FR2844330A1 - Joint filete tubulaire a etancheite amelioree apres expansion plastique - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un joint tubulaire de hautes performances pour puits d'hydrocarbures comprenant:- un premier élément tubulaire mâle (1), comportant un premier filetage mâle (3), une lèvre annulaire (5) ayant une première face de butée axiale (13, 15), la surface périphérique de la lèvre tournée radialement vers l'extérieur comportant un épaulement incliné (43),- un second élément tubulaire femelle (2), comportant un second filetage femelle (4), homologue du premier filetage (3), et un logement (6), homologue de la lèvre mâle, ayant une seconde face de butée axiale, la surface périphérique du logement tournée radialement vers l'intérieur comportant un premier épaulement incliné (41),les deux faces de butée permettant, au montage, de contrôler le couple de serrage des premier et second filetages (3, 4) l'un sur l'autre,les épaulements inclinés étant situés en regard l'un de l'autre et étant propre à venir en contact mutuel étanche au moins après une expansion radiale du joint.

Description

Joint fileté tubulaire à étanchéité améliorée après expansion plastique

L'invention concerne un joint tubulaire, notamment du genre utilisé pour des puits d'hydrocarbures ou pour des puits

similaires, par exemple en géothermie.

Un tel joint peut exister entre deux tubes de grande longueur, ou entre un tube de grande longueur et un manchon. Ces joints sont utilisés notamment pour assembler des colonnes de tubes de cuvelage ("casings") ou de production ("tubings").

Compte tenu des caractéristiques mécaniques exigées, les 15 tubes de cuvelage et ceux de production sont généralement en

acier traité thermiquement.

De leur côté, les joints doivent tenir en traction, en compression, en flexion et parfois en torsion, ainsi qu'à de 20 forts écarts de pression dans les deux sens entre l'intérieur

et l'extérieur. Et ils doivent même être étanches aux gaz, au moins dans certains cas. Les joints filetés sont particulièrement avantageux à cet égard.

Mais il est actuellement envisagé de soumettre les tubes, in situ, à une expansion diamétrale, avec déformation plastique permanente. Ceci offre différents avantages, sur lesquels on reviendra. Encore faut-il que les joints restent opérationnels, après la déformation plastique d'expansion diamétrale, 30 qu'ils subissent comme les tubes. Ainsi, il est souhaitable

que les joints filetés tiennent après expansion diamétrale plastique, en conservant l'essentiel des propriétés qui les font apprécier, notamment de tenue mécanique en traction/compression, avec ou sans surpression interne ou externe, ainsi 35 que d'étanchéité.

Comme on le verra plus loin en détail, les joints classiques ne donnent pas entière satisfaction: ou bien ils ne tiennent pas ces exigences, ou bien ils les tiennent de manière aléatoire, ou bien ils les tiennent, mais non de manière répétée. Dans la demande internationale PCT/FR01/02005 non encore 5 publiée de la Demanderesse, il est proposé une structure de

joint prévue pour tenir l'expansion diamétrale plastique.

La présente invention vient améliorer la situation.

L'invention concerne un joint tubulaire de hautes performances.

Selon une caractéristique principale de l'invention, ce joint comprend, en combinaison: - un premier élément tubulaire mâle, comportant un premier filetage mâle, une lèvre annulaire ayant une première face de butée axiale en extrémité libre du premier élément, la surface périphérique de la lèvre tournée radialement vers l'extérieur comportant un premier épaulement incliné tourné 20 à l'opposé de l'extrémité libre du premier élément, - un second élément tubulaire femelle, comportant un second filetage femelle, homologue du premier filetage, et un logement, homologue de la lèvre mâle, ayant une seconde face de butée axiale, la surface périphérique du logement tournée 25 radialement vers l'intérieur comportant un premier épaulement incliné, les deux faces de butée permettant, au montage, de contrôler le couple de serrage des premier et second filetages l'un sur l'autre, les premiers épaulements inclinés étant situés en regard l'un de l'autre et étant propres à venir en contact mutuel étanche

au moins après une expansion radiale du joint.

On entend ici par "contact étanche" un contact entre deux 35 surfaces fortement pressées l'une contre l'autre de manière

à réaliser une étanchéité métal sur métal.

Des caractéristiques optionnelles de l'invention, complémentaires ou de substitution, sont énoncées ci-après: - Les premiers épaulements inclinés sont propres à venir en contact mutuel étanche par un déplacement axial relatif

résultant d'une expansion radiale du joint.

- La surface périphérique du logement tournée radialement vers l'intérieur comporte une cannelure annulaire à profil en arc concave qui se raccorde du côté de la seconde face de butée axiale à une première partie de paroi périphérique et du côté opposé à une seconde partie de paroi périphérique de 10 plus petit diamètre que la première partie de paroi périphérique, le premier épaulement incliné définissant le flanc de

la cannelure dudit côté opposé.

- Le profil de la cannelure possède un rayon de courbure 15 compris entre 5 et 30 mm, de préférence voisin de 10 mm.

- La surface périphérique du logement tournée radialement vers l'intérieur comporte le premier épaulement incliné et un second épaulement incliné tournés en sens inverse l'un de 20 l'autre et délimitant une nervure annulaire.

- Les premier et second épaulements inclinés du logement se raccordent au sommet de la nervure annulaire par des arrondis.

- L'arrondi du second épaulement incliné du logement a un rayon de courbure plus grand que le rayon de courbure de

l'arrondi du premier épaulement incliné.

- L'épaulement incliné de la lèvre mâle se raccorde par un arrondi convexe à la surface périphérique tournée radialement

vers l'extérieur.

- Lesdits épaulements présentent une inclinaison comprise 35 entre 5 et 20 O, de préférence voisine de 10 O, par rapport

à l'axe longitudinal du joint.

- Lesdits épaulement présentent une hauteur radiale comprise

entre 0,2 et 1 mm, de préférence voisine de 0,5 mm.

- Il est spécifié pour être expansé par le passage axial d'un

boulet indifféremment dans un sens ou dans l'autre.

- Le premier élément tubulaire et le second élément tubulaire 5 appartiennent respectivement à un tube de grande longueur et à un manchon destiné à raccorder celui-ci à un autre tube de

grande longueur.

- Le premier épaulement incliné de la lèvre mâle et/ou le 10 premier épaulement incliné du logement sont munis d'un revêtement d'un matériau plus ductile que le matériau du substrat. - La première face de butée axiale est une face saillante 15 constituée par une languette annulaire et par une surface transversale adjacente à la languette et en retrait axial par rapport à celle-ci et reliée à la surface périphérique intérieure du premier élément et en ce que la seconde face de butée axiale est une face de butée rentrante constituée par 20 une rainure annulaire et par une surface transversale adjacente à celle-ci reliée à la surface périphérique intérieure du second élément, la languette coopérant avec la rainure. Les premier et deuxième filetages présentent une conicité

au plus égale à 12,5 %.

- Les premier et deuxième filetages sont cylindriques.

- La lèvre possède une épaisseur (el) comprise entre 1/3 et

2/3 de l'épaisseur du premier élément tubulaire.

- La lèvre possède une longueur (11) et une épaisseur (el) telles que le rapport longueur sur épaisseur de lèvre est 35 compris entre 1 et 4.

- Le premier élément tubulaire présente une gorge, en

extrémité du premier filetage, entre filetage et lèvre.

- La gorge a une profondeur (hg) au plus égale à la hauteur

des filets du premier filetage.

- La gorge a une longueur (lg) et une profondeur (hg) telles 5 que sa longueur est comprise entre 2 et 15 fois sa profondeur.

- Il est spécifié que l'expansion radiale du joint est réalisée selon un taux d'expansion au moins égal à 10 %. 10 - Il est spécifié que l'expansion radiale du joint est

réalisée selon un taux d'expansion de 15 %.

L'invention a également pour objet un procédé de réalisation 15 d'un joint tubulaire étanche caractérisé en ce que l'on part d'un joint tubulaire tel que défini ci-dessus dit "joint tubulaire initial", en ce qu'on fait subir à ce joint tubulaire initial une expansion diamétrale dans le domaine des déformations plastiques à l'aide d'un boulet d'expansion 20 de diamètre supérieur au diamètre intérieur (DI) desdits éléments tubulaires qui est déplacé axialement dans le joint, la lèvre mâle étant dimensionnée pour que le premier épaulement incliné de la lèvre mâle subisse un déplacement axial vers le premier épaulement incliné du logement femelle lors 25 de l'expansion radiale de sorte que ces deux épaulements inclinés interfèrent radialement et soient en contact étanche

après expansion.

Avantageusement, la cannelure concave du logement femelle est 30 dimensionnée pour que la partie de lèvre entre premier épaulement incliné et surface de butée axiale soit au moins partiellement imprimée dans la surface de la cannelure après expansion. Les figures ci-après illustrent de manière non limitative des modes de réalisation de l'invention: - la figure 1 représente un joint fileté du type auquel s'applique l'invention, - la figure 2 représente l'élément mâle du joint fileté de la figure 1, la figure 3 représente l'élément femelle du joint fileté de la figure 1, les figures 4 à 7 représentent le joint fileté du type auquel s'applique l'invention à diverses étapes du processus d'expansion, - la figure 4 représente la phase d'expansion du joint fileté, - la figure 5 représente la phase de flexion, 15 - la figure 6 représente la phase de redressement, - la figure 7 représente l'état final du joint fileté ayant subi le processus d'expansion, 20 - la figure 8 représente une première phase de vissage d'un joint selon l'invention avant expansion, - la figure 9 représente une courbe du couple de vissage lors 25 de la phase de la figure 8, - la figure 10 représente une deuxième phase de vissage du joint selon l'invention avant expansion, - la figure 11 représente une courbe du couple de vissage de la figure 9 complétée par la phase de la figure 10, la figure 12 représente une troisième phase de vissage du joint selon l'invention avant expansion, 35 - la figure 13 représente une courbe du couple de vissage de la figure Il complétée par la phase de la figure 12, - la figure 14 représente une quatrième phase de vissage du joint selon l'invention avant expansion, - la figure 15 représente une courbe du couple de vissage de la figure 13 complétée par la phase de la figure 14, - la figure 16 est une vue analogue à la figure 14, relative à une variante préférée, et

- la figure 17 est une vue analogue à la figure 16, représentant le joint après expansion selon l'invention.

Les dessins contiennent, pour l'essentiel, des éléments de caractère certain. Ils pourront donc non seulement servir à 15 mieux faire comprendre la description, mais aussi contribuer

à la définition de l'invention, le cas échéant.

On revient ici sur le forage de puits, pour hydrocarbures ou

géothermie par exemple.

Traditionnellement, le haut d'un puits est d'abord foré sur une profondeur relativement faible de quelques dizaines de mètres à l'aide d'un outil de gros diamètre, de l'ordre par exemple de 500 mm, et est cuvelé à l'aide d'une colonne de 25 tubes de ce diamètre. Le diamètre de forage diminue ensuite

par pas jusqu'au fond du puits qui peut être foré avec un diamètre nettement plus faible, de l'ordre de 150 mm dans le même exemple. Un tel puits est alors cuvelé à l'aide de plusieurs colonnes de tubes concentriques, descendues chacune 30 en fin de forage au diamètre correspondant et toutes suspendues depuis la surface; les tubes de plus gros diamètre s'étendent depuis la surface jusqu'à quelques dizaines de mètres de profondeur et les tubes de plus petit diamètre s'étendent depuis la surface jusqu'au fond du puits, dont la 35 profondeur peut atteindre plusieurs milliers de mètres.

L'espace entre les tubes de cuvelage et le terrain est par

exemple cimenté.

Après que le puits est entièrement foré et cuvelé, une colonne de tubes de production peut être descendue pour permettre notamment la remontée des hydrocarbures jusqu'à la surface, c'est-à-dire l'exploitation effective du puits. On 5 comprend que cette colonne de tubes de production possède un diamètre extérieur légèrement inférieur au diamètre intérieur

de la colonne de tubes de cuvelage.

quiper un puits conduit donc à mettre en oeuvre un grand 10 nombre de tubes de différentes dimensions le plus souvent assemblés à l'aide de joints filetés compte tenu des avantages de ce type d'assemblage. On cherche à rendre ces tubes les plus minces possibles, pour ne pas nécessiter de trop gros diamètres de tubes de cuvelage près de la surface. Or le 15 respect des contraintes et spécifications applicables aux joints filetés conduit souvent à leur donner une épaisseur plus grande que celle de la partie courante des tubes; ce qui oblige à augmenter la progression diamétrale entre colonnes concentriques, lorsqu'on descend en profondeur dans le puits. 20 L'assemblage des tubes entre eux a lieu soit par vissage des extrémités filetées des tubes les unes dans les autres (joints dits intégraux), soit à l'aide de manchons filetés recouvrant leurs extrémités. Les tubes sont descendus 25 successivement après vissage dans l'extrémité du tube ou du

manchon précédent.

La spécification API 5 CT de l'American Petroleum Institute (API) définit ainsi des joints filetés tubulaires entre deux 30 tubes de grande longueur ("integral-joint tubing", "extremeligne casing"), ainsi que des assemblages filetés manchonnés comportant deux joints filetés permettant d'assembler deux tubes de grande longueur à l'aide d'un manchon. Ces joints API ne sont étanches que par l'adjonction d'une graisse 35 chargée de particules métalliques qui remplit les interstices

entre filets.

Bien entendu les liaisons entre tubes (ou entre tubes et manchons) doivent rester étanches quelles que soient les sollicitations que les tubes subissent lors de leur descente dans le puits, et dans une large limite de masse supportée, puisque chaque joint soutient au moins partiellement des tubes situés au-dessous de lui. Aussi les performances 5 mécaniques des joints filetés apparaissent-elles intimement

liées à leurs caractéristiques géométriques.

Avec un joint fileté, on définit une "efficacité" de la connexion en traction, qui est déterminée par le rapport 10 entre la section transversale du tube au droit du filetage et la section transversale du tube dans sa longueur. Dans le cas de joints à simple filetage droit cette efficacité est de 100 % pour les joints manchonnés à filetages coniques et filets évanouissants. En revanche le manchon possède un 15 diamètre extérieur supérieur à celui du tube et est de ce fait relativement encombrant. Les filetages cylindriques biétagés procurent une efficacité moins élevée et sont plus longs à positionner et à visser. Une efficacité équivalente à celle des filetages coniques n'est atteinte qu'au prix d'un 20 encombrement supérieur. les performances apparaissent par conséquent meilleures avec des tubes manchonnés. Cependant les tubes manchonnés à filetage cylindrique, sont encombrants en diamètre, ce qui limite leur utilisation, sauf à accepter un pas de progression diamétrale plus important dans la 25 colonne de tubes. Les joints intégraux ne peuvent atteindre une efficacité de 100 % qu'à condition d'épaissir fortement

les extrémités des tubes par forgeage.

Par contre, lorsque la pression de fluide intérieure ou 30 extérieure exercée sur les tubes devient excessive, les

filetages peuvent désengrener. Ce phénomène de désengrènement est en partie lié à la forme des filetages utilisés. Ceux ci sont généralement des filetages triangulaires à flancs inclinés et sommets arrondis ou des filetages trapézodaux à 35 flancs inclinés dissymétriques et sommets tronqués.

Dans les filetages à filets triangulaires arrondis, les efforts radiaux sont importants, ce qui rend ce type de

filetage sujet au grippage et au désengrènement des filetages.

Ceci étant, quel que soit le type de f iletage utilisé, il 5 existe toujours, malgré l'utilisation de graisses chargées de particules, un canal de fuite dans lequel un fluide à haute pression peut circuler du fait du jeu existant entre les surfaces non en contact. Pour une charge donnée en traction, il existe un seuil de pression du fluide, au-delà duquel 10 l'effort combiné de traction et pression provoque sur les joints filetés API un désengrènement des filetages des

parties mâles et femelles en contact.

Les joints et assemblages filetés ont fait l'objet, pour 15 éviter cela, de différents perfectionnements: par exemple les

brevets FR 1489013, EP 0488912, US 4494777 ont visé à réaliser des joints filetés tubulaires dits supérieurs ou "premium"' particulièrement étanches grâce à des portées d'étanchéité métal-métal et à des butées entre éléments mâles 20 et femelles judicieusement arrangées.

Ceci peut se faire par deux portées d'étanchéité coniques en contact interférant, la portée d'étanchéité mâle étant disposée extérieurement audelà du filetage mâle et la portée 25 d'étanchéité femelle étant disposée de manière correspondante sur l'élément femelle. Des butées transversales sont utilisées conjointement pour positionner les portées d'étanchéité et pour renforcer leur efficacité. Cependant il existe toujours un risque de démariage des cônes des portées sous 30 l'effet d'une pression extérieure et un risque de détérioration et de séparation des portées sous les efforts de contraction et de traction appliqués durant la descente des

tubes dans le puits ou en service.

Comme indiqué, après descente d'une colonne tubulaire dans un puits, on envisage de soumettre celle-ci à une expansion diamétrale, avec déformation plastique permanente. Ceci se fait par exemple à l'aide d'un boulet dont le passage est forcé à l'intérieur de la colonne: voir brevets ou demandes de brevet WO 93/25799, WO 98/00626, WO 99/06670, WO 99/35368, WO 00/61915, GB 2344606, GB 2348657. Ceci offre des potentialités très intéressantes: - descendre une colonne de faible encombrement, qui est ensuite expansée à force; - mettre en place de cette façon une colonne de tubes de cuvelage, - de même, colmater in situ les trous d'un tube de cuvelage ou de production percé par la corrosion ou par le frottement 10 des tiges de forage, ou bien descendre dans le puits des tubes de faible encombrement qui seront expansés au diamètre

souhaité une fois en place.

- enfin et surtout, permettre de forer des puits de diamètre uniforme sur toute leur longueur, dont le cuvelage est 15 réalisé par une colonne de tubes tous de même diamètre, les tubes étant introduits à l'état non expansé, puis étant

expansés in situ au diamètre du puits.

Il serait alors possible de diminuer fortement le nombre de 20 tubes nécessaires pour équiper un puits, en supprimant les

tubes de plus gros diamètre et de plus forte épaisseur. Le cot du puits est diminué en conséquence. Il peut même être envisagé de forer le puits directement avec la colonne de tubes de cuvelage, qui jouerait le rôle de train de tiges de 25 forage.

Il s'est avéré que réaliser des joints filetés qui tiennent leurs performances après cette expansion est extrêmement délicat, d'autant plus que ceci doit être fiable (tous les 30 joints doivent tenir) et stable dans les conditions de fonctionnement. On connaît par US 5924745 et WO 98/42947 des joints filetés tenant l'expansion. Mais il s'agit ici d'assembler des tubes 35 dits EST (expansable slotted tubings), munis de fentes longitudinales traversantes, et sujets à expansion diamétrale au fond de puits d'hydrocarbures (par passage d'un mandrin d'expansion dans ces tubes); élargies, les fentes permettent à un fluide extérieur au tube (hydrocarbure provenant du gisement) d'entrer dans le tube pour y être remonté en surface. Dans ce cas, l'étanchéité des joints n'a manifestement pas d'importance, et, étant en fond de puits, ils n'ont

pas une aussi grande charge mécanique.

En fait, les premières propositions d'expansion plastique des colonnes tubulaires se fondent sur des joints soudés (bobines de tubes aboutés préalablement par soudage, déroulées depuis la surface) ou encore sur des joints frottants ("slips"). 10 Mais de tels joints ne possèdent pas les performances des joints filetés, en particulier en ce qui concerne la combinaison de la résistance mécanique, de l'étanchéité en toutes conditions de service, et aussi de la possibilité de démontage/remontage plusieurs fois de suite. 15 Il s'est avéré que les joints filetés tubulaires classiques tels que ceux selon le brevet US 4494777 ne supportent pas l'expansion diamétrale plastique. On constate après expansion sur ces joints: - une absence d'étanchéité (qui empêche accessoirement de réaliser l'expansion en poussant hydrauliquement le boulet dans la colonne); - une flèche de l'extrémité mâle vers l'intérieur du joint qui réduit considérablement et de manière inacceptable le 25 diamètre intérieur opérationnel de la colonne en réalisant une saillie intérieure dans l'espace défini par le diamètre intérieur opérationnel; éventuellement la rupture de la lèvre d'extrémité mâle par dépassement de la capacité de déformation de certaines zones 30 particulièrement sollicitées du fait des variations d'épaisseur tout au long des éléments mâles et femelles par rapport

à l'épaisseur au corps du tube.

On a donc cherché à réaliser un joint fileté tubulaire qui 35 soit apte à résister à l'opération d'expansion dans le puits et qui soit étanche aux liquides voire si possible aux gaz après ladite opération d'expansion. On a aussi cherché à ce que le joint fileté tubulaire soit simple et économique à produire. On a en outre cherché à ce que le joint fileté

possède de bonnes caractéristiques métallurgiques en service donc après expansion, notamment à ce qu'il présente dans cet état une limite d'élasticité suffisante, à ce qu'il soit exempt de fragilité et à ce qu'il présente de bonnes caracté5 ristiques à la fissuration sous contrainte par H2S.

On connaît des joints filetés ayant une lèvre mâle en correspondance avec un logement femelle (US 4611838, US 3870351, WO 99/08034, US 6047997). Il s'est avéré que ces 10 montages connus ne tiennent pas l'étanchéité après expansion

plastique, qui n'y est d'ailleurs nullement envisagée.

Dans US 4611838, la lèvre mâle présente une surface annulaire d'extrémité mâle comportant une dent annulaire; et il est 15 prévu une surface annulaire d'épaulement femelle comportant

une rainure annulaire. Pour la mise en butée, la lèvre mâle possède une surface périphérique extérieure torique et le logement femelle possède une surface périphérique intérieure conique. Ces surfaces périphériques interfèrent radialement 20 en fin de vissage pour constituer des portées d'étanchéité.

US 4611838 vise à maximaliser l'interférence radiale de la surface périphérique torique extérieure de la lèvre mâle avec la surface périphérique conique intérieure du logement femelle en fin de vissage (et par là même l'étanchéité du 25 joint fileté) grâce à la forme de ces surfaces périphériques et à l'effet de support de la surface inférieure de la rainure pour la surface inférieure de la dent. Mais la surface d'extrémité mâle selon US 4611838 n'est pas bien maintenue en position dans celle de l'épaulement femelle du 30 joint fileté et ne permet donc pas de transmettre un moment de flexion à l'extrémité libre de la lèvre mâle du fait de l'espace libre entre la paroi supérieure de la languette à l'extrémité libre de celle-ci et la paroi supérieure de la

rainure au fond de celle-ci. L'étanchéité après expansion 35 ne peut donc être garantie.

US 3870351 présente une configuration de lèvre et d'extrémité mâles et de logement femelle voisine de la configuration du brevet US 4611838, la surface d'extrémité libre mâle étant bombée convexe et portant contre une surface d'épaulement femelle bombée concave de manière à réaliser deux jeux de portées d'étanchéité métal-métal, l'un au niveau des surfaces bombées, l'autre jeu étant disposé sur la surface périphéri5 que extérieure de lèvre mâle et sur la surface périphérique

intérieure de logement femelle. Une telle configuration permet d'augmenter l'interférence radiale entre les portées d'étanchéité périphériques sur le joint vissé, ce qui n'est cependant pas suffisant pour l'application considérée 10 (étanchéité après expansion).

WO 99/08034 décrit un joint fileté à filets carrés ayant une lèvre mâle en correspondance avec un logement femelle et présentant des surfaces annulaires d'extrémité mâle et 15 d'épaulement femelle en forme de feuillures en butée et encastrées l'une dans l'autre. La surface périphérique extérieure de la lèvre mâle et la surface périphérique intérieure du logement femelle présentent des parties cylindriques qui interfèrent radialement entre elles pour 20 former un jeu de portées d'étanchéité périphériques en fin de vissage lorsque les feuillures mâle et femelle sont encastrées. La configuration de ces surfaces est complexe et coteuse à réaliser et n'offre aucune garantie d'étanchéité après expansion plastique. En outre, l'emprisonnement de 25 graisse risque d'entraîner un mauvais positionnement des

éléments filetés.

US 6047997 décrit enfin une structure de tiges de forage pour conduits souterrains pour lesquels il n'y a pas d'exigence 30 particulière d'étanchéité. La surface d'extrémité mâle selon

ce brevet est encastrée dans une surface d'épaulement femelle mais les figures font apparaître un espace important entre la surface périphérique extérieure de la lèvre mâle et la surface périphérique intérieure du logement femelle. Cela 35 n'est pas satisfaisant non plus pour l'application considérée.

Dans la technique d'assemblage par expansion, chaque tube est abouté aux tubes déjà assemblés après être passé à l'inté-

rieur des tubes qui le précèdent. Pour permettre ce passage, le diamètre de chaque tube déjà assemblé a subi une expansion de l'ordre de 10 à 25 % en commençant par le premier, par le passage d'un boulet de forme généralement conique tiré depuis 5 la surface du puits. Cette expansion des tubes permet également d'améliorer l'étanchéité au niveau des surfaces en

contact des joints.

Un mode de réalisation d'un joint d'étanchéité métal contre 10 métal en forme de doigt adapté à cette technique est décrit

dans la demande internationale PCT/FR01/02005 précitée.

Cependant avec ce mode de réalisation, il arrive pour les taux d'expansions les plus élevés que les contraintes mécaniques subies par les tubes lors du passage du boulet 15 désengagent le doigt de son logement, entraînant un risque de

rupture de l'étanchéité au niveau du joint.

La figure 1 représente un joint comprenant un élément fileté mâle 1 disposé en extrémité d'un premier tube 11. Cet élément 20 mâle est vissé en butée dans un élément fileté femelle 2 disposé en extrémité d'un second tube 12. Le diamètre intérieur de l'élément fileté mâle est ici égal au diamètre intérieur DI des tubes 11, 12. Dans le mode de réalisation de la figure 1, le diamètre extérieur de l'élément fileté 25 femelle est égal au diamètre extérieur DE des tubes 11, 12 à

titre d'exemple uniquement.

Le joint est représenté sur la figure 1 à l'état simplement vissé en butée avant toute opération d'expansion diamétrale. 30 Le second tube 12 tel que représenté est un tube de grande longueur. Ce second tube pourrait être, de manière non représentée, un manchon muni d'un côté de l'élément femelle 2 et de l'autre côté d'un second élément femelle symétrique 35 ou non de ce dernier et vissé à un élément mâle situé en extrémité d'un autre tube de grande longueur.

Seul l'élément mâle 1 est représenté sur la figure 2.

Il comprend un filetage mâle 3, conique à filets trapézodaux, et se prolonge vers son extrémité libre par une partie non filetée constituée par une gorge 21 et par une lèvre 5 et

se termine par une surface annulaire d'extrémité mâle 9.

La gorge 21 possède une forme en U peu profonde.

Elle démarre immédiatement au-delà du filetage et sa profondeur hg est inférieure à la hauteur des filets du filetage 3. 10 De la sorte le fond de la gorge arrive au pied du premier

filet du filetage.

La largeur de la gorge 1 est sensiblement égale à 4 fois sa profondeur hg9 La lèvre 5 présente: a) une surface périphérique extérieure 7 de forme cylindrique, b) une surface périphérique intérieure 19 qui correspond à la zone d'extrémité de la surface périphérique intérieure cylindrique du premier tube 11, La lèvre 5 possède donc une épaisseur el uniforme sensiblement égale à la moitié de l'épaisseur et du tube 11. Elle possède une longueur 1l mesurée depuis l'extrémité de la gorge jusqu'à l'aplomb de la surface 15 (définie plus bas) sensiblement égale à 3 fois l'épaisseur de lèvre el. 30 La surface d'extrémité mâle 9 forme une feuillure. Cette feuillure est constituée d'une surface transversale annulaire mâle 15 et d'une languette 13 annulaire se projetant axialement, adjacente à la surface transversale 15. La surface 35 transversale mâle 15 est située du côté de la feuillure

dirigé vers l'intérieur du joint fileté.

La surface périphérique extérieure de la languette 13 est dans le prolongement de la surface 7 de la lèvre tandis que sa surface périphérique intérieure 17 est par exemple cylindrique. L'épaisseur radiale de la languette 13 est sensiblement 5 identique à celle de la surface transversale 15 tandis que la

hauteur de la languette (ou projection axiale de celle-ci) est sensiblement égale à l'épaisseur radiale de cette même languette. Elle peut aussi être égale à 1,5 fois cette épaisseur radiale pour mieux maintenir l'extrémité libre de 10 la languette lors de l'expansion.

L'élément femelle 2 est représenté seul à la figure 3.

Il comprend, en partant de l'extrémité libre de l'élément 15 femelle, un filetage femelle 4 à filets trapézodaux homologue du filetage mâle 3 puis une partie non filetée 6. Cette partie non filetée 6 forme un logement pour correspondre et

coopérer avec la lèvre 5 de l'élément mâle 1.

Le logement femelle 6 présente une surface périphérique 8

tournée vers l'intérieur, de forme cylindrique, reliée d'un côté au filetage femelle 4 et de l'autre côté via un épaulement femelle 10 à la surface périphérique intérieure cylindrique 20 du second tube 12.

De manière générale, le diamètre de la surface périphérique 8 du logement est très légèrement supérieur au diamètre de la surface périphérique extérieure 7 de la lèvre mâle 5. De cette façon, les surfaces 7 et 8 peuvent coulisser l'une dans 30 l'autre à faible jeu lors du vissage de l'élément mâle dans

l'élément femelle, par exemple avec un jeu de 0,2 mm.

L'avantage d'un tel coulissement sera exposé plus loin.

L'épaulement femelle présente une surface annulaire d'épaule35 ment 10 qui est disposée de manière sensiblement correspondante et possède une forme sensiblement homologue à celle d'extrémité mâle 9. La surface 10 forme une feuillure constituée d'une surface annulaire transversale femelle 16 et

d'une rainure annulaire 14 adjacente à la surface transversale 16.

La surface transversale femelle 16 est située du côté de la feuillure dirigé vers l'intérieur du joint fileté. La paroi 18 de la rainure 14 adjacente à la surface transversale 16 est par exemple cylindrique et peut se raccorder à cette dernière par un chanfrein ou un arrondi. La paroi opposée de la rainure est dans le prolongement de la surface 10 périphérique 8. Lors du vissage du joint fileté, la surface 17 de la languette "monte" sur la paroi 18 de la rainure jusqu'à ce que l'extrémité libre transversale de la languette arrive contre le fond de la rainure 14. La hauteur axiale hr de la languette 14 et la profondeur axiale Pr de la rainure 15 sont telles que les surfaces transversales 15 et 16 ne viennent en contact qu'après un vissage supplémentaire. Le faible jeu entre les surfaces cylindriques 7 et 8 et entre les surfaces de la languette et de la rainure qui les prolongent permet l'évacuation de la graisse en fin de 20 vissage et donc un positionnement correct de la lèvre 5 par

rapport au logement 6.

Les figures 4 à 7 explicitent les phénomènes de déformation qui se produisent lorsque l'on réalise au moyen d'un boulet 25 une expansion diamétrale de l'ordre de 15 % sur des tubes assemblés par les joints filetés qui viennent d'être décrits et qui permettent d'obtenir en final un joint expansé étanche. Une telle déformation effectuée sur des matériaux métalliques

conduit à des déformations plastiques du métal.

On passe ainsi par exemple d'un diamètre extérieur de 139,7 mm (5,5 in) sur le deuxième tube 12 en amont de l'expansion 35 et par conséquent dans la partie non encore déformée à un diamètre extérieur de 157,5 mm (6,2 in) sur le premier tube 11 expansé (à l'aplomb ou en aval du cône de sortie 33 du boulet). Il faut de ce fait utiliser pour les tubes un métal

qui accepte de telles déformations plastiques.

Les déformations plastiques générées augmentent la limite d'élasticité des produits: un tube possédant initialement une limite d'élasticité de 310 MPa (45 KSI) voit ainsi celle-ci

augmenter à 380 MPa (55 KSI) après déformation.

L'expansion diamétrale est réalisée de manière connue à l'aide d'un boulet 30 (figure 4) de diamètre maximal adéquat.

On force le passage de ce boulet dans les tubes soit en le tirant à l'aide de tiges de forage soit en le poussant par 10 exemple par une pression hydraulique.

Le boulet a par exemple une forme biconique avec un cône d'entrée 31 sur lequel se fait l'expansion, une partie cylindrique médiane 32 et une partie conique de sortie 33. 15 Toutes les surfaces des parties de boulet sont raccordées

entre elles par des rayons de raccordement adaptés.

WO 93/25800 divulgue notamment des angles de cônes d'entrée particulièrement adaptés à l'expansion diamétrale de tubes 20 dits EST pour l'exploitation de puits d'hydrocarbures.

Les tubes 11, 12 ayant une section sensiblement constante, leurs extrémités ne posent pas de problème particulier lors du passage du boulet pourvu que la capacité de déformation du 25 métal dont ils sont faits soit suffisante.

Les problèmes à résoudre viennent du fait que les éléments filetés en extrémité des tubes ont des épaisseurs plus faibles que celles des corps des tubes et localement varia30 bles, sont plus ou moins maintenus et tendent à se déformer de manière différente entre les parties mâles et les parties

femelles correspondantes.

Ces déformations différentes, si elles sont maîtrisées en 35 utilisant le joint fileté selon l'invention, permettent de réaliser un joint fileté étanche après expansion diamétrale ne présentant pas de relief local rédhibitoire à l'intérieur

de la surface périphérique intérieure des tubes.

Le processus d'expansion du joint fileté peut être décomposé

en 4 phases qui font l'objet des figures 4 à 7.

Bien que l'opération d'expansion puisse tout à fait être 5 effectuée dans le sens contraire et conduire à des résultats adéquats, on a représenté le mode préféré de déformation dans lequel le boulet se déplace de l'élément mâle 1 du premier

tube 11 vers l'élément femelle 2 du second tube 12.

a) Phase d'expansion sur le cône du boulet

La figure 4 montre le joint fileté au cours de cette phase.

L'expansion est réalisée par le cône d'entrée 31 du boulet 30 15 et la figure 4 montre les filetages mâles 3 et femelles 4 en

cours d'expansion diamétrale.

Sur la figure 4, le cône d'entrée 31 du boulet 30 amorce la déformation de la lèvre mâle et de la zone de logement 20 homologue femelle en les pliant pour les incliner par rapport

à l'axe de l'assemblage.

Au cours de cette phase d'expansion, les efforts de réaction au passage du boulet 30 sont progressivement transférés du 25 premier tube 11 vers le deuxième tube 12.

Du fait de ces efforts de réaction, la lèvre mâle 5 est comprimée axialement au cours de cette phase d'expansion par la surface annulaire d'épaulement femelle 10. 30 La fin de la phase d'expansion correspond à l'arrivée de l'extrémité libre de l'élément mâle à la fin du cône d'entrée

31 du boulet.

b) Phase de flexion Au cours de cette phase, la lèvre mâle est située au niveau

de la partie centrale 32 du boulet: voir figure 5.

i) lèvre mâle La lèvre mâle 5 est soumise à chacune de ses deux extrémités

à des moments de flexion de sens opposés.

La surface d'extrémité mâle 9 est en effet maintenue en position dans la surface d'épaulement femelle 10 du fait des feuillures avec appuis 15, 16 et du système d'emprisonnement

languette 13/rainure 14.

L'emprisonnement des feuillures oblige la zone d'extrémité libre de la lèvre mâle 5 à suivre l'inclinaison de la zone 22 de pleine épaisseur de l'élément femelle au-delà de l'épaulement. Cette zone 22 est encore en cours d'expansion sur le 15 cône d'entrée 31 du boulet et crée donc un moment de flexion

à ce niveau.

L'autre extrémité de la lèvre, du côté filetage mâle 3, n'est plus supportée et impose au contraire à la lèvre un moment de 20 flexion opposé à celui en extrémité libre de lèvre.

Les moments de flexion de signe opposé aux 2 extrémités de la lèvre mâle entraînent la courbure en banane de la lèvre mâle 5 comme sur la figure 5, la surface périphérique extérieure 25 7 de la lèvre 5 prenant une forme bombée convexe.

L'état de compression axiale de la lèvre mâle 5 en fin de phase d'expansion facilite sa courbure sous l'effet des

moments de flexion.

La gorge 21 située entre la lèvre mâle 5 et le filetage mâle 3 joue le rôle d'une rotule plastique qui accentue la courbure de la lèvre mâle en limitant la largeur sur laquelle cette courbure peut s'effectuer. 35

Il faut toutefois veiller dans ce cas à ce que les contraintes de compression axiale au niveau de la lèvre mâle n'induisent pas le flambement du métal 23 sous la gorge. Ce flambe-

ment se traduirait par une saillie du métal sous la gorge par

rapport à la surface périphérique intérieure 19.

ii) logement femelle Le même phénomène de flexion se produit sur le logement femelle. La zone 22 de pleine épaisseur relativement rigide par 10 rapport aux zones de lèvre relativement minces subit à son

passage au niveau de la partie médiane une expansion additionnelle de sorte que le diamètre intérieur de la zone 22 devient supérieur à celui de la zone médiane 32 du boulet. Le phénomène d'expansion additionnelle est décrit dans le 15 document WO 93/25800.

c) Phase de redressement Cette phase illustrée par la figure 6 correspond au passage 20 de la zone 22 de pleine épaisseur femelle sur la partie

médiane 32 du boulet 30.

i) logement femelle La flexion générée dans la phase précédente tend à être ramenée à zéro sous l'effet de la tension et des contraintes circonférentielles, ce qui génère un état de contraintes axiales de flexion inverse par rapport à la courbure, produisant ainsi le redressement. 30 Le moment de flexion engendré par ces contraintes est proportionnel à l'épaisseur de matière en amont du redressement. Au moment d'arriver sur le tube 12 en pleine épaisseur (zone 22), le moment de flexion n'est pas suffisant pour 35 redresser la zone périphérique intérieure du logement femelle qui tend à plonger alors vers l'axe du produit. Ce comportement se manifeste par une diminution locale de diamètre

extérieur du tube 12.

ii) lèvre mâle Au fur et à mesure du redressement de la partie femelle, la différence d'encombrement axial qui était générée par la 5 flexion diminue. La lèvre mâle 5 perd donc progressivement

son état de compression. Cela se poursuit avec la séparation des surfaces 15, 16 initialement en butée. Ce phénomène est renforcé par "le plongeon" de la surface périphérique intérieure 8 du logement femelle qui produit un effet 10 d'ouverture des butées 15, 16.

La déformation en banane imposée dans la phase précédente est conservée. d) tat final La figure 7 montre l'état final du joint fileté après le

passage du boulet.

L'état de contraintes circonférentielles généré par l'expansion conduit à un frettage de la surface périphérique extérieure 7 de la lèvre mâle par celle intérieure 8 du logement femelle. On peut alors parler d'autofrettage des surfaces 7, 8 du joint fileté à l'état expansé, ce qui permet 25 d'assurer l'étanchéité. La lèvre mâle 5 ne plonge pas vers l'axe, car le déport radial imposé par l'emprisonnement des feuillures 9, 10 a généré suffisamment de déformations plastiques. Le retour élastique des éléments du joint fileté après passage du boulet est négligeable devant les déformations

plastiques mises en jeu.

Le frettage radial induit une pression de contact de plu35 sieurs dizaines de MPa voire de plus de 100 MPa, suffisante pour assurer une étanchéité aux pressions intérieures ou extérieures au joint fileté. La longueur de frettage est suffisant sur toute la périphérie des surfaces de contact

pour assurer une étanchéité stable entre celles-ci.

Une étanchéité est par ailleurs nécessaire lorsque l'expansion est réalisée en poussant hydrauliquement le boulet 30 sous une pression de 10 à 30 MPa, toute fuite au niveau des joints déjà expansés empêchant la pénétration du boulet plus 5 avant dans la colonne et bloquant par conséquent le processus d'expansion. On notera qu'à l'état final, il peut très bien advenir que la languette 13 ne repose plus dans la rainure 14

Une surface d'extrémité mâle 9 non emprisonnée dans celle d'épaulement femelle 10 entraîne une plongée de cette extrémité lors de la phase de redressement qui voit la séparation des surfaces transversales 15 et 16 initialement 15 en butée et il s'ensuit une saillie inacceptable de l'extrémité inférieure de la lèvre mâle à l'intérieur de la colonne.

La colonne ne permet alors plus de descendre des appareillages ou des outils d'un encombrement donné.

Un jeu trop important entre surface périphérique 7 de la lèvre mâle 5 et surface périphérique 8 du logement femelle sur le joint fileté avant expansion ne permettrait pas le

frettage de ces surfaces en fin d'opération d'expansion.

Une interférence radiale entre ces surfaces à l'état initial avant expansion est susceptible de gêner les déformations différentielles (courbure, redressement) entre ces surfaces lors des opérations d'expansion, déformations différentielles permettant de réaliser le frettage de ces surfaces en fin 30 d'opération d'expansion. Elle risque aussi d'entraîner un grippage de ces surfaces lors du vissage et un mauvais positionnement des éléments avec un emprisonnement incorrect des surfaces 9 et 10 et par là un frettage médiocre des surfaces 7 et 8 après expansion. 35 Dans un mode de réalisation préféré, la forme en feuillure annulaire avec surfaces transversales 15, 16 et système languette 13/rainure 14 permet d'empêcher la plongée de l'extrémité libre mâle lors de l'expansion. D'autres modes de réalisation des surfaces encastrées 9, 10 sont possibles afin de donner le même résultat. Une lèvre mâle 5 trop mince, d'épaisseur le inférieure au 5 tiers de l'épaisseur et des tubes 11, 12 ne permet pas de

réaliser une butée efficace au niveau des surfaces transversales 15, 16.

Si l'épaisseur el de la lèvre mâle 5 est au contraire 10 supérieure aux 2/3 de l'épaisseur et des tubes 11,12, l'épaisseur du tube 12 au niveau de la zone de logement femelle entraîne une section critique de filetage femelle 4 trop faible et par conséquent une résistance insuffisante à

la traction des filetages.

Le rapport longueur/épaisseur de lèvre mâle 5 régit le

comportement en compression et en flexion de la lèvre 5.

Une lèvre mâle 5 de longueur l inférieure à son épaisseur le 20 ne permet pas la flexion suffisante de la surface périphérique 7 de la lèvre mâle 5 et/ou le redressement de la surface

périphérique 8 du logement femelle.

Une lèvre mâle 5 de longueur 11 supérieure à 4 fois son 25 épaisseur el peut entraîner un flambement de la lèvre mâle et

une saillie intérieure de celle-ci du côté filetage.

Cet effet est accentué par la présence d'une gorge 21 entre filetage mâle 3 et lèvre mâle 5. 30 C'est pourquoi la gorge a préférentiellement une profondeur limitée à une hauteur de filet et une longueur limitée par

rapport à sa profondeur.

Une languette 13 d'épaisseur radiale insuffisante et de hauteur axiale inférieure à l'épaisseur radiale ne pourrait

être maintenue suffisamment lors de l'expansion.

On se réfère à la figure 8 montrant une des deux parties symétriques de la coupe axiale du joint selon l'invention en

phase de vissage.

La figure 8 représente le joint comprenant l'élément fileté mâle 1 comportant le filetage mâle 3 disposé en extrémité du premier tube 11. Cet élément mâle est en cours de vissage dans l'élément fileté femelle 2 comportant le filetage

femelle 4 disposé en extrémité du second tube 12.

La lèvre annulaire 5 présente la surface périphérique 7 tournée radialement vers l'extérieur. Cette surface périphérique 7 de la lèvre comporte, en partant du filetage mâle, la gorge 21 suivie d'une première surface cylindrique puis d'un 15 épaulement incliné 43 et d'une deuxième surface cylindrique.

La première surface cylindrique a un diamètre plus petit que

la deuxième surface cylindrique.

Le logement 6 présente la surface périphérique 8 tournée 20 radialement vers l'intérieur. Cette surface périphérique 8 du logement comporte, en partant du filetage femelle, un premier épaulement incliné 42 suivi d'un deuxième épaulement incliné 41 de manière à former une nervure annulaire 40 à sommet cylindrique entre les deux épaulements inclinés. La nervure 25 annulaire a une hauteur de l'ordre de plusieurs dixièmes de

millimètres (par exemple 0,4 mm).

Les figures 8, 10, 12 et 14 présentent les étapes du montage du joint de l'invention. Les figures 9, 11, 13 et 15 illus30 trent le couple de serrage associé aux étapes de montage.

Ainsi, la figure 8 illustre la phase initiale de vissage du joint de l'invention. La surface périphérique 7 de la lèvre est déplacée en rotation contre la surface périphérique 8 du 35 logement. La figure 9 montre l'évolution linéaire à faible pente du couple de vissage requis pour cette phase de vissage A. La figure 10 illustre le passage du sommet de la nervure 40 par la lèvre 5. Ainsi, lors du déplacement axial de l'élément mâle 1, l'épaulement incliné 42 formant en partie la nervure 40 sur l'élément femelle fait obstacle à la progression du 5 déplacement axial de l'élément mâle 1. Ainsi, la valeur du couple de vissage est augmenté afin que la lèvre 5 passe sur l'épaulement incliné 42. La lèvre est alors soumise à des contraintes radiales qui tendent à la comprimer radialement élastiquement. Cette phase de vissage est montrée sur la 10 figure 11: la pente du couple de vissage augmente dans la partie B. Le couple de vissage garde ensuite la même pente tant que le sommet de la nervure 40 est au contact de la

deuxième surface cylindrique.

La figure 12 illustre la fin du passage du sommet de la nervure 40 par la lèvre 5. Ainsi, lorsque l'épaulement incliné 43 de la lèvre 5 arrive au niveau de l'épaulement incliné 41 du logement, les contraintes radiales diminuent sur la lèvre 5 qui se détend alors élastiquement. Le couple 20 de vissage est alors également fortement diminué. Sur la figure 13, ce phénomène se traduit par une pente du couple de vissage négative en partie C. Puis, la languette 13 vient au contact de la surface supérieure de la rainure 14 afin de se loger dans cette dernière. Le couple de vissage correspond 25 alors à la partie D qui présente une pente du couple de vissage redevenant positive. Cette pente est légèrement supérieure à celle de la partie A. L'épaisseur radiale de la languette 13 étant légèrement 30 inférieure à celle de la rainure 14, les surfaces inférieures

de celles-ci ne sont pas en contact mutuel.

La figure 14 illustre la fin de l'insertion de la languette 13 dans la rainure 14. Ainsi, selon la figure 14, la lan35 guette 13 a une dimension axiale suffisante pour qu'elle puisse venir en butée axiale au fond de la rainure 14. La figure 15 montre le surcouple de vissage en partie E correspondant à la pression de contact entre la languette 13 et la rainure 14. En outre, une certaine étanchéité peut être

obtenue à ce stade entre les surfaces périphériques supérieures de la languette 13 et la rainure 14.

Dans une autre réalisation géométrique de la languette 13, 5 cette dernière n'a pas une dimension axiale assez longue pour venir au contact du fond de la rainure 14. Le surcouple de vissage de la figure 15 correspond au cas o la surface annulaire mâle 15 vient en butée contre la surface annulaire

femelle 16.

Dans les phases de vissage D et E, les épaulements inclinés 41 du logement et 43 de la lèvre sont en regard l'un de l'autre. Avantageusement, lors du montage du joint, les parties B et C permettent de déterminer que la nervure a été passée,

* indiquant la dernière phase du vissage.

La surface d'extrémité mâle 9 de la lèvre comprend la 20 languette 13 dont les bords annulaires sont arrondis.

La surface d'épaulement femelle 10 du logement comprend la rainure 14 et la surface annulaire transversale femelle 16, le bord annulaire reliant la rainure à la surface annulaire 25 16 étant arrondi. Ce bord arrondi coopère avec le bord intérieur arrondi de la languette 13 lors d'une phase de vissage requérant l'insertion de la languette 13 dans la rainure 14 entre les étapes C et D. De même, l'épaulement incliné 43 de la lèvre mâle se raccorde par arrondi, en allant vers l'extrémité de la lèvre, à une partie de la surface périphérique tournée radialement vers l'extérieur. Cet arrondi annulaire a un rayon de courbure de l'ordre de quelques millimètres (5mm par exemple). 35 Préférentiellement, les épaulements inclinés 41 et 42 du logement délimitent la nervure annulaire. Le sommet de cette nervure annulaire comprend une surface cylindrique délimitée de chaque côté par un arrondi. L'arrondi annulaire de chacun des épaulements inclinés 41 et 42 a un rayon de courbure de l'ordre de quelque millimètres (respectivement 5 mm et 9 mm

par exemple).

Ces arrondis annulaires des épaulements inclinés 41 et 42 du logement coopèrent avec le bord arrondi extérieur de la languette 13 lors des phases de vissage B et C. Ainsi, l'arrondi annulaire de l'épaulement incliné 42 du 10 logement permet d'éviter le grippage lors du passage de la languette. Dans la variante préférée de la figure 16, la surface périphérique 8 du logement tournée radialement vers l'inté15 rieur comporte une cannelure annulaire 44 présentant un profil concave sensiblement en arc de cercle d'un rayon d'environ 10 mm, qui se raccorde du côté de la seconde face de butée axiale 10 à une première partie de paroi périphérique 45 et du côté opposé à une seconde partie de paroi 20 périphérique qui constitue le sommet de la nervure 40, de plus petit diamètre que la partie de paroi 45, le premier épaulement incliné 41 définissant le flanc de la cannelure 44

du côté de la nervure.

Dans cette même variante, la surface périphérique 7 de la lèvre tournée radialement vers l'extérieur comporte une partie cylindrique 47 disposée entre le premier épaulement incliné 43 et la première face de butée axiale 9. L'espace entre le fond de la cannelure 44 et la partie cylindrique 45 30 et les jeux permettent l'évacuation correcte de la graisse

lors du vissage.

Lors de l'expansion du joint, la forme concave de la cannelure 44 imprime une forme convexe correspondante à la surface 35 périphérique 7 de la lèvre, dont le diamètre maximal est ainsi accru par rapport à celui obtenu avec la configuration de la figure 14, de sorte que la pression de contact des surfaces d'étanchéité des deux éléments est augmentée,

conduisant à une étanchéité plus stable.

Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention, le joint en dernière phase de vissage est propre à être expansé suivant un taux d'expansion compris entre 10 % et 25 %, le

taux d'expansion préféré étant de 15 %.

Sur la figure 16, l'épaulement incliné 41 du logement et l'épaulement incliné 43 de la lèvre sont éloignés d'une distance axiale 1. Cette distance axiale 1 est fonction du taux d'expansion choisi du joint de manière à ce que sous 10 déformation radiale selon le taux d'expansion choisi, l'épaulement incliné 41 du logement et l'épaulement incliné

43 viennent en contact étanche l'un contre l'autre.

L'expansion radiale entraîne en effet une déformation axiale 15 provoquant un déplacement relatif de l'épaulement incliné 41

du logement et de l'épaulement incliné 43 de la lèvre. Le sens axial d'expansion est indifférent, le contact entre épaulement inclinés 41 et 43 résultant soit d'un rapprochement de l'épaulement incliné 41 du logement contre l'épaule20 ment incliné 43 de la lèvre, soit inversement, du rapprochement de l'épaulement incliné 43 de la lèvre contre l'épaulement incliné 41 du logement.

Dans le cas d'un taux d'expansion de 15 %, la distance axiale 25 1 est de quelques millimètres (par exemple 2mm).

Sur la figure 17, le joint est représenté après expansion selon un taux d'expansion choisi, par exemple de 15 %, comme

précédemment décrit.

Ainsi, les déformations radiales de l'expansion ont entraîné des déformations axiales de la lèvre 5 et du logement 6.

L'épaulement incliné 43 de la lèvre vient au contact au moins en un point F avec l'épaulement incliné 41 du logement, ou 35 inversement. Ce contact étanche reste stable même sous

tension. Dans le cas d'un taux d'expansion plus important que la valeur théorique choisie, le contact étanche est renforcé.

Dans un mode de réalisation de l'invention, sur l'épaulement incliné 43 de la lèvre et/ou sur l'épaulement incliné 41 du logement peut être appliquée avec avantage une couche de matériau ductile telle que décrite dans la demande de brevet 5 suivante, déposée au nom de la présente demande le même jour que la présente demande: - "Joint fileté tubulaire comportant des surfaces d'étanchéité", relative à deux éléments tubulaires comprenant des régions d'extrémité comportant des surfaces d'étanchéité 10 propres à venir en contact mutuel étanche dans un état final du joint, l'une au moins desdites surfaces d'étanchéité étant munie d'un revêtement d'un matériau plus ductile que le matériau du substrat. Cette couche ductile permet de combler les aspérités des métaux utilisés pour l'élément mâle 1 et 15 pour l'élément femelle 2. La zone de contact après expansion estaugmentée entre l'épaulement incliné 43 de la lèvre et

l'épaulement incliné 41 du logement.

Comme connu en soi, pour éviter une dissymétrie dans la 20 réalisation des filetages et par conséquent une diminution de la résistance mécanique des joints, due au fait que les diamètres respectivement extérieur et intérieur des tubes ne sont pas concentriques lorsqu'ils sortent de fabrication avant filetage, on peut réaliser avant l'opération de 25 filetage une expansion du diamètre extérieur partant de l'extrémité libre de l'élément femelle et s'étendant sur tout

ou partie de la longueur du filetage à réaliser.

De manière similaire, il est possible de réduire le diamètre 30 intérieur au voisinage l'extrémité de l'élément mâle par un

rétreint réalisé avant usinage.

L'expansion et le rétreint peuvent être réalisés avec un diamètre constant, ou avec un diamètre croissant pour 35 l'élément femelle, décroissant pour l'élément mâle, en

direction de l'extrémité.

Claims (25)

Revendications

1. Joint tubulaire de hautes performances, caractérisé en ce qu'il comprend, en combinaison: - un premier élément tubulaire mâle (1), comportant un premier filetage mâle (3), une lèvre annulaire (5) ayant une première face de butée axiale (9, 15) en extrémité libre du premier élément, la surface périphérique de la lèvre tournée radialement vers l'extérieur comportant un premier épaulement 10 incliné (43) tourné à l'opposé de l'extrémité libre du premier élément, - un second élément tubulaire femelle (2), comportant un second filetage femelle (4), homologue du premier filetage (3), et un logement (6), homologue de la lèvre mâle, ayant 15 une seconde face de butée axiale, la surface périphérique du logement tournée radialement vers l'intérieur comportant un premier épaulement incliné (41), les deux faces de butée permettant, au montage, de contrôler le couple de serrage des premier et second filetages (3,4) 20 l'un sur l'autre, les premiers épaulements inclinés étant situés en regard l'un de l'autre et étant propres à venir en contact mutuel étanche

au moins après une expansion radiale du joint.

2. Joint tubulaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que les premiers épaulements inclinés sont propres à venir en contact mutuel étanche par un déplacement axial relatif

résultant d'une expansion radiale du joint.

3. Joint tubulaire selon l'une des revendications 1 et 2,

caractérisé en ce que la surface périphérique (8) du logement tournée radialement vers l'intérieur comporte une cannelure annulaire (44) à profil en arc concave qui se raccorde du côté de la seconde face de butée axiale (10) à une première 35 partie de paroi périphérique (45) et du côté opposé à une seconde partie de paroi périphérique (40) de plus petit diamètre que la première partie de paroi périphérique, le premier épaulement incliné (41) définissant le flanc de la

cannelure (44) dudit côté opposé.

4. Joint tubulaire selon la revendication 3, caractérisé en ce que le profil de la cannelure possède un rayon de courbure

compris entre 5 et 30 mm, de préférence voisin de 10 mm.

5. Joint tubulaire selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la surface périphérique du logement tournée radialement vers l'intérieur comporte le premier épaulement incliné (41) et un second épaulement incliné (42) tournés en sens inverse l'un de l'autre et 10 délimitant une nervure annulaire (40).

6. Joint tubulaire selon la revendication 5, caractérisé en ce que les premier et second épaulements inclinés (41 et 42) du logement se raccordent au sommet de la nervure annulaire 15 par des arrondis.

7. Joint tubulaire selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'arrondi du second épaulement incliné (42) du logement a un rayon de courbure plus grand que le rayon de 20 courbure de l'arrondi du premier épaulement incliné (41).

8. Joint tubulaire selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'épaulement incliné (43) de la lèvre mâle se raccorde par un arrondi convexe à la surface 25 périphérique tournée radialement vers l'extérieur.

9. Joint tubulaire selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits épaulements présentent une inclinaison comprise entre 5 et 20 O, de préférence voisine 30 de 10 , par rapport à l'axe longitudinal du joint.

10. Joint tubulaire selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits épaulement présentent une hauteur radiale comprise entre 0,2 et 1 mm, de préférence 35 voisine de 0,5 mm.

11. Joint tubulaire selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est spécifié pour être expansé

par le passage axial d'un boulet indifféremment dans un sens

ou dans l'autre.

12. Joint tubulaire selon la revendication 11, caractérisé 5 en ce que le premier élément tubulaire et le second élément tubulaire appartiennent respectivement à un tube de grande longueur et à un manchon destiné à raccorder celui-ci à un

autre tube de grande longueur.

13. Joint tubulaire selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier épaulement incliné (43) de la lèvre mâle et/ou le premier épaulement incliné (41) du logement sont munis d'un revêtement d'un matériau plus

ductile que le matériau du substrat. 15

14. Joint tubulaire selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première face de butée axiale est une face saillante (9) constituée par une languette (13) annulaire et par une surface transversale (15) adjacente à la 20 languette et en retrait axial par rapport à celle-ci et

reliée à la surface périphérique intérieure du premier élément et en ce que la seconde face de butée axiale est une face de butée rentrante (10) constituée par une rainure (14) annulaire et par une surface transversale (16) adjacente à 25 celle-ci reliée à la surface périphérique intérieure du second élément, la languette (13) coopérant avec la rainure (14).

15. Joint tubulaire selon l'une des revendications précéden30 tes, caractérisé en ce que les premier (3) et second (4)

filetages présentent une conicité au plus égale à 12,5 %.

16. Joint tubulaire selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que les premier (3) et second (4) filetages 35 sont cylindriques.

17. Joint tubulaire selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la lèvre (5) possède une épaisseur

(e1) comprise entre 1/3 et 2/3 de l'épaisseur du premier

élément tubulaire (1).

18. Joint tubulaire selon l'une des revendications précéden5 tes, caractérisé en ce que la lèvre (5) possède une longueur

(h1) et une épaisseur (e1) telles que le rapport longueur sur

épaisseur de lèvre est compris entre 1 et 4.

19. Joint tubulaire selon l'une des revendications précéden10 tes, caractérisé en ce que le premier élément tubulaire (1)

présente une gorge (21), en extrémité du premier filetage

(3), entre filetage et lèvre (5).

20. Joint tubulaire selon la revendication 19, caractérisé 15 en ce que la gorge (21) a une profondeur (hg) au plus égale

à la hauteur des filets du premier filetage (3).

21. Joint tubulaire selon l'une des revendications 19 et 20, caractérisé en ce que la gorge (21) a une longueur (lg) et une 20 profondeur (hg) telles que sa longueur est comprise entre 2

et 15 fois sa profondeur.

22. Joint tubulaire selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est spécifié que l'expansion 25 radiale du joint est réalisée selon un taux d'expansion au

moins égal à 10 %.

23. Joint tubulaire selon la revendication 22, caractérisé en ce qu'il est spécifié que l'expansion radiale du joint est 30 réalisée selon un taux d'expansion de 15 %.

24. Procédé de réalisation d'un joint tubulaire étanche caractérisé en ce que l'on part d'un joint tubulaire selon l'une des revendications précédentes dit "joint tubulaire 35 initial", en ce qu'on fait subir à ce joint tubulaire initial

une expansion diamétrale dans le domaine des déformations plastiques à l'aide d'un boulet d'expansion (30) de diamètre supérieur au diamètre intérieur (DI) desdits éléments tubulaires qui est déplacé axialement dans le joint, la lèvre mâle étant dimensionnée pour que le premier épaulement incliné (43) de la lèvre mâle subisse un déplacement axial vers le premier épaulement incliné (41) du logement femelle lors de l'expansion radiale de sorte que ces deux épaulements 5 inclinés interfèrent radialement et soient en contact étanche

après expansion.

25. Procédé selon la revendication 24 pour la réalisation d'un joint tubulaire étanche selon la revendication 3, 10 caractérisé en ce que la cannelure concave du logement femelle est dimensionnée pour que la partie de lèvre entre premier épaulement incliné (43) et surface de butée axiale (9) soit au moins partiellement imprimée dans la surface de

la cannelure après expansion.