FR2863030A1 - Tubular joint, e.g. for hydrocarbon casing, has lip extending male thread and curved seating on female threaded part, so that after plastic deformation by radial expansion, joint becomes sealed - Google Patents

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Abstract

The second and third butting surfaces are respectively convex and concave, at the same angle to the longitudinal axis of the tube, so they press together to give a sealed radial grip between the first internal surface and second external surface. The first external surface and third internal surface are constrained to give a local sealed grip when radial expansion causes plastic deformation : A first tubular element (EM) has a first part with a male thread and a second part (P2) extending the first part and including a first annular lip (L1) with a first axially butting surface (SB1), a first internal surface and a first external surface, and a second butting surface (SB2). A second tubular element (EF) has a female thread matching the male thread and screwing onto it, a second annular lip (L2) with a third butting surface (SB3) pressing against the second butting surface, a second external surface placed opposite the first internal surface and a second internal surface, a fourth butting surface (SB4) and a third internal surface facing the female thread and defining with the second external surface and the fourth butting surface an annular seating (LO) for the first lip. The angles are initially between 5 and 30[deg]. The first and second lips are shaped so the first internal surface and the second external surface do not make a gripping contact until after the second and third butting surfaces. The first butting surface is designed to press against the fourth butting surface during tightening in a way which provokes axial compression of the first lip in elastic deformation. The second external surface of the second lip has an inclined annular portion at the level of contact with the third butting surface, at an angle of between 8 and 12[deg], preferably 10[deg]. The first internal surface of the first lip is inclined at an angle of between 0.1 and 15[deg]. The male and female threads have threads with a bearing flank with a negative angle of between -3 and -15[deg]. and an engaging flank with a positive angle of between +10 and +30[deg]. The threads are designed after screwing and before deformation to leave an axial play between their engaging flanks of between 0.1 and 0.3mm. The first tubular element has at the level of its first external surface and before its first part, a conical chamfer defining a local annular seat inwards. This chamfer has a continuous slope of between 8 and 12[deg]. A second part of the first tubular element has a local annular over- thickness at the level of a fourth internal surface extending the second butting surface in the direction of the first part, and a third internal surface with a groove in a selected place in which the local over- thickness will fit. At the level of the first external surface of the first lip, during radial expansion, an annular shoulder matching at least part of the groove is in gripping and sealing contact with the groove. The groove has two curvilinear portions with identical radii of curvature of between 2 and 20mm, separated by a cylindrical central part. An independent claim is made for a process to make the above joint by screwing the parts together and then expanding them radially using an axially displaced expansion tool.

Description

RÉALISATION, PAR EXPANSION PLASTIQUE, D'UN JOINT TUBULAIRE ÉTANCHE AVECREALIZATION, BY PLASTIC EXPANSION, OF A TUBULAR SEAL WITH

SURFACE(S) DE BUTÉE INCLINÉE(S)SURFACE (S) OF INCLINED STOP (S)

L'invention concerne le domaine des joints tubulaires, comme par exemple ceux utilisés dans les puits d'hydrocarbures ou les puits similaires tels que les puits géothermiques.  The invention relates to the field of tubular joints, such as those used in hydrocarbon wells or similar wells such as geothermal wells.

Ces joints servent généralement à connecter entre eux des tubes de grande longueur ou des tubes de grande longueur et des manchons. Ils permettent ainsi de constituer des colonnes de tubes de cuvelage (ou "casings") ou de production (ou "tubings").  These seals are generally used to connect together long tubes or long tubes and sleeves. They thus make it possible to form columns of casing (or "casing") or production (or "tubing") tubes.

Par ailleurs, ces joints doivent supporter d'importantes contraintes de flexion, de traction, de compression, et parfois de torsion, ainsi que d'importants écarts de pression entre l'intérieur et l' extérieur. En outre, ces joints doivent parfois être également étanches aux gaz. Pour ces raisons, les joints sont fréquemment de type fileté et les manchons et tubes sont généralement en acier ou en alliage à hautes limites d'élasticité (obtenues éventuellement par traitements thermiques). Dans le cas de joints filetés, l'étanchéité aux gaz est le plus 2 0 souvent assurée par des portées d'étanchéité avec contact serrant de type "métal sur métal".  In addition, these seals must withstand high bending, tensile, compressive, and sometimes twisting stresses, as well as large pressure differences between the inside and the outside. In addition, these seals must sometimes also be gas tight. For these reasons, the seals are frequently of the threaded type and the sleeves and tubes are generally made of steel or alloy with high elasticity limits (possibly obtained by heat treatments). In the case of threaded joints, the gastightness is most often provided by sealing surfaces with metal-on-metal contact.

Afin de réduire l'encombrement initial des tubes, ainsi qu'éventuellement permettre le forage de puits de diamètre uniforme, il a été proposé, notamment dans les documents US 6,604,763 et WO 03/071086, de les expanser diamétralement à force in situ à l'aide d'un 2 5 outil d'expansion appelé "boulet". Des joints filetés étanches, comme par exemple ceux décrits dans le document EP 0488912, peuvent supporter une telle expansion mais perdent leurs caractéristiques d'étanchéité lors de l'expansion, le nez en extrémité de l'élément mâle qui porte une surface d'étanchéité mâle plongeant vers l'axe lors de l'expansion (effet "banane"), ce qui rompt l'étanchéité.  In order to reduce the initial bulk of the tubes, as well as possibly allow the drilling of wells of uniform diameter, it has been proposed, in particular in the documents US 6,604,763 and WO 03/071086, to expand them diametrically with force in situ at the same time. using an expansion tool called "ball". Sealed threaded joints, such as those described in EP 0488912, can withstand such expansion but lose their sealing characteristics during expansion, the nose at the end of the male element which carries a sealing surface male diving towards the axis during expansion (effect "banana"), which breaks the seal.

Afin de résoudre ce problème, la Demanderesse a proposé dans le document WO 02/01102 un joint tubulaire fileté dont le nez mâle est muni en extrémité d'un doigt annulaire encastré dans une rainure femelle, la rainure formant un support pour le doigt et empêchant la plongée du doigt mâle vers l'axe, lors de l'expansion.  To solve this problem, the Applicant has proposed in WO 02/01102 a threaded tubular seal whose male nose is provided at the end of an annular finger embedded in a female groove, the groove forming a support for the finger and preventing the dive of the male finger towards the axis, during the expansion.

Un tel joint fileté ne présente toutefois pas de caractéristiques d'étanchéité suffisamment élevées lorsque le taux d'expansion est supérieur à 10%. En effet, les déformations induites par le boulet d'expansion déplacent, voire même suppriment, les contacts entre le doigt mâle et la rainure, ce qui déplace, en les diminuant, voire même en les supprimant, les contacts serrants entre surfaces d'étanchéité.  Such a threaded joint, however, does not have sufficiently high sealing characteristics when the expansion ratio is greater than 10%. Indeed, the deformations induced by the expansion ball move or even suppress the contacts between the male finger and the groove, which moves, reducing or even eliminating them, the sealing contacts between sealing surfaces .

Par "contact serrant" on entend ici un contact développant une pression de contact entre deux surfaces en contact. Plus la pression de contact est élevée, plus la pression du fluide que peut supporter le joint sans que l'étanchéité soit rompue peut être élevée. Outre la pression du fluide, laquelle peut s'exercer à l'intérieur ou à l'extérieur du joint fileté, des charges axiales de traction ou de compression peuvent modifier la pression de contact, et par conséquent les caractéristiques d'étanchéité. En d'autres termes, en raison du mode de réalisation de ces joints leur étanchéité peut ne pas être identique vis-à-vis de la pression interne ou de la pression externe, ni être stable en fonction du chargement.  By "tight contact" is meant here a contact developing a contact pressure between two surfaces in contact. The higher the contact pressure, the greater the fluid pressure that the seal can withstand without breaking the seal. In addition to the fluid pressure, which may be exerted inside or outside the threaded joint, axial tensile or compressive loads may change the contact pressure, and hence the sealing characteristics. In other words, because of the embodiment of these seals their sealing may not be identical vis-à-vis the internal pressure or the external pressure, nor be stable depending on the load.

Afin d'améliorer la situation, la Demanderesse a proposé, dans le document brevet FR 02/03842 (déposé le 27 mars 2002, sous priorité interne du document brevet FR 02/00055 déposé le 3 janvier 2002), un joint tubulaire d'étanchéité métal/métal muni d'un doigt (ou lèvre) annulaire, décrit dans le document WO 02/01102 et présentant des épaulements mâles et femelles inclinés, fortement serrés l'un contre l'autre après expansion, l'épaulement sur l'élément femelle étant constitué par le flanc d'une gorge, et l'épaulement sur l'élément mâle pouvant préexister ou résulter de l'impression de l'élément mâle au fond de la gorge lors de 2 0 l'expansion.  In order to improve the situation, the Applicant has proposed, in patent document FR 02/03842 (filed March 27, 2002, under internal priority of the patent document FR 02/00055 filed January 3, 2002), a tubular sealing gasket. metal / metal provided with an annular finger (or lip), described in WO 02/01102 and having inclined male and female shoulders, strongly tightened against each other after expansion, the shoulder on the element female being constituted by the flank of a groove, and the shoulder on the male element may pre-exist or result from the printing of the male element at the bottom of the groove during the expansion.

Ce joint a été conçu pour être étanche à des taux d'expansion élevés, typiquement supérieurs à 10%, mais ses caractéristiques d'étanchéité peuvent se révéler insuffisantes lorsque les caractéristiques d'étanchéité exigées dans les divers modes de chargement sont élevées.  This seal has been designed to be tight at high expansion rates, typically greater than 10%, but its sealing characteristics may be insufficient when the sealing characteristics required in the various loading modes are high.

L'invention a donc pour but d'améliorer la situation, notamment en terme de stabilité de l'étanchéité aux gaz haute pression, avant et après expansion, pour les divers modes de chargement.  The invention therefore aims to improve the situation, particularly in terms of stability of the high pressure gas seal, before and after expansion, for the various modes of loading.

3 0 Elle propose à cet effet un joint tubulaire étanche comprenant: * un premier élément tubulaire comportant, d'une part, une première partie munie d'un filetage mâle, et d'autre part, une seconde partie prolongeant la première partie, comprenant une première lèvre annulaire, ayant une première surface de butée axiale, une première surface interne et une première surface externe, et une deuxième surface de butée, * un second élément tubulaire comportant, d'une première part, un filetage femelle, homologue du filetage mâle et vissé sur celui-ci, d'une deuxième part, une seconde lèvre annulaire, ayant une troisième surface de butée en appui contre la deuxième surface de butée, une deuxième surface externe, placée en regard de la première surface interne, et une deuxième surface interne destinée à coopérer avec la première surface externe, d'une o( troisième part, une quatrième surface de butée axiale, et d'une quatrième part, une troisième surface interne opposée au filetage femelle et définissant avec les deuxième surface externe et quatrième surface de butée un logement annulaire homologue de la première lèvre.  It proposes for this purpose a sealed tubular seal comprising: a first tubular element comprising, on the one hand, a first part provided with a male thread, and secondly, a second part extending the first part, comprising a first annular lip, having a first axial abutment surface, a first internal surface and a first external surface, and a second abutment surface, * a second tubular element having, firstly, a female thread, homologous to the thread male and screwed thereon, a second part, a second annular lip, having a third abutment surface bearing against the second abutment surface, a second external surface, placed opposite the first internal surface, and a second internal surface intended to cooperate with the first external surface, of a third part, a fourth axial abutment surface, and a fourth part, a third surface internal opposite to the female thread and defining with the second outer surface and fourth abutment surface an annular housing homologous to the first lip.

Ce joint se caractérise par le fait que les deuxième et troisième surfaces de butée présentent des surfaces coniques respectivement convexe et concave et des inclinaisons d'angles sensiblement identiques par rapport à un plan transverse à une direction longitudinale, et choisis de manière à réaliser un appui de la deuxième surface de butée contre la troisième surface de butée de nature à induire un serrage radial étanche de la première surface interne contre la deuxième surface externe, et tels que, lors d'une expansion diamétrale dans le domaine de la déformation plastique effectuée ultérieurement sur le joint tubulaire initial, la première surface externe et la troisième surface interne à définir localement un contact serrant et étanche.  This seal is characterized in that the second and third abutment surfaces have respectively convex and concave conical surfaces and inclinations of substantially identical angles with respect to a plane transverse to a longitudinal direction, and chosen so as to form a support of the second abutment surface against the third abutment surface of such a nature as to induce a tight radial clamping of the first internal surface against the second external surface, and such that, during a diametral expansion in the field of plastic deformation carried out subsequently on the initial tubular joint, the first outer surface and the third inner surface to locally define a tight and tight contact.

De la sorte, on assure une étanchéité de qualité par coopération des première et seconde lèvres, avant comme après expansion, y compris pour des taux d'expansion diamétrale élevés (jusqu'à environ 35%).  In this way, a quality seal is provided by cooperation of the first and second lips, before and after expansion, including for high diametric expansion rates (up to about 35%).

Le joint selon l'invention peut comporter d'autres caractéristiques qui pourront être prises 2 0 séparément ou en combinaison, et notamment: -les inclinaisons des deuxième et troisième surfaces de butée peuvent être initialement comprises entre environ +5 et environ +30 , - la courbure de la première lèvre en direction de l'axe longitudinal du joint permet, lors de l'expansion, de définir un contact serrant et étanche entre leurs première surface interne et deuxième surface externe une fois que la deuxième surface de butée s'est appuyée sur la troisième surface de butée, - la première surface de butée peut être agencée de manière à s'appuyer contre la quatrième surface de butée et provoquer ainsi une mise en compression axiale de la première lèvre dans le domaine des déformations élastiques, 3 0 - la seconde lèvre peut comporter une deuxième surface externe présentant initialement, au niveau de sa liaison avec la troisième surface de butée, une portion annulaire inclinée par rapport à la direction longitudinale d'un angle compris entre environ 8 et environ 12 , et préférentiellement égal à environ 100 - la première lèvre peut comporter une première surface interne initialement inclinée par 3 5 rapport à la direction longitudinale d'un angle compris entre environ 0,1 et environ 15 , - le rapport entre l'extension de la seconde lèvre dans la direction longitudinale et l'extension du logement dans la direction transverse peut être compris entre environ 1 et environ 3, et de préférence compris entre environ 1,2 et environ 1,6, - les filetages mâle et femelle peuvent comporter des filets munis d'un flanc porteur présentant un angle négatif compris entre environ - 3 et environ - 15 , - les filetages mâle et femelle peuvent comporter des filets munis d'un flanc d'engagement présentant un angle positif compris entre environ + 10 et environ + 30 , Dans ce cas, les filetages mâle et femelle peuvent présenter après vissage et avant expansion un jeu axial entre. leurs flancs d'engagement compris entre environ 0,1 mm et environ 0,3 mm, - le premier élément tubulaire peut présenter initialement au niveau de sa première surface externe et avant sa première partie, un chanfrein conique définissant un décrochement annulaire local vers l'intérieur, lorsque l'on se déplace vers la première partie. Dans ce cas, le chanfrein peut présenter une pente sensiblement continue par rapport à la direction longitudinale et comprise entre environ 8 et environ 12 , - le premier élément tubulaire peut être muni d'une seconde partie présentant initialement une surépaisseur annulaire locale choisie au niveau d'une quatrième surface interne prolongeant la deuxième surface de butée en direction de la première partie, et d'une troisième surface interne comportant en un endroit choisi une gorge propre à être placée après vissage sensiblement au niveau de la surépaisseur locale. Dans ce cas, la première surface externe de la première lèvre peut comporter après l'expansion diamétrale un épaulement annulaire qui présente une partie au moins de la conformation de la gorge et en contact serrant et étanche avec celle-ci, 2 0 - le premier élément tubulaire peut présenter initialement au niveau de sa première partie, du côté opposé au filetage mâle, un rétreint conique dans lequel est défini un décrochement annulaire local. Dans ce cas, le rétreint peut croître initialement sensiblement continûment selon une pente par rapport à la direction longitudinale A, comprise entre environ 2 et environ 20 , 2 5 - la gorge peut comporter initialement au moins deux portions curvilignes, éventuellement séparées par une partie centrale sensiblement cylindrique. Dans ce cas, les portions peuvent présenter initialement des rayons de courbure sensiblement identiques, par exemple compris entre environ 2 mm et environ 20 mm. La gorge présente initialement une profondeur radiale dont la valeur maximale est choisie de préférence de sorte que la section de matière en fond 3 0 de gorge soit supérieure au produit de la plus faible section d'une partie courante des tubes auxquels appartiennent les premier et second éléments tubulaires par l'efficacité du joint en traction. On entend par "partie courante d'un tube" la partie centrale éloignée de ses deux extrémités et de diamètre sensiblement constant, - les filetages mâle et femelle sont préférentiellement choisis parmi les filetages de type 3 5 conique et cylindrique, et sont chacun formés sur au moins une portion d'élément tubulaire. - ledit second élément tubulaire peut appartenir à un manchon de raccordement sensiblement symétrique de type femelle/femelle et ledit premier élément tubulaire à une extrémité d'un tube de grande longueur. Le manchon peut alors comporter une partie centrale prolongée de part et d'autre par deux seconds éléments tubulaires et initialement munie sur une face al externe d'une zone annulaire présentant une sous-épaisseur choisie de sorte que l'épaisseur initiale dudit manchon au niveau de cette zone soit supérieure ou égale au produit de la section d'une partie courante des tubes, aux extrémités desquels sont formés lesdits premiers éléments tubulaires, par l'efficacité du joint.  The seal according to the invention may comprise other characteristics which may be taken separately or in combination, and in particular: the inclinations of the second and third abutment surfaces may initially be between approximately +5 and approximately +30; the curvature of the first lip towards the longitudinal axis of the joint makes it possible, during the expansion, to define a tight and tight contact between their first internal surface and the second external surface once the second abutment surface has resting on the third abutment surface, the first abutment surface may be arranged to abut against the fourth abutment surface and thereby cause axial compression of the first lip in the field of elastic deformations. the second lip may comprise a second external surface initially having, at its connection with the third abutment surface, a port annular ion inclined relative to the longitudinal direction by an angle of between about 8 and about 12, and preferably equal to about 100-the first lip may comprise a first internal surface initially inclined with respect to the longitudinal direction of a angle between about 0.1 and about 15, the ratio between the extension of the second lip in the longitudinal direction and the extension of the housing in the transverse direction can be between about 1 and about 3, and preferably included between about 1.2 and about 1.6, the male and female threads may comprise threads provided with a load flank having a negative angle of between about -3 and about -15, the male and female threads may comprise threads having an engagement flank having a positive angle of between about +10 and about +30, in which case the male and female threads may screwing and before expansion an axial play between. their engagement flanks of between approximately 0.1 mm and approximately 0.3 mm, the first tubular element may initially have at its first external surface and before its first part a conical chamfer defining a local annular recess towards the first inside, when one moves towards the first part. In this case, the chamfer may have a substantially continuous slope relative to the longitudinal direction and between about 8 and about 12, - the first tubular element may be provided with a second portion initially having a local annular extra thickness selected at the level of a fourth inner surface extending the second abutment surface towards the first portion, and a third inner surface having at a selected location a throat adapted to be placed after screwing substantially at the local extra thickness. In this case, the first outer surface of the first lip may comprise after the diametrical expansion an annular shoulder which has at least part of the conformation of the groove and in tight and tight contact therewith, the first tubular element may initially have at its first part, on the opposite side to the male thread, a tapered necking in which is defined a local annular recess. In this case, the necking can initially increase substantially continuously along a slope with respect to the longitudinal direction A, of between approximately 2 and approximately 20; the groove may initially comprise at least two curvilinear portions, possibly separated by a central portion. substantially cylindrical. In this case, the portions may initially have substantially identical radii of curvature, for example between about 2 mm and about 20 mm. The groove initially has a radial depth, the maximum value of which is preferably chosen so that the groove bottom material section is greater than the product of the smallest section of a running portion of the tubes to which the first and second grooves belong. tubular elements by the effectiveness of the joint in traction. The term "common part of a tube" means the central part distant from its two ends and of substantially constant diameter, the male and female threads are preferably chosen from the threads of the conical and cylindrical type, and are each formed on at least one tubular element portion. said second tubular element may belong to a substantially symmetrical connection sleeve of the female / female type and said first tubular element to one end of a tube of great length. The sleeve may then comprise a central portion extended on either side by two second tubular elements and initially provided on an outer face with an annular zone having a sub-thickness selected so that the initial thickness of said sleeve at this zone is greater than or equal to the product of the section of a current portion of the tubes, at the ends of which are formed said first tubular elements, by the effectiveness of the seal.

L'invention concerne également un procédé de réalisation d'un joint tubulaire fileté à partir d'un joint tubulaire initial du type de celui présenté ci-avant.  The invention also relates to a method for producing a threaded tubular joint from an initial tubular joint of the type shown above.

Dans ce procédé, on peut partir de première et seconde lèvres de formes choisies de sorte que les première surface interne et deuxième surface externe n' établissent un contact serrant 10 qu'après l'appuie de la deuxième surface de butée sur la troisième surface de butée.  In this process, it is possible to start from first and second shaped lips chosen so that the first inner surface and the second outer surface only establish a close contact 10 after the second abutment surface has been pressed onto the third surface of the second surface. stop.

Par ailleurs, le vissage peut tout d'abord contraindre la première surface de butée à s'appuyer contre la quatrième surface de butée de manière à provoquer une mise en compression axiale de la première lèvre dans le domaine des déformations élastiques.  Furthermore, the screwing may first force the first abutment surface to abut against the fourth abutment surface so as to cause an axial compression of the first lip in the field of elastic deformations.

Un tel procédé est particulièrement bien adapté, bien que de façon non limitative, à l'expansion radiale du joint selon un taux d'expansion au moins égal à 10%.  Such a method is particularly well suited, although in a non-limiting manner, to the radial expansion of the joint according to an expansion ratio of at least 10%.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description 2 0 détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur lesquels: É la figure 1 illustre de façon schématique, dans une vue en coupe longitudinale, une partie d'un exemple de réalisation d'un joint fileté étanche selon l'invention, É la figure 2 illustre de façon schématique, dans une vue en coupe longitudinale, une partie d'un filetage femelle conique et du filetage mâle conique homologue avant 2 5 vissage et expansion, É la figure 3 illustre de façon schématique, dans une vue en coupe longitudinale, une partie de l'extrémité mâle du premier tube du joint fileté étanche de la figure 1, É la figure 4 illustre de façon schématique, dans une vue en coupe longitudinale, une partie de l'extrémité femelle du second tube du joint fileté étanche de la figure 1, 3 0 É la figure 5 illustre de façon schématique, dans une vue en coupe longitudinale, les forces générées sur les extrémités mâle et femelle des tubes des figures 3 et 4 pendant la première étape de vissage, É la figure 6 illustre de façon schématique, dans une vue en coupe longitudinale, les forces générées sur les extrémités mâle et femelle des tubes des figures 3 et 4 35 pendant la seconde étape de vissage, É la figure 7 illustre de façon schématique, dans une vue en coupe longitudinale, les forces générées sur les extrémités mâle et femelle des tubes des figures 3 et 4 pendant l'étape d'expansion par déformation plastique, É la figure 8 illustre de façon schématique, dans une vue en coupe longitudinale, les déformations subies par les extrémités mâle et femelle des tubes des figures 3 et 4 après l'étape d'expansion, et É la figure 9 illustre de façon schématique, dans une vue en coupe longitudinale, une partie d'un exemple de réalisation d'un assemblage de deux joints filetés selon l'invention, disposés symétriquement.  Other features and advantages of the invention will be apparent from the following detailed description and the accompanying drawings, in which: Figure 1 schematically illustrates, in a longitudinal sectional view, a Part of an exemplary embodiment of a sealed threaded joint according to the invention, Figure 2 schematically illustrates, in a longitudinal sectional view, a portion of a conical female thread and the homologous conical male thread before 2 Figure 3 schematically illustrates, in a longitudinal sectional view, a portion of the male end of the first tube of the sealed threaded joint of Figure 1, Figure 4 schematically illustrates, in FIG. a longitudinal sectional view, a portion of the female end of the second tube of the sealed threaded joint of FIG. 1, FIG. 5 schematically illustrates, in a longitudinal sectional view, the forces generated. on the male and female ends of the tubes of FIGS. 3 and 4 during the first screwing step, FIG. 6 schematically illustrates, in a longitudinal sectional view, the forces generated on the male and female ends of the tubes of FIGS. and 4 during the second screwing step, Figure 7 schematically illustrates, in a longitudinal sectional view, the forces generated on the male and female ends of the tubes of Figures 3 and 4 during the expansion step by FIG. 8 schematically illustrates, in a longitudinal sectional view, the deformations experienced by the male and female ends of the tubes of FIGS. 3 and 4 after the expansion step, and FIG. schematically, in a longitudinal sectional view, a portion of an embodiment of an assembly of two threaded joints according to the invention, arranged symmetrically.

Les dessins annexés pourront non seulement servir à compléter l'invention, mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant.  The attached drawings may not only serve to complete the invention, but also contribute to its definition, if any.

L'invention concerne un joint tubulaire fileté étanche, pouvant être notamment utilisé dans un puits d'hydrocarbures ou dans un puits similaire tel qu'un puits géothermique, et le procédé de réalisation associé.  The invention relates to a tight threaded tubular joint, which can be used in particular in a hydrocarbon well or in a similar well such as a geothermal well, and the associated production method.

Comme indiqué dans l'introduction, un joint tubulaire fileté selon l'invention peut permettre de constituer des colonnes de tubes de cuvelage ou de production, par assemblage de tubes métalliques de grande longueur entre eux ou bien de tubes de grande longueur et de manchons.  As indicated in the introduction, a threaded tubular joint according to the invention can make it possible to form columns of casing or production tubes, by assembling metal tubes of great length between them or else of tubes of great length and sleeves.

2 0 On se réfère tout d'abord aux figures 1 à 8 pour décrire un premier exemple de réalisation d'un joint selon l'invention. Dans cet exemple, comme cela est partiellement illustré sur la figure 1, le joint permet de connecter deux tubes Ti et T2, d'axe de révolution XX et de grande longueur, c'est-à-dire de plusieurs mètres de longueur, et plus précisément l'extrémité de type mâle EM (ou élément tubulaire mâle) d'un premier tube Ti et l'extrémité de type 2 5 femelle EF (ou élément tubulaire femelle) d'un second tube T2. Dans le mode de réalisation illustré, les tubes Ti et T2 présentent par exemple une partie courante dont le diamètre extérieur initial est égal à environ 193,68 mm (ou 7" 5/8). La partie courante d'un tube est la partie centrale éloignée de ses deux extrémités et de diamètre sensiblement constant.  Referring first to Figures 1 to 8, a first embodiment of a seal according to the invention is described. In this example, as partially illustrated in FIG. 1, the seal makes it possible to connect two tubes Ti and T2, of axis of revolution XX and of great length, that is to say several meters in length, and more precisely the end of the male type EM (or male tubular element) of a first tube Ti and the end of the female type 2 5 EF (or female tubular element) of a second tube T2. In the illustrated embodiment, the tubes Ti and T2 have, for example, a running portion whose initial outside diameter is equal to about 193.68 mm (or 7 "5/8) .The current portion of a tube is the portion central distant from both ends and of substantially constant diameter.

3 0 Comme cela est illustré sur la figure 1, l'extrémité mâle EM d'un tube T1 comporte deux parties Pl et P2. La première partie P1 prolonge la partie centrale du tube Tl et est pourvue d'un filetage mâle externe FM, de préférence de type conique, mais il pourrait être également de type cylindrique.  As illustrated in FIG. 1, the male end EM of a tube T1 has two parts P1 and P2. The first part P1 extends the central part of the tube T1 and is provided with an external male thread FM, preferably of conical type, but it could also be cylindrical type.

3 5 Par exemple, comme illustré sur la figure 2 on prévoit un filetage conique dont la conicité AD/D, où D est le diamètre, est de 10%. Par ailleurs, le jeu axial (ou longitudinal) entre les filets est initialement suffisamment important pour leur offrir une certaine liberté de déplacement lors de l'expansion diamétrale, sur laquelle on reviendra plus loin. Par exemple, le jeu axial entre les flancs d'engagement (ou "flanc stabbing") FS des filets des filetages mâle FM et femelle FF est compris entre environ 0,1 mm et environ 0,3 mm.  For example, as illustrated in FIG. 2, a tapered thread is provided whose taper AD / D, where D is the diameter, is 10%. Furthermore, the axial play (or longitudinal) between the nets is initially large enough to offer them a certain freedom of movement during the diametric expansion, which will be discussed later. For example, the axial clearance between the flanks of engagement (or "flank stabbing") FS of the threads of the male threads FM and female FF is between about 0.1 mm and about 0.3 mm.

En outre, afin d'assurer une bonne tenue en traction, mais surtout en compression, et par conséquent de diminuer les risques de désengagement ou dégrainage des filets mâle et femelle avant, pendant et après l'expansion, le flanc porteur (ou "flanc loading") FL des filets est par exemple incliné par rapport à la direction radiale d'un angle négatif al compris entre environ - 3 et environ - 15 et plus préférentiellement égal à environ -10 , tandis que le flanc d'engagement FS des filets est par exemple incliné par rapport à la direction radiale d'un angle positif a2 compris entre environ + 10 et environ + 30 , et plus préférentiellement égal à environ + 15 .  In addition, in order to ensure a good tensile strength, but especially in compression, and therefore to reduce the risk of disengagement or defloration of the male and female threads before, during and after expansion, the carrier flank (or "flank" loading ") FL of the threads is inclined, for example, with respect to the radial direction of a negative angle α between about -3 and about -15 and more preferably about -10, while the engagement flank FS of the threads for example, is inclined with respect to the radial direction of a positive angle a2 between about +10 and about +30, and more preferably about +15.

L'angle négatif al permet d'éviter le désengagement ou dégrainage des filets en prise, notamment sous traction. Par ailleurs, plus l'angle positif a2 est grand, plus l'engagement 15 des filets est facile, mais plus la tenue à la compression est dégradée.  The negative angle α makes it possible to avoid the disengagement or de-meshing of the threads in engagement, in particular under tension. On the other hand, the larger the positive angle a2, the easier the engagement of the threads is, but the more the compressive strength is degraded.

Il est important de noter que les filetages mâle FM et femelle FF peuvent être chacun formés sur au moins une portion d'élément tubulaire EM, EF. En d'autres termes, ils peuvent être réalisés en une ou plusieurs parties. Lorsqu'ils sont constitués de deux parties celles-ci 2 0 peuvent être éventuellement formées sur deux surfaces radialement distinctes ou alternative-ment sur une même surface.  It is important to note that the male FM and female FF threads can each be formed on at least one tubular element portion EM, EF. In other words, they can be made in one or more parts. When they consist of two parts they can be optionally formed on two radially distinct surfaces or alternately on the same surface.

La seconde partie P2 prolonge la première partie P 1 à l'extrémité du tube T 1. Elle comprend tout d'abord, comme illustré sur la figure 3, une première lèvre annulaire (ou doigt annulaire) L1 comprenant une première surface de butée axiale SB1, initialement sensiblement plane et perpendiculaire à l'axe longitudinal A du tube Ti (parallèle à XX), une première surface interne SI1, prolongeant initialement de façon sensiblement perpendiculaire la première surface de butée axiale SB 1 en direction de la première partie Pl et orientée vers l'intérieur du tube Ti (c'est-à-dire du côté opposé au filetage mâle FM), et une première surface externe SE1, prolongeant également la première surface de butée axiale SB1 en direction de la première partie P1 et orientée vers l'extérieur du tube Ti. Elle comprend en outre une deuxième surface de butée SB2 prolongeant la première surface interne SI1 et prolongée par une (quatrième) surface interne SI4 au moins en partie cylindrique et destinée à être au contact du fluide (ou gaz) circulant dans le tube Tl. Les première surface de butée axiale 3 5 SB1, première surface interne SI1 et deuxième surface de butée SB2 définissent ce que l'homme de l'art appelle une "feuillure mâle".  The second part P2 extends the first part P 1 to the end of the tube T 1. It comprises first of all, as illustrated in FIG. 3, a first annular lip (or annular finger) L1 comprising a first axial abutment surface. SB1, initially substantially flat and perpendicular to the longitudinal axis A of the tube Ti (parallel to XX), a first internal surface SI1, initially extending substantially perpendicularly to the first axial abutment surface SB 1 towards the first part P1 and oriented towards the inside of the tube Ti (that is to say on the opposite side to the male thread FM), and a first external surface SE1, also extending the first axial abutment surface SB1 towards the first part P1 and oriented towards the outside of the tube Ti. It further comprises a second stop surface SB2 extending the first internal surface SI1 and extended by a (fourth) internal surface SI4 at least partially cylindrical and intended to be in contact with the fluid (or gas) flowing in the tube T1. first axial abutment surface SB1, first inner surface SI1 and second abutment surface SB2 define what one skilled in the art calls a "male rabbet".

Comme cela est illustré sur la figure 3, la première surface interne SI l peut être inclinée d'un angle a3 choisi par rapport à la direction longitudinale A du tube Tl, pour une raison qui sera évoquée plus loin. Elle forme ainsi initialement une surface conique. L'angle d'inclinaison est de préférence compris entre environ 0,1 et environ 15 , et plus préférentiellement égal à environ 2,5 . Par ailleurs, comme illustré, la première surface externe SE 1 peut être légèrement bombée, et plus précisément torique de grand rayon, par exemple entre 20 mm et 100 mm, afin de faciliter son impression dans une gorge G1, comme on le verra plus loin.  As illustrated in FIG. 3, the first internal surface SI 1 can be inclined at an angle a3 chosen with respect to the longitudinal direction A of the tube T1, for a reason which will be mentioned below. It thus initially forms a conical surface. The angle of inclination is preferably between about 0.1 and about 15, and more preferably about 2.5. Moreover, as illustrated, the first outer surface SE 1 may be slightly curved, and more precisely toric with a large radius, for example between 20 mm and 100 mm, in order to facilitate its printing in a groove G1, as will be seen later. .

Comme cela est illustré sur la figure 4, l'extrémité femelle EF d'un tube T2 comporte également deux parties P3 et P4. La première partie P3, placée la plus à l'extrémité du tube 10 T2, est pourvue d'un filetage femelle interne FF, homologue du filetage mâle FM.  As illustrated in FIG. 4, the female end EF of a tube T2 also comprises two parts P3 and P4. The first part P3, placed most at the end of the tube T2, is provided with an internal female thread FF homologous to the male thread FM.

La seconde partie P4 prolonge la première partie P3 vers la partie centrale du tube T2. Elle comprend tout d'abord une seconde lèvre annulaire (ou doigt annulaire) L2 comprenant une troisième surface de butée SB3, une deuxième surface externe SE2, orientée vers l'extérieur du tube T2, prolongeant la troisième surface de butée SB3 dans une direction opposée à la première partie P3 et destinée à être placée en regard de la première surface interne SI1, et une deuxième surface interne SI2 au moins en partie cylindrique, orientée vers l'intérieur du tube T2 (c'est- à-dire du côté opposé au filetage femelle FF) et prolongeant également la troisième surface de butée SB3 dans une direction opposée à la première partie P3.  The second portion P4 extends the first portion P3 to the central portion of the tube T2. It first comprises a second annular lip (or annular finger) L2 comprising a third abutment surface SB3, a second external surface SE2 facing outwardly of the tube T2, extending the third abutment surface SB3 in an opposite direction. at the first portion P3 and intended to be placed facing the first internal surface SI1, and a second internal surface SI2 at least partly cylindrical, facing the inside of the tube T2 (that is to say on the opposite side to the female thread FF) and also extending the third abutment surface SB3 in a direction opposite to the first part P3.

Elle comprend en outre une quatrième surface de butée axiale SB4, initialement sensible-ment plane et perpendiculaire à la direction longitudinale A du tube T2, et une troisième surface interne SI3 en partie cylindrique, orientée vers l'intérieur du tube T2 et prolongeant la quatrième surface de butée axiale SB4 en direction de la première partie P3. Une partie 2 5 de la troisième surface interne SI3 définit conjointement avec les deuxième surface externe SE2 et quatrième surface de butée SB4 un logement (ou rainure) annulaire LO homologue de la première lèvre L1 de manière à la recevoir lors de la phase de vissage des tubes Tl et T2, sur laquelle on reviendra plus loin.  It further comprises a fourth axial abutment surface SB4, initially substantially planar and perpendicular to the longitudinal direction A of the tube T2, and a third internal surface SI3 partly cylindrical, facing the inside of the tube T2 and extending the fourth axial abutment surface SB4 towards the first part P3. A portion of the third inner surface SI3 together with the second outer surface SE2 and the fourth abutment surface SB4 define an annular housing (or groove) LO homologous to the first lip L1 so as to receive it during the screwing phase of the T1 and T2 tubes, which will be discussed later.

3 0 Le logement LO s'étend sur une longueur axiale choisie PR, égale à celle de la seconde lèvre L2, et suivant une profondeur radiale choisie H (perpendiculaire à la direction longitudinale A). Préférentiellement, le rapport PR/H est compris entre environ 1 et environ 3, et plus préférentiellement entre environ 1,2 et environ 1,6. Il est encore plus préférentiellement égal à environ 1,5. Par exemple, PR est égal à 4 mm et H est égal à 2,7 mm, ce qui fournit un 3 5 rapport PR/H sensiblement égal à 1,5. Comme on le verra plus loin, ces deux dimensions PR et H sont choisies de manière à permettre une déformation choisie de la première lèvre L1.  The housing LO extends over a selected axial length PR, equal to that of the second lip L2, and a selected radial depth H (perpendicular to the longitudinal direction A). Preferably, the ratio PR / H is between about 1 and about 3, and more preferably between about 1.2 and about 1.6. It is even more preferably equal to about 1.5. For example, PR is 4 mm and H is 2.7 mm, which provides a PR / H ratio substantially equal to 1.5. As will be seen below, these two dimensions PR and H are chosen so as to allow a selected deformation of the first lip L1.

Les troisième surface de butée SB3, deuxième surface externe SE2 et quatrième surface de butée axiale SB4 définissent ce que l'homme de l'art appelle une "feuillure femelle". 0(  The third abutment surface SB3, second outer surface SE2 and fourth axial abutment surface SB4 define what one skilled in the art calls a "female rabbet". 0 (

Une gorge annulaire G1 est par ailleurs définie dans une partie au moins de la troisième surface interne SI3. Elle comporte initialement, de préférence, une partie centrale PC sensiblement cylindrique et prolongée de part et d'autre par deux portions curvilignes PC1 et PC2. Ces portions curvilignes Cl et C2 présentent initialement, de préférence, des rayons de courbure sensiblement identiques, compris de préférence entre environ 2 mm et environ 20 mm. Mais, cette gorge G1 pourrait ne comporter que deux portions curvilignes.  An annular groove G1 is further defined in at least a portion of the third internal surface SI3. It initially comprises, preferably, a substantially cylindrical PC central portion and extended on either side by two curvilinear portions PC1 and PC2. These curvilinear portions C1 and C2 initially have, preferably, substantially identical radii of curvature, preferably between about 2 mm and about 20 mm. But, this groove G1 could have only two curvilinear portions.

Par exemple, la gorge G1 comprend une partie centrale PC qui s'étend sur une longueur axiale PR' égale à environ 2 mm, une profondeur radiale H' égale à environ 1 mm, et des portions curvilignes Cl et C2 qui présentent un rayon de courbure égal à environ 5 mm. La profondeur radiale H' de la gorge G1 est généralement limitée par l'épaisseur du tube T2, au niveau du plan de symétrie PSG de ladite gorge, laquelle ne doit pas être inférieure à une épaisseur minimale servant au calcul de la section critique du joint fileté. Plus précisément, la valeur maximale de la profondeur radiale H' est choisie de sorte que la section droite de matière en fond de gorge Gl soit supérieure au produit de la section du tube Ti ou T2 dans sa partie courante (ou de la plus faible de ces deux sections si elles sont différentes) par l'efficacité du joint en traction. Le rapport entre la section critique des éléments filetés et la section de tube (Tl, T2) caractérise l'efficacité de la connexion (ou du joint), laquelle est avec la section du tube une donnée d'entrée de la conception d'une colonne tubulaire.  For example, the groove G1 comprises a central part PC which extends over an axial length PR 'equal to approximately 2 mm, a radial depth H' equal to approximately 1 mm, and curvilinear portions C1 and C2 which have a radius of curvature equal to about 5 mm. The radial depth H 'of the groove G1 is generally limited by the thickness of the tube T2, at the plane of symmetry PSG of said groove, which must not be less than a minimum thickness for calculating the critical section of the joint threaded. More precisely, the maximum value of the radial depth H 'is chosen so that the cross-section of material at the bottom of the gro G1 is greater than the product of the section of the tube Ti or T2 in its running portion (or of the lowest of these two sections if they are different) by the efficiency of the joint in tension. The ratio between the critical section of the threaded elements and the tube section (T1, T2) characterizes the efficiency of the connection (or joint), which is with the section of the tube an input data of the design of a tubular column.

Dans cette configuration, le plan de symétrie PSG de la gorge G1 est placé à une distance axiale choisie D de la quatrième surface de butée axiale SB4 qui définit le fond du logement (ou rainure) LO. Par exemple, avec les valeurs précitées, la distance D est égale à environ 5,61 mm. Par ailleurs, après vissage, la partie centrale PC de la gorge G1 est sensiblement 2 5 placée à l'aplomb de la surépaisseur SA1.  In this configuration, the PSG symmetry plane of the groove G1 is placed at a selected axial distance D of the fourth axial abutment surface SB4 which defines the bottom of the housing (or groove) LO. For example, with the aforementioned values, the distance D is equal to about 5.61 mm. Furthermore, after screwing, the central part PC of the groove G1 is substantially placed in line with the excess thickness SA1.

Comme on le verra plus loin, le rayon de courbure (notamment du côté du filetage), la profondeur radiale H', la longueur axiale PR et la profondeur radiale H sont choisis de manière à permettre la déformation choisie de la première lèvre L1 en coopération 3 0 notamment avec les deuxième SB2 et troisième SB3 surfaces de butée.  As will be seen below, the radius of curvature (in particular on the thread side), the radial depth H ', the axial length PR and the radial depth H are chosen so as to allow the selected deformation of the first lip L1 in cooperation In particular with the second SB2 and third SB3 abutment surfaces.

La seconde partie P4 comprend également une autre (cinquième) surface interne SI5 cylindrique prolongeant la deuxième surface de butée SB2 dans la direction opposée à la première partie P3 (c'est-à-dire en direction de la partie centrale du tube T2) et destinée à 3 5 être au contact du fluide (ou gaz) circulant dans le tube T2.  The second part P4 also comprises another (fifth) internal cylindrical surface C11 extending the second abutment surface SB2 in the direction opposite to the first part P3 (that is to say towards the central part of the tube T2) and intended to be in contact with the fluid (or gas) circulating in the tube T2.

Selon l'invention, la deuxième surface de butée SB2 et la troisième surface de butée SB3 présentent initialement des surfaces coniques respectivement convexe et concave et des o( inclinaisons d'angles a4 choisis par rapport à un plan perpendiculaire à la direction longitudinale A, sensiblement identiques.  According to the invention, the second abutment surface SB2 and the third abutment surface SB3 initially have respectively convex and concave conical surfaces and o (inclinations of angles a4 chosen with respect to a plane perpendicular to the longitudinal direction A, substantially identical.

Préférentiellement, comme illustré sur les figures 3 et 4, les deuxième SB2 et troisième SB3 surfaces de butée présentent sensiblement une même inclinaison initiale. On entend ici par "inclinaisons sensiblement égales" des inclinaison égales à environ 5 . Cette inclinaison commune est préférentiellement comprise entre un angle a4 d'environ +5 et un angle a4 d'environ +30 . Elle est plus préférentiellement encore égale à environ 10 .  Preferably, as illustrated in FIGS. 3 and 4, the second SB2 and third SB3 abutment surfaces have substantially the same initial inclination. Here, the term "substantially equal inclinations" inclinations equal to about 5. This common slope is preferably between an angle a4 of about +5 and an angle a4 of about +30. It is more preferably still equal to about 10.

Cette inclinaison permet, lorsque la deuxième surface de butée SB2 s'appuie contre la troisième surface de butée SB3 pendant la phase de vissage, de pré-contraindre radialement la première lèvre L1 en direction de l'axe du joint et donc de serrer radialement, et de façon étanche, sa première surface interne SIl contre la deuxième surface externe SE2 de la seconde lèvre L2 (en raison de leurs formes respectives choisies). Elle permet en outre, comme on le verra plus loin, de contraindre la première surface externe SE I et la troisième surface interne SI3 (en raison de leurs formes respectives choisies) à définir localement un contact serrant et étanche, lors de la phase d'expansion diamétrale dans le domaine de la déformation plastique.  This inclination makes it possible, when the second abutment surface SB2 bears against the third abutment surface SB3 during the screwing phase, to radially prestress the first lip L1 in the direction of the axis of the seal and thus to tighten radially, and sealingly, its first inner surface SI1 against the second outer surface SE2 of the second lip L2 (due to their respective chosen shapes). It furthermore makes it possible, as will be seen below, to constrain the first external surface SE I and the third internal surface SI3 (due to their respective chosen shapes) to locally define a tight and tight contact, during the phase of diametric expansion in the field of plastic deformation.

2 0 La constitution d'un joint selon l'invention s'effectue par la mise en oeuvre d'un procédé comportant les étapes suivantes.  The formation of a seal according to the invention is carried out by the implementation of a method comprising the following steps.

Dans une première étape illustrée sur la figure 5, on visse l'extrémité, par exemple mâle EM, de l'un des tubes, par exemple Tl, sur l'extrémité, par exemple femelle EF, de l'autre tube, 2 5 par exemple T2, jusqu'à ce que la première surface de butée axiale SB1 de la première lèvre L1 s'appuie sur la quatrième surface de butée axiale SB4 du logement (ou rainure) LO.  In a first step illustrated in FIG. 5, the end, for example male EM, of one of the tubes, for example T1, is screwed onto the end, for example female EF, of the other tube. for example T2, until the first axial abutment surface SB1 of the first lip L1 is based on the fourth axial abutment surface SB4 of the housing (or groove) LO.

Afin de faciliter ce vissage, et comme illustré sur la figure 4, la deuxième surface externe SE2 de la seconde lèvre L2 peut présenter sur une courte distance une inclinaison d'un angle 3 0 choisi a5 par rapport à la direction longitudinale A, au niveau de sa liaison avec la troisièmesurface de butée SB3. Elle forme ainsi initialement un chanfrein de surface conique. Préférentiellement, cette inclinaison est initialement comprise entre un angle d'environ +8 et un angle d'environ +12 . Plus préférentiellement encore, elle est égale à environ 10 . Une telle inclinaison permet de faciliter la pénétration de la première lèvre LI dans le logement (ou rainure) LO, notamment dans le cas d'interférences accidentelles, ce qui permet de diminuer les éventuels risques de grippage ou d'endommagement de la première lèvre L1, et notamment de l'arête d'extrémité de sa première surface interne Sil. Une telle interférence peut en effet survenir entre les première surface interne SI1 et deuxième surface externe SE2 avant que la deuxième surface de butée SB2 ne s'appuie sur la troisième surface de butée SB3.  In order to facilitate this screwing, and as illustrated in FIG. 4, the second outer surface SE 2 of the second lip L 2 may have, for a short distance, an inclination of an angle 30 selected a 5 with respect to the longitudinal direction A, at the its connection with the third thrust surface SB3. It thus initially forms a conical surface chamfer. Preferably, this inclination is initially between an angle of about +8 and an angle of about +12. More preferably still, it is equal to about 10. Such inclination facilitates the penetration of the first lip LI into the housing (or groove) LO, particularly in the case of accidental interference, which reduces the risk of seizing or damage to the first lip L1 , and in particular of the end edge of its first internal surface Sil. Such interference can indeed occur between the first inner surface SI1 and the second outer surface SE2 before the second abutment surface SB2 rests on the third abutment surface SB3.

Puis, dans une deuxième étape on poursuit le vissage jusqu'à ce que la deuxième surface de butée SB2 de la première lèvre L1 s'appuie sur la troisième surface de butée SB3 de la seconde lèvre L1. La poursuite du vissage, après la mise en butée de la première surface de butée SB1 sur la quatrième surface de butée SB4, permet d'initier l'emmagasinement d'énergie potentielle élastique dans la première lèvre L1, en mettant celle-ci en compression axiale.  Then, in a second step is continued screwing until the second abutment surface SB2 of the first lip L1 is based on the third abutment surface SB3 of the second lip L1. The pursuit of the screwing, after the abutment of the first abutment surface SB1 on the fourth abutment surface SB4, makes it possible to initiate the storing of elastic potential energy in the first lip L1, by putting it into compression axial.

Dans une troisième étape illustrée sur la figure 6, on poursuit encore le vissage afm de pré-contraindre radialement la première lèvre L1 en direction de l'axe du joint, grâce à l'inclinaison (ou pente) des deuxième SB2 et troisième SB3 surfaces de butée SB3 des première L1 et seconde L2 lèvres, et à la coopération des première SB1 et quatrième SB4 surfaces de butée axiales. Cette précontrainte est matérialisée par les flèches F1 et F2 sur la figure 6.  In a third step illustrated in FIG. 6, screwing is continued in order to radially prestress the first lip L1 in the direction of the axis of the joint, thanks to the inclination (or slope) of the second SB2 and third SB3 surfaces. stop SB3 of the first L1 and second L2 lips, and the cooperation of the first SB1 and fourth SB4 axial abutment surfaces. This prestress is shown by the arrows F1 and F2 in FIG.

Le contact entre les différentes surfaces de butée et les deux lèvres est ainsi notablement renforcé, ce qui permet d'assurer l'étanchéité du joint avant l'étape d'expansion diamétrale.  The contact between the different abutment surfaces and the two lips is thus substantially reinforced, which makes it possible to seal the seal before the diametric expansion step.

2 0 On obtient ainsi, avant expansion, une excellente étanchéité aux gaz sous pression interne, y compris en présence de forces de traction ou de compression axiale, et une bonne étanchéité sous pression externe, y compris en présence de forces de compression axiale.  Thus, before expansion, an excellent gas tightness under internal pressure is obtained, even in the presence of tensile or axial compression forces, and a good seal under external pressure, even in the presence of axial compressive forces.

Dans une quatrième étape, on introduit axialement dans l'un des tubes Ti et T2 un outil d'expansion diamétrale, comme par exemple un boulet à tête conique dont le diamètre maximal est supérieur au diamètre interne initial DI des tubes Tl et T2 (égal à 2 fois le rayon interne RI matérialisé sur la figure 1) et est sensiblement égal à leur diamètre interne final. Le choix de la direction d'introduction ne revêt pas une réelle importance. Par conséquent, le boulet peut être déplacé axialement d'une extrémité mâle EM vers une extrémité femelle 3 0 EF, ou inversement.  In a fourth step, a diametral expansion tool is introduced axially into one of the tubes T1 and T2, for example a conical ball whose maximum diameter is greater than the initial internal diameter DI of the tubes T1 and T2 (equal to to 2 times the internal radius RI materialized in Figure 1) and is substantially equal to their final internal diameter. The choice of introduction direction is not really important. Therefore, the ball can be moved axially from a male end EM to a female end EF, or vice versa.

Le déplacement du boulet s'effectue de manière connue de l'homme de l'art (voir notamment les documents US 6,604,763 et WO 03/071086), par exemple par traction à l'aide de tiges de forage ou bien en exerçant une pression hydraulique. Le boulet a par exemple une forme cylindro-conique avec une partie conique d'entrée chargée d'effectuer l'expansion et prolongée par une partie cylindrique médiane. Mais, sa forme peut être également sphérique ou biconique (partie conique d'entrée prolongée par une partie cylindrique, elle-même prolongée par une partie conique de sortie). Les rayons de raccordement de ces trois parties du boulet sont choisis en fonction des besoins. a  The movement of the ball is carried out in a manner known to those skilled in the art (see in particular the documents US 6,604,763 and WO 03/071086), for example by pulling with the aid of drill rods or by exerting pressure hydraulic. The ball has for example a cylindro-conical shape with a conical inlet portion responsible for effecting expansion and extended by a central cylindrical portion. But, its shape can also be spherical or biconical (conical input portion extended by a cylindrical portion, itself extended by a conical exit portion). The connecting radii of these three parts of the ball are chosen according to the needs. at

D'autres outils d'expansion peuvent être utilisés à la place des boulets, comme par exemple un outil d'expansion rotatif à trois rouleaux réalisant une expansion mécanique. Ces outils d'expansion (y compris les boulets) et leurs modes d'utilisation sont notamment décrits dans les documents brevets WO 02/081863, US 6,457,532 et US 2002/0139540.  Other expansion tools may be used in place of the balls, such as a rotary expansion tool with three rollers performing a mechanical expansion. These expansion tools (including the balls) and their modes of use are described in particular in patent documents WO 02/081863, US 6,457,532 and US 2002/0139540.

L'expansion diamétrale s'effectue dans le domaine des déformations plastiques. Les déformations plastiques générées augmentant la limite d'élasticité des éléments tubulaires, on doit par conséquent utiliser des métaux supportant de telles déformations. Par exemple, un tube présentant initialement une limite d'élasticité de 310 MPa (45 KSI) voit cette limite passer à 380 Mpa (55 KSI) après expansion.  Diameter expansion occurs in the field of plastic deformations. As the plastic deformations generated increase the elastic limit of the tubular elements, it is therefore necessary to use metals that support such deformations. For example, a tube initially having a yield strength of 310 MPa (45 KSI) sees this limit increase to 380 Mpa (55 KSI) after expansion.

Lorsque le boulet parvient au niveau de la quatrième surface interne SI4 de la seconde partie P2 de l'extrémité mâle EM et de la cinquième surface interne SI5 de la seconde partie P4 de l'extrémité femelle EF, la matière expansée contraint la première lèvre L1 à se déformer dans la gorge G1. Les déformations subies par le joint pendant l'expansion sont matérialisées par les flèches F3 à F6 sur la figure 7.  When the ball reaches the level of the fourth internal surface SI4 of the second portion P2 of the male end EM and the fifth internal surface SI5 of the second portion P4 of the female end EF, the expanded material constrains the first lip L1 to deform in the throat G1. The deformations experienced by the joint during the expansion are represented by the arrows F3 to F6 in FIG.

Plus précisément, la première lèvre Ll est contrainte de se courber (flèche F4) et de prendre au moins en partie la forme de la gorge G1. Il se crée alors, comme illustré sur la figure 8, au niveau de la première surface externe SE1 de l'extrémité mâle EM, juste avant la première lèvre L1, un épaulement ou talon annulaire EP qui permet de créer une zone d'étanchéité par contacts serrants de type "métal sur métal".  More specifically, the first lip L1 is forced to bend (arrow F4) and take at least partly the shape of the groove G1. It is then created, as illustrated in FIG. 8, at the level of the first external surface SE1 of the male end EM, just before the first lip L1, an annular shoulder or heel EP which makes it possible to create a sealing zone by tight contacts of type "metal on metal".

L'épaulement EP et l'étanchéité peuvent être renforcés par la présence d'une surépaisseur 2 5 annulaire locale SA1 en direction de l'intérieur du tube Ti, au niveau de la quatrième surface interne SI4 de la première lèvre L1 et au voisinage de la deuxième surface de butée SB2. Préférentiellement, comme illustré sur les figures 3 et 5 à 7, cette surépaisseur SA1 est sensiblement constante dans la zone d'extension de la partie centrale PC de la gorge G1, puis elle décroît. Cette décroissance est préférentiellement sensiblement continue en direction de 3 0 la première partie P 1. Elle peut par exemple se faire selon un angle a9 par rapport à la direction longitudinale A compris entre environ 5 et environ 30 , et plus préférentiellement entre environ 10 et environ 20 , et encore plus préférentiellement égal à environ 12 .  The shoulder EP and the seal may be reinforced by the presence of a local annular thickening SA1 in the direction of the inside of the tube Ti, at the level of the fourth internal surface SI4 of the first lip L1 and in the vicinity of the second stop surface SB2. Preferably, as illustrated in FIGS. 3 and 5 to 7, this excess thickness SA1 is substantially constant in the zone of extension of the central portion PC of groove G1, and then decreases. This decrease is preferably substantially continuous in the direction of the first portion P 1. It can for example be made at an angle a9 with respect to the longitudinal direction A of between about 5 and about 30, and more preferably between about 10 and about 20, and even more preferably equal to about 12.

La surépaisseur maximale au niveau de la zone d'épaisseur constante définit un diamètre intérieur minimal de l'élément mâle EM. Ce diamètre intérieur doit être supérieur au diamètre d'un tampon (appelé "drift" par l'homme du métier). Le tampon (ou drift) est un outil qui est introduit à l'intérieur des tubes, avant de les descendre dans les puits, afin de s'assurer qu'ils disposent d'un diamètre libre intérieur minimal garantissant le passage d'outils dans la colonne sans risque d'accrochage. Lorsqu'elle demeure inférieure à la valeur  The maximum thickness at the region of constant thickness defines a minimum inside diameter of the male element EM. This inner diameter must be greater than the diameter of a buffer (called "drift" by the skilled person). The buffer (or drift) is a tool that is introduced inside the tubes, before going down into the wells, to ensure that they have a minimum internal free diameter guaranteeing the passage of tools in the column without risk of snagging. When it remains below the value

KK

mentionnée ci-avant, la valeur optimale de la surépaisseur est alors fixée par la quantité de matière nécessaire pour faire monter au maximum la première lèvre L1 dans le fond de la gorge GI lors de l'expansion afin qu'elle se déforme conformément aux besoins. Par exemple cette surépaisseur est égale à environ 0,8 mm.  mentioned above, the optimum value of the extra thickness is then fixed by the amount of material necessary to make the first lip L1 rise to the maximum in the bottom of the GI groove during the expansion so that it deforms according to the needs . For example this extra thickness is equal to about 0.8 mm.

Cette surépaisseur SA1 offre un surplus de matière qui permet de combler l'espace vide de la gorge G1, et par conséquent permet à la première lèvre L1 et la zone située juste avant celle-ci de prendre la conformation d'une partie au moins de ladite gorge G1, et donc de présenter sensiblement la déformation recherchée.  Sa1 extra thickness offers a surplus of material that can fill the empty space of the groove G1, and therefore allows the first lip L1 and the area just before it to take the conformation of at least a portion of said groove G1, and therefore to present substantially the desired deformation.

La déformation génère, comme indiqué ci-avant, l'épaulement ou talon annulaire EP, au niveau de la première surface externe SEl de l'extrémité mâle EM, avant la première lèvre L1, qui permet de créer une zone d'étanchéité par contacts serrants de la manière indiquée ci-dessous.  The deformation generates, as indicated above, the shoulder or annular heel EP, at the first outer surface SE1 of the male end EM, before the first lip L1, which makes it possible to create a contact sealing zone. tightening as indicated below.

L'expansion effectuée par le boulet se traduit, du fait du diamètre de l'élément femelle EF plus grand que celui de l'élément mâle EM, par un taux d'expansion de l'élément mâle EM plus grand que celui de l'élément femelle EF.  The expansion carried out by the ball results, because of the diameter of the female element EF greater than that of the male element EM, by an expansion rate of the male element EM larger than that of the EF female element.

2 0 Il s'en suit, du fait de la conservation de la matière, une contraction de l'élément mâle EM plus importante que celle de l'élément femelle EF, ce qui se traduit par un déplacement relatif axial de ces deux éléments dans le sens d'un dégagement matérialisé par les flèches F5 et F6 de la figure 7. Ce déplacement vient serrer fortement l'un contre l'autre les épaulements inclinés EP, créant l'étanchéité visée. On peut noter que la pression de contact ou serrage est encore renforcée lorsque le joint est soumis à des efforts de traction axiale.  As a result of the preservation of the material, contraction of the male element EM is greater than that of the female element EF, which results in a relative axial displacement of these two elements in the direction of a clearance materialized by the arrows F5 and F6 of Figure 7. This movement tightly press the one against the other inclined shoulders EP, creating the targeted seal. It can be noted that the contact or clamping pressure is further increased when the seal is subjected to axial tensile stresses.

En raison du désengagement axial lors de l'expansion, les longueurs axiales des première Ll et seconde L2 lèvres doivent être choisies de façon précise. En effet, si la première lèvre L1 est trop courte, elle risque de sortir de son logement LO et donc de plonger vers l'axe du 3 0 joint, supprimant ainsi l'étanchéité après expansion. Si la seconde lèvre L2 est trop longue, le logement LO est difficile à usiner.  Due to the axial disengagement during expansion, the axial lengths of the first L1 and second L2 lips must be chosen accurately. Indeed, if the first lip L1 is too short, it may exit its housing LO and thus plunge towards the axis of the joint, thus eliminating the seal after expansion. If the second lip L2 is too long, the housing LO is difficult to machine.

La courbure de la première lèvre L1 lors de l'expansion, favorisée par la forme de la gorge G1 et la surépaisseur SA1, se traduit par un second contact serrant entre la partie interne de 3 5 l'extrémité de la première lèvre L1 et la deuxième surface externe SE2.  The curvature of the first lip L1 during expansion, favored by the shape of the groove G1 and the excess thickness SA1, results in a second clamping contact between the inner part of the end of the first lip L1 and the second outer surface SE2.

La première lèvre L1 est alors arc-boutée et coincée entre l'épaulement constitué dans la paroi de la gorge G1 et la deuxième surface externe SE2. Un tel double contact permet d'assurer une excellente étanchéité, stable pour les différents modes de chargement possibles, comprenant tant la pression intérieure qu' extérieure combinée ou non à des efforts de traction ou de compression axiale.  The first lip L1 is then braced and wedged between the shoulder formed in the wall of the groove G1 and the second outer surface SE2. Such a double contact makes it possible to ensure excellent, stable sealing for the various possible loading modes, comprising both the internal and external pressure combined or not with traction or axial compression forces.

Afin de favoriser encore plus la courbure de la première lèvre L1 et de renforcer encore le contact entre l'épaulement ou talon EP et la gorge G1, on peut prévoir, comme illustré sur les figures 3 et 5 à 7, un décrochement DC1 vers l'intérieur du tube Ti, au niveau de la première surface externe SE I et avant la première partie P 1. Ce décrochement DC 1 est préférentiellement sensiblement continu. Il constitue ainsi initialement un chanfrein conique. Il peut par exemple se faire selon un angle a6 par rapport à la direction longitudinale A, compris entre environ 8 et environ 12 , et plus préférentiellement égal à environ 10 . Par exemple, ce décrochement DC 1 débute à une distance de la première surface de butée axiale SB1 (suivant la direction longitudinale A) égale à environ 7,8 mm.  In order to further promote the curvature of the first lip L1 and further strengthen the contact between the shoulder or heel EP and the groove G1, it is possible, as illustrated in FIGS. 3 and 5 to 7, to provide a recess DC1 towards the inside the tube Ti, at the first external surface SE I and before the first part P 1. This recess DC 1 is preferably substantially continuous. It thus initially constitutes a conical chamfer. It may for example be at an angle a6 to the longitudinal direction A, between about 8 and about 12, and more preferably about 10. For example, this recess DC 1 starts at a distance from the first axial abutment surface SB1 (along the longitudinal direction A) equal to about 7.8 mm.

Par ailleurs, afin de disposer de matière là où elle est nécessaire, le tube Ti peut subir au niveau de ses première P1 et seconde P2 parties, et avant usinage de l'élément mâle EM, un rétreint conique de demi-angle au sommet a7, le diamètre du cône allant en diminuant lorsque l'on se dirige vers l'extrémité libre de l'élément mâle EM.  Moreover, in order to dispose of material where it is necessary, the tube Ti may undergo at its first P1 and second P2 parts, and before machining the male element EM, a tapered recess of half-angle at the top a7 , the diameter of the cone decreasing when moving towards the free end of the male element EM.

Ce rétreint permet d'augmenter l'épaisseur de matière au niveau de la seconde partie P2 et 2 0 de loger la surépaisseur SA1. Après usinage de l'élément mâle EM et notamment de la surépaisseur SA1, la trace du rétreint se traduit par un décrochement annulaire local DC2 vers l'intérieur du tube lorsque l'on se dirige vers l'extrémité libre de l'élément mâle EM.  This shrinkage makes it possible to increase the thickness of material at the level of the second portion P2 and to accommodate the excess thickness SA1. After machining the male element EM and in particular the excess thickness SA1, the trace of the necking results in a local annular recess DC2 towards the inside of the tube when it is directed towards the free end of the male element EM .

Pour ne pas gêner la progression du boulet dans le tube Tl, le rétreint est préférentiellement 2 5 sensiblement continu et l'angle a7 compris entre environ 2 et environ 20 , et plus préférentiellement égal à environ 5 .  In order not to hinder the progression of the ball in the tube T1, the shrinkage is preferably substantially continuous and the angle a7 is between about 2 and about 20, and more preferably about 5.

Lorsque la première surface interne SI1 de la première lèvre L1 présente une inclinaison (par exemple d'environ 2,5 ), cela permet à la seconde lèvre L2 d'être placée plus près de 3 0 l'extérieur du tube T2. Par conséquent, lorsque le boulet parvient au niveau de la seconde lèvre L2, celle-ci peut se rapprocher de l'extérieur du tube T2. En outre, cela permet de limiter l'effet dit "banane" qui tend à faire tomber la seconde lèvre L2 vers l'intérieur de la cavité du tube T2.  When the first inner surface SI1 of the first lip L1 has an inclination (for example about 2.5), this allows the second lip L2 to be placed closer to the outside of the tube T2. Therefore, when the ball reaches the level of the second lip L2, it can be closer to the outside of the tube T2. In addition, this limits the effect called "banana" which tends to drop the second lip L2 to the inside of the tube cavity T2.

Ce rapprochement peut être accentué par la présence d'une surépaisseur annulaire locale SA2 en direction de l'intérieur du tube T2, au niveau de la cinquième surface interne SI5 de la seconde lèvre L2 et au voisinage de la troisième surface de butée SB3. Préférentiellement, comme illustré sur les figures 4 à 7, cette surépaisseur SA2 est sensiblement constante dans la zone d'extension de la seconde lèvre L2, puis elle décroît. Cette décroissance est 2863030 15 préférentiellement sensiblement continue. Elle constitue ainsi initialement un chanfrein conique. Elle peut par exemple se faire selon un angle a8 par rapport à la direction longitudinale A, compris entre environ 8 et environ 12 , et plus préférentiellement égal à environ 10 .  This approximation can be accentuated by the presence of a local annular oversize SA2 in the direction of the inside of the tube T2, at the fifth internal surface SI5 of the second lip L2 and in the vicinity of the third abutment surface SB3. Preferably, as illustrated in FIGS. 4 to 7, this excess thickness SA 2 is substantially constant in the extension zone of the second lip L 2 and then decreases. This decay is preferentially substantially continuous. It thus initially constitutes a conical chamfer. It may for example be at an angle a8 relative to the longitudinal direction A, between about 8 and about 12, and more preferably equal to about 10.

Cette surépaisseur SA2 dépend préférentiellement de celle de la première lèvre L1. Elle est plus préférentiellement encore inférieure à celle (SA1) de la première lèvre L1. Elle est de toute façon inférieure à une valeur maximale définie par le diamètre du tampon (ou "drift"). Par exemple, cette surépaisseur SA2 est comprise entre environ 0,3 mm et 0,8 mm, et de préférence égale à environ 0,5 mm. Le décalage initial offert par des surépaisseurs SA1 et SA2 différentes sur les première L1 et seconde L2 lèvres permet de favoriser la déformation finale, notamment de la première lèvre L1. Ce décalage ne doit cependant pas être trop important car il pourrait annuler l'effet précité offert par l'inclinaison de la première surface interne SI1 de la première lèvre Ll (lorsqu'elle existe).  This oversize SA2 preferably depends on that of the first lip L1. It is more preferably still lower than that (SA1) of the first lip L1. In any case, it is less than a maximum value defined by the diameter of the buffer (or "drift"). For example, this extra thickness SA2 is between about 0.3 mm and 0.8 mm, and preferably equal to about 0.5 mm. The initial offset offered by different thicknesses SA1 and SA2 on the first L1 and second L2 lips can promote the final deformation, including the first lip L1. This offset must not be too important, however, since it could cancel the aforementioned effect offered by the inclination of the first internal surface SI1 of the first lip L1 (when it exists).

Comme mentionné précédemment, le résultat de l'expansion induite par le passage du boulet est illustré sur la figure 8. Il est important de noter que dans les joints manchonnés (et non pas dans les joints intégraux), du fait que l'expansion provoque un désengagement axial, les déformations des première Li et seconde L2 lèvres peuvent ne pas être totalement identiques 2 0 aux deux extrémités opposées du manchon. Cette différence (ou dissymétrie) est cependant moindre que celle survenant dans les joints manchonnés décrits dans le document FR 02/03842.  As mentioned previously, the result of the ball-induced expansion is illustrated in FIG. 8. It is important to note that in the sleeved joints (and not in the integral joints), because the expansion causes With axial disengagement, the deformations of the first and second L2 lips may not be completely identical at the opposite ends of the sleeve. This difference (or dissymmetry) is however less than that occurring in the seals described in the document FR 02/03842.

Il est également important de noter que le retour élastique des éléments du joint fileté après 25 le passage du boulet est négligeable devant les déformations plastiques mises enjeu.  It is also important to note that the elastic return of the elements of the threaded joint after the passage of the ball is negligible in view of the plastic deformations involved.

On se réfère maintenant à la figure 9 pour décrire un exemple de réalisation d'un assemblage de deux joints selon l'invention, disposés symétriquement. Dans cet exemple, les deux joints permettent de connecter deux tubes Ti et T2 de grandes longueurs par l'intermédiaire d'un 3 0 élément tubulaire de type manchon de raccordement M. Ce manchon M est ici de forme symétrique par rapport à un plan de symétrie PSM perpendiculaire à l'axe longitudinal A des tubes Tl et T2. Il est par ailleurs de type femelle/femelle.  Referring now to Figure 9 to describe an exemplary embodiment of an assembly of two joints according to the invention, arranged symmetrically. In this example, the two joints make it possible to connect two tubes T1 and T2 of great lengths by means of a tubular element of type connection sleeve M. This sleeve M is here of symmetrical shape with respect to a plane of PSM symmetry perpendicular to the longitudinal axis A of tubes T1 and T2. It is also of the female / female type.

Un tel manchon M comprend une partie centrale PCM prolongée de part et d'autre par deux premières parties P3' et deux secondes parties P4', du même type que les première (P3) et seconde (P4) parties de l'extrémité femelle EF du tube T2 présenté ci-avant. Par conséquent, tout ce qui a été dit à propos des première (P3) et seconde (P4) parties de l'extrémité femelle du tube T2 s'applique également aux premières parties P3' et secondes parties P4' du manchon M. 0( Comme cela est illustré, la partie centrale PCM du manchon M comporte préférentiellement une gorge annulaire G2 (également appelée "lunule") définissant localement une sous-épaisseur centrée sur le plan de symétrie PSM.  Such a sleeve M comprises a central part PCM extended on both sides by two first parts P3 'and two second parts P4', of the same type as the first (P3) and second (P4) parts of the female end EF of the T2 tube presented above. Therefore, all that has been said about the first (P3) and second (P4) parts of the female end of the tube T2 also applies to the first portions P3 'and second portions P4' of the sleeve M.sub.0 ( As illustrated, the central PCM portion of the sleeve M preferably comprises an annular groove G2 (also called "lunula") locally defining a sub-thickness centered on the symmetry plane PSM.

Cette lunule G2 permet de réduire l'épaisseur du manchon M dans sa partie la plus épaisse et donc de diminuer les pressions et les forces d'expansion. En outre, elle permet de mieux contrôler les déformations au niveau des différentes surfaces de butée (SB 1 à SB4) et portées tout en offrant au joint un aspect sensiblement rectiligne (en surface de révolution extérieure) après expansion. L'épaisseur du manchon M au niveau de son plan de symétrie PSM doit donc être choisie supérieure ou égale au produit de la section de la partie courante des tubes Ti et T2, aux extrémités desquels sont formés les premiers éléments tubulaires, par l'efficacité du joint.  This lunette G2 makes it possible to reduce the thickness of the sleeve M in its thickest part and thus to reduce the pressures and the expansion forces. In addition, it allows better control deformations at different abutment surfaces (SB 1 to SB4) and worn while providing the joint a substantially straight (outer surface of revolution) after expansion. The thickness of the sleeve M at its plane of symmetry PSM must be chosen greater than or equal to the product of the section of the current portion of the tubes Ti and T2, at the ends of which are formed the first tubular elements, by the efficiency of the seal.

Préférentiellement, la lunule s'étend sensiblement entre les deux troisièmes surfaces de butée axiale SB3 des deux secondes lèvres L2 opposées. Mais, elle peut s'étendre sur une distance plus importante, notamment entre les derniers filets des deux filetages femelle FF. Les derniers filets sont ici ceux qui sont du côté des troisièmes surfaces de butée SB3.  Preferably, the lunula extends substantially between the two third axial abutment surfaces SB3 of the two opposite second lips L2. But, it can extend over a greater distance, especially between the last threads of the two female threads FF. The last threads are here those which are on the side of the third abutment surfaces SB3.

2 0 Par ailleurs, cette lunule G2 peut être en forme de cuvette munie d'une partie centrale présentant la sous-épaisseur maximale (au niveau du plan de symétrie PSM) et de parois latérales inclinées selon un angle de préférence inférieur à environ 30 , et plus préférentielle-ment égal à environ 15 .  Furthermore, this lunette G2 may be cup-shaped with a central portion having the maximum sub-thickness (at the plane of symmetry PSM) and sidewalls inclined at an angle preferably less than about 30, and more preferably equal to about 15.

2 5 Il est important de noter que la lunule (et donc la gorge G2) n'est pas forcément symétrique par rapport au plan PSG. Elle peut en effet présenter deux parties dissymétriques de part et d'autre du plan PSG.  It is important to note that the lunula (and thus the groove G2) is not necessarily symmetrical with respect to the PSG plane. It can indeed have two asymmetrical parts on both sides of the PSG plane.

Grâce à l'invention, on peut obtenir des joints qui présentent une bonne, voire même 3 0 excellente, étanchéité aux gaz sous haute pression, internes comme externes, avant comme après la phase d'expansion, y compris en présence de taux d'expansion élevés, voire très élevés, typiquement compris entre 10% et 35%. Bien entendu, l'invention s'applique également aux taux d'expansion inférieurs à 10%.  Thanks to the invention, it is possible to obtain seals which have a good, or even excellent, tightness to gases under high pressure, both internal and external, before and after the expansion phase, including in the presence of high or very high expansion, typically between 10% and 35%. Of course, the invention also applies to expansion rates of less than 10%.

En outre, l'invention permet de ne pas trop "dissymétriser" les déformations lors de l'expansion dans le cas d'un assemblage manchonné, et donc de procurer une bonne étanchéité des joints filetés formés de chaque côté de la partie centrale du manchon.  In addition, the invention makes it possible not to "dissymmetrize" the deformations during expansion in the case of a sleeve assembly, and thus to provide a good seal threaded joints formed on each side of the central portion of the sleeve .

Par ailleurs, l'invention peut être mise en oeuvre dans une gamme importante d'aciers et d'alliages, du moment que le matériau présente une ductilité suffisante pour subir l'expansion. Dans le cas des aciers le matériau peut être un acier non allié, ou un acier au Mn, ou un acier au Cr-Mo, ou un acier micro-allié, ou un acier au Bore, ou une combinaison des compositions précitées ( acier au Cr-Mo-Nb-B), ou un acier à 13% de Cr martensique, ou un acier duplex austéno-ferritique à 22 ou 25% de Chrome, ou encore un acier inoxydable austénitique. Par exemple, on peut utiliser un acier au C-Mn pour des puits non corrosifs, ou bien un acier à 0,2% d'O et 13% de Cr (X2OCr13 selon la dénomination Euronorm et AISI 420 selon la dénomination américaine), fabriqué par la société VMOGF, pour des puits corrosifs contenant du CO2.  Furthermore, the invention can be implemented in a large range of steels and alloys, provided that the material has sufficient ductility to expand. In the case of steels, the material may be unalloyed steel, or Mn steel, or Cr-Mo steel, or micro-alloy steel, or boron steel, or a combination of the above-mentioned compositions (stainless steel). Cr-Mo-Nb-B), or a 13% martensic Cr steel, or a 22% or 25% austenitic ferritic duplex steel, or austenitic stainless steel. For example, a C-Mn steel can be used for non-corrosive wells, or a 0.2% O steel and 13% Cr (X2OCr13 according to the name Euronorm and AISI 420 according to the US name), manufactured by the company VMOGF, for corrosive wells containing CO2.

En outre, le matériau peut être éventuellement traité thermiquement de manière à présenter une limite d'élasticité supérieure à une valeur choisie ou comprise dans un intervalle de valeurs choisies. La limite d'élasticité minimale peut par exemple être choisie dans un intervalle allant de 300 MPa à 1000 Mpa, voire plus.  In addition, the material may optionally be heat-treated so as to have a yield strength greater than a chosen value or within a range of chosen values. The minimum elastic limit may for example be chosen in a range from 300 MPa to 1000 MPa or more.

L'invention ne se limite pas aux procédés et aux modes de réalisation de joints tubulaires filetés étanches décrits ci-avant, seulement à titre d'exemple, mais elle englobe toutes les variantes que pourra envisager l'homme de l'art dans le cadre des revendications ci-après.  The invention is not limited to the methods and embodiments of sealed threaded tubular seals described above, only by way of example, but encompasses all the variants that can be envisaged by those skilled in the art within the scope of the invention. of the claims below.

Claims (28)

REVENDICATIONS 1. Joint tubulaire initial comprenant, d'une part, un premier élément tubulaire (EM) comportant une première partie (P 1), munie d'un filetage mâle (FM), et une seconde partie (P2) prolongeant ladite première partie et comprenant une première lèvre annulaire (L1), ayant une première surface de butée axiale (SB1), une première surface interne (SI1) et une première surface externe (SE1), et une deuxième surface de butée (SB2), et d'autre part, un second élément tubulaire (EF) comportant i) un filetage femelle (FF), homologue du filetage mâle (FM) et vissé sur celui- ci, ii) une seconde lèvre annulaire (L2), ayant une troisième surface de butée (SB3) en appui contre ladite deuxième surface de butée (SB2), une deuxième surface externe (SE2), placée en regard de ladite première surface interne (Sil), et une deuxième surface interne (SI2), iii) une quatrième surface de butée axiale (SB4), et iv) une troisième surface interne (SI3) opposée audit filetage femelle (FF) et définissant avec lesdites deuxième surface externe (SE2) et quatrième surface de butée (SB4) un logement annulaire (LO) homologue de ladite première lèvre (Ll), caractérisé en ce que lesdites deuxième (SB2) et troisième (SB3) surfaces de butée présentent des surfaces coniques respectivement convexe et concave et des inclinaisons d'angles par rapport à un plan transverse à une direction longitudinale (A) sensiblement identiques et 2 0 choisis de manière à réaliser un appui de ladite deuxième surface de butée (SB2) contre ladite troisième surface de butée (SB3) induisant un serrage radial étanche de ladite première surface interne (SI1) contre ladite deuxième surface externe (SE2), et tels que, lors d'une expansion diamétrale dans le domaine de la déformation plastique effectuée ultérieurement sur le joint tubulaire initial, ladite première surface 2 5 externe (SE 1) et ladite troisième surface interne (SI3) soient contraintes à définir localement un contact serrant et étanche.  An initial tubular seal comprising, on the one hand, a first tubular element (EM) having a first portion (P 1), provided with a male thread (FM), and a second portion (P2) extending said first portion and comprising a first annular lip (L1), having a first axial abutment surface (SB1), a first inner surface (SI1) and a first outer surface (SE1), and a second abutment surface (SB2), and another a second tubular element (EF) comprising i) a female thread (FF), homologous to the male thread (FM) and screwed onto it, ii) a second annular lip (L2), having a third abutment surface ( SB3) bearing against said second abutment surface (SB2), a second external surface (SE2), placed opposite said first internal surface (Sil), and a second internal surface (SI2), iii) a fourth abutment surface axial (SB4), and iv) a third inner surface (SI3) opposite to said female thread (FF) and defining with said second outer surface (SE2) and fourth abutment surface (SB4) an annular housing (LO) homologous to said first lip (L1), characterized in that said second (SB2) and third (SB3) abutment surfaces have respective convex and concave conical surfaces and angular inclinations with respect to a substantially identical longitudinal transverse plane (A) and selected to provide a bearing of said second abutment surface (SB2 against said third abutment surface (SB3) inducing tight radial tightness of said first inner surface (SI1) against said second outer surface (SE2), and such that, during a diametral expansion in the field of plastic deformation carried out subsequently on the initial tubular joint, said first external surface (SE 1) and said third internal surface (SI 3) are constrained to define locally a tight and tight contact. 2. Joint selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites inclinaisons sont initialement comprises entre environ +5 et environ +30.  2. Joint according to claim 1, characterized in that said inclinations are initially between about +5 and about +30. 3. Joint selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que lesdites première (L1) et seconde (L2) lèvres présentent initialement des formes choisies de sorte que lesdites première surface interne (SI1) et deuxième surface externe (SE2) n'établis-sent un contact serrant qu'après l'appuie de ladite deuxième surface de butée (SB2) sur ladite troisième surface de butée (SB3).  3. Joint according to one of claims 1 and 2, characterized in that said first (L1) and second (L2) lips initially have selected shapes so that said first inner surface (SI1) and second outer surface (SE2) establishes a close contact only after pressing of said second abutment surface (SB2) on said third abutment surface (SB3). 4. Joint selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite première surface de butée (SB1) est agencée pour être contrainte lors du vissage à s'appuyer contre ladite quatrième surface de butée (SB4) de manière à provoquer une mise en compression axiale de ladite première lèvre (LI) dans le domaine des déformations élastiques.  4. Joint according to one of claims 1 to 3, characterized in that said first abutment surface (SB1) is arranged to be constrained during screwing to bear against said fourth abutment surface (SB4) so as to cause an axial compression of said first lip (LI) in the field of elastic deformations. 5. Joint selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la deuxième surface externe (SE2) de ladite seconde lèvre (L2) présente initialement, au niveau de sa liaison avec ladite troisième surface de butée (SB3), une portion annulaire inclinée par rapport à ladite direction longitudinale (A) d'un angle compris entre environ 8 et environ 12, et préférentiellement égal à environ 10.  5. Joint according to one of claims 1 to 4, characterized in that the second outer surface (SE2) of said second lip (L2) initially has, at its connection with said third abutment surface (SB3), a annular portion inclined with respect to said longitudinal direction (A) of an angle of between about 8 and about 12, and preferably equal to about 10. 6. Joint selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ladite première surface interne (SI1) de la première lèvre (L1) est initialement inclinée par rapport à ladite direction longitudinale (A) d'un angle compris entre environ 0,1 et environ 15.  6. Joint according to one of claims 1 to 5, characterized in that said first inner surface (SI1) of the first lip (L1) is initially inclined relative to said longitudinal direction (A) by an angle of between approximately 0.1 and about 15. 7. Joint selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le rapport entre l'extension (PR) de la seconde lèvre (L2) dans la direction longitudinale (A) et l'extension (H) du logement dans la direction transverse est compris entre environ 1 et environ 3, et préférentiellement entre environ 1,2 et environ 1,6.  7. Joint according to one of claims 1 to 6, characterized in that the ratio between the extension (PR) of the second lip (L2) in the longitudinal direction (A) and the extension (H) of the housing in the transverse direction is between about 1 and about 3, and preferably between about 1.2 and about 1.6. 2 0  2 0 8. Joint selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que lesdits filetages mâle (FM) et femelle (FF) comportent initialement des filets munis d'un flanc porteur présentant un angle négatif compris entre environ - 3 et environ - 15.8. Joint according to one of claims 1 to 7, characterized in that said male (FM) and female (FF) threads initially comprise threads provided with a load flank having a negative angle of between about - 3 and about - 15. 9. Joint selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que lesdits filetages mâle (FM) et femelle (FF) comportent initialement des filets munis d'un flanc d'engagement présentant un angle positif compris entre environ + 10 et environ + 30.  9. Joint according to one of claims 1 to 8, characterized in that said male (FM) and female (FF) threads initially comprise threads provided with an engagement flank having a positive angle of between about + 10 and about + 30. 10. Joint selon la revendication 9, caractérisé en ce que lesdits filetages mâle (FM) et femelle (FF) sont agencés pour présenter après vissage et avant expansion un jeu axial entre leurs flancs d'engagement compris entre environ 0,1 mm et environ 0,3 mm.  10. Joint according to claim 9, characterized in that said male (FM) and female (FF) threads are arranged to present after screwing and before expansion an axial play between their sides of engagement between about 0.1 mm and about 0.3 mm. 11. Joint selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que ledit premier élément tubulaire (EM) présente initialement au niveau de sa première surface externe (SE 1) et avant sa première partie (P 1), un chanfrein conique définissant un décrochement annulaire local (DC 1) vers l'intérieur.  11. Joint according to one of claims 1 to 10, characterized in that said first tubular element (EM) initially has at its first outer surface (SE 1) and before its first portion (P 1), a conical chamfer defining a local annular recess (DC 1) inwards. 12. Joint selon la revendication 11, caractérisé en ce que ledit chanfrein présente une pente sensiblement continue par rapport à la direction longitudinale (A) et comprise entre environ 8 et environ 12.  12. Joint according to claim 11, characterized in that said chamfer has a substantially continuous slope with respect to the longitudinal direction (A) and between about 8 and about 12. 13. Joint selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que ledit premier élément tubulaire (EM) est muni d'une seconde partie (P2) présentant initialement une surépaisseur annulaire locale choisie (SA1) au niveau d'une quatrième surface interne (SI4) prolongeant ladite deuxième surface de butée (SB2) en direction de la première partie (P1), et d'une troisième surface interne (SE3) comportant en un endroit choisi une gorge (G1) propre à être placée après vissage sensiblement au niveau de ladite surépaisseur locale (SA1) et à définir au niveau de la première surface externe (SE1) de la première lèvre (L1), lors de l'expansion diamétrale, un épaulement annulaire (EP) présentant une partie au moins de la conformation de ladite gorge (G1) et en contact serrant et étanche avec celle-ci.  13. Joint according to one of claims 1 to 12, characterized in that said first tubular element (EM) is provided with a second portion (P2) initially having a local annular extra thickness selected (SA1) at a fourth level. inner surface (SI4) extending said second abutment surface (SB2) towards the first portion (P1), and a third inner surface (SE3) having at a chosen location a groove (G1) adapted to be placed after screwing substantially at said local excess thickness (SA1) and defining at the first outer surface (SE1) of the first lip (L1), during the diametrical expansion, an annular shoulder (EP) having at least a portion of the conformation of said groove (G1) and in tight and tight contact therewith. 14. Joint selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que ledit premier élément tubulaire (EM) présente initialement au niveau de sa première partie (P 1), du côté opposé audit filetage mâle (FM), un rétreint conique dans lequel est défini un décrochement annulaire local (DC2).  14. Joint according to one of claims 1 to 13, characterized in that said first tubular element (EM) initially has at its first portion (P 1), on the opposite side to said male thread (FM), a conical narrowing in which is defined a local annular recess (DC2). 15. Joint selon la revendication 14, caractérisé en ce que ledit rétreint croît initialement sensiblement continûment selon une pente par rapport à la direction longitudinale A, comprise entre environ 2 et environ 20.  15. Seal according to claim 14, characterized in that said necking initially grows substantially continuously along a slope relative to the longitudinal direction A, between about 2 and about 20. 16. Joint selon l'une des revendications 13 à 15, caractérisé en ce que l'on prévoit initialement une gorge (G1) comportant au moins deux portions curvilignes (Cl, C2).  16. Seal according to one of claims 13 to 15, characterized in that it is initially provided a groove (G1) having at least two curvilinear portions (C1, C2). 17. Joint selon la revendication 16, caractérisé en ce que lesdites portions curvilignes 3 0 (Cl, C2) présentent initialement des rayons de courbure sensiblement identiques.  17. Joint according to claim 16, characterized in that said curvilinear portions (C1, C2) initially have substantially identical radii of curvature. 18. Joint selon la revendication 17, caractérisé en ce que ledit rayon de courbure est initialement compris entre environ 2 mm et environ 20 mm.  18. Joint according to claim 17, characterized in that said radius of curvature is initially between about 2 mm and about 20 mm. 19. Joint selon l'une des revendications 16 à 18, caractérisé en ce que les deux portions curvilignes (Cl, C2) sont séparées par une partie centrale (PC) sensiblement cylindrique. oc  19. Seal according to one of claims 16 to 18, characterized in that the two curvilinear portions (C1, C2) are separated by a substantially cylindrical central portion (PC). oc 20. Joint selon l'une des revendications 16 à 19, caractérisé en ce que ladite gorge (G1) présente initialement une profondeur radiale (H') dont la valeur maximale est choisie de sorte que la section de matière en fond de gorge (Gl) soit supérieure au produit de la plus faible section d'une partie courante des tubes (Tl, T2) auxquels appartien- vent lesdits premier (EM) et second (EF) éléments tubulaires par l'efficacité du joint en traction.  20. Joint according to one of claims 16 to 19, characterized in that said groove (G1) initially has a radial depth (H ') whose maximum value is chosen so that the material section at the bottom of the groove (G1) ) is greater than the product of the smallest section of a running part of the tubes (T1, T2) to which said first (EM) and second (EF) tubular elements belong by virtue of the efficiency of the tensile joint. 21. Joint selon l'une des revendications 1 à 20, caractérisé en ce que lesdits filetages mâle (FM) et femelle (FF) sont choisis dans un groupe comprenant les filetages de type conique et de type cylindrique, et sont chacun formés sur au moins une portion d'élément tubulaire (EM, EF).  21. Seal according to one of claims 1 to 20, characterized in that said male (FM) and female (FF) threads are selected from a group comprising the conical type and cylindrical type threads, and are each formed on minus a tubular element portion (EM, EF). 22. Joint selon l'une des revendications 1 à 21, caractérisé en ce que ledit premier élément tubulaire (EM) est muni d'une première surface externe SEl bombée.  22. Joint according to one of claims 1 to 21, characterized in that said first tubular element (EM) is provided with a first outer surface SEl convex. 23. Joint selon l'une des revendications 1 à 22, caractérisé en ce que ledit second élément tubulaire appartient à un manchon de raccordement (M) sensiblement symétrique de type femelle/femelle et ledit premier élément tubulaire (EM) appartient à une extrémité d'un tube de grande longueur.  23. Joint according to one of claims 1 to 22, characterized in that said second tubular member belongs to a connecting sleeve (M) substantially symmetrical female / female type and said first tubular element (EM) belongs to a terminal end. a tube of great length. 24. Joint selon la revendication 23, caractérisé en ce que ledit manchon (M) comporte une partie centrale (PCM) prolongée de part et d'autre par deux seconds éléments tubulaires (EF1, EF2) et initialement munie sur une face externe d'une zone annulaire (G2) présentant une sous-épaisseur choisie de sorte que l'épaisseur initiale 2 5 dudit manchon (M) au niveau de cette zone (G2) soit supérieure ou égale au produit de la section d'une partie courante des tubes (T1, T2), aux extrémités desquels sont formés lesdits premiers éléments tubulaires (EM), par l'efficacité du joint.  24. Joint according to claim 23, characterized in that said sleeve (M) comprises a central portion (PCM) extended on either side by two second tubular elements (EF1, EF2) and initially provided on an outer face of an annular zone (G2) having a sub-thickness chosen so that the initial thickness of said sleeve (M) at this zone (G2) is greater than or equal to the product of the section of a running portion of the tubes; (T1, T2), at the ends of which are formed said first tubular elements (EM), by the effectiveness of the seal. 25. Procédé de réalisation d'un joint tubulaire étanche, caractérisé en ce qu'il consiste, 3 0 à partir d'un joint tubulaire initial selon l'une des revendications précédentes, - à visser lesdits premier (EM) et second (EF) éléments tubulaires jusqu'à ce que ladite première lèvre (L1) soit logée dans ledit logement annulaire (LO), et ladite deuxième surface de butée (SB2) s'appuie contre ladite troisième surface de butée (SB3) de manière à serrer radialement, à étanchéité, ladite première surface interne (SI1) contre ladite deuxième surface externe (SE2), et - à faire subir audit joint tubulaire initial, à l'aide d'un outil d'expansion à déplace-ment axial, une expansion diamétrale dans le domaine de la déformation plastique, de manière à contraindre ladite première surface externe (SE1) et ladite troisième surface interne (SI3) à définir localement un contact serrant et étanche.  25. A method of producing a sealed tubular joint, characterized in that it consists, from an initial tubular joint according to one of the preceding claims, - to screw said first (EM) and second (EF ) tubular elements until said first lip (L1) is housed in said annular housing (LO), and said second abutment surface (SB2) bears against said third abutment surface (SB3) so as to radially clamp , sealing, said first inner surface (SI1) against said second outer surface (SE2), and - to subject to said initial tubular joint, with the aid of an axial displacement expansion tool, a diametric expansion in the field of plastic deformation, so as to constrain said first outer surface (SE1) and said third inner surface (SI3) to locally define a tight and tight contact. 2863030 22  2863030 22 26. Procédé selon la revendication 23, caractérisé en ce que l'on part de première (L1) et seconde (L2) lèvres de formes choisies de sorte que lesdites première surface interne (SI1) et deuxième surface externe (SE2) n'établissent un contact serrant qu'après l'appuie de ladite deuxième surface de butée (SB2) sur ladite troisième surface de butée (SB3).26. The method of claim 23, characterized in that one starts from first (L1) and second (L2) lips of shapes chosen so that said first inner surface (SI1) and second outer surface (SE2) establish a close contact only after pressing of said second abutment surface (SB2) on said third abutment surface (SB3). 27. Procédé selon l'une des revendications 23 et 24, caractérisé en ce que ledit vissage contraint tout d'abord ladite première surface de butée (SB 1) à s'appuyer contre ladite quatrième surface de butée (SB4) de manière à provoquer une mise en compression axiale de ladite première lèvre (L1) dans le domaine des déformations élastiques.  27. Method according to one of claims 23 and 24, characterized in that said screwing first constrains said first abutment surface (SB 1) to abut against said fourth abutment surface (SB4) so as to cause an axial compression of said first lip (L1) in the field of elastic deformations. 28. Procédé selon l'une des revendications 23 à 25, caractérisé en ce que l'expansion radiale du joint est réalisée selon un taux d'expansion au moins égal à 10%.  28. Method according to one of claims 23 to 25, characterized in that the radial expansion of the seal is performed according to an expansion ratio of at least 10%. CABINET NET TERCABINET NET TER
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