FR3011308A1 - Element de connexion d'un composant tubulaire recouvert d'un depot metallique composite - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un élément de connexion pour un composant tubulaire, ledit élément de connexion étant recouvert d'un revêtement comprenant une couche principale constituée d'un alliage de nickel-phosphore. L'invention concerne encore un composant tubulaire comprenant un ou plusieurs tels éléments de connexion, ainsi qu'un procédé d'obtention d'un tel élément de connexion.
Description
Elément de connexion d'un composant tubulaire recouvert d'un dépôt métallique composite La présente invention se rapporte à un élément de connexion pour un composant tubulaire, ledit élément de connexion étant recouvert d'un revêtement métallique composite particulier. Par composant tubulaire, on entend au sens de la présente invention tout élément ou accessoire utilisé pour forer ou exploiter un puits.
Par élément de connexion, on entend au sens de la présente invention tout élément d'extrémité d'un composant tubulaire qui participe à la connexion du composant tubulaire avec un autre composant tubulaire. Un composant tubulaire est destiné à être assemblé par un ou plusieurs éléments de connexion, en particulier un filetage, une portée et une butée, à un autre composant tubulaire pour constituer avec cet autre composant tubulaire un joint fileté tubulaire. Le composant tubulaire peut être par exemple un tube de relativement grande longueur (notamment d'environ une dizaine de mètres de longueur), un manchon tubulaire de quelques dizaines de centimètres de longueur, un accessoire de ces tubes (dispositif de suspension ou "hanger", pièce de changement de section ou "cross-over", vanne de sécurité, connecteur pour tige de forage ou "tool joint", "sub", et analogues). Les composants tubulaires sont généralement assemblés les uns aux autres pour être descendus dans les puits d'hydrocarbures ou des puits similaires et constituer une garniture de forage, une colonne de tubes de cuvelage ("casing") ou de tubage ("liners") ou encore une colonne de tubes de production ("tubing") ou encore une colonne d'exploitation.
La spécification API 5CT émise par l'American Petroleum Institute (API), équivalente à la norme ISO 11960 : 2004 émise par l'International Standardisation Organisation (ISO), régit les spécifications des tubes utilisés comme casing ou tubing, et la spécification API 5B définit des filetages standards pour ces tubes. La spécification 7 de l'API définit des connecteurs filetés à épaulement pour tiges de forage rotatif. Les fabricants de composants tubulaires à joints filetés ont également développé des joints filetés dits supérieurs qui présentent des filetages à géométries spécifiques, et des moyens spécifiques leur procurant de meilleures performances en service, notamment en matière de résistance mécanique et d'étanchéité. Des exemples de ces joints filetés supérieurs et de ces moyens spécifiques sont par exemple décrits dans les documents brevet EP1631762, US 7334821, US 7997627, US 7823931 US-2010/301603, US-2011/0025051, US 7900975, US 8038179, US 2011/241340, EP-0488912, EP 0767335, EP-1269060 et US-4,494,777, EP-2501974 et WO-2012/025461. Ces extrémités filetées, ainsi que les portées et les butées, sont usinées de manière très précise afin de respecter les profils et géométries requis pour l'atteinte des performances annoncées. Il est donc indispensable que ces extrémités usinées de manière très fine et rigoureuse soient le moins possible endommagées, polluées et détériorées entre le moment où elles sortent de leur chaîne de fabrication et celui où elles sont utilisées, mais également entre deux utilisations successives. On comprendra qu'il est en effet nécessaire de protéger contre les chocs (ou coups), la corrosion et les poussières non seulement le filetage, mais également les éventuelles portée(s) et butée(s) qui ont chacune des fonctions spécifiques et complémentaires à celles des filetages, et qui ensemble assurent notamment une étanchéité efficace en phase d'utilisation. La première performance recherchée pour les éléments de connexion est la dureté. En particulier, les butées sont exposées aux coups et aux impacts générés lors de la manipulation des composants tubulaires, notamment durant leur stockage sur plate-forme de forage (« Rig ») ou sur base ou lors de l'opération de mise en contact de la partie mâle et de la partie femelle, en particulier des filetages, des composants tubulaires avant vissage (opération de « stabbing »).
De plus, les butées doivent être aptes à supporter des sollicitations mécaniques en termes de compression, traction et torsion lors de l'exploitation. La dureté est donc une propriété essentielle que doivent présenter les butées. Les filetages doivent également présenter de bonnes propriétés en terme de dureté. En effet, les filetages doivent présenter de bonnes propriétés de protection contre le grippage. L'augmentation de la dureté en surface permet de protéger le filetage du grippage.
De plus, l'augmentation de la dureté permet d'éviter le transfert de matière d'une surface à l'autre. Enfin, les filetages ne doivent pas s'user lors des opérations de vissage, dévissage. Les portées doivent également présenter une dureté suffisante, notamment parce que les portées sont responsables de l'étanchéité de la connexion des composants tubulaires. En effet, une portée est une surface généralement de forme conique, située sur l'extrémité d'un premier composant tubulaire, qui est amenée, lorsque deux composants tubulaires sont assemblés ensemble par leurs extrémités respectives, à exercer une pression sur la portée de l'extrémité d'un deuxième composant. Ces deux surfaces coniques en contact et en pression permettent de créer une étanchéité et empêchent le passage de fluides entre une zone dite intérieure aux composants tubulaires assemblés et une zone extérieure aux composants tubulaires assemblés. Ces composants peuvent être utilisés assemblés pour former partie des puits d'extraction du pétrole, et à l'intérieur de ces puits et donc à l'intérieur des composants, il peut y avoir une colonne de liquide à très haute pression Les éléments de connexion doivent également présenter de bonnes performances en termes de résistance à la corrosion et de propriétés lubrifiantes. En particulier, les éléments de connexion peuvent être stockés pendant plusieurs années avant d'être utilisées, parfois dans des environnements très agressifs.
Les propriétés lubrifiantes sont particulièrement importantes pour les filetages. Les butées doivent être également lubrifiées, mais dans une moindre mesure par rapport aux filetages. Il convient également de protéger les filetages contre le grippage, notamment lors des opérations de vissage et dévissage. En effet, sur puits, les filetages peuvent avoir à subir plusieurs cycles de vissage et de dévissage. Les opérations de vissage se font verticalement sous forte charge axiale, par exemple sous le poids d'un tube de plusieurs mètres de longueur (typiquement 10 à 13 mètres) à assembler par le joint fileté verticalement, ce qui induit des risques de grippage, notamment des filetages. Cette charge peut en outre être localisée par un léger désalignement de l'axe des éléments filetés à assembler du fait que le tube à assembler est suspendu verticalement, ce qui augmente les risques de grippage.
Les éléments de connexion des composants tubulaires précités sont généralement enduits d'une graisse anticorrosion, qui est retirée juste avant leur assemblage. En effet, avant cet assemblage, la graisse anticorrosion est enlevée au profit d'une graisse lubrifiante (opération dite de « rig preparation ». Toutefois les graisses de l'état de la technique présentent un certain nombre d'inconvénients liés à leur teneur en constituants toxiques, à la pollution qu'elles génèrent et au nombre d'étapes préalables nécessaires avant de pouvoir descendre un composant dans le puits. En particulier, le nettoyage de la graisse anticorrosion (encore appelée graisse de stockage) se fait traditionnellement au jet d'eau haute pression. L'opération est longue, salissante, peut amener à contaminer d'autres connexions alentour et nécessite d'utiliser des bassins de rétention et le retraitement des effluents pour se conformer aux normes environnementales. Il est connu des documents brevet US 6,027,145, EP1211451 et EP-1934508, d'appliquer en usine un lubrifiant sec comprenant des particules solides lubrifiantes. Dans ces cas de mise en oeuvre de lubrifiant sec en usine, il est donc également nécessaire de protéger le mieux possible la couche de produit lubrifiant, dont les extrémités des composants sont enduites, tant d'un enlèvement mécanique que d'une pollution (sable, débris) préjudiciables à l'efficacité du produit lubrifiant. A cette fin, il est également connu que ces couches de produit appliquées en usine, dès la fabrication de l'extrémité filetée, visent à la fois une protection anticorrosion de l'extrémité pendant la période de stockage et une lubrification pour le vissage ultérieur de cette extrémité, comme cela est en particulier enseigné dans les documents WO 2004/033951 ou WO 2008/125740. La lubrification doit notamment permettre de maîtriser la courbe caractéristique du couple de vissage de la connexion afin d'en garantir l'étanchéité finale. Les compositions utilisées peuvent être composées d'un revêtement multifonction, à la fois anticorrosion et lubrifiant, comme cela est décrit dans WO 2008/125740 appliqué sur chaque extrémité à assembler, ou d'une superposition de couches, comme cela est décrit dans WO 2004/033951 dont certaines sont lubrifiantes et d'autres protègent contre la corrosion. Quoi qu'il en soit, lors du vissage, les éléments anticorrosion sont mélangés aux éléments lubrifiants et viennent modifier le comportement lubrifiant qu'on aurait obtenu sans ceux-ci. Il a été fréquemment démontré que le couplage entre ces fonctions est très fort et antinomique. Une amélioration de la tenue anticorrosion d'un concept mène généralement à une détérioration du pouvoir lubrifiant, et réciproquement une amélioration du pouvoir lubrifiant abaisse la tenue en corrosion lors du stockage. Les compromis proposés par les solutions de l'état de la technique ont des performances limitées. Par ailleurs, les revêtements secs anti-corrosion habituellement utilisés ne permettent pas de garantir de très longues périodes de résistance à la corrosion, en particulier dans les environnements très agressifs (milieu marin, industriel, fortes précipitations et/ou amplitudes thermiques par exemple). Il existe donc un besoin de disposer d'éléments de connexion présentant de bonnes propriétés en termes de dureté, de résistance à la corrosion et de lubrification, et ne présentant pas les inconvénients de l'art antérieur.
L'invention a donc pour objet un élément de connexion pour un composant tubulaire, ledit élément de connexion étant recouvert d'un revêtement comprenant une couche principale constituée d'un alliage de nickel-phosphore.
Le phosphore représente généralement de 5 à 13%, de préférence de 8 à 13%, mieux de 10 à 12% en poids du poids total de l'alliage de nickel-phosphore. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, l'épaisseur de la couche principale constituée de l'alliage de nickel- phosphore varie avantageusement de 5 à 10 um. Une telle épaisseur permet de conférer la dureté requise à l'élément de connexion. Selon un second mode de réalisation de l'invention, l'épaisseur de la couche principale constituée de l'alliage de nickel-phosphore varie avantageusement de 15 à 35 um, de préférence de 20 à 35 iam, mieux de 25 à 30 um. Une telle épaisseur permet non seulement de conférer la dureté requise à l'élément de connexion, mais également de lui conférer une protection contre la corrosion. Une telle couche d'alliage de nickel-phosphore est proposée par la société MACDERMID sous la référence commerciale NIKLAD XD7647. Selon un mode de réalisation préféré, le revêtement comprend en outre une couche additionnelle constituée d'un alliage de nickel-phosphore comprenant des particules d'un ou plusieurs composés lubrifiants solides, ladite couche additionnelle étant disposée sur ladite couche principale. Un lubrifiant solide est un corps solide et stable qui en s'intercalant entre deux surfaces de frottement permet d'abaisser le coefficient de frottement et de réduire l'usure et l'endommagement des surfaces.
Ces corps peuvent être classés en différentes catégories définies par leur mécanisme de fonctionnement et leur structure. Ces catégories sont par exemple décrits dans les documents de cours intitulé "les lubrifiants solides" dispensé par Monsieur Eric Gard à l'École Nationale Supérieure des Pétroles et Moteurs (France).
Classe 1 : corps solides devant leurs propriétés lubrifiantes à leur structure cristalline, par exemple graphite, nitrure de bore BN, oxyde de zinc ZnO. Classe 2 : corps solides devant leurs propriétés lubrifiantes d' une part à leur structure cristalline et d'autre part à un élément chimique réactif de leur composition, par exemple bisulfure de molybdène MoS2, fluorure de graphite, sulfures d'étain, sulfures de bismuth. Classe 3 : corps solides devant leurs propriétés lubrifiantes à leur réactivité chimique, par exemple certains composés chimiques de type thiosulfates (par exemple Desilube 88 commercialisé par Desilube Technology Inc.). Classe 4 : corps solides devant leurs propriétés lubrifiantes à un comportement plastique ou viscoplastique sous contrainte de frottement, par exemple polytétrafluoroéthylène PTFE, polyamides. 20 On peut encore citer le carbure de silicium et le carbure de tungstène. Les particules d'un ou plusieurs composés lubrifiants solides sont avantageusement choisies parmi les particules de polytétrafluoroéthylène, de talc, de mica, de nitrure de bore, de 25 carbure de silicium, de carbure de tungstène, de sulfure de tungstène, de sulfure de molybdène et leurs mélanges. De préférence, les particules d'un ou plusieurs composés lubrifiants solides sont choisies parmi les particules de polytétrafluoroéthylène. 30 Avantageusement, le phosphore de l'alliage nickel-phosphore comprenant les particules d'un ou plusieurs composés lubrifiants solides représente de 5 à 13%, de préférence de 8 à 13%, mieux de 10 à 12% en poids du poids total de l'alliage nickel-phosphore 10 15 comprenant les particules d'un ou plusieurs composés lubrifiants solides. Les particules d'un ou plusieurs composés lubrifiants solides représentent avantageusement de 20 à 35% en volume, de préférence de 25 à 30% en volume, par rapport au volume total de l'alliage nickel-phosphore comprenant les particules d'un ou plusieurs composés lubrifiants solides. L'épaisseur de ladite couche additionnelle constituée d'un alliage de nickel-phosphore comprenant des particules d'un ou plusieurs composés lubrifiants solides peut varier de 3 à 13 i.tm, de préférence de 5 à 10 i.tm. Une telle couche d'alliage de nickel-phosphore comprenant des particules de polytétrafluoroéthylène est proposée par la société MACDERMID sous la référence commerciale NIKLAD ICE Ultra.
Le revêtement peut en outre comprendre une couche lubrifiante disposée sur ladite couche principale ou sur ladite couche additionnelle lorsque le revêtement comprend ladite couche additionnelle. La couche lubrifiante peut être choisie parmi une graisse, une couche lubrifiante semi-solide ou une couche lubrifiante solide et sèche comprenant une ou plusieurs particules lubrifiantes solides dans une résine. La couche lubrifiante semi-solide comprend généralement un ou plusieurs additifs extrême-pression, une ou plusieurs particules lubrifiantes solides, un ou plusieurs savons métalliques et une ou plusieurs cires à bas point de fusion. De telles couches lubrifiantes semi-solides sont décrites par exemple dans la demande de brevet FR 2 937 046. La couche lubrifiante solide et sèche comprend généralement une ou plusieurs particules lubrifiantes solides pour la réduction du frottement dans une résine liante, telle qu'un polymère organique ou inorganique, choisie parmi les résines thermodurcissables époxy, polyuréthane, polyester insaturé, polyphénylsulfone, polyimide et silicone, les résines thermoplastiques polyoléfine, copolymère d'oléfine, polyamide, polyamide-imide, polyaryléthercétone, les polysilicates alcalins présentant un rapport Si02/Mx0 supérieur à 2, où M= Na, K ou Li, les organo-métalliques tels que les alkoxytitanates ou le silicate d'éthyle.
Selon un premier mode de réalisation, l'élément de connexion selon l'invention peut être un filetage. Selon un deuxième mode de réalisation, l'élément de connexion selon l'invention peut être une portée. Selon un troisième mode de réalisation, l'élément de connexion selon l'invention peut être une butée. L'invention a encore pour objet un composant tubulaire comprenant un ou plusieurs éléments de connexion selon l'invention. Le composant tubulaire selon l'invention est plus particulièrement réalisé en acier, et en particulier les aciers tels que décrits dans les normes API 5CT, par exemple ceux comprenant du carbone en proportion inférieure à 0,25 °/'0, et ou préférentiellement, les aciers présentant un grade tel que défini selon les normes IS011960 et IS013680, et ou encore un acier carbone H40, J55, K55, M65, L80, C90, C95, T95, P110, Q125, ou encore un acier martensitique 13Cr ou S13Cr, ou Duplex 22Cr + 25Cr, ou Super- Duplex 25Cr, ou austénitique Fe 27Cr. Selon un premier mode de réalisation, le composant tubulaire selon l'invention comprend un filetage qui est un élément de connexion selon l'invention. Selon ce mode de réalisation, le composant tubulaire selon l'invention peut en outre comprendre une butée qui est un élément de connexion selon l'invention. Selon un deuxième mode de réalisation, le composant tubulaire selon l'invention comprend une butée qui est un élément de connexion selon l'invention.
Selon un troisième mode de réalisation, le composant tubulaire selon l'invention comprend une portée qui est un élément de connexion selon l'invention. Selon ce mode de réalisation, le composant tubulaire selon l'invention peut en outre comprendre un filetage qui est un élément de connexion selon l'invention, et/ou une butée qui est un élément de connexion selon l'invention. Un composant tubulaire selon l'invention peut être assemblé par un ou plusieurs éléments de connexion, selon l'invention ou non, en particulier un filetage, une portée et une butée, à un autre composant tubulaire, selon l'invention ou non, pour former un joint fileté tubulaire. En particulier, le composant tubulaire présente en l'une de ses extrémités un filetage réalisé sur sa surface périphérique extérieure ou intérieure selon que l'extrémité filetée est du type mâle ou femelle, ce filetage permettant l'assemblage du composant avec un composant complémentaire. Un composant tubulaire femelle selon l'invention comprenant un ou plusieurs éléments de connexion recouvert d'un revêtement constitué de la couche principale et de la couche additionnelle éventuelle telles que définies précédemment peut être assemblé avec un composant tubulaire mâle qui n'est pas selon l'invention et qui comprend un ou plusieurs éléments de connexion uniquement recouverts d'une couche lubrifiante telle que définie précédemment.
Un composant tubulaire femelle selon l'invention comprenant un ou plusieurs éléments de connexion recouvert d'un revêtement constitué de la couche principale, de la couche additionnelle éventuelle et de la couche lubrifiante telles que définies précédemment peut être assemblé avec un composant tubulaire mâle selon l'invention et qui comprend un ou plusieurs éléments de connexion recouverts d'une couche principale et d'une couche additionnelle éventuelle telles que définies précédemment. Un composant tubulaire femelle selon l'invention comprenant un ou plusieurs éléments de connexion recouvert d'un revêtement constitué de la couche principale, de la couche additionnelle éventuelle et de la couche lubrifiante telles que définies précédemment peut être assemblé avec un composant tubulaire mâle selon l'invention et qui comprend un ou plusieurs éléments de connexion recouverts d'une couche principale, d'une couche additionnelle éventuelle et d'une couche lubrifiante telle que définie précédemment. La mise en oeuvre d'éléments de connexion selon l'invention et de composants tubulaires selon l'invention permet de s'affranchir des étapes de nettoyage et de lubrification des connexions avant utilisation (solution « Rig ready »). Le revêtement utilisé selon l'invention est très adhérent et non déformable, ce qui évite l'utilisation de protecteurs spécifiques spécialement conçus pour limiter l'endommagement des revêtements (par exemple protecteurs sans contacts sur les filets ou protecteur étanche). En effet, les protecteurs sont des dispositifs de plus en plus complexes pour protéger les filets et la connexion contre la corrosion et l'endommagement des revêtements. La présente invention permet d'utiliser des protecteurs simplifiés, par exemple des protecteurs non étanches ou encore des protecteurs pour lesquels il n'est plus nécessaire d'adopter des spécifications d'obtention trop élevées pour avoir une très grande qualité de contact entre les surfaces du protecteur et les surfaces de connexion. Le revêtement utilisé selon l'invention présente un bon niveau de résistance à la corrosion en apportant une protection cathodique du substrat. La présence éventuelle de particules de composés lubrifiants telles que définies précédemment et présentant une faible mouillabilité permet également d'améliorer la résistance à la corrosion. Enfin, le revêtement utilisé selon l'invention ne s'use pas lors des vissages successifs. Il peut donc continuer à garantir des performances de tenue anti-corrosion même après plusieurs cycles de vissage/dévissage sans nécessiter de protection anti-corrosion complémentaire. D'autre part, sa haute résistance à l'usure permet de ne pas générer de débris ou de poussières observables au dévissage.
L'invention a encore pour objet un procédé d'obtention d'un élément de connexion tel que défini précédemment dans lequel la couche principale et la couche additionnelle éventuelle sont déposées par dépôt autocatalytique.
La couche principale constituée d'un alliage de nickel-phosphore utilisée selon l'invention peut être déposée sur l'élément de connexion par dépôt autocatalytique. Les dépôts autocatalytiques d'alliage de nickel-phosphore sont décrits dans la norme NF EN ISO 4527, ainsi que dans le document Louis LACOURCELLE - Nickelage chimique, Techniques de l'Ingénieur, traité Matériaux métalliques. Des dépôts autocatalytiques d'alliage de nickel-phosphore sont proposés par la société MACDERMID sous la référence NiK1adTM ELV.
La couche additionnelle éventuellement utilisée selon l'invention constituée d'un alliage de nickel-phosphore comprenant des particules d'un ou plusieurs composés lubrifiants peut être obtenue par dépôt autocatalytique. Des dépôts autocatalytiques d'alliage de nickel-phosphore contenant des particules de polytétrafluoroéthylène sont proposés par la société MACDERMID sous la référence NiK1adTM ICE ULTRA. Le dépôt de la couche principale utilisée selon l'invention et de la couche additionnelle éventuellement utilisée selon l'invention peut être effectué selon un procédé autocatalytique comprenant les étapes suivantes : - nettoyage de la surface de l'élément de connexion ; le nettoyage peut se faire par dégraissage alcalin, puis rinçage, puis dégraissage électrolytique, puis rinçage, puis décapage acide, puis rinçage ; puis - déposition de nickel phosphore, puis dépassivation de la surface, puis éventuellement déposition de nickel phosphore additivé de particules de composé lubrifiant, puis rinçage ; puis - séchage en étuve, par exemple à une température de l'ordre de 70°C, puis - traitement de dégazage en atmosphère oxydante, typiquement pendant 2h à 220°C. Selon un premier mode de réalisation, ce procédé peut en outre comprendre une étape de post-traitement thermique à une température comprise de préférence entre 250 et 300°C, par exemple pendant une durée de 3 à 5h. Cet étape de post-traitement thermique permet d'augmenter la dureté du revêtement et donc du filetage, et d'améliorer les performances anti-grippage sans toutefois dégrader les performances de protection contre la corrosion. Selon un second mode de réalisation, ce procédé peut en outre comprendre une étape de post-traitement thermique à une température comprise de préférence entre 300 et 600°C, par exemple pendant une durée de 3 à 5h. Dans ce cas, la dureté du revêtement est augmentée de façon importante, par exemple de 500 Hk lorsque le procédé ne comprend pas cette étape de post-traitement thermique à 800 Hk lorsqu'il la comprend, mais les performances de protection contre la corrosion sont dégradées.
Des caractéristiques de l'invention sont exposées plus en détail dans la description ci-après, avec référence aux dessins annexés. La figure 1 est une vue schématique d'un joint résultant de l'assemblage par vissage de deux composants tubulaires. La figure 2 est une vue agrandie d'une zone encadrée A de la figure 1. La figure 3 est une vue détaillée de la coopération entre les filets de deux composants tubulaires assemblés. La figure 4 est une vue détaillée d'un élément de connexion (filetage) selon l'invention recouvert d'un revêtement.
Le joint fileté représenté sur la figure 1, comprend un premier composant tubulaire d'axe de révolution 9 et doté d'une extrémité mâle 1 et un second composant tubulaire d'axe de révolution 9 et doté d'une extrémité femelle 2. Les deux extrémités 1 et 2 s'achèvent chacune par une surface terminale orientée radialement par rapport à l'axe 9 du joint fileté et sont respectivement dotées de portions filetées 3 et 4 qui coopèrent entre elles pour l'assemblage mutuel par vissage des deux composants. Les portions filetées 3 et 4 peuvent être du type à filet trapézoïdal ou autres. Dans l'exemple représenté, les portions filetées présentent des filets à profils évanouissant aux extrémités respectives des portions filetées. Ces profils évanouissant s'étendent sur une partie de l'étendue axiale de la portion filetée. Notamment, une partie de la portion filetée à profil évanouissant 10 ne coopère pas avec un filetage complémentaire.
De plus, comme représenté sur la figure 2, des surfaces d'étanchéité métal / métal (portées) 5, 6 destinées à être en contact serrant étanche l'une contre l'autre après assemblage par vissage des deux composants filetés, sont ménagées respectivement sur les extrémités mâle et femelle au voisinage des portions filetées 3, 4.
Enfin, l'extrémité mâle 1 s'achève par une surface terminale 7 qui vient en butée contre une surface correspondante 8 ménagée sur l'extrémité femelle 2 lorsque les deux extrémités sont vissées l'une dans l'autre. Les surfaces 7 et 8 sont dénommées butées. A la figure 3, le détail d'un filet d'une portion fileté est représenté. Chaque filet comporte ainsi un flanc de charge 11 formant un angle 12 compris entre -5° et +5° relativement à la normale N de l'axe 10 de connexion. Le flanc de charge est relié par un sommet 13 à un flanc d'assemblage 14. En particulier, la connexion représentée est telle qu'en position finale de l'assemblage, les flancs de charge de la portion filetée mâle 3 sont en contact avec les flancs de charges correspondants de la portion filetée femelle 4. Sur la figure 4, est représentée l'extrémité mâle 1 d'un composant tubulaire dont la portion filetée 3 et la surface d'étanchéité 5 (portée) sont recouvertes d'un revêtement 15 tel que défini dans l'invention. Exemple On réalise sur un filetage en acier carbone grade L80, un revêtement métallique d'une couche principale d'un alliage de nickel-phosphore comprenant 11% en poids de phosphore, et d'une couche additionnelle d'un alliage de nickel-phosphore comprenant des particules de polytétrafluoroéthylène (PTFE) à hauteur de 25% en volume par rapport au volume de l'alliage. Le dépôt de la couche principale se fait par le procédé autocatalytique proposé par la société MACDERMID sous la référence NiK1adTM ELV. Le dépôt de la couche additionnelle se fait par le procédé autocatalytique proposé par la société MACDERMID sous la référence NiK1adTM ICE ULTRA. La couche principale de nickel-phosphore présente une épaisseur de 29 p.m. La couche additionnelle de nickel-phosphore- PTFE présente une épaisseur de 7,4 p.m. Le dépôt métallique composite obtenu présente une dureté d'au moins 550Hk sous 10g. Le dépôt métallique composite présente une très bonne résistance à la corrosion. Les tests sont réalisés en bord de mer sur un site d'exposition marin et industriel (port de Dunkerque) classé au niveau 4 (élevé) sur une échelle allant jusqu'à C5 (voir « Corrosivity Class » selon la norme ISO 9223).
Après 12 mois d'exposition à Dunkerque avec protecteur, aucun signe d'enrouillement n'est observé. Après 12 mois d'exposition à Dunkerque sans protecteur, quelques rares points de corrosion sont observés (Re 1 selon l'échelle européenne de degré d'enrouillement, norme ISO 4628-3).
Le dépôt métallique composite n'est pas endommagé lors d'un essai type scratch test où il est soumis à charge croissante de lON à 300N apportée par une bille en carbure de tungsten de diamètre 5 mm. Contrairement à d'autres dépôts métalliques (type alliage Cu-Sn-Zn), le dépôt ne se fissure pas, aucune décohésion ou délamination du revêtement n'est observée. Le dépôt métallique composite présente d'excellentes performances anti-grippage. Les essais en laboratoire (essai Vee-block effectué à charge constante 785N, équivalent à une pression de contact de 500-600MPa caractéristiques des pressions de contact rencontrées lors du vissage d'une connexion au niveau des filets) montrent une usure très progressive lors de l'utilisation de nickel phosphore additivé PTFE comparativement à un dépôt métallique d'un alliage ternaire Cu-Sn- Zn. On obtient des courbes de vissage très similaires à celles obtenues avec une graisse API : pentes très régulières (non bruitées) avec des changements de pente clairement identifiables.
Claims (21)
- REVENDICATIONS1. Elément de connexion pour un composant tubulaire caractérisé en ce qu'il est recouvert d'un revêtement comprenant une couche principale constituée d'un alliage de nickel-phosphore.
- 2. Elément de connexion selon la revendication 1, caractérisé en ce que le phosphore représente de 5 à 13%, de préférence de 8 à 13%, mieux de 10 à 12% en poids du poids total de l'alliage de nickel-phosphore.
- 3. Elément de connexion selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que l'épaisseur de ladite couche principale constituée de l'alliage de nickel-phosphore varie de 5 à 10 p.m.
- 4. Elément de connexion selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que l'épaisseur de ladite couche principale constituée de l'alliage de nickel-phosphore varie de 15 à 35 iam, de préférence de 20 à 35 iam, mieux de 25 à 30 p.m.
- 5. Elément de connexion selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le revêtement comprend en outre une couche additionnelle constituée d'un alliage de nickel-phosphore comprenant des particules d'un ou plusieurs composés lubrifiants solides, ladite couche additionnelle étant disposée sur ladite couche principale.
- 6. Elément de connexion selon la revendication 5, caractérisé en ce que les particules d'un ou plusieurs composés lubrifiants solides sont choisies parmi les particules de polytétrafluoroéthylène, de talc, de mica, de nitrure de bore, de carbure de silicium, de carbure de tungstène, de sulfure de tungstène, de sulfure de molybdène et leurs mélanges.
- 7. Elément de connexion selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que le phosphore de l'alliage nickel-phosphore comprenant les particules d'un ou plusieurs composés lubrifiants solides représente de 5 à 13%, de préférence de 8 à 13%, mieux de 10 à 12% en poids du poids total de l'alliage nickel-phosphore comprenant les particules d'un ou plusieurs composés lubrifiants.
- 8. Elément de connexion selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que les particules d'un ou plusieurs composés lubrifiants solides représentent de 20 à 35% en volume, de préférence de 25 à 30% en volume, par rapport au volume total de l'alliage nickel-phosphore comprenant les particules d'un ou plusieurs composés lubrifiants.
- 9. Elément de connexion selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que l'épaisseur de ladite couche additionnelle constituée d'un alliage de nickel-phosphore comprenant des particules d'un ou plusieurs composés lubrifiants solides varie de 3 à 13 i.tm, de préférence de 5 à 10 i.tm.
- 10. Elément de connexion selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le revêtement comprend une couche lubrifiante disposée sur ladite couche principale ou sur ladite couche additionnelle lorsque le revêtement comprend ladite couche additionnelle.
- 11. Elément de connexion selon la revendication 10, caractérisé en ce que la couche lubrifiante est choisie parmi une graisse, une couche lubrifiante semi-solide ou une couche lubrifiante solide et sèche comprenant une ou plusieurs particules lubrifiantes solides dans une résine.
- 12. Elément de connexion selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il s'agit d'un filetage.
- 13. Elément de connexion selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il s'agit d'une portée.
- 14. Elément de connexion selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il s'agit d'une butée.
- 15. Composant tubulaire comprenant un ou plusieurs éléments de connexion tels que définis à l'une quelconque des revendications précédentes.
- 16. Composant tubulaire selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'il comprend un filetage tel que défini à la revendication 12.
- 17. Composant tubulaire selon la revendication 15 ou 16, caractérisé en ce qu'il comprend une portée telle que définie à la revendication 13.
- 18. Composant tubulaire selon la revendication 15, 16 ou 17, caractérisé en ce qu'il comprend une butée telle que définie à la revendication 14.
- 19. Procédé d'obtention d'un élément de connexion tel que défini dans l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que la couche principale et la couche additionnelle éventuelle sont déposées par dépôt autocatalytique.
- 20. Procédé selon la revendication 19, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de post-traitement à une température comprise entre 250 et 300°C.
- 21. Procédé selon la revendication 19, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de post-traitement à une température comprise entre 300 et 600°C.
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