FR2913746A1 - Joint filete tubulaire etanche pour sollicitations de pression interieure et exterieure - Google Patents

Abstract

Joint fileté tubulaire étanche pour sollicitations successives de pression intérieure et extérieure comprenant un élément mâle (11) et un élément femelle (12). Au moins un des éléments mâle ou femelle (11, 12) comporte une lèvre (14, 16) entre le filetage (13, 15) et l'extrémité libre de l'élément (17, 18). La lèvre (16) comporte une première zone (20) avec une surface périphérique tournée vers l'autre élément (11) sur laquelle est disposée une première surface d'étanchéité métallique (22) apte à être serrée radialement contre une deuxième surface d'étanchéité métallique (23) correspondante disposée sur l'autre élément (11). La lèvre (16) présente une deuxième zone (21) située axialement entre ladite première zone (20) et le filetage correspondant (15). La deuxième zone (24) possède une raideur radiale inférieure à celle de la première zone (20) et à celle d'une troisième zone adjacente à la deuxième zone (21) en direction du filetage (15) et est apte à être déformée radialement par une pression qui s'exerce sur elle.

Description

-1 La présente invention concerne un joint fileté tubulaire étanche sous

sollicitations statiques telles que la traction axiale, la compression axiale, la flexion plane, la pression intérieure ou extérieure et leur combinaison.

De tels joints filetés tubulaires étanches également appelés par la suite joints peuvent être obtenus par l'assemblage d'un élément mâle en extrémité d'un premier composant tubulaire qui peut être par exemple un tube de grande longueur et d'un élément femelle en extrémité d'un second composant tubulaire qui peut être par exemple un tube de grande longueur ou un manchon, chacun de ces éléments étant muni d'une surface d'étanchéité métallique et étant serré radialement contre la surface d'étanchéité métallique de l'autre élément.

Ces joints sont notamment utilisés pour réaliser des colonnes étanches de tubes de cuvelage ou de production pour des puits d'hydrocarbures ou pour des puits 15 similaires tels que, par exemple, des puits pour la géothermie.

Les surfaces d'étanchéité métalliques (ou métal-métal) des éléments mâle et femelle de tels joints sont des zones extrêmement critiques qui assurent l'étanchéité du joint.

20 Dans les puits d'hydrocarbures de tels joints sont soumis à différentes sollicitations telles que de la traction, de la compression, de la flexion le long de l'axe des tubes ou de la pression. Ces diverses sollicitations peuvent varier dans le temps, lors par exemple de l'étape de cimentation des tubes de cuvelage (augmentation de la pression extérieure), ou lors de l'étape de production (augmentation de la pression 25 intérieure) ou encore lors des opérations de maintenance (arrêt puis reprise de la production), et agir seules ou en combinaison.

On attend de ces joints non seulement qu'ils supportent de telles sollicitations mécaniques mais aussi qu'ils restent étanches sous l'application de celles-ci. C'est pourquoi on a cherché à améliorer de tels joints de manière à augmenter leur caractéristiques d'étanchéité en optimisant notamment le fonctionnement des surfaces d'étanchéité métalliques.

35 L'état de la technique de tels joints propose des moyens pour améliorer l'étanchéité des surfaces d'étanchéité métal-métal soumises à des sollicitations statiques très 30 -2- diverses qui sont notamment décrits dans le brevet FR 2 359 353 et la demande internationale WO 2006/061577.

Le brevet FR 2 359 353 divulgue un joint étanche aux pressions différentielles comportant un élément mâle présentant un filetage mâle, un élément femelle avec un filetage complémentaire femelle, une butée externe comprenant une surface annulaire conique située sur l'élément rnâle et une surface frontale correspondante située en extrémité libre de l'élément femelle, et une étanchéité métal-métal externe comprenant une première surface d'étanchéité métallique disposée sur l'élément femelle et une deuxième surface d'étanchéité métallique disposée sur l'élément mâle.

Lorsque ce joint est soumis à une pression différentielle externe, c'est à dire à une surpression externe, les surfaces d'étanchéité métalliques se trouvent encore plus fortement appliquées l'une contre l'autre et le joint est alors autoclave. Dans le cas d'une pression différentielle interne, c'est à dire d'une surpression interne, ce sont les surfaces annulaire et frontale de butée externe qui se trouvent plus fortement appliquées l'une contre l'autre.

La demande internationale WO 2006/061577 décrit un joint muni d'une étanchéité métal-métal externe soumis à des sollicitations de traction et de compression. Un tel joint fileté comprend un élément femelle comportant une butée 44, un filetage 42 et une gorge annulaire 45 située entre ladite butée 44 et ledit filetage 42. Ladite gorge annulaire 45 de forme rectangulaire et relativement courte permet de faciliter l'usinage de filets de pleine hauteur sur ('élément femelle par un retrait plus aisé de l'outil de réalisation des filets, d'obtenir un joint plus résistant en traction en raison d'une longueur de filetage plus grande et de concentrer les contraintes sur une petite zone au niveau de la gorge plutôt qu'au niveau de la butée. Cette concentration de contrainte sur une petite zone au niveau de la gorge permet, selon ce document, de localiser le maximum de contraintes à ce niveau sans plastifier la butée.

Cependant, la performance d'étanchéité de tels joints de l'état de la technique soumis successivement à des sollicitations de pressions intérieure et extérieure n'est pas envisagée.35 -3- Les inventeurs ont notamment constaté que les joints tels que décrits dans le brevet F'R 2 359 353 présentent des performances d'étanchéité réduites lorsqu'ils sont soumis successivement à des applications de pression intérieure puis de pression extérieure. On a cherché dans la présente invention à augmenter la pression de contact serrant entre les surfaces d'étanchéité métalmétal des éléments mâle et femelle d'un joint soumis à des sollicitations successives de pression intérieure et extérieure en s'affranchissant des inconvénients précités. 10 On a aussi cherché à obtenir un joint performant sous l'ensemble des différents modes de sollicitations.

On a également cherché à ce que l'invention s'applique en particulier aux joints 15 comprenant une étanchéité externe et notamment aux joints de diamètre extérieur constant ( flush ) du type de ceux décrits dans le brevet FR 2 359 353 et aux joints de diamètre extérieur quasi-constant ( semi-flush ) du type de ceux du brevet EP 767 335.

20 Selon l'invention le joint comprend un élément mâle disposé à l'extrémité d'un premier composant tubulaire comportant un filetage mâle et un élément femelle disposé à l'extrémité d'un deuxième composant tubulaire comportant un filetage femelle correspondant au filetage mâle.

25 Au moins un des éléments mâle ou femelle comporte une lèvre entre le filetage et l'extrémité libre de l'élément et l'autre élément comporte un logement pour ladite lèvre.

Ladite lèvre comporte une première zone avec une surface périphérique tournée vers 30 l'autre élément. Une première surface d'étanchéité métallique est localisée sur cette surface périphérique. Cette première surface d'étanchéité métallique est apte à être serrée radialement contre une deuxième surface d'étanchéité métallique qui lui correspond sur l'autre élément .

35 Ladite lèvre présente une deuxième zone située axialement entre ladite première zone et le filetage correspondant.5 -4- Selon une caractéristique principale de l'invention, ladite deuxième zone possède une raideur radiale inférieure à celle de la première zone et à celle d'une troisième zone adjacente à la deuxième zone en direction du filetage.

Selon l'invention, ladite deuxième zone est apte à être déformée radialement par la pression qui s'exerce sur elle.

Avantageusement la deuxième zone est adjacente au filetage.

Avantageusement encore, la première surface d'étanchéité métallique est apte à être en contact ponctuel avec la deuxième surface d'étanchéité métallique correspondante selon une vue en coupe longitudinale axiale.

Selon un mode de réalisation préférentiel, la deuxième zone a une longueur axiale 15 comprise entre 50% et 130% de la longueur axiale de la première zone.

Avantageusement encore, ladite deuxième zone est une zone amincie par rapport à la première zone délimitée par une gorge annulaire située sur une surface périphérique de ladite zone amincie. De préférence, ladite gorge annulaire comprend deux flancs inclinés et un fond qui présente une surface cylindrique.

De préférence, la gorge possède un profil asymétrique, le flanc situé du côté de la 25 première zone est moins incliné que celui situé du côté du filetage.

Avantageusement, la dite surface cylindrique a une longueur axiale comprise entre 5% et 75% de la longueur axiale de la deuxième zone.

30 Dans une réalisation avantageuse, ladite zone amincie a une épaisseur minimale comprise entre 50% et 90% de l'épaisseur de ladite première zone mesurée au point de contact des première et deuxième surfaces d'étanchéité métalliques. De préférence, ledit flanc de la gorge situé du côté de la première zone est une 35 portion de surface conique. 20 -5-

Avantageusement, ladite portion de surface conique fait avec l'axe du joint un angle compris entre 5 et 50 . Avantageusement encore, l'une des première et deuxième surfaces d'étanchéité 5 métalliques est une portion de surface torique alors que l'autre est une portion de surface conique. De préférence, le rayon de ladite portion de surface torique est compris entre 10 et 100 mm et très préférablement entre 20 et 80 mm. De préférence la conicité de l'autre surface d'étanchéité métallique conique est comprise entre 5% et 50%. Avantageusement, ladite portion de surface torique est disposée sur ladite lèvre. Avantageusement encore, ladite lèvre est située sur ledit élément femelle. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, ladite lèvre est située sur ledit élément mâle. Selon encore un autre mode de réalisation de l'invention, chacun des deux éléments comportent une lèvre avec une première ,et une deuxième zone. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description 25 détaillée ci-après, et les dessins annexés, qui pourront donc non seulement servir à mieux faire comprendre l'invention mais aussi contribuer à sa définition le cas échéant. La figure 1 a représente une coupe longitudinale d'un joint à l'état vissé selon l'état de 30 la technique. La figure 1b est un détail de la figure la au niveau de l'extrémité libre de l'élément femelle. La figure 2 représente une ellipse de \/on Mises dont les axes représentent les différentes sollicitations auxquelles peuvent être soumis les composants tubulaires et 35 les joints de ces composants lors de leur utilisation. 10 15 20 -6- La figure 3 représente une coupe longitudinale d'un joint à l'état vissé selon un mode de réalisation de l'invention.

La figure 4 est un détail de I 'élément femelle du joint de la figure 3 au niveau de la 5 lèvre femelle du joint selon l'invention.

La figure 5 représente un détail de l'élément mâle du joint de la figure 3 au niveau du logement de l'élément mâle du joint selon l'invention.

10 La figure 6 représente un joint selon l'invention soumis à de la pression extérieure.

La figure 7 est un graphique représentant des mesures relatives de pression de contact obtenues par analyse d'éléments finis sur différents types de joints soumis à divers modes successifs de sollicitations selon les points de la figure 2. La figure 8 représente une coupe longitudinale d'un joint à l'état vissé selon un autre mode de réalisation de l'invention.

La figure 1 a représente le joint décrit dans le brevet FR 2 359 353 qui comprend un 20 élément mâle 1 disposé à l'extrémité d'un premier composant tubulaire 1' comportant un filetage mâle 3 et un élément femelle 2 disposé à l'extrémité d'un deuxième composant tubulaire 2' comportant un filetage femelle 4 correspondant au filetage mâle 3. Le premier composant tubulaire 1' est par exemple un tube de relativement grande longueur, le deuxième est ici un autre tube également de grande longueur 25 mais peut aussi être un manchon. L'élément femelle 2 comporte une lèvre 5 située entre le filetage femelle 4 et l'extrémité libre de l'élément femelle. L'élément mâle 1 comporte un logement mâle 6 pour ladite lèvre 5 situé entre le filetage mâle 3 et la base de l'élément mâle.

30 La figure 1 b représente un détail de Ila figure la montrant l'extrémité libre de l'élément femelle et le logement mâle 6 correspondant.

Une surface annulaire conique de butée inverse externe 7 est disposée sur la surface frontale d'extrémité libre de l'élément femelle et est adjacente à une première surface 35 d'étanchéité métallique de forme conique 8 disposée sur la surface périphérique de 15 -7- la lèvre 5 tournée vers l'élément mâle 1. Cette première surface d'étanchéité métallique 8, faisant avec le plan perpendiculaire à l'axe du joint un angle b de l'ordre cle 60 et ayant une longueur axiale très courte, vient s'appliquer avec un serrage radial donné contre une deuxième surface d'étanchéité métallique de forme conique 9 correspondante disposée sur la surface périphérique du logement mâle 6 à la base de celui-ci pour former une étanchéité métal-métal externe.

Le logement mâle 6 est raccordé à la surface périphérique externe du premier composant tubulaire 1' par une surface annulaire conique de butée inverse externe 10 apte à coopérer avec la surface correspondante de butée externe de l'élément femelle 7. L'angle a de butée inverse est par exemple égale à 15 .

La butée externe permet de positionner axialement les première et deuxième surfaces d'étanchéité l'une par rapport à l'autre et de définir par là leur serrage radial. Les performances d'un tel joint sous différentes sollicitations axiale sont déterminées par rapport à celles du composant tubulaire.

La figure 2 représente un repère défini par deux axes correspondant respectivement 20 en abscisses positive et négative à des sollicitations de traction et de compression (kN) et respectivement en ordonnées positive et négative à des sollicitations de pression interne et de pression externe (MPa). Ces sollicitations sont celles auxquelles les composants tubulaires et les joints sont soumis lors de leur utilisation dans le puits. 25 La théorie de la plasticité enseigne que la limite de résistance à la plastification d'un composant tubulaire soumis à diverses sollicitations combinées est une ellipse (appelée ellipse de Von Mises). Cette ellipse est délimitée par les dimensions et la limite d'élasticité du composant tubulaire soumis aux différentes combinaisons de 30 sollicitations précitées

Pour être performant, le joint soumis aux mêmes sollicitations que le composant tubulaire, doit avoir une résistance aussi proche que possible de celle du composant tubulaire. La surface de l'ellipse du joint doit donc couvrir une surface de l'ellipse du 35 composant tubulaire la plus importante possible pour que le joint ne se plastifie pas avant le composant tubulaire.15 -8- Dans le cas du joint de la figure 1, la présence d'une butée externe réduit la résistance à la traction du joint par rapport à celle du composant tubulaire d'où une ellipse relative du joint de surface plus faible.

Le joint selon l'invention ayant pour vocation d'être étanche en service, il est nécessaire de vérifier que son étanchéité est assurée pour différentes combinaisons de sollicitations auxquelles il peut être soumis lors de son utilisation dans le puits.

Les différentes combinaisons de sollicitations pour lesquelles le joint est garanti 10 correspondent alors à des points situés à l'intérieur de l'ellipse du composant tubulaire A formant l'ellipse du joint B comme indiqué sur la figure 2.

Pour définir le niveau de performance d'étanchéité du joint, des tests de qualification sont réalisés en appliquant, sous forme de cycle, différentes combinaisons de 15 sollicitation situées à l'intérieur de l'ellipse relative au composant tubulaire. Il est notamment important de vérifier qu'après et durant un cycle de pression intérieure/ pression extérieure l'étanchéité du joint reste intacte.

De tels tests sont définis par exemple dans la norme ISO 13679 (procédures de test 20 des connexions pour tubes de cuvelage et de production).

L'application d'une pression intérieure sur le joint de la figure 1 produit un gonflement du premier 1' et du deuxième composant tubulaire 2' qui provoque une déformation des première et deuxième surfaces d'étanchéité métalliques 8, 9.

Au niveau de ces surfaces d'étanchéité métalliques, l'élément femelle a une section plus faible que la section de l'élément mâle, donc la déformation de la surface d'étanchéité métallique externe de l'élément femelle est supérieure à celle de la surface d'étanchéité métallique externe de l'élément mâle.

Ainsi, lorsque la pression intérieure diminue, les éléments mâle et femelle peuvent ne pas revenir exactement à leur position relative initiale. Le serrage radial initial permettant l'étanchéité du joint peut donc être partiellement diminué et, en raison de la valeur de l'angle b élevée et de la longueur très courte de la forme conique de la 25 30 -9-première surface d'étanchéité métallique 8, la pression de contact peut être fortement diminuée.

Par contre, lorsqu'à la suite de l'application de la pression intérieure, une pression extérieure est appliquée, les surfaces d'étanchéité métalliques dont la pression de contact a été diminuée n'assurent plus une étanchéité suffisante du joint fileté tubulaire qui présente alors des risques de fuite au niveau de la surface d'étanchéité externe.

La figure 3 représente un joint fileté tubulaire selon un mode préférentiel de réalisation de l'invention qui comprend un élément mâle 11 disposé à l'extrémité d'un premier composant tubulaire 11' comportant un filetage mâle 13 et un élément femelle 12 disposé à l'extrémité d'un deuxième composant tubulaire 12' comportant un filetage femelle 15 correspondant au filetage mâle 13.

L'élément femelle 12 comporte i) une lèvre femelle 16 située entre le filetage femelle 15 et l'extrémité libre de l'élément femelle 17 et ii) un logement femelle 19 à l'opposé de la lèvre femelle 16.

La lèvre femelle 16 comprend une première zone 20 présentant une surface périphérique tournée vers l'élément mâle 11 sur laquelle est localisée une première surface d'étanchéité métallique 22, et une deuxième zone 21 située axialement entre la première surface d'étanchéité métallique 22 et le filetage femelle 15.

Cette première surface d'étanchéité 22 est apte à être en contact serrant étanche avec une deuxième surface d'étanchéité métallique 23 située à la base de l'élément mâle 11.

La deuxième zone 21 adjacente au filetage 15 est définie par une zone amincie 24 par rapport à la première zone 20 et comprend une surface périphérique intérieure sur laquelle est réalisée une gorge 25. Cette deuxième zone 21 possède, du fait de la diminution d'épaisseur, une raideur radiale inférieure à la première zone 20 et à la paroi de l'élément femelle au delà de la deuxième zone 21 c'est à dire, dans le cas présent, à la paroi de la zone du filetage 15.35 -10- La notion de raideur comprend des caractéristiques inhérentes au matériau et des caractéristiques dimensionnelles.

La zone amincie 24 étant disposée entre deux zones de raideur radiale plus élevée 5 est conçue pour se déformer radialement lorsqu'une pression extérieure est appliquée et de ce fait pour générer un surcroît d'énergie élastique de contact serrant entre les première et deuxième surfaces d'étanchéité métalliques 22, 23.

L'élément mâle comporte i) une lèvre mâle 14 située entre le filetage mâle 13 et 10 l'extrémité libre de l'élément mâle 18 comportant une troisième surface d'étanchéité métallique 26 apte à être en contact serrant avec une quatrième surface d'étanchéité métallique 27 au niveau du logement 19 de l'élément femelle 12 et ii) à l'opposé de la lèvre mâle 14 un logement mâle 28 délimité par une surface périphérique extérieure non filetée située entre le filetage mâle 13 et la base de l'élément mâle 11 15 comportant la deuxième surface d'étanchéité métallique 23 apte à être en contact ponctuel serrant avec la première surface d'étanchéité métallique 22 de l'élément femelle 12.

La figure 4 représente un mode préférentiel de réalisation des première et deuxième 20 zones 20, 21 de la lèvre femelle 16 selon l'invention.

La déformation radiale de la deuxième zone 21 induit une rotation de la section longitudinale de la première zone 20 sur laquelle est localisée la première surface d'étanchéité métallique 22. Pour améliorer le maintien du contact avec la deuxième 25 surface d'étanchéité métallique 23 lors de l'application de la pression extérieure, la première zone 20 comprend une portion de surface torique convexe 29 de grand rayon qui peut être compris entre 10 mm et 100 mm, préférentiellement entre 20 mm et 80 mm et par exemple de l'ordre de 40 mm.

30 Cette portion de surface torique 29 qui constitue la zone effective de contact est raccordée à la face frontale de l'extrémité libre de l'élément femelle 17 par une surface conique 30 inclinée à environ 10" sur l'axe et à la gorge 25 par une surface cylindrique 31. Les surfaces conique 30 et cylindrique 31 se raccordent tangentiellement à la surface torique 29 et font partie avec la surface torique 29 de la 35 première zone 20. -11 La longueur de la première zone 20 correspond à la somme des longueurs axiales des surfaces conique 30, torique 29 et cylindrique 31.

La deuxième zone 21 a préférentiellement une longueur sensiblement égale à 100% de la longueur de la première zone 20 pour permette sa flexion. Une longueur inférieure à 50% entraîne un effet de flexion peu important de la deuxième zone 21 ce qui applique de façon peu accrue les première et deuxième surfaces d'étanchéité métalliques 22, 23 l'une sur l'autre. Une longueur supérieure à 130% produit une flexion de la deuxième zone 21 importante qui peut conduire à une rotation exagérée de la première zone 20 et à un risque de perte de contact entre les surfaces d'étanchéité métalliques 22, 23 (fuite).

La zone amincie 24 comprend une surface cylindrique 32.

Cette surface cylindrique 32 est située davantage du côté du filetage femelle 15 et est raccordée à la première zone 20 par une première surface conique 33 d'une inclinaison de l'ordre de 10 par rapport à l'axe du joint et au filetage 15 par une deuxième surface conique 34 relativement pentue d'une inclinaison de l'ordre de 60 par rapport à l'axe du joint. Il s'en suit que le profil de la gorge 25 n'est pas symétrique. L'inclinaison est choisie de façon à optimiser la répartition des contraintes dans la zone amincie 24.

La surface cylindrique 32 définit une zone d'épaisseur minimale dont la longueur est ici égale à 50% de la longueur de la deuxième zone 21 et dont l'épaisseur est ici 25 égale à 70% de l'épaisseur de la première zone 20.

L'épaisseur de la première zone 20 est prise sur la première surface d'étanchéité métallique 22 au niveau du point de contact P.

30 Une longueur de surface cylindrique 32 inférieure à 5% ou supérieure à 75% de la longueur de la deuxième zone 21 est susceptible de dégrader la répartition des contraintes.

Une épaisseur inférieure à 50% de l'épaisseur de la première zone 20 peut conférer 35 à la deuxième zone 21 une raideur trop faible et induire alors une plastification. Une épaisseur supérieure à 90 % de l'épaisseur de la première zone 20 peut conférer à la -12- deuxième zone 21 une raideur trop importante qui ne permet pas la déformation de la deuxième zone 21, et donc le surcroît d'énergie de contact serrant entre les surfaces d'étanchéité métalliques 22, 23 n'est pas généré.

La figure 5 représente une forme préférentielle du logement de l'élément mâle 28 du joint selon l'invention apte à être en contact serrant avec la première surface d'étanchéité métallique 22 de la première zone 20. Le logement de l'élément mâle 28 comprend à partir de la base de l'élément mâle 11 une surface conique 35 dont l'inclinaison est de l'ordre de 3 par rapport à l'axe du joint, une portion de surface torique concave 36 de grand rayon et une surface cylindrique 37. La portion de surface torique 36 réalise le raccordement tangentiel de la surface conique 35 et de la surface cylindrique 37.

La principale caractéristique de l'invention est que le serrage radial qui peut se perdre partiellement suite à l'application de la pression intérieure dans le joint de la figure 1 est rattrapé dans la présente invention par la déformation radiale de la deuxième zone 21 sous l'effet de la pression extérieure qui s'exerce sur elle.

La figure 6 représente un joint selon un mode de réalisation suivant l'invention soumis à de la pression extérieure. La déformation radiale de la deuxième zone 21 induit une rotation da la première zone 20 et génère une énergie de contact serrant entre les première et deuxième surfaces d'étanchéité métalliques 22, 23 qui va permettre de maintenir une pression de contact suffisante pour assurer l'étanchéité de la zone de contact entre les première et deuxième surfaces d'étanchéité métalliques 22, 23.

L'association surface torique 29 / surface conique 35 des première et deuxième surfaces d'étanchéité métalliques 22, 23 permet de conserver au mieux le serrage radial entre les surfaces, et ce malgré la rotation de la première zone 20 induite par la déformation radiale de la deuxième zone 21.

Le graphique de la figure 7 permet de comparer l'aire de contact, appelée par la suite intégrale de pression de contact, entre les première et deuxième surfaces d'étanchéité métalliques de plusieurs joints soumis à un cycle de sollicitations parcourant l'ellipse du composant tubulaire. L'axe des abscisses représente les différentes sollicitations appliquées et l'axe des ordonnées représente l'intégrale de 20 -13- pression de contact obtenue le long du contact des première et deuxième surfaces d'étanchéité métalliques (aire de contact). La mesure de cette intégrale de pression de contact est obtenue par analyse par éléments finis. Les valeurs obtenues sont des valeurs relatives exprimées en pourcentage et normalisées par rapport à des première et deuxième surfaces d'étanchéité métalliques de référence, à savoir celles du joint de l'état de la technique de la figure 1.

Les intégrales de pression de contact de joints suivants ont été ainsi simulées : • Exemple A : joint de l'état de la technique selon la figure 1 servant de référence. • Exemple B : joint selon le mode de réalisation de l'invention de la figure 3. • Exemple C: joint avec surfaces d'étanchéité métalliques torique/conique selon le mode de réalisation de l'invention de la figure 3 mais sans zone amincie.

L'exemple C est un exemple comparatif en dehors de l'invention.

Les différentes sollicitations qui correspondent à des points situés à l'intérieur de l'ellipse sont repérées sur la figure 2. Le tableau 1 ci-dessous précise la correspondance. Repère sur l'ellipse Sollicitation(s) appliquée(s) 1 aucune 2 traction 3 traction + pression intérieure 4 Pression avec effet de bout ( "capped end") 5 pression intérieure 6 compression + pression intérieure 7 compression 8 compression + pression extérieure 9 pression extérieure 10 traction + pression extérieure 11 traction 12 aucune -14- Tableau 1 : correspondance entre sollicitations appliquées et position sur l'ellipse du joint.

Par rapport au joint de référence (exemple A), on constate que les performance d'étanchéité du joint de la figure 3 (exemple B) sont nettement supérieures et ce quel que soit le type de sollicitations au cours du cycle. Ces performances sont également supérieures à celles du joint de l'exemple 3 réalisé sans gorge.

On remarque que lorsqu'il n'y a pas de gorge, l'étanchéité du joint chute juste après l'application de la sollicitation de traction et l'étanchéitéest réduite par rapport à la référence dès que de la pression extérieure est appliquée (repère 8 et suivants) alors même que les performances absolues de la référence ne sont pas optimales.

L'effet avantageux de la gorge 24 dont est muni le joint de la figure 3 selon l'invention 15 est ainsi mis en évidence.

Un des avantages de la présente invention est l'obtention au niveau de la lèvre femelle 16 d'une zone déformable sous l'effet de la pression extérieure dont l'énergie obtenue par la déformation est utilisée pour générer une pression de contact 20 supplémentaire au niveau de la première surface d'étanchéité métallique 22.

Un autre avantage du mode de réalisation de la présente invention présenté figure 3 est que le jeu initial entre la gorge 25 et le logement mâle 28 permet une déformation relativement importante de la deuxième zone 21. Encore un avantage de la présente invention est qu'elle s'applique quel que soit le niveau de limite d'élasticité du composant tubulaire. La présente invention ne se limite pas aux formes de réalisation décrites ci-dessus à 30 titre d'exemples non limitatifs. Elle concerne également toutes les autres variantes de réalisation à la portée de l'homme du métier dans le cadre des revendications ci-après. Le mode de réalisation exposé ci-dessus prévoit la réalisation de la deuxième zone 35 sur la lèvre de l'élément femelle avec une gorge située du côté tourné vers l'élément mâle. 25 -15- On pourrait également envisager que la deuxième zone se situe sur la lèvre de l'élément femelle et la gorge tournée du côté opposé à l'élément mâle.

Toutefois, ce mode de réalisation permet à un moindre degré à la zone amincie de se 5 déformer radialement vers l'élément mâle.

Dans une autre forme de réalisation, on pourrait envisager que la deuxième zone soit située sur la lèvre de l'élément mâle et que la gorge soit située du côté tourné vers l'élément femelle en association avec les surfaces d'étanchéité métalliques internes.

On pourrait encore envisager que les deux éléments (11, 12) comportent une lèvre (14, 16), une première zone (20, 38) et une deuxième zone (21, 39) avec une gorge (25, 40) située du côté tourné vers chacun des éléments correspondants comme illustré sur la figure 8.

On pourrait encore envisager que la deuxième zone ne soit pas définie par une gorge mais qu'elle soit réalisée avec un matériau de module d'élasticité différent, ou qu'elle subisse un traitement thermique pour diminuer sa rigidité et favoriser sa déformation.

20 La deuxième zone peut ne pas être adjacente au filetage du moment que la zone adjacente en direction du filetage possède une raideur radiale supérieure à celle de la deuxième zone.

On peut également envisager des formes de première et deuxième surfaces 25 d'étanchéité telles qu'elles soient en contact linéaire plutôt que ponctuel, par exemple en donnant à ces surfaces une forme conique de même conicité bien que ce mode de réalisation ne soit pas optimal.

Le mode de réalisation présenté sur la figure 3 correspond à un joint avec un 30 diamètre extérieur quasiment constant dit flush et une butée externe.

L'invention ne fait pas intervenir la butée dans le fonctionnement du joint soumis à une pression intérieure puis à une pression extérieure, ni les variations de diamètre entre les éléments mâle et femelle. 10 15 35 -16- L'invention vise donc à s'appliquer à d'autres type de joints que les joints dit flush comme par exemple, les joints dit serai-flush (pour lesquels le diamètre extérieur de l'élément femelle n'est que très légèrement supérieur à celui de l'élément mâle), les joints à butée interne, à butée intermédiaire entre parties d'un filetage ou entre deux étages de filetage, ou sans butée (par exemple, des joints avec filetages à serrage axial progressif du type de ceux décrits dans les documents USRe 30, 647, USRe 34,467 ou WO 2004/106797).

Claims (3)

REVENDICATIONS

1 ) Joint fileté tubulaire étanche comprenant un élément mâle (11) disposé à l'extrémité d'un premier composant tubulaire (11') comportant un filetage mâle (13), un élément femelle (12) disposé à l'extrémité d'un deuxième composant tubulaire (12') comportant un filetage femelle (15) correspondant au filetage mâle (13), au moins un des éléments mâle ou femelle (11, 12) comportant une lèvre (14, 16) entre le filetage (13, 15) et l'extrémité libre de l'élément (17, 18) et l'autre élément comportant un logement (19, 28) pour ladite lèvre (14, 16), ladite lèvre (16) comportant une première zone (20) avec une surface périphérique tournée vers l'autre élément (11) sur laquelle est disposée une première surface d'étanchéité métallique (22) apte à être serrée radialement contre une deuxième surface d'étanchéité métallique (23) correspondante disposée sur l'autre élément (11), ladite lèvre (16) présentant une deuxième zone (21) située axialement entre ladite première zone (20) et le filetage correspondant (15), caractérisé en ce que ladite deuxième zone (21) possède une raideur radiale inférieure à celle de la première zone (20) et à celle d'une troisième zone adjacente à la deuxième zone en direction du filetage (15), rendant la deuxième zone (21) apte à être déformée radialement par une pression qui s'exerce sur elle.

2") Joint fileté tubulaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite 20 deuxième zone (21) est adjacente au filetage (15).

3") Joint fileté tubulaire selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que ladite première surface d'étanchéité métallique (22) est apte à être en contact ponctuel avec ladite deuxième surface d'étanchéité métallique (23) correspondante 25 selon une section longitudinale axiale. 40) Joint fileté tubulaire selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite deuxième zone (21) a une longueur axiale comprise entre 50% et 130% de la longueur axiale de ladite première zone (20). 5 ) Joint fileté tubulaire selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite deuxième zone (21) est une zone amincie (24) par rapport à la première zone (20) délimitée par une gorge annulaire (25) située sur une surface périphérique de ladite zone amincie (24). 30 35-18- 6 ) Joint fileté tubulaire selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite gorge annulaire (25) comprend deux flancs inclinés (33, 34) et un fond qui présente une surface cylindrique (32). 7 ) Joint fileté tubulaire selon la revendication 6, caractérisé en ce que le profil de la gorge (25) est asymétrique, le flanc situé du côté de la première zone (20) étant moins incliné que celui situé du côté du filetage (15). 8 ) Joint fileté tubulaire selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que la dite 10 surface cylindrique (32) a une longueur axiale comprise entre 5% et 75% de ladite longueur de la dite deuxième zone (21). 9'5) Joint fileté tubulaire selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite zone amincie (24) a une épaisseur minimale comprise entre 50% et 90% de l'épaisseur de 15 ladite première zone (20) mesurée au point de contact (P) des première et deuxième surfaces d'étanchéité métalliques (22, 23). 10 ) Joint fileté tubulaire selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que le flanc de la gorge (25) situé du côté de la première zone (20) est une portion de 20 surface conique (33). 11 ) Joint fileté tubulaire selon la revendication 10, caractérisé en ce que ladite portion de surface conique (33) fait avec l'axe du joint un angle compris entre 5 et 50 12 ) Joint fileté tubulaire selon la revendication 3 ou l'une des revendications 4 à 11 sous dépendantes de la revendication 3, caractérisé en ce que l'une des première et deuxième surfaces d'étanchéité métallique (22, 23) est une portion de surface torique (29) alors que l'autre est une portion de surface conique (35). 30 13 ) Joint fileté tubulaire selon la revendication 12, caractérisé en ce que le rayon de ladite portion de surface torique (29) est compris entre 10 et 100 mm. 14 ) Joint fileté tubulaire selon la revendication 12 ou 13, caractérisé en ce que le 35 rayon de ladite portion de surface torique (29) est compris entre 20 et 80 mm. 25-19- 115 ) Joint fileté tubulaire selon l'une des revendications 12 à 14, caractérisé en ce que la conicité de l'autre surface d'étanchéité métallique conique (35) est comprise entre 5% et 50%. 16 ) Joint fileté tubulaire selon l'une des revendications 12 à 15, caractérisé en ce que ladite portion de surface torique (29) est disposée sur ladite lèvre (16). 17 ) Joint fileté tubulaire selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite lèvre (16) est située sur ledit élément femelle (12). 18 ) Joint fileté tubulaire selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite lèvre (14) est située sur ledit élément mâle (11). 19 ) Joint fileté tubulaire selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en 15 ce que chacun des deux éléments (11, 12) comportent une lèvre (14, 16) comprenant une première zone (20, 38), une deuxième zone (21, 39) et une gorge (25, 40).10