FR2940677A1 - Joint tubulaire etanche utilise dans l'industrie du petrole - Google Patents

Abstract

L'invention a pour objet un joint fileté étanche comprenant un premier et un second composant tubulaire, chacun étant doté d'une extrémité respectivement mâle (1) et femelle (2), l'extrémité mâle (1) comportant sur sa surface périphérique extérieure au moins une zone filetée (3), au moins une surface d'étanchéité (5, 11) et s'achevant par une surface terminale (7) orientée transversalement par rapport à l'axe (10) du joint, l'extrémité femelle (2) comportant sur sa surface périphérique intérieure au moins une zone filetée (4) coopérant en vissage avec la zone filetée (3) de l'extrémité mâle (1), les zone filetées (3, 4) étant inclinées selon une génératrice de conicité (20) formant un angle de conicité a avec l'axe (10) du joint, au moins une surface d'étanchéité (6, 12) positionnée de manière à coopérer avec la au moins une surface d'étanchéité (5, 11) de l'extrémité mâle (1) suivant une zone de contact radial interférent, et s'achevant par une surface terminale (8) orientée transversalement par rapport à l'axe (10) du joint, la tangente à la zone de contact des surfaces d'étanchéité (5, 6 ; 11, 12) étant inclinée selon une droite (30) formant un angle β avec l'axe (10) du joint fileté, caractérisé en ce que l'inclinaison définie par la génératrice de conicité (20) relative aux zones filetées (3, 4) est dans un sens opposé à l'inclinaison définie par la tangente (30) à la zone de contact des surfaces d'étanchéité (5, 6 ; 11, 12).

Description

JOINT TUBULAIRE ETANCHE UTILISE DANS L'INDUSTRIE DU PETROLE La présente invention concerne un joint fileté tubulaire étanche sous sollicitations statiques telles que la traction axiale, la compression axiale, la flexion, 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 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. Dans les puits d'hydrocarbures de tels joints sont soumis à différentes sollicitations telles que de la traction, de la compression, de la flexion ainsi que de la pression soit générée par l'environnement extérieur, soit générée par les fluides circulant à l'intérieur des joints. 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 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. De ce fait, un grand nombre de développements ont été effectués notamment au niveau des joints mettant en oeuvre des surfaces d'étanchéité métal/métal. Le concept général de ce type de joints, revient à faire coopérer en contact serrant deux surfaces appartenant pour l'une à l'extrémité mâle d'un premier composant tubulaire et pour l'autre à l'extrémité femelle d'un second composant tubulaire. Les extrémités mâle et femelle comportent chacune une zone filetée permettant de les assembler par vissage. De plus, les surfaces d'étanchéité sont dimensionnées pour entrer en contact interférent lors du vissage, le contact interférent résultant d'un serrage radial entre les deux surfaces d'étanchéité. A titre d'exemple, le document FR2913746 propose un joint fileté comprenant un premier et un second composant tubulaire, chacun étant doté d'une extrémité respectivement mâle et femelle, l'extrémité mâle comportant sur sa surface périphérique extérieure une zone filetée, une surface d'étanchéité et s'achevant par une surface terminale orientée radialement par rapport à l'axe du joint, l'extrémité femelle comportant sur sa surface périphérique intérieure une zone filetée coopérant par vissage avec la zone filetée de l'extrémité mâle, une surface d'étanchéité coopérant par serrage interférent avec la surface d'étanchéité de l'extrémité mâle et s'achevant par une surface terminale orientée radialement par rapport à l'axe du joint. La surface d'étanchéité de l'extrémité femelle est disposée sur la surface périphérique intérieure de ladite extrémité de manière adjacente à la surface terminale. Entre cette surface d'étanchéité et la zone filetée, on a ménagé une zone présentant une raideur radiale diminuée de manière à ce qu'elle puisse être déformée radialement par une pression qui s'exerce sur elle. Cette zone à raideur radiale diminuée est obtenue en diminuant la section annulaire du joint sur une portion comprise entre la zone filetée et la surface d'étanchéité de l'extrémité femelle. La diminution de la section annulaire est obtenue concrètement en creusant une gorge au niveau la périphérie intérieure. De ce fait, cette portion est apte à se déformer radialement lorsqu'une pression extérieure est appliquée et de ce fait génère un surcroît d'énergie élastique qui permet de plaquer en contact serrant les première et deuxième surfaces d'étanchéité. Notons par ailleurs que les zones amincies du fait de la présence d'une gorge, creusée au niveau de la périphérie intérieure de l'extrémité femelle, peuvent se rencontrer comme perfectionnement dans le cas où la zone filetée est de type à serrage autobloquant . En effet, ce type de filetage incite à usiner une gorge dite de run in dont l'épaisseur est préférablement au moins égale à la hauteur des dents à usiner et dont la longueur est préférablement au moins égale à un demi pas. La gorge dite de run in sert à permettre l'engagement et le dégagement des outils de coupe lors de l'usinage de la zone filetée. L'amincissement de la portion de section annulaire doit être optimisé de manière à supporter les contraintes de pression d'une part et de manière à conférer à la portion amincie une plage suffisante de déformation élastique. Ce compromis trouve cependant ces limites lorsque la pression dépasse le seuil maximum de déformation élastique admissible par la gorge. Ceci peut se produire dans le cas où la portée d'étanchéité est externe, quand le joint traverse des poches de fluides situées à de grandes profondeurs. De même, lorsque la portée d'étanchéité est interne, la valeur de la pression maximum admissible par la gorge peut être franchie lorsque le fluide se remet à circuler à plein débit après une interruption. Afin, de contrer la problématique de l'effondrement sous pression externe (collapse) ou d'éclatement (burst) en cas de pression interne de la portion amincie, l'invention se propose de modifier l'inclinaison des zones d'étanchéité, laquelle inclinaison s'effectue habituellement dans le même sens que celle des zones filetées. Plus particulièrement, l'invention se propose d'inverser l'orientation de l'inclinaison des zones d'étanchéité, de manière à ce que cette nouvelle orientation s'oppose à l'effondrement de la portion amincie. De manière générale, l'invention se propose de sécuriser la stabilité du contact des zones d'étanchéités positionnées au voisinage de la surface terminale des extrémités des composants tubulaires. Plus précisément, l'invention a pour objet un joint fileté étanche comprenant un premier et un second composant tubulaire, chacun étant doté d'une extrémité respectivement mâle et femelle, l'extrémité mâle comportant sur sa surface périphérique extérieure au moins une zone filetée, au moins une surface d'étanchéité et s'achevant par une surface terminale orientée transversalement par rapport à l'axe du joint, l'extrémité femelle comportant sur sa surface périphérique intérieure au moins une zone filetée coopérant en vissage avec la zone filetée de l'extrémité mâle, les zone filetées étant inclinées selon une génératrice de conicité formant un angle de conicité a avec l'axe du joint, au moins une surface d'étanchéité positionnée de manière à coopérer avec la au moins une surface d'étanchéité de l'extrémité mâle suivant une zone de contact radial interférent, et s'achevant par une surface terminale orientée transversalement par rapport à l'axe du joint, la tangente à la zone de contact desdites au moins unes surfaces d'étanchéité étant inclinée selon une droite formant un angle 3 avec l'axe du joint fileté, caractérisé en ce que l'inclinaison définie par la génératrice de conicité relative aux zones filetées est dans un sens opposé à l'inclinaison définie par la tangente à la zone de contact desdites au moins unes surfaces d'étanchéité. Des caractéristiques optionnelles de l'invention, complémentaires ou de substitution, sont énoncées ci-après. La tangente à la zone de contact desdites au moins unes surfaces d'étanchéité forme un angle 3 compris entre 1 et 30 degrés en valeur absolue. La au moins une surface d'étanchéité de l'extrémité mâle est disposée sur la surface périphérique extérieure de ladite extrémité mâle au voisinage de la surface terminale de ladite extrémité mâle, la surface d'étanchéité de l'extrémité femelle étant disposée en regard de la surface d'étanchéité de l'extrémité mâle.

La au moins une surface d'étanchéité de l'extrémité femelle est disposée sur la surface périphérique intérieure de ladite extrémité femelle au voisinage de la surface terminale de ladite extrémité femelle, la surface d'étanchéité de l'extrémité mâle étant disposée en regard de la surface d'étanchéité de l'extrémité femelle. Les surfaces d'étanchéité sont des surfaces tronconiques définissant une génératrice de conicité avec l'axe du joint d'angle 3 . Les surfaces d'étanchéité sont des surfaces toriques de rayon R dont la tangente à la zone de contact forme un angle 13 avec l'axe du joint. L'une des surfaces d'étanchéité est une surface tronconique, l'autre surface d'étanchéité en regard correspondante étant torique de rayon R et la tangente à la zone de contact entre la surface tronconique et la surface torique formant un angle (3 avec l'axe du joint. Le rayon du tore R est compris entre 30 et 100 mm.

Un chanfrein adjacent à la surface terminale est ménagé sur la surface périphérique opposée à celle qui comprend la surface d'étanchéité. Le chanfrein est incliné suivant un angle y par rapport à l'axe du joint compris entre 1 et 30 degrés.

Le chanfrein forme un angle y avec l'axe du joint sensiblement égal à l'angle que forme la tangente à la zone de contact entre les surfaces d'étanchéité, avec l'axe du joint Les zones filetées coopèrent suivant un serrage autobloquant. Les zones filetées sont constituées respectivement d'une première et seconde zone filetée, les première et seconde zones filetées étant étagées l'une par rapport l'autre. Les caractéristiques et avantages de l'invention sont exposés plus en détail dans la description ci-après, avec référence aux dessins annexés. La figure 1 est une vue schématique d'un joint selon lequel une surface d'étanchéité est ménagée au voisinage de la surface terminale de l'extrémité femelle conformément à un premier mode de réalisation de l'invention. La figure 2 est une vue schématique d'un perfectionnement du joint représenté à la figure 1. La figure 3 est une vue schématique d'un joint selon lequel une surface d'étanchéité est ménagée au voisinage de la surface terminale de l'extrémité mâle conformément à un second mode de réalisation de l'invention. Le joint fileté tubulaire représenté sur la figure 1, est un joint fileté étanche comprenant un premier et un second composant tubulaire, chacun étant doté d'une extrémité respectivement mâle 1 et femelle 2. L'extrémité mâle 1 et l'extrémité femelle 2 s'achèvent chacune par une surface terminale respectivement 7 et 14 orientées transversalement par rapport à l'axe du joint 10. On entend par orientées transversalement par rapport à l'axe du joint , le fait que les surfaces terminales respectivement 7 et 14 ne sont pas parallèles avec l'axe du joint mais appartiennent à un plan sécant avec l'axe du joint, formant un angle avec la normale à l'axe du joint inférieur à 45 degrés. Ces surfaces terminales peuvent être des surfaces de butée axiale destinées à coopérer en butée avec des surfaces correspondantes de manière à encaisser des couples de serrage lors du vissage de l'extrémité mâle dans l'extrémité femelle.

L'extrémité mâle 1 comporte sur sa surface périphérique extérieure une zone filetée 3 de même que l'extrémité femelle 2 comporte sur sa surface périphérique intérieure une zone filetée 4, les zones filetées respectives 3, 4 coopérant entre elles pour l'assemblage mutuel par vissage des deux extrémités 1 et 2. Les zones filetées 3 et 4 définissent une génératrice de conicité 20 formant un angle a avec l'axe 10 du joint fileté, de sorte que, en prenant comme repère l'axe 10 du joint 1 ainsi qu'une orientation inverse au sens trigonométrique, l'angle a est supérieur ou égal à zéro. Cet angle est classiquement compris entre 1 et 45 degrés. L'étanchéité aux fluides, aussi bien vis-à-vis de l'intérieur du joint tubulaire que vis-à-vis du milieu extérieur au joint tubulaire, est assurée par deux surfaces d'étanchéité métal/métal 5, 6 situées au voisinage de la surface terminale 14 de l'extrémité femelle 2. Plus précisément, la surface d'étanchéité 6 est disposée sur la surface périphérique intérieure de l'extrémité femelle 2 à proximité de la surface terminale 14, elle-même orientée selon une droite sensiblement perpendiculaire à l'axe 10 du joint. En regard de la surface d'étanchéité 6, on a ménagé sur la surface périphérique extérieure de l'extrémité mâle 1, la surface d'étanchéité 5. Les deux surfaces d'étanchéité sont positionnées de manière à être mises en contact serrant et interférant lorsque l'extrémité mâle est vissée dans l'extrémité femelle. On entend par contact serrant et interférent le fait que le diamètre extérieur de l'extrémité mâle 1 au niveau de la surface d'étanchéité 5 est légèrement supérieur au diamètre intérieur de l'extrémité femelle 2 au niveau de la surface d'étanchéité 6. Selon le mode de réalisation décrit en figure 1, la surface d'étanchéité 6 est une surface torique de rayon R. De part et d'autre de la surface torique, la périphérie intérieure de l'extrémité femelle porte des surfaces tronconiques. Entre la surface torique 6 et la zone filetée 4, se trouve une portion tronconique amincie 18. Concrètement cette portion amincie 18 correspond au fait qu'une gorge a été creusée dans la périphérie intérieure de l'extrémité femelle 2 à l'extrémité de la zone filetée 4 afin de pouvoir engager ou dégager aisément les outils lors de l'usinage du filetage. De ce fait, cette portion amincie présente une raideur radiale diminuée qui rend le joint à cet endroit vulnérable lorsque la pression extérieure augmente jusqu'à dépasser le seuil admissible par la portion amincie. La surface terminale 14 de l'extrémité femelle 2 et la surface torique 6 sont raccordées au moyen d'une surface tronconique 16 ménagée sur la périphérie intérieure de l'extrémité femelle et adjacente avec ladite surface terminale 14. La surface tronconique 16 adjacente à la surface terminale 14 forme avec cette dernière un angle voisin de 90° et admet une inclinaison dans le même sens que les zones filetées 3 et 4. Notons que les diverses surfaces sont classiquement raccordées entre elles au moyen de rayons de courbure de manière à éviter les angles vifs, habituellement proscrits par les règles d'usinage.

La surface torique 6 est une surface torique bombée convexe, dont le diamètre va en décroissant vers la surface terminale 14. Le rayon R est préférentiellement compris entre 30 et 100 mm. Un rayon trop grand (> 100 mm) de la surface torique induit des inconvénients identiques à ceux du contact cône sur cône. Un rayon trop faible (< 30 mm) de cette surface bombée induit une largeur de contact insuffisante.

En regard de la surface d'étanchéité 6, l'extrémité mâle présente une surface d'étanchéité 5 tronconique dont le diamètre va également en décroissant en direction de la surface terminale 14 de l'élément femelle. La surface d'étanchéité 5 tronconique admet une génératrice de conicité d'angle p avec l'axe 10 du joint. La tangente 30 à la zone de contact entre les surfaces d'étanchéité 5 et 6 définit de même une conicité d'angle p avec l'axe 10 du joint. Conformément à l'invention, la tangente 30 à la zone de contact des surfaces d'étanchéité et la génératrice de conicité 20 relative aux zones filetées (3, 4) forment des inclinaisons de sens opposé. Précisons également que la valeur absolue des angles a et j3 n'est pas nécessairement la même.

La surface tronconique 5 et la zone filetée 3 de l'extrémité mâle 1 sont raccordées par une autre surface tronconique 15 admettant une inclinaison dans le même sens que celle de la zone filetée 3. Cette surface 15 est dite surface de guidage dans la mesure où lors du vissage de l'extrémité mâle dans l'extrémité femelle, elle permet de guider l'extrémité femelle 2 et de franchir l'intersection entre la surface d'étanchéité 5 de l'extrémité mâle 1 et ladite surface de guidage 15. En effet, cette intersection est de forme convexe et correspond à un changement d'inclinaison, ce qui fait que la surface tronconique 16 ménagée sur la périphérie intérieure de l'extrémité femelle et adjacente avec la surface terminale 14, est guidée par la surface de guidage 15 lors du vissage jusqu'à surmonter l'intersection. Ainsi, la portion de l'extrémité femelle 2 portant la surface tronconique 16 se déforme élastiquement lors du passage de l'intersection de sorte que les extrémités mâle 1 et femelle 2 sont encliquetées l'une dans l'autre. A la fin du vissage, les surfaces d'étanchéité sont positionnées suivant un contact radial interférent. Avantageusement, en prenant comme repère l'axe 10 du joint 1 ainsi qu'une orientation conforme au sens trigonométrique, l'angle 8 est compris entre 1 et 30 degré. Une conicité trop faible pour la surface tronconique 5 induit un risque de grippage au vissage et une conicité trop élevée diminue la stabilité du contact. Les inventeurs ont trouvé qu'une telle zone de contact entre une surface tronconique et une surface bombée permet d'obtenir une largeur axiale effective de contact élevée et une répartition sensiblement parabolique des pressions de contact le long de la zone effective de contact contrairement aux zones de contact entre deux surfaces coniques qui présentent deux zones effectives étroites de contact aux extrémités de la zone de contact. Une géométrie de zone de contact selon le mode de réalisation décrit en figure 1, permet de conserver une bonne largeur effective de contact malgré les variations de positionnement axial des éléments assemblés dues aux tolérances d'usinage, la zone effective de contact pivotant le long du bombé de la surface bombée en conservant un profil parabolique de pression locale de contact. De plus, l'Homme du Métier devra établir en fonction des dimensions du joint 1 une valeur minimale pour l'angle 13 de manière à ce que l'inclinaison de la zone de contact génère un surcroît d'énergie élastique suffisant qui permette de plaquer en contact serrant les première et deuxième surfaces d'étanchéité, lorsque la pression extérieure P tend à faire fléchir la portion amincie 18. De même, l'Homme du Métier devra établir une valeur minimale pour l'angle f3 de manière à ce que lors du vissage ou du dévissage (make up ou break out), on élimine tout risque de grippage. Avantageusement, afin de pouvoir visser et dévisser l'extrémité mâle dans l'extrémité femelle et compte tenu du fait que l'inclinaison des zones filetées 3, 4 et l'inclinaison des zones d'étanchéité 5, 6 sont inversées, l'Homme du Métier devra adopter une valeur maximale pour l'angle (3 de sorte que la déformation de la portion de l'extrémité femelle 2 portant la surface 16 provoquée par l'encliquetage, reste en deçà de 2% du domaine plastique du matériau utilisé. Avantageusement et tel que décrit à la figure 2, un chanfrein 9 adjacent à la surface terminale 14 de l'extrémité femelle 2 est ménagé sur la surface périphérique opposée à celle qui comprend la surface d'étanchéité 6. Ainsi, le chanfrein oriente les contraintes dues à la pression extérieure P de manière à renforcer le contact entre les deux surfaces d'étanchéité 5 et 6. De préférence, le chanfrein 9 forme un angle 'y avec l'axe du joint sensiblement égal à l'angle fi .

Avantageusement, les zones filetées 3, 4 sont du type connu et dites à serrage autobloquant (appelées aussi à variation progressive de la largeur axiale des filets et/ou des intervalles entre filets et décrites dans le document de l'art antérieur USRe344767), de telle sorte qu'un serrage progressif s'opère au cours du vissage, jusqu'à une position finale de blocage. Dans ce cas, il n'est pas fait recours à des surfaces de butée. Selon une variante telle que décrite à la figure 2, les zones filetées autobloquantes 3, 4 comportent chacune respectivement une première 3a, 3b et une seconde 4a, 4b portion, lesdites premières et secondes portions étant étagées l'une par rapport à l'autre, c'est-à-dire que les génératrices des cônes des premières portions passant par les sommets ou les fonds de filets sont distantes radialement de celles des cônes des secondes portions. Cette configuration permet de réduire la longueur totale des zones filetées 3 et 4 tout en gardant un couple de serrage important. Selon un autre mode de réalisation représenté en figure 3, le joint fileté tubulaire est un joint fileté étanche comprenant un premier et un second composant tubulaire, chacun étant doté d'une extrémité respectivement mâle 1 et femelle 2. L'extrémité mâle 1 et l'extrémité femelle 2 s'achèvent chacune par une surface terminale respectivement 7 et 14 orientées transversalement par rapport à l'axe du joint 10. On entend par orientées transversalement par rapport à l'axe du joint , le fait que les surfaces terminales respectivement 7 et 14 ne sont pas parallèles avec l'axe du joint mais appartiennent à un plan sécant avec l'axe du joint, formant un angle avec la normale à l'axe du joint inférieur à 45 degrés. Ces surfaces terminales peuvent être des surfaces de butée axiale destinées à coopérer en butée avec des surfaces correspondantes de manière à encaisser des couples de serrage lors du vissage de l'extrémité mâle dans l'extrémité femelle. L'extrémité mâle 1 comporte sur sa surface périphérique extérieure une zone filetée 3 de même que l'extrémité femelle 2 comporte sur sa surface périphérique intérieure une zone filetée 4, les zones filetées respectives 3, 4 coopérant entre elles pour l'assemblage mutuel par vissage des deux extrémités 1 et 2. Les zones filetées 3 et 4 définissent une génératrice de conicité 20 formant un angle a avec l'axe 10 du joint fileté, de sorte que, en prenant comme repère l'axe 10 du joint 1 ainsi qu'une orientation inverse au sens trigonométrique, l'angle a est supérieur ou égal à zéro. Cet angle est classiquement compris entre 1 et 45 degrés. Avantageusement, les zones filetées 3, 4 sont du type connu et dites à serrage autobloquant (appelées aussi à variation progressive de la largeur axiale des filets et/ou des intervalles entre filets), de telle sorte qu'un serrage progressif s'opère au cours du vissage, jusqu'à une position finale de blocage. Dans ce cas, il n'est pas fait recours à des surfaces de butée. Avantageusement et tel que décrit à la figure 3, les zones filetées autobloquantes 3, 4 comportent chacune respectivement une première 3a, 3b et une seconde 4a, 4b portion, lesdites premières et secondes portions étant étagées l'une par rapport à l'autre. Cette configuration permet de réduire la longueur totale des zones filetées 3 et 4 tout en gardant un couple de serrage important L'étanchéité aux fluides, aussi bien vis-à-vis de l'intérieur du joint tubulaire que vis-à-vis du milieu extérieur au joint tubulaire, est assurée par deux surfaces d'étanchéité métal/métal 11, 12 situées au voisinage de la surface terminale 7 de l'extrémité mâle 1. Plus précisément, la surface d'étanchéité 12 est disposée sur la surface périphérique intérieure de l'extrémité femelle 2 à proximité de la surface terminale 7 de l'extrémité mâle 1, elle-même orientée selon une droite sensiblement perpendiculaire à l'axe 10 du joint. En regard de la surface d'étanchéité 6, on a ménagé sur la surface périphérique extérieure de l'extrémité mâle 1, la surface d'étanchéité 11. Les deux surfaces d'étanchéité sont positionnées de manière à être mises en contact serrant et interférent lorsque l'extrémité mâle est vissée dans l'extrémité femelle. On entend par contact serrant et interférent le fait que le diamètre extérieur de l'extrémité mâle 1 au niveau de la surface d'étanchéité 11 est légèrement supérieur au diamètre intérieur de l'extrémité femelle 2 au niveau de la surface d'étanchéité 12. Selon le mode de réalisation décrit en figure 3, la surface d'étanchéité 11 est une surface tronconique, raccordée à d'autres surfaces de la périphérie intérieure de l'extrémité femelle au moyen de rayons de courbure de manière à éviter les angles vifs. Entre la surface torique 11 et la zone filetée 3, se trouve une portion tronconique amincie 13. Concrètement cette portion amincie 13 correspond au fait qu'une gorge a été creusée dans la périphérie extérieure de l'extrémité mâle 1 à l'extrémité de la zone filetée 3 afin de pouvoir engager ou dégager aisément les outils lors de l'usinage du filetage. De ce fait, cette portion amincie présente une raideur radiale diminuée qui rend le joint à cet endroit vulnérable lorsque la pression intérieure P augmente jusqu'à dépasser le seuil admissible par la portion amincie. La surface terminale 7 de l'extrémité mâle 1 et la surface tronconique 11 sont raccordées au moyen d'une surface tronconique 17 ménagée sur la périphérie extérieure de l'extrémité mâle 1 et adjacente à la surface terminale 7. Cette surface de raccord 17 forme avec la surface terminale 7 un angle voisin de 90° et admet une inclinaison dans le même sens que les zones filetées 3 et 4. Notons que les diverses surfaces sont classiquement raccordées entre elles au moyen de rayons de courbure de manière à éviter les angles vifs, habituellement proscrits par les règles d'usinage. La surface 11 est une surface tronconique admettant une génératrice de conicité d'angle (3 avec l'axe 10 du joint. En regard de la surface d'étanchéité 11, l'extrémité femelle présente une surface d'étanchéité 12 tronconique admettant une génératrice de conicité formant également un angle p avec l'axe 10 du joint. La tangente 30 à la zone de contact entre les surfaces d'étanchéité 11 et 12 définit de même une conicité d'angle 13 avec l'axe 10 du joint. Conformément à l'invention, la tangente 30 à la zone de contact des surfaces d'étanchéité et la génératrice de conicité 20 relative aux zones filetées (3, 4) forment des inclinaisons de sens opposé. Précisons également que la valeur absolue des angles a et R n'est pas nécessairement la même. La surface tronconique 12 et la zone filetée 4 de l'extrémité femelle 2 sont raccordées par une autre surface tronconique 8 admettant une inclinaison dans le même sens que celle de la zone filetée 4. Cette surface 8 est dite surface de guidage dans la mesure où lors du vissage de l'extrémité mâle dans l'extrémité femelle, elle permet de guider l'extrémité mâle 1 et de franchir l'intersection entre la surface d'étanchéité 12 de l'extrémité femelle 2 et ladite surface de guidage 8. En effet, cette intersection est de forme convexe et correspond à un changement d'inclinaison, ce qui fait que la surface tronconique 17 ménagée sur la périphérie extérieure de l'extrémité mâle et adjacente avec la surface terminale 7, est guidée par la surface de guidage 8 lors du vissage jusqu'à surmonter l'intersection. Ainsi, la portion de l'extrémité mâle 1 portant la surface tronconique 17 se déforme élastiquement lors du passage de l'intersection de sorte que les extrémités mâle 1 et femelle 2 sont encliquetées l'une dans l'autre. A la fin du vissage, les surfaces d'étanchéité sont positionnées suivant un contact radial interférent. Avantageusement, en prenant comme repère l'axe 10 du joint 1 ainsi qu'une orientation conforme au sens trigonométrique, l'angle E3 est compris entre 1 et 30 degré. Une conicité trop faible pour les surfaces tronconiques 11 et 12 induit un risque de grippage au vissage et une conicité trop élevée diminue la stabilité du contact. De plus, l'Homme du Métier devra établir en fonction des dimensions du joint 1 une valeur minimale pour l'angle 13 de manière à ce que l'inclinaison de la zone de contact génère un surcroît d'énergie élastique suffisant qui permette de plaquer en contact serrant les première et deuxième surfaces d'étanchéité, lorsque la pression intérieure P tend à faire fléchir la portion amincie 13. De même, l'Homme du Métier devra établir une valeur minimale pour l'angle [3 de manière à ce que lors du vissage ou du dévissage (make up ou break out), on élimine tout risque de grippage. Avantageusement, afin de pouvoir visser et dévisser l'extrémité mâle dans l'extrémité femelle et compte tenu du fait que l'inclinaison des zones filetées 3, 4 et l'inclinaison des zones d'étanchéité 11, 12 sont inversées, l'Homme du Métier devra adopter une valeur maximale pour l'angle (3 de sorte que la déformation de la portion de l'extrémité mâle 1 portant la surface d'étanchéité 17 provoquée par l'encliquetage, reste en deçà de 2% du domaine plastique du matériau utilisé.

Avantageusement et tel que décrit à la figure 3, un chanfrein 9' adjacent à la surface terminale 7 de l'extrémité mâle 1 est ménagé sur la surface périphérique opposée à celle qui comprend la surface d'étanchéité 11. Ainsi, le chanfrein oriente les contraintes dues à la pression intérieure P de manière à renforcer le contact entre les deux surfaces d'étanchéité11 et 12. De préférence, le chanfrein 9' forme un angle y avec l'axe du joint sensiblement égal à l'angle R . Notons que l'invention couvre également le cas où les zones filetées 3, 4 sont très faiblement inclinées (voire pas inclinées) selon une génératrice de conicité 20 formant un angle de conicité a avec l'axe 10 du joint voisin de zéro (voire égal à zéro). Dans ce cas, la tangente à la zone de contact des surfaces d'étanchéité 5, 6 ou 11, 12 est quand même inclinée selon une droite 30 formant un angle R avec l'axe 10 du joint fileté. L'angle R est alors supérieur à zéro degré (préférablement entre 0 et 30 degrés), en prenant comme repère l'axe 10 du joint 1 ainsi qu'une orientation conforme au sens trigonométrique. La valeur de l'angle R est déterminée en fonction des caractéristiques géométriques du joint et des contraintes mécaniques détaillées aux modes de réalisation décrit précédemment. Bien entendu, l'invention s'applique à différentes configurations selon lesquelles, les surfaces d'étanchéité peuvent avoir des formes complexes. Ainsi, sur l'une des extrémités la au moins une surface d'étanchéité est conique, et sur l'autre extrémité la surface d'étanchéité correspondante est une surface complexe constituée d'une surface conique (adjacente à la surface terminale) et tangente à une surface torique (côté filetage). Notons également que l'invention s'applique tout particulièrement aux joints dans lesquels les surfaces d'étanchéité sont situées du côté de la surface terminale de l'extrémité femelle. En effet, c'est dans ce type de configuration (décrit en figures 1 et 2) que les variations de pression, en l'occurrence extérieure, sont les plus difficiles à contrer. Notons enfin que l'invention s'applique tout particulièrement aux joints dans lesquels les zones filetées sont du type à serrage autobloquant. En effet, c'est dans ce type de configuration, que l'on rencontre des portions amincies du fait de la présence de gorges run in .

Claims (1)

1. REVENDICATIONS1 Joint fileté étanche comprenant un premier et un second composant tubulaire, chacun étant doté d'une extrémité respectivement mâle (1) et femelle (2), l'extrémité mâle (1) comportant sur sa surface périphérique extérieure au moins une zone filetée (3), au moins une surface d'étanchéité (5, 11) et s'achevant par une surface terminale (7) orientée transversalement par rapport à l'axe (10) du joint, l'extrémité femelle (2) comportant sur sa surface périphérique intérieure au moins une zone filetée (4) coopérant en vissage avec la zone filetée (3) de l'extrémité mâle (1), les zone filetées (3, 4) étant inclinées selon une génératrice de conicité (20) formant un angle de conicité a avec l'axe (10) du joint, au moins une surface d'étanchéité (6, 12) positionnée de manière à coopérer avec la au moins une surface d'étanchéité (5, 11) de l'extrémité mâle (1) suivant une zone de contact radial interférent, et s'achevant par une surface terminale (8) orientée transversalement par rapport à l'axe (10) du joint, la tangente à la zone de contact desdites au moins unes surfaces d'étanchéité (5, 6 ; 11, 12) étant inclinée selon une droite (30) formant un angle 13 avec l'axe (10) du joint fileté, caractérisé en ce que l'inclinaison définie par la génératrice de conicité (20) relative aux zones filetées (3, 4) est dans un sens opposé à l'inclinaison définie par la tangente (30) à la zone de contact desdites au moins unes surfaces d'étanchéité (5, 6 ; 11, 12). 2 Joint fileté selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tangente à la zone de contact desdites au moins unes surfaces d'étanchéité (5, 6 ; 11, 12) forme un angle R compris entre 1 et 30 degrés en valeur absolue. 3 Joint fileté selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la au moins une surface d'étanchéité (11) de l'extrémité mâle (1) est disposée sur la surface périphérique extérieure de ladite extrémité mâle (1) au voisinage de la surface terminale (7) de ladite extrémité mâle, la surface d'étanchéité (12) de l'extrémité femelle (2) étant disposée en regard de la surface d'étanchéité (11) de l'extrémité mâle (1).4 Joint fileté selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que la au moins une surface d'étanchéité (6) de l'extrémité femelle (2) est disposée sur la surface périphérique intérieure de ladite extrémité femelle (2) au voisinage de la surface terminale (14) de ladite extrémité femelle, la surface d'étanchéité (5) de l'extrémité mâle (1) étant disposée en regard de la surface d'étanchéité (6) de l'extrémité femelle (2). 5 Joint fileté selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que les au moins unes surfaces d'étanchéité (5, 6 ; 11, 12) sont des surfaces tronconiques définissant une génératrice de conicité avec l'axe du joint (10) d'angle 13 . 6 Joint fileté selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que les au moins unes surfaces d'étanchéité (5, 6 ; 11, 12) sont des surfaces toriques de rayon R dont la tangente à la zone de contact forme un angle (3 avec l'axe du joint (10). 7 Joint fileté selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que l'une des au moins unes surfaces d'étanchéité (5, 6 ; 11, 12) est une surface tronconique, l'autre surface d'étanchéité (6, 5; 12, 11) en regard correspondante étant torique de rayon R et la tangente à la zone de contact entre la surface tronconique et la surface torique formant un angle (3 avec l'axe du joint (10). 8 Joint fileté selon l'une quelconque des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que le rayon du tore R est compris entre 30 et 100 mm. 9 Joint fileté selon l'une quelconque des revendications précédente, caractérisé en ce qu'un chanfrein (9 ; 9') adjacent à la surface terminale (7 ; 14) est ménagé sur la surface périphérique opposée à celle qui comprend la au moins une surface d'étanchéité (11 ; 6). 10 Joint fileté selon la revendication 9, caractérisé en ce que le chanfrein (9 ; 9') est incliné suivant un angle y par rapport à l'axe (10) du joint compris entre 1 et 30 degrés.11 Joint fileté selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que le chanfrein (9 ; 9') forme un angle y avec l'axe (10) du joint sensiblement égal à l'angle que forme la tangente à la zone de contact entre les surfaces d'étanchéité, avec l'axe (10) dujoint(1). 12 Joint fileté selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les zones filetées (3, 4) coopèrent suivant un serrage autobloquant. 13 Joint fileté selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les zones filetées (3, 4) sont constituées respectivement d'une première (3a, 4a) et seconde (3b, 4b) zone filetée, les première et seconde zones filetées étant étagées l'une par rapport l'autre.