLE: MEME PAS DANS LA PARTIE20 ET PAS DIFFERENTS DANS LES PARTIES21 ET 22, LE PAS DU FILETAGE DE L'ELEMENT1 ETANT PLUS GRAND QUE CELUI DE L'AUTRE ELEMENT DANS LA REGION DE LA PARTIE COMPRIMEE DE L'ELEMENT1 ET ETANT PLUS PETIT QUE CELUI DE L'AUTRE ELEMENT DANS LA REGION DE LA PARTIE TENDUE DE CET AUTRE ELEMENT.

Description

La présente invention se rapporte aux raccords destinés à assembler des

éléments, par exemple, aux raccords de tubes destinés à assembler des tubes, et plus particulièrement, bien que non exclusivement, des tubes 5 destinés à être utilisés pour transporter des fluides

sous pression, par exemple dans les domaines de l'exploration et de la mise en production des gisements de pétrole et de gaz naturel.

Le principal type de raccord actuellement utili10 sé dans l'exploration et la mise en production des gisements de pétrole et de gaz naturel pour assembler des colonnes de production et tubages, comprend un élément femelle qui présente une surface circonférentielle intérieure tronconique, munie d'un filetage à pas constant 15 et un élément mâle qui présente une surface circonférentielle extérieure tronconique, de forme correspondante, et munie d'un filetage ayant le même pas que le filetage de l'élément femelle et destiné à se visser dans l'élément femelle L'étanchéité du raccord est obtenue en fai20 sant buter une surface d'étanchéité qui regarde dans une direction générale axiale, prévue sur l'extrémité libre de l'élément mâle, contre une surface d'étanchéité correspondante de l'élément femelle, avec une force de compression axiale Cette force est obtenue en vissant for25 tement les éléments l'un dans l'autre, en provoquant ainsi une compression de l'élément mâle et une extension de l'élément femelle et elle est habituellement maintenue par l'établissement d'un ajustement à serrage entre les

surfaces de sommet et de fond du filet des filetages.

Les raccords de tubes de ce type se sont révélés présenter un certain nombre de graves inconvénients.

La contrainte de compression axiale engendrée dans l'élément mâle et la contrainte de tension correspondante engendrée dans l'élément femelle, qui sont nécessaires 35 pour forcer les surfaces d'étanchéité à entrer en contact avec formation d'un joint étanche, sont absorbées par une mesure prédominante par les seuls quelques derniers filets du filetage qui sont adjacents aux surfaces d'étanchéité, les autres filets du filetage étant au maximum très légèrement chargés De ce fait, les flancs 5 avant chargés des filets chargés du filetage subissent de grands efforts lorsqu'on les fait glisser les uns sur les autres pour mettre les surface d'étanchéité en contact sous compression En outre, bien que l'accroissement du serrage radial entre les filets des éléments ré10 duise la tendance des éléments à se dévisser ou à se débloquer, les contraintes de frette résultantes engendrées dans l'élément femelle, en particulier lorsqu'elles sont encore augmentées par la pression intérieure, peuvent excéder les valeurs de contraintes auxquelles la 15 matière de l'élément cède Par ailleurs, les hautes contraintes de frette et la forte contrainte de flanc peuvent entraîner une rayure des surfaces de flanc, ainsi

que de sommet et de fond de filet, des filetages.

La distance axiale relativement courte existant 20 entre les filets chargés des filetages et les surfaces d'étanchéité limite l'énergie d'allongement, ou force élastique, induite dans les éléments de sorte que le moindre déplacement axial relatif des éléments du raccord peut réduire considérablement l'intégrité du joint 25 étanche formé entre les surfaces d'étanchéité Non seulement l'énergie d'allongement est limitée mais l'angle dont on fait tourner les éléments pour produire la force d'étanchéité sur les surfaces d'étanchéité est limitée, de sorte que la moindre tendance des éléments à se dévis30 ser ou à se débloquer, par exemple à la suite d'un coup latéral appliqué à l'un des éléments, entraîne une réduction importante de la charge de compression des surfaces d'étanchéité. Selon un aspect, l'invention a pour objet un 35 raccord comprenant un élément femelle qui présente une surface circonférentielle intérieure munie d'un filetage et un élément mâle qui présente une surface circonférentielle extérieure munie d'un filetage destiné à se visser dans le filetage de l'élément femelle, l'élément mâle étant muni, dans le voisinage d'une première extrémi5 té de sa surface filetée, d'une surface d'étanchéité annulaire, qui regarde dans une direction générale axiale et qui, lorsque les éléments mâle et femelle sont entièrement vissés l'un dans l'autre, est mise en butée formant joint étanche contre une surface d'étanchéité annu10 laire associée à l'élément femelle et qui regarde dans une direction générale axiale avec une force dirigée axialement, raccord dans lequel, dans une partie intermédiaire des surfaces filetées des éléments qui est située entre les extrémités, les filetages des éléments ont le 15 même pas tandis que, dans une première partie d'extrémité de l'élément mâle et dans la première partie d'extrémité correspondante de l'élément femelle, lesdites premières parties d'extrémités s'étendant entre les parties intermédiaires et les premières extrémités des filetages 20 qui sont adjacentes aux surfaces d'étanchéité, le pas du filetage d'un élément diffère du pas du filetage de l'autre élément de telle manière que, lorsqu'on visse les éléments l'un dans l'autre, au moment o les surfaces d'étanchéité arrivent en butée, au moins une partie d'un 25 premier flanc du filetage d'un premier élément bute contre la partie correspondante du premier flanc correspondant du filetage de l'autre élément dans la partie intermédiaire et, lorsque la charge axiale exercée sur les surfaces d'étanchéité croit, les premiers flancs des fi30 letages sont progressivement chargés dans la partie intermédiaire et sont progressivement amenés en butée et

chargés dans la première partie d'extrémité.

Selon un autre aspect, la présente invention a pour objet un raccord comprenant un élément femelle qui 35 présente une surface circonférentielle intérieure munie

d'un filetage et un élément mâle qui présente une surfa-

ce circonférentielle extérieure munie d'un filetage destiné à se visser dans le filetage de l'élément femelle, l'élément mâle étant muni, dans le voisinage d'une première extrémité de sa surface filetée, d'une surface 5 d'étanchéité annulaire qui regarde dans une direction sensiblement axiale et qui, lorsque l'élément mâle et l'élément femelle sont entièrement vissés l'un dans l'autre, est mise en butée contre une surface d'étanchéité annulaire associée à l'élément femelle et qui regarde 10 dans une direction générale axiale avec une force orientée axialement qui met au moins une partie d'un premier élément en compression et au moins une partie de l'autre élément en tension, raccord dans lequel, dans une partie intermédiaire des surfaces filetées des éléments qui est 15 située entre les extrémités, les filetages des éléments

ont le même pas tandis que, dans une première partie d'extrémité des surfaces filetées qui s'étend entre la partie intermédiaire et les surfaces d'étanchéité, le pas du filetage du premier élément est plus grand que le 20 pas du filetage de l'autre élément.

L'élément mâle peut être formé sur l'extrémité d'un élément qu'il s'agit d'assembler, ou bien il peut être fabriqué séparément et fixé, par exemple, par une liaison permanente, par exemple, par soudage ou autre25 ment, à l'extrémité de l'élément à assembler et l'élément femelle peut de même être formé sur l'extrémité d'un élément qu'il s'agit d'assembler au moyen de cet élément femelle, ou bien il peut être fabriqué séparément et fixé ou relié d'une autre façon à l'élément à as30 sembler L'élément femelle peut être d'une seule pièce avec une partie d'un autre raccord destiné à être raccordé à l'élément à assembler, ou il peut être fixé d'une autre façon à cette partie de cet autre raccord Lorsque l'élément femelle est fabriqué séparément, la surface 35 d'étanchéité associée à cet élément peut être formée, soit par une surface de cet élément lui- même, soit par

une surface d'un élément déjà en prise avec l'élément femelle.

Les surfaces circonférentielles des éléments peuvent être cylindriques ou tronconiques et avec une 5 section qui décroît vers l'extrémité libre de l'élément mâle. Les surfaces d'étanchéité peuvent être prévues, l'une à l'extrémité libre ou dans le voisinage de l'extrémité libre de l'élément mâle et l'autre à l'intérieur 10 de l'élément femelle ou bien elles peuvent être prévues, l'une à l'extrémité libre ou dans le voisinage de l'extrémité libre de l'élément femelle et l"autre sur une surface extérieure de l'élément mâle Les surfaces d'étanchéité peuvent s'étendre dans des plans radiaux ou 15 bien être tronconiques ou arrondies, par exemple convexes ou concaves, ou bien elles peuvent être en partie radiales et/ou tronconiques et/ou arrondies Les surfaces peuvent avoir la même forme ou elles peuvent être de profils différents et se déformer pour s'appuyer entière20 ment l'une contre l'autre lorsque les éléments sont entièrement vissésl'un dans l'autre Par exemple, les surfaces d'étanchéité peuvent être telles que celles décrites dans l'une ou l'autre des demandes de brevet des

E.U A n 83 235 08 et 84 142 03.

Le filetage de l'un des éléments peut avoir le même pas dans la partie intermédiaire et dans une première partie d'extrémité, le filetage de l'autre élément ayant des pas différents dans la partie intermédiaire et la première partie d'extrémité, le pas de la première 30 partie d'extrémité étant plus grand ou plus petit, selon le besoin Par exemple, lorsque la surface d'étanchéité de l'élément mâle est prévue à l'extrémité libre ou dans le voisinage de l'extrémité libre de cet élément, le pas du filetage de l'élément mâle peut être le même dans la 35 partie intermédiaire et dans une première partie d'extr*mité, le pas du filetage de l'élément femelle étant alors plus petit dans ladite première partie d'extrémité

que dans sa partie intermédiaire.

Pour améliorer la répartition de la charge sur la longueur des filetages en réponse à l'application 5 d'une charge de traction axiale à un raccord assemblé, il peut également y avoir une différence de pas entre les filetages des éléments dans les autres parties d'extrémités des surfaces filetées, de manière que, lorsque les éléments raccordés sont soumis à une force de trac10 tion axiale, la force soit initialement absorbée par les

filets du filetage au moins dans la partie intermédiaire et dans les parties de l'autre partie d'extrémité qui y sont immédiatement adjacentes, les filets du filetage situés à l'extrémité libre de l'autre partie d'extrémité 15 étant alors progressivement chargés.

Le pas du filetage de ladite autre partie d'extrémité du premier élément qui était sous compression pendant le vissage des éléments peut être plus petit que le pas du filetage de l'autre partie d'extrémité de l'au20 tre élément.

Cette variante a l'avantage d'allonger la durée

de résistance à la fatigue du raccord lorsque le filetage de ladite autre partie d'extrémité de l'un des éléments diminue de profondeur de filet, c'est-à-dire qu'il 25 présente une dimension radiale qui se réduit progressivement.

La différence de pas réalisée dans ladite autre partie d'extrémité des surfaces filetées peut être obtenue en maintenant le pas du filetage de l'un des 30 éléments constant dans la partie intermédiaire et dans ladite autre partie d'extrémité et en accroissant ou en réduisant le pas du filetage dans ladite autre partie d'extrémité de l'autre des éléments, relativement au pas du filetage de sa partie intermédiaire Par exemple, 35 lorsque la surface d'étanchéité de l'élément mâle est prévue à son extrémité libre ou dans le voisinage de son

extrémité libre, le pas du filetage de l'élément mâle peut être maintenu constant sur la partie intermédiaire et sur la première partie d'extrémité tandis que le pas du filetage de la première partie d'extrémité de l'élé5 ment femelle peut être réduit relativement à celui de sa partie intermédiaire et celui de son autre partie d'extrémité, qui sont identiques.

Les filetages des éléments sont avantageusement de forme appropriée pour ménager un jeu entre les deuxi10 èmes flancs, ou flancs arrière et, lorsque les éléments sont entièrement vissés l'un dans l'autre, il peut s'établir un jeu, un contact ou un léger serrage entre les surfaces de sommet d'un filetage et les surfaces de fond de filet des intervalles entre les filets de l'autre 15 filetage, un jeu étant prévu entre les surfaces de sommet de l'autre filetage et les surfaces de fond de filet

du premier filetage.

Pour faire varier le pas du filetage, on peut faire varier l'une ou chacune des deux grandeurs consti20 tuées par l'épaisseur axiale du filetage et la largeur

axiale de l'intervalle entre les filets adjacents du filetage Les filetages sont avantageusement réalisés avec un intervalle entre filets adjacents qui possède une largeur axiale constante, de sorte que, pour faire varier 25 le pas, on fait varier la largeur axiale des filets.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre de quelques exemples de réalisation de l'invention, en regard des dessins annexés sur les30 quels,

la figure 1 est une vue schématique, partielle, en coupe, d'un type connu de raccord de tubes;

les figures 2 A et 2 B sont des graphiques qui montrent la charge exercée sur chaque filet du filetage 35 pour un type connu de raccord de tubes et pour des formes de réalisation d'un raccord de tubes selon la présen-

te invention; la figure 3 est une vue schématique en partie en coupe d'une forme de réalisation d'un raccord de tubes selon la présente invention; la figure 4 est une vue schématique en partie en coupe d'une autre forme de réalisation d'un raccord de tubes selon la présente invention; les figures 5 et 6 sont des vues en partie en coupe des éléments mâle et femelle d'une autre forme de 10 réalisation d'un raccord de tubes selon la présente invention; la figure 7 est une vue schématique en coupe du raccord des figures 5 et 6; la figure 8 est une vue agrandie d'une forme de 15 réalisation de filetage utilisée dans le raccord des figures 5 et 6; la figure 9 est une vue schématique en coupe

d'une autre forme de réalisation de raccord selon la présente invention.

Le raccord de tubes connu représenté très schématiquement sur la figure 1 comprend un élément mâle 1 qui est fait ou formé d'une seule pièce avec l'extrémité d'un tube et un élément femelle 2 qui forme une partie d'un manchon et dont l'autre extrémité est associée de 25 la même façon à un autre élément mâle L'élément male 1 possède une surface extérieure tronconique 3 munie d'un filetage 4 qui présente un pas constant sur toute sa longueur L'élément femelle 2 présente une surface intérieure tronconique 5 correspondant à la surface 3 et munie 30 d'un filetage 6 qui possède le même pas que le filetage 4 L'extrémité libre de l'élément mâle 1 présente une surface d'étanchéité radiale annulaire 7 qui, lorsque les éléments sont entièrement vissés l'un dans l'autre, est en butte contre une surface radiale annulaire inté35 rieure 8 de l'élément femelle 2 Pour assembler le raccord ci-dessus, on visse les éléments 1 et 2 l'un dans l'autre jusqu'à ce que les surfaces 7, 8 soient mises en butée et, à ce moment, les flancs avant 9, 10 des filetages 4, 6 respectivement sont également en butée Ensuite, on continue à visser les éléments l'un dans l'autre 5 pour charger les surfaces 7, 8 mises en butée La force de réaction est supportée par les flancs avant 9, 10 du premier filet 4 a, 6 a des filetages 4, 6 tandis qu'une charge sensiblement plus faible est absorbée par le deuxième filet, le troisième filet, etc Les lignes in10 terrompues lla et llb des figures 2 A et 2 B représentent

respectivement des exemples types de charges absorbées par les filets des filetages dans les cas o il n'y a pas de serrage et dans les cas o il y a ajustement à serrage entre les surfaces de sommet et les surfaces de 15 fond de filet des filetages L'effet des surfaces d'étanchéité 7, 8 est de comprimer l'élément male (et d'allonger l'élément femelle dans une mesure correspondante) et d'y induire de cette façon une énergie d'allongement ou force élastique dans ces éléments Toutefois, la compres20 sion et l'extension se produisent en majeure partie entre les filets du filetage qui supportent la plus grande partie de la charge et les surfaces d'étanchéité 7, 8 et, de cette façon, seule une partie relativement courte de l'extrémité libre de l'élément mâle est comprimée 25 dans une mesure notable.

En raison de cette distribution désavantageuse de la charge sur la longueur des filetages 4, 6 qui a été décrite plus haut, l'angle relatif dont on fait tourner les éléments pour assurer la charge des surfaces 7, 30 8 est relativement petit Il sera donc visible qu'une rotation relativement petite des éléments dans le sens tendant à dévisser les éléments réduira sensiblement l'intégrité du joint formé par les surfaces 7 et 8 La résistance au dévissage est assurée par le frottement entre 35 les flancs avant des filetages et, habituellement, on augmente cette résistance en établissant un ajustement à

serrage entre les surfaces de sommet et de fond de filet des filetages mais, ici également, il y a une limite au degré de serrage qui peut être réalisé en raison des contraintes de frette qui en résultent dans les éléments et 5 des risques de rayure des surfaces de flanc, de sommet et de fond de filet des filetages.

Finalement, lorsque le raccord ci-dessus est soumis à une contrainte de traction axiale, l'effet est principalement supporté par les filets des filetages si10 tués aux deux extrémités des surfaces filetées, comme ceci est représenté par la ligne interrompue 12 sur la figure 2 En particulier, lorsque l'un des deux éléments présente un filet à profondeur décroissante à l'extrémité éloignée des surfaces 7, 8 de sorte que l'aire de ceon15 tact entre les flancs avant des filets est sensiblement

réduite, en particulier sur les quelques derniers filets, les grandes charges qui s'exercent lors de l'application d'une force de traction axiale peuvent amener l'élément femelle à se désengrener ou à se déformer ra20 dialement vers l'extérieur, ce qui crée un risque de défaillance du raccord.

Une forme de réalisation d'un raccord selon la présente invention destiné à raccorder des tubes est représentée schématiquement sur la figure 3 et les parties 25 qui correspondent à celles du raccord connu de la figure

1 sont désignées par les mêmes numéros de référence.

Plus précisément, le raccord comprend un élément mâle 1 qui présente une surface périphérique extérieure tronconique 3 munie d'un filetage 4 et une surface d'étanchéi30 té 7 et un élément femelle 2 qui présente une surface circonférentielle intérieure tronconique 5 munie d'un filetage 6 et une surface d'étanchéité 8 Les surfaces filetées du raccord de la figure 3 comprennent trois parties, une partie intermédiaire 20 située entre les extré35 mités des filetages, une partie d'extrémité 21 située entre la partie 20 et les extrémités des filetages qui sont adjacentes aux surfaces d'étanchéité 7 et 8 et une partie d'extrémité 22 située entre la partie 20 et les autres extrémités des filetages Dans la partie 20, les pas Pl des filetages des deux éléments sont les mêmes. 5 Dans la partie 21, le pas P 2 du filetage de l'élément mâle est plus grand que le pas P 3 du filetage de l'élément femelle Cette différence de pas dans la partie d'extrémité 21 peut être obtenue en modifiant le pas de l'un ou l'autre ou de chacun des filetages mais, dans la forme 10 de réalisation représentée, elle est obtenue en donnant

au filetage 6 le même pas que dans sa partie intermédiaire 20, c'est-àdire en rendant P 3 égal à Pl et en accroissant le pas P 2 du filetage 4 de l'élément male relativement au pas Pl de la partie intermédiaire 20 Dans 15 la partie 22, le pas P 5 du filetage 6 de l'élément femelle est plus grand que le pas P 4 du filetage 4 de l'élément mâle Ceci peut être obtenu en modifiant l'un ou l'autre ou chacun des pas des filetages et, dans la forme de réalisation représentée, il est obtenu en donnant 20 au pas P 4 du filetage 4 la même valeur que dans sa partie intermédiaire et en accroissant le pas P 5 du filetage 6 par rapport au pas Pl qu'il possède dans la partie intermédiaire Les pas P 2 et P 5 peuvent être identiques ou différents selon la charge de compression exercée sur 25 les surfaces d'étanchéité et la contrainte de traction supportée.

Les filetages 4, 6 du raccord de la figure 3 peuvent être dimensionnés de telle manière que, lorsque les éléments sont entièrement vissés, il existe un ajus30 tement à serrage entre la surface de sommet d'un filetage et la surface de fond de filet de l'intervalle entre les filets de l'autre filetage mais le degré de serrage peut être sensiblement réduit comparativement à celui qui est nécessaire pour un raccord connu, ceci grâce à 35 la réduction de la tendance au dévissage ou au déblocage qui résulte de la plus grande force emmagasinée dans les

parties du raccord qui sont voisines des surfaces d'étanchéité 7, 8 Toutefois, le serrage peut être réduit à zéro et on peut prévoir un jeu entre les surfaces de fond de filet et les surfaces de sommet mais, dans une réali5 sation avantageuse, il y a au moins contact entre la surface de sommet d'un filetage et la surface de fond de filet de l'intervalle entre filets de l'autre filetage.

Avec l'arrangement décrit ci-dessus, lorsque les éléments 1, 2 ont été vissés l'un dans l'autre suffi10 samment pour mettre les surfaces 7, 8 en contact, au

moins une partie des flancs avant 9, 10 des filets des filetages de la partie intermédiaire 20 sont en butée.

Lorsqu'on continue à serrer le raccord, ceci charge progressivement ces filets et charge progressivement les 15 flancs avant des filets du filetage dans la partie d'extrémité 21.

L'ordre et le mode de chargement des filets de la partie intermédiaire 20 et de la première partie d'extrémité 21 dépendent de la présence ou de l'absence d'un 20 ajustement à serrage entre les surfaces de sommet et les surfaces de fond de filet des filetages En l'absence d'un ajustement à serrage, le chargement progresse des filets 4 d, 6 d situés à l'extrémité de la partie intermédiaire 20 la plus proche de la partie d'extrémité 21, le 25 long des filets de la partie intermédiaire 20 et le long des filets de la partie d'extrémité 21, en commençant au filet 4 c, 6 c, en continuant par le filet 4 a, 6 a et en se terminant avec le filet 4 a, 6 a La répartition complète de la charge est représentée par la ligne en traits mix30 tes 13 a sur la figure 2 A Avec un ajustement à serrage, le chargement de la partie intermédiaire varie, la charge étant absorbée en plus grande partie et plus tôt par les filets adjacents à l'autre extrémité de la partie intermédiaire 20 La répartition complète de la charge est représentée par la ligne en traits mixtes 13 b de la figure 2 B. Lorsqu'on comprime les surfaces 7, 8, la longueur axiale de l'élément mâle qui est comprimée (et la longueur axiale correspondante de l'élément femelle qui est allongée sous l'effet des forces de traction' est 5 très supérieure à la distance séparant les surfaces 7, 8 des quelques premiers filets qui leur sont adjacents On obtient donc un volume comprimé de l'élément mâle et un volume tendu de l'élément femelle beaucoup plus grands que dans le cas du raccord connu, ce qui a pour résultat 10 d'accumuler une quantité d'énergie beaucoup plus grande dans la partie d'extrémité libre de l'élément mâle et dans la partie correspondante de l'élément femelle, de sorte que, pour obtenir le mâme chargement des surfaces 7, 8, on tournera les éléments d'un angle considérable15 ment supérieur, par exemple supérieur de 200 %, à celui

qui est nécessaire dans le cas du raccord connu En outre, la charge maximum des flancs avant des filets des filetages est sensiblement réduite, comparativement à la charge maximum exercée sur les flancs avant des filets 20 des filetages du raccord connu, ce qui réduit sensiblement les risques de rayure du filetage.

Lorsque les éléments du raccord de la figure 3 sont entièrement vissés, si le raccord n'est soumis à aucune force extérieure, les filets des filetages qui sont 25 compris dans la partie 22 n'ont que peu d'effet En revanche, si le raccord est soumis à une force de traction, lorsque la force est appliquée, la charge est initialement supportée par les filets de la partie intermêdiaire 20 et de la première partie d'extrémité 21 des fi30 letages et par les filets de l'autre partie d'extrémité 22 des filetages qui sont immédiatement adjacents à la partie intermédiaire Lorsque la force croît, les autres filets de la partie d'extrémité 22 sont progressivement chargés Le chargement final des filets des filetages 35 est représenté par les lignes en traits continus 14 a et 14 b des figures 2 A et 2 B, respectivement pour le cas o il n'y a pas de serrage et pour le cas o il y a serrage entre les surfaces de sommet et les surfaces de fond de filet des filetages Les filets contenus dans la partie d'extrémité 22 sont consid 4 rablement moins chargés que 5 dans le raccord connu, ce qui a pour effet, non seulement d'accroître la résistance à la fatigue du raccord mais également de réduire sensiblement ou mê me de supprimer la tendance de l'élément femelle à se déformer vers l'extérieur lorsque, dans la partie 22, soit le filetage 10 mâle, soit le filetage femelle est un filetage à profondeur décroissante, présentant une dimension radiale qui

se réduit progressivement.

Bien que, dans le raccord décrit ci-dessus, les surfaces d'étanchéité 7, 8 soient prévues à l'extrémité 15 libre de l'élément mâle et intérieurement dans l'élément femelle, elles peuvent être prévues en variante à l'extrémité libre de l'élément femelle et extérieurement sur l'élément mâle, comme ceci est représenté sur la figure 4 Sur la figure 4, les éléments analogues sont désignés 20 par les mêmes numéros de référence et on a adopté les mêmes variations de pas dans les parties 20, 21 et 22 des filetages mais, en fait,les variations de pas des filetages appliquées à l'élément mâle (qui est l'élément mis sous compression lorsque les éléments sont mis en prise) 25 sur la figure 3 sont appliquées à l'élément femelle (qui

est l'élément qui est mis sous compression lorsque les éléments sont en prise) sur la figure 4, et inversement.

Il est facile de comprendre que les filetages 30 4, 6 sont représentés très schématiquement sur les figures 1, 3 et 4.

Les figures 5 et 6 représentent de façon plus

réaliste l'élément femelle 102 et l'élément mâle 101 d'un raccord de tubes du type représenté sur la figure 35 7, dans lequel l'élément mâle 102 comprend un manchon 130 qui possède un élément femelle 102 à chaque extrémi-

té, chacun pour coopérer avec un élément mêle 101 qui est fait ou formé d'une seule pièce avec un tube 131 correspondant Comme on l'a représenté sur la figure 6, l'élément mâle possède une surface d'étanchéité radiale 107 5 à son extrémité libre et un filetage 104 formé sur une

surface circonférentielle extérieure tronconique 103. Dans cette forme particulière de réalisation, le filetage comprend vingt

filets dont les sept derniers, aux extrémités du filetage, sont contenus dans les parties 10 d'extrémités 121 et 122 respectivement Les six filets

centraux se trouvent dans une partie intermédiaire 120.

Les filets des parties 120 et 121 ont tous le même pas Pl et les filets de la partie 122 ont un pas P 4 plus petit Le filetage compris dans la partie 122 est un file15 tage à profondeur décroissante, dans lequel les dimensions radiales des filets diminuent progressivement, les surfaces de sommet des filets étant contenues dans un cylindre La surface de sommet du reste du filet du filetage est contenue dans une surface tronconique, de même 20 que la surface de fond de filet comprise entre les filets du filetage, cette dernière sur toute la longueur du filetage Ces surfaces tronconiques ont le même angle

de c 6 ne.

L'élément femelle 102 est muni d'une surface 25 d'étanchéité radiale 108 et d'une surface intérieure circonférentielle tronconique 105 qui est munie d'un filetage 106 possédant, de même que le filetage de l'élément male, vingt filets qui sont divisés en une partie intermédiaire 120 et des parties d'extrémités 121 et 122 Les 30 filets du filetage 106 qui sont compris dans les parties

et 122 de l'élément femelle possèdent le même pas Pl et le pas P 3 des filets du filetage de la partie 121 est plus petit que le pas Pl Le filetage 106 de l'élément femelle possède une dimension radiale constante sur tou35 te la longueur, les surfaces de sommet et de fond de filet se trouvant dans des surfaces tronconiques qui possè-

dent la même conicité que les surfaces tronconiques de

l'élément male.

Une forme préférée du filetage du raccord des

figures 5 et 6 est représentée sur la figure 8 Ainsi 5 qu'on l'a représenté, les flancs avant 109 et 110 des filetages présentent une très légère inclinaison, par exemple, de 3 , sur le plan radial et les flancs arrière 111, 112 présentent une plus grande inclinaison, par exemple, de l'ordre de 10 é La largeur du filet est plus 10 grande que sa hauteur et le filetage peut avantageusement être basé sur un filetage asymétrique standard API.

La largeur du filet est choisie en fonction de la largeur de l'intervalle entre filets adjacents de l'autre filetage de manière qu'en l'absence d'une force axiale 15 appliquée au raccord vissé, il y ait toujours du jeu entre les flancs 111 et 112 Ainsi qu'on l'a indiqué, la dimension radiale de chaque filetage, par rapport à la dimension radiale de l'intervalle correspondant entre les filets de l'autre filetage, est calculée de manière 20 que la surface de sommet 113 du filetage de l'élément femelle soit au moins en contact avec la surface de fond de filet 114 de l'intervalle entre filets adjacents du filetage de l'élément mâle et puisse être ajusté à serrage par rapport à cette surface 114 Ceci garantit qu'un 25 contact ou un serrage, éventuellement prévu, reste maintenu sur toute la longueur des surfaces filetées en dépit du fait que le filetage est de profondeur décroissante dans la partie 102 de l'élément mâle D'une façon correspondante, il peut y avoir un léger jeu entre les sur30 faces de sommet 116 du filetage de l'élément mâle et les surfaces de fond de filet 115 de l'élément femelle Dans une variante, il peut y avoir un léger jeu entre les deux paires de surfaces de sommet et de surfaces de fond de filet 113, 114 et 116, 115 respectivement Les fileta35 ges des éléments mâle et femelle sont avantageusement réalisés en utilisant des fraises de largeur complète qui taillent un intervalle entre filets de largeur axiale constante entre les filets des filetages sur toute la longueur de chaque surface filetée Pour obtenir les variations de pas, on fait varier la vitesse d'avance axia5 le de l'élément par rapport à l'outil, c'est-à-dire qu'on l'accroît ou qu'on la réduit pour faire varier, à savoir pour accroître ou pour réduire, la largeur axiale de la partie intéressée du filetage et, de cette façon, accroître ou réduire son pas Il sera évident que la lar10 geur axiale de l'intervalle entre filets adjacents de chacun des filetages est choisie de telle manière que cet intervalle reçoive les parties de filetages des différents pas considérés avec jeu entre les surfaces 111

et 112.

Il peut être souhaitable de prévoir un joint étanche secondaire en supplément de celui formé par les surfaces 107 et 108 des éléments et ce résultat peut être obtenu en créant une gorge annulaire ménagée dans la surface circonférentielle de l'un ou l'autre des élé20 ments et dans laquelle on place une garniture d'étanchéité Une telle gorge 118 ménagée dans l'élément femelle est représentée sur la figure 5 Avant de visser les éléments l'un dans l'autre, on place une garniture d'étanchéité annulaire élastiquement compressible 119, par 25 exemple en Téflon (marque déposée) dans la gorge 118 et cette garniture est ensuite comprimée par le filetage de l'élément mâle et forme un joint étanche sur le filet approprié du filetage Pour obtenir l'effet d'étanchéi" optimum, on positionne la gorge de manière qu'elle soit 30 attaquée par un filet du filetage de l'élément mâle qui

possède la pleine dimension radiale et en un point o les effets défavorables de la suppression d'un filet du filetage de l'élément femelle sont réduits à un minimum.

Dans la forme de réalisation représentée, la gorge 118 35 est prévue à la jonction entre la partie intermédiaire 120 et la partie d'extrémité 121.

Dans les formes de réalisation décrites ci-dessus, les surfaces filetées 3, 5 et 103, 105 des éléments sont décrites comme étant de forme tronconique Il est facile de comprendre que ces surfaces peuvent être cylin5 driques En outre, il est facile de comprendre que le nombre des filets des filetages formés sur les éléments du raccord dépendent des éléments et des charges que ces derniers ont à supporter et qu'on peut donc les modifier selon le besoin De même, le nombre des filets des file10 tages de chacune des trois parties des surfaces filetées

peut être modifié de manière à optimiser les effets recherchés.

Bien que, selon la description, les surfaces

d'étanchéité 7, 8 et 107, 108 soient des surfaces radia15 les, il est facile de comprendre que ces surfaces peuvent également revêtir d'autres formes, la principale condition étant qu'elles doivent regarder dans une direction générale axiale de manière que 1 e S forces axiales qu'elles subissent les mettent en contact avec forma20 tion d'un joint étanche Par exemple, elles peuvent former des surfaces tronconiques ou comprendre deux surfaces tronconiques possédant des conicités opposées et qui se rejoignent avec un profil radial possédant la forme générale d'un V En variante, elles peuvent être arrondies, 25 par exemple convexes ou concaves, ou encore en partie radiales et/ou tronconiques et/ou arrondies Ces surfaces peuvent avoir initialement des formes différentes et se déformer sous l'effet de la compression axiale pour prendre la même forme générale Elles peuvent également être 30 munies d'une ou plusieurs gorges garnies de bagues

d'étanchéité ou encore elles peuvent être revêtues d'une matière de joint étanche, par exemple de Téflon, pour améliorer l'étanchéité du joint qu'elles forment Par exemple, elles peuvent avoir les formes décrites dans la 35 demande de brevet britannique n 84 14 203.

Alors que, dans la forme décrite plus haut, la surface 8 ou 108 de l'élément femelle est représentée comme étant formée d'une seule pièce avec cet élément, cette surface peut être Eormée par un autre élément qui est fixé à l'élément femelle par une liaison permanente 5 ou démontable Par exemple, comme représenté sur la figure 9, qui montre un agencement analogue à celui représenté sur la figure 7, avec un manchon 130 qui comprend deux éléments femelles 102 pouvant être mis en prise chacun avec un élément mâle 101, l'un ou l'autre des élé10 ments mâle 101 étant considéré comme muni d'une surface d'étanchéité 107, la surface d'étanchéité 108 peut être formée par la surface d'extrémité 107 de l'autre élément mâle qui a été préalablement mis en prise avec le manchon Dans cette forme de réalisation, les surfaces 15 d'étanchéité 7, 8 et 107, 108 peuvent présenter les formes décrites dans la demande de brevet britannique n

83 23 508.

Il sera également facile de comprendre que le raccord décrit ci-dessus est applicable à d'autres types 20 de raccords de tubes, par exemple à des raccords du type

à emboîtement, dans lequel l'élément mâle et l'élément femelle sont faits ou formés d'une seule pièce avec un tube, et qu'il peut également être appliqué à l'assemblage d'autres éléments tubulaires ou pleins, de forme al25 longée, par exemple, cylindriques, tels que, par exemple, les éléments tubulaires structuraux, les trains de tubes de battage, les masses-tiges et les raccords de tiges de forage.

Lorsqu'il doit être utilisé pour le raccorde30 ment de tubes destines à transporter des fluides sous pression, par exemple, de l'huile, un gaz ou de la vapeur, ainsi que dans les domaines de l'exploration et de la mise en production des gisements de pétrole et de gaz naturel, l'élément mâle est formé d'une seule pièce sur 35 l'extrémité d'un élément tubulaire métallique et l'élément femelle est également en métal et formé d'une seule pièce sur l'extrémité d'un élément tubulaire métallique ou encore il constitue une partie d'un manchon Le métal peut être l'acier, par exemple, un acier à haute résistance à la traction Lorsque le raccord est utilisé pour 5 transporter un fluide corrosif qui entre en contact avec les deux éléments, ces éléments sont avantageusement faits tous deux de la même matière Lorsqu'il ne se produit pas de contact entre le fluide transporté et les deux éléments, comme, par exemple, dans la forme de réa10 lisation de la figure 9, la matière de l'élément femelle peut être d'un grade supérieur à celui utilisé pour l'élément male de sorte que les dimensions hors tout de

l'élément femelle peuvent être réduites.

Bien que, dans les formes de réalisation décri15 tes ci-dessus, chaque élément soit muni d'un filetage à

un seul filet, les éléments peuvent être munis de filetages à filets multiples En outre, bien que les filetages représentés soient des filetages asymétriques, il est facile de comprendre que l'on peut également utiliser d'au20 tres formes de filetages appropriées.

Bien entendu, diverses modifications pourront être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples

non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention.

R E V E N D IC AT I O N S

1 Raccord comprenant un élément femelle ( 2; 102) qui présente une surface circonférentielle intérieure ( 5; 105) munie d'un filetage ( 6; 106) et un élément male ( 1; 101) qui présente une surface circonférentiel5 le extérieure ( 3; 103) munie d'un filetage ( 4; 104) destiné à se visser dans le filetage de l'élément femelle, l'élément mâle ( 1; 101) étant muni, dans le voisinage d'une première extrémité de sa surface filetée, d'une surface d'étanchéité annulaire ( 7; 107) qui regarde 10 dans une direction générale axiale et qui, lorsque l'élément mâle et l'élément femelle sont entièrement vissés l'un dans l'autre, est mis en butée formant joint étanche contre une surface d'étanchéité annulaire ( 8; 108) associée à l'élément femelle ( 2; 102) et qui regarde 15 dans une direction générale axiale, avec une force dirigée axialement, caractérisé en ce que, dans une partie intermédiaire ( 20; 120) des surfaces filetées des éléments qui est située entre les extrémités, les filetages ( 4, 6; 104, 106) des éléments ont le même pas, en ce 20 que, dans une première partie d'extrémité ( 21; 121) de l'élément mâle et dans la première partie d'extrémité correspondante ( 21; 121) de l'élément femelle, lesdites premières parties d'extrémités s'étendant entre les parties intermédiaires et les premières extrémités des f ile25 tages qui sont adjacentes aux surfaces d'étanchéité; 7, 8; 107, 108), le pas du filetage d'un premier élément diffère du pas du filetage de l'autre élément, de telle manière que, lorsqu'on visse les éléments l'un dans l'autre, au moment o les surfaces d'étanchéité ( 7, 8; 107, 30 108) arrivent en butée, au moins une partie d'un premier flanc du filetage d'un premier élément, dans la partie intermédiaire ( 20; 120), bute contre la partie correspondante d'un flanc correspondant du filetage de l'autre élément dans la partie intermédiaire ( 20; 120) et en ce que, lorsque la charge axiale exercée sur les surfaces d'étanchéité ( 7, 8; 107, 108) croît, les premiers flancs des filetages sont progressivement chargés dans la partie intermédaire ( 20; 120) et sont progressive5 ment mis en butée et chargés dans la partie d'extrémité

( 21; 121).

2 Raccord selon la revendication 1, caractérisé en ce que les surfaces filetées des éléments comprennent une autre partie d'extrémité ( 22; 122) qui s'étend 10 entre la première partie intermédiaire ( 20; 120) et les

autres extrémités des filetages et en ce que le pas du filetage de l'un des éléments diffère du pas du filetage de l'autre élément dans ladite autre partie d'extrémité, de sorte que, lorsqu'on applique une force de traction 15 au raccord, alors que les éléments sont entièrement vissés l'un dans l'autre, les premiers flancs des filetages subissent une charge additionnelle dans la partie intermédiaire tandis que, dans ladite autre partie d'extrémité, ils sont progressivement chargés au fur et à mesure 20 que la force de traction croît.

3 Raccord comprenant un élément femelle ( 2; 102) qui présente une surface circonférentielle intérieure ( 5; 105) munie d'un filetage ( 6; 106) et un élément mâle ( 1; 101) qui présente une surface circonférentiel25 le extérieure ( 3; 103) munie d'un filetage ( 4; 104) destiné à se visser dans le filetage de l'élément femelle, l'élément mâle ( 1; 101) étant muni, dans le voisinage d'une première extrémité de sa surface filetée, d'une surface d'étanchéité annulaire ( 7; 107) qui regarde 30 dans une direction générale axiale et qui, lorsque l'élément mâle et l'élément femelle sont entièrement vissés l'un dans l'autre, est mise en butée contre une surface d'étanchéité annulaire ( 8; 108) associée à l'élément femelle ( 2; 102) et qui regarde dans une direction géné35 rale axiale, avec une force orientée axialement qui met au moins une partie d'un premier élément en compression et au moins une partie de l'autre élément en tension, caractérisé en ce que, dans une partie intermédiaire ( 20; 120) des surfaces filetées des éléments qui est située entre les extrémités, les filetages des éléments ont le 5 même pas, et que, dans une première partie d'extrémité

( 21; 121) des surfaces filetées qui s'étend entre la partie intermédiaire ( 20; 120) et les surfaces d'étanchéité ( 7, 8; 107, 108), le pas du filetage du premier élément est plus grand que le pas du filetage de l'autre 10 élément.

4 Raccord selon la revendication 3, caractérisé en ce que les surfaces filetées des éléments comprennent une autre partie d'extrémité ( 22; 122) qui s'étend entre la partie intermédiaire ( 20; 120) et les autres 15 extrémités du filetage et en ce que le pas du filetage du premier élément est plus petit que le pas du filetage de l'autre élément dans cette autre partie d'extrémité,

Raccord selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisu en ce que le filetage d'un 20 premier des éléments poss-de le même pas dans la partie

intermédiaire ( 20; 120) et dans 1 a première partie d'extrémité ( 21; 121), le filetage de l'autre élément possédant alors des pas différents dans la partie intermédiaire et dans la première partie d'extrémité.

6 Raccord selon l'une quelconque des revendications 2, 4 et 5, caractérisé en ce que le filetage d'un premier des éléments possède le même pas dans la partie intermédiaire ( 20; 120) et dans ladite autre partie d'extrémité ( 22; 122), le filetage de l'autre élé30 ment possédant alors des pas différents dans la partie intermédiaire et dans ladite autre partie d'extrémité.

7 Raccord selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les surfaces circonférentielles ( 3, 5; 103, 105) des éléments sont cylin35 driques.

8 Raccord selon l'une quelconque des revendi-

cations 1 à 6, caractérisé en ce que les surfaces circonférentielles ( 3, 5; 103, 105) des éléments sont tronconiques, la surface tronconique ( 3; 103) de l'élément mâle étant d'une section qui décroît vers l'extérieur de 5 cet élément et la surface tronconique ( 5; 105) de l'élément femelle étant étant d'une section qui décroît vers

l'intérieur de cet élément.

9 Raccord selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la surface d'étan10 chéité ( 8; 108) associée à l'élément femelle est formée

par une surface de cet élément femelle lui-même.

Raccord selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la surface d'étanchéité ( 8; 108) associée à l'élément femelle est formée 15 par une surface d'un autre élément qui est en prise avec

l'élément femelle.

11 Raccord selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la surface d'étanchéité ( 7; 107) de l'élément mâle est prévue dans la ré20 gion de l'extrémité libre de cet élément et que la surface d'étanchéité ( 8; 108) associée à l'élément femelle

est prévue à l'intérieur de cet élément femelle.

12 Raccord selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la surface d'étan25 chéité ( 7; 107) de l'élément male est formée par une

surface extérieure de l'élément mâle et que la surface d'étanchéité ( 8; 108) associée à l'élément femelle est formée par une surface de l'élément femelle située dans

la région de l'extrémité libre de cet élément femelle.

13 Raccord selon l'une quelconque des revendi-.

cations 1 à 12, caractérisé en ce que la surface d'étanchéité ( 7; 107) de l'élément mâle ( 1; 101) est prévue à l'extrémité libre de cet élément, en ce que le pas du filetage est le même dans la partie intermédiaire ( 20; 35 120) et dans u N e p a r t i e d'extrémité ( 21; 121) de cet élément, et plus grand que le pas du filetage dans l'a u t r e partie d'extrémité ( 22; 122) et en ce que, le pas du filetage de l'élément femelle est le même dans la partie intermédiaire ( 20; 120) et dans

l'autre partie d'extrémité ( 22; 122), et plus petit 5 que le pas du filetage dans ladite p a r t i e d'extré mité ( 21; 121).

14 Raccord selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les filetages ( 4, 6; 104, 106) des éléments sont conformés de manière 10 à ménager un jeu entre les deuxièmes flancs ( 111, 112)

des filetages lorsque les éléments sont entièrement vissés l'un dans l'autre.

Raccord selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les filetages 15 ( 4, 6; 104, 106) des éléments sont conformés de manière

à ménager un jeu entre la surface de sommet ( 113, 116) de chaque filetage et la surface de fond de filet correspondante ( 114, 115) de l'intervalle entre les filets des filetages.

16 Raccord selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que les filetages des éléments sont conformés de manière que, lorsque les éléments sont entièrement vissés l'un dans l'autre, il s'établisse un contact entre la surface de sommet ( 113) 25 de l'un des filetages et la surface de fond de filet

( 114) de l'intervalle entre les filets de l'autre filetage et un jeu entre la surface de sommet ( 116) de l'auzre filetage et la surface de fond de filet ( 115) de l'intervalle entre les filets du premier filetage.

17 Raccord selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que les filetages des éléments sont conformés de manière que, lorsque les éléments sont entièrement vissés l'un dans l'autre, il existe un ajustement à serrage entre la surface de sommet 35 ( 113) de l'un des filetages et la surface de fond de filet ( 114) de l'intervalle entre les filets de l'autre

des filetages et un jeu entre la surface de sommet ( 116) de l'autre filetage et la surface de fond de filet ( 115) de l'intervalle compris entre les filets du premier filetage.

18 Raccord selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, caractérisé en ce que les filetages des éléments sont réalisés avec un intervalle entre filets qui possède une largeur axiale constante sur toute la longueur de chaque surface filetée, la variation du pas 10 des filetages étant obtenue par variation de la largeur

axiale des filets des filetages.

19 Raccord selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, dans une position intermédiaire entre les extrémités des surfaces 15 filetées, la surface filetée de l'un des éléments est munie d'une gorge annulaire ( 118) qui renferme une bague d'étanchéité ( 119) élastiquement compressible, contre laquelle le filetage de l'autre élément forme un joint

étanche.

20 Raccord selon la revendication 19, caractérisé en ce que la gorge annulaire ( 18) est ménagée dans l'élément femelle ( 2; 102) dans la région de la jonction entre la partie intermédiaire et la première partie d'extrémité.