FR3098879A1

FR3098879A1 - Joint fileté à profil hélicoïdal dissymétrique

Info

Publication number: FR3098879A1
Application number: FR1908204A
Authority: FR
Inventors: Anthony FOULOGNE; Pierre Martin
Original assignee: Vallourec Oil and Gas France SAS; Nippon Steel Corp
Current assignee: Vallourec Oil and Gas France SAS; Nippon Steel Corp
Priority date: 2019-07-19
Filing date: 2019-07-19
Publication date: 2021-01-22
Anticipated expiration: 2039-07-19
Also published as: FR3098879B1; US11885443B2; EA202290084A1; CA3145349C; AR119433A1; EP3887639A1; JP7338033B2; CA3145349A1; PL3887639T3; AU2020318496A1; BR112022000731A2; WO2021013645A1; US20220260186A1; EP3887639B1; MX2022000764A; JP2022540956A; CN114402117A

Abstract

[Joint fileté pour colonne de cuvelage de puits de pétrole Joint fileté tubulaire pour le cuvelage de puits d’hydrocarbures obtenu par vissage d’un connecteur mâle avec un connecteur femelle, le joint comportant une portion filetée (16a, 18a), telle que les portions filetées mâle et respectivement femelle comportant chacune une hélice pourvue d’un flanc porteur, un sommet de filet, un flanc d’engagement, un fond de filet, telles qu’un pas du flanc porteur (LFLp, LFLb) et un pas du flanc d’engagement (SFLp, SFLb) remplit la condition suivante : Une largeur de dent (Wtp) de l’hélice mâle et une largeur de dent de l’hélice femelle (Wtb) sont telles que ou % et Figure pour l’abrégé : Fig. 14]

Description

Joint fileté à profil hélicoïdal dissymétrique

La présente invention est relative à des joints ou assemblages de tubes destinés à être connectés au moyen de filetages et concerne les tubes utilisés dans l'industrie et en particulier les assemblages ou jonctions filetées destinées à équiper les colonnes de tubes de production ou d'accessoires tubulaires de production ou les colonnes de tubes de cuvelage pour l'exploration, la prospection ou l'exploitation des puits de pétrole ou de gaz, ainsi que les assemblages ou jonctions filetés utilises pour toute application dans laquelle il peut être nécessaire d'assembler des lignes de tubes ou des accessoires tubulaires comme par exemple dans l'industrie de la géothermie ou dans la production de vapeur. L'assemblage fileté selon l'invention est particulièrement utile pour l'assemblage de tubes métalliques utilisés pour le cuvelage de puits de pétrole ou de gaz comme cela est expliqué ci-après.

Dans ce texte on utilise avec le même sens, sauf contexte particulier, les mots assemblage ou joint ou jonction ou connexion. Par tubes on entend tout type de tubes ou de composants tubulaires ou d'accessoires tubulaires existants ou susceptibles d'être mis en œuvre dans l'industrie, ces tubes étant en général des tubes métalliques. En particulier, ces tubes sont des tubes sans soudure obtenus à partir d’acier tels que ceux définis dans les normes API 5 CT, ou encore selon les normes ISO 11960 :2004. De préférence, un joint selon l’invention est obtenu entre des tubes réalisés dans un matériau ayant une forte capacité de résistance à la rupture, par exemple des aciers de grade compris entre 862 et 965 MPa (entre 125 et 140 ksi).

On connait de nombreux types d'assemblage pour tubes pétroliers ou de gaz donnant des résultats satisfaisants du point de vue caractéristiques mécaniques et étanchéité, même dans des conditions sévères d'utilisation. Certains de ces assemblages font appel à des tubes, munis de filetages tronconiques males aux deux extrémités qu'on assemble au moyen de manchons ayant deux filetages tronconiques femelles correspondants. Ce mode d'assemblage présente l'avantage de rendre rigides les deux composants de l'assemblage, du fait de l'existence d'interférences positives que l'on peut créer entre filetage male et filetage femelle. On parle de joints filetés manchonnés, également dits T&C.

Cependant le diamètre extérieur de ces manchons est plus élevé que celui des tubes correspondants et nécessite, quand ces assemblages sont utilisés dans les tubes de cuvelage, la réalisation de trous de forage de diamètre accru. Dans le cas de puits très profonds, d'une profondeur excédant 4000 m, le cuvelage va devoir descendre plus profondément dans le puits, et il est connu de préférer des assemblages sans manchon, tels qu’enseignés dans les documents US-2992019, EP-0767335 ou encore US-2013/0015657. Dans ce cas, les tubes comportent chacun une extrémité munie d’un connecteur male et une deuxième extrémité munie d’un connecteur femelle. Les tubes sont assemblés bout à bout par des joints entre connecteur mâle et femelle. Ces assemblages sont désignés sous l’appellation « intégraux ».

Pour répondre à des besoins accrus de résistance aux pressions internes et externes, il est connu du document US-4662659 un joint intégral pourvu de deux portions filetées étagées de part et d’autre d’une butée intermédiaire, cette butée intermédiaire étant conçue avec un angle négatif pour augmenter la résistance aux pressions. De plus, d’un côté de cette butée intermédiaire, ou de part et d’autre de cette butée intermédiaire, le document enseigne des zones d’étanchéité par interférence radiale entre surfaces coniques, dont les angles de conicité sont légèrement modifiés l’un par rapport à l’autre d’un angle γ. Selon ce document, l’étanchéité est exclusivement assurée au niveau central, entre les deux portions filetées, à proximité de la butée intermédiaire. Le document US-2019-0040978 propose une alternative au document US-4662659, en spécifiant une géométrie particulière de ces étanchéités de part et d’autre de la butée intermédiaire, et en modifiant la forme du filetage et en choisissant un filetage à profil en queue d’aronde.

Il est par ailleurs connu du document US-2017-0101830 un autre joint pourvu de deux portions filetées étagées de part et d’autre d’une butée intermédiaire. Selon ce document, une étanchéité est prévue entre une portion filetée et cette butée intermédiaire. Or la définition de cette étanchéité amenuise la performance et la capacité de la butée intermédiaire, de sorte que ce document enseigne de prévoir une surface de butée additionnelle au niveau de l’extrémité distale du connecteur mâle. Alternativement, d’autres documents proposent de modifier le filetage pour compenser la moindre performance en compression de la butée intermédiaire. Ces filetages alternatifs sont alors dits en queue d’aronde et vissé de manière à obtenir un blocage entre elles des portions filetées. A cet effet, les portions filetées sont proposées avec une valeur de pas différente pour le flanc porteur et pour le flanc d’engagement, de sorte que l’hélice de ce filetage propose une largeur de dents qui augmente au fur et à mesure des tours d’hélice, d’une extrémité à l’autre, des creux définis entre les spires de cette hélice diminuant selon la même progression. Ainsi le vissage des portions filetées est réalisé jusqu’à obtenir des contacts entre flancs d’engagement, mais également entre flancs porteurs. Ce type de joint dit « selflocking wedge thread », bien que très performant est néanmoins très difficile à usiner et à maitriser au moment de l’assemblage.

Malgré les diverses solutions déjà connues, il est alors apparu un besoin de faciliter l’usinage d’une connexion intégrale qui soit propre à former des cuvelages pour des puits de grande profondeur, dont les performances de résistance aux cycles de pressions internes et pressions externes, ainsi que les tolérances en traction et compression soient néanmoins acquises en acceptant des tolérances d’usinage et d’assemblage inhérentes à l’univers des tubes pétroliers ou de gaz. En pratique, il est également apparu que la manière dont la graisse d’assemblage était appliquée sur les connexions était un facteur d’ordre 1 dans la réussite à la réalisation d’un joint. Le joint fileté selon l’invention permet de mieux tolérer les variations de manutention au moment de l’application d’une quantité de graisse.

L’intérêt de l’invention est de proposer un joint intégral qui réponde à des exigences techniques proches de celles des joints à manchon, et qui permette d’avoir une efficacité proche de celle du tube. En particulier un joint selon l’invention peut avoir une efficacité égale à 96% de l’efficacité du tube. L'efficacité est en général définie comme étant le rapport de la section critique du joint sur la section d'une partie courante d'un tube entre les deux extrémités d'un composant. La section critique du joint est égale à la plus petite section critique du connecteur mâle ou du connecteur femelle.

L’invention s’applique préférentiellement à des joints filetés de grand diamètre, notamment à des tubes de diamètre extérieur supérieur à 177,8 mm (7 pouces), de préférence supérieur à 254 mm (10 pouces), par exemple de 406,4 mm (16 pouces).

L'invention propose un joint à tenue améliorée sous ces aspects.

L’invention a pour objet un joint fileté tubulaire pour le forage et ou l’exploitation de puits d’hydrocarbures, comprenant un premier tube pourvu à une première extrémité distale d’un connecteur mâle et un deuxième tube pourvu à une deuxième extrémité distale d’un connecteur femelle, le connecteur mâle étant apte à être assemblé par vissage avec le connecteur femelle, le premier tube assemblé au deuxième tube définissent ensemble un axe longitudinal, le connecteur mâle comportant une portion filetée mâle, le connecteur femelle comportant une portion filetée femelle engagée avec la portion filetée mâle lorsque le joint est assemblé, les portions filetées mâle et femelle comportant chacune au moins une hélice pourvue d’un flanc porteur, un sommet de filet, un flanc d’engagement, un fond de filet, telles qu’un pas du flanc porteur LFLp et un pas du flanc d’engagement SFLp de la portion filetée mâle, et respectivement un pas du flanc porteur LFLb et un pas du flanc d’engagement SFLb de la portion filetée femelle remplissent la condition suivante, pour au moins deux tours consécutifs des hélices respectives des portions filetées mâle et femelle:

et tels que le long de l’axe longitudinal, dans ces au moins deux tours consécutifs, une largeur de dent (Wtp) de l’hélice de la portion filetée mâle et une largeur de dent de l’hélice de la portion filetée correspondante femelle (Wtb) sont telles que

Ou

%

Et

De préférence, le joint peut remplir la condition suivante

Voire même la condition suivante

La largeur de dent de l’hélice de la portion filetée mâle peut être comprise entre 2,5 et 3,5 mm. Et par exemple, la largeur de dent de l’hélice de la portion filetée femelle peut être comprise entre 3,7 et 4,5 mm.

De préférence, les largeurs de dent des hélices des portions filetées mâle et respectivement femelle peuvent remplir la condition suivante :

sur lesdits au moins deux tours consécutifs de ces hélices, de sorte que ces au moins deux tours peuvent ne pas être autobloquants.

Les largeurs de dent des hélices complètes des portions filetées mâle et respectivement femelle peuvent remplir la condition suivante : pour chaque tour (n), une largeur de dent du filetage mâle (Wtpn) et une largeur de dent du filetage femelle (Wtbn) sont telles que

pour tout n :

Avantageusement, une partie du flanc d’engagement peut être parallèle à une partie du flanc porteur, avec une tolérance de +/- 0,25° dans l’inclinaison de ces parties relativement à l’axe longitudinal. Les flancs d’engagement peuvent ainsi contribuer à des reprises d’effort en compression.

Le flanc d’engagement et le flanc porteur de l’hélice de la portion filetée mâle peuvent être respectivement rectilignes, et respectivement raccordés par des rayons de raccordement au sommet de filet et fond de filet adjacents. Dans ce cas, le flanc d’engagement de l’hélice de la portion filetée femelle peut aussi comporter un segment rectiligne raccordé au sommet de filet par un segment incliné relativement au flanc d’engagement de manière à proposer une convexité, telle que ces deux segments forment entre eux un angle obtus (86d) entre eux compris entre 190° et 260°, par exemple de l’ordre de 225°. Cette convexité permet de garantir l’absence de contact avec la portion du fond de filet 61 et raccord rayonné concave 62.

Le fond de filet de l’hélice de la portion filetée mâle peut comprendre deux segments, un premier segment de fond de filet mâle situé du côté du flanc d’engagement et un deuxième segment de fond de filet mâle situé du côté du flanc porteur, et tels qu’une distance radiale du premier segment de fond de filet mâle est égal ou plus grande que la distance radiale du deuxième segment de fond de filet mâle, les distances radiales étant évaluées relativement à un sommet de filet adjacent audit fond de filet de l’hélice de la portion filetée mâle.

Le flanc porteur de l’hélice de la portion filetée mâle peut former un angle compris entre 1° et 5°, de préférence entre 1,25 et 3,75° relativement à une normale à l’axe longitudinal, et est parallèle au flanc porteur de l’hélice de la portion filetée femelle, avec une tolérance de +/- 0,25° dans l’inclinaison de ces flancs porteurs relativement à l’axe longitudinal.

En particulier, le flanc porteur de l’hélice de la portion filetée mâle peut former avec un fond de filet adjacent de cette hélice un angle inférieur ou égal à 90°.

Par exemple, l’hélice de la portion filetée femelle peut être tronconique, de préférence exclusivement tronconique, par exemple de conicité comprise entre 5% et 15%, préférentiellement 8 % et 12 %. Dans ce cas, l’hélice de la portion filetée mâle peut également comporte au moins une partie tronconique de conicité identique à celle l’hélice de la portion filetée femelle.

Selon un mode de réalisation particulier de l’invention, le pas du flanc porteur LFLp et le pas du flanc d’engagement SFLp peuvent être compris entre 5 et 20 mm, préférentiellement entre 6 et 8 mm.

Dans un mode de réalisation préféré de l’invention, la portion filetée mâle et respectivement la portion filetée femelle peuvent comporter chacune une unique hélice. Dans ce cas, les hélices de la portion filetée mâle et respectivement de la portion filetée femelle peuvent comporter au moins 3 tours, de préférence au moins 4 tours.

Pour faciliter l’assemblage, les sommets de filet et les fonds de filet des portions filetées mâles et femelles peuvent être de conicité inférieure à la conicité desdites portions filetées, par exemple ils peuvent être parallèles à l’axe longitudinal du joint. Dans ce cas, une hauteur radiale d’un flanc d’engagement de la portion filetée mâle peut être supérieure à une hauteur radiale d’un flanc porteur de cette portion filetée mâle.

D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description détaillée qui suit, en référence aux figures annexées, qui illustrent :

: un vue extérieure de profil d’un premier tube selon l’invention;

: un vue en coupe longitudinale d’un deuxième tube selon l’invention ;

: une vue en coupe longitudinale partielle d’un connecteur mâle du premier tube de la figure 1;

: une vue en coupe longitudinale partielle d’un connecteur femelle du deuxième tube de la figure 2;

: une vue en coupe longitudinale partielle d’un connecteur mâle du premier tube de la figure 1 assemblé à un connecteur femelle du deuxième tube de la figure 2, cette vue en coupe indiquant également des niveaux de contrainte atteints à l’intérieur du joint après assemblage ;

: une vue en coupe longitudinale partielle d’une portion intermédiaire non filetée femelle d’un connecteur femelle selon l’invention ;

: une vue en coupe longitudinale partielle d’une portion intermédiaire non filetée mâle d’un connecteur mâle selon l’invention ;

: une vue en coupe longitudinale partielle d’une portion interne non filetée femelle d’un connecteur femelle selon l’invention ;

: une vue en coupe longitudinale partielle d’une portion interne non filetée mâle d’un connecteur mâle selon l’invention ;

: une vue en coupe longitudinale partielle d’une portion filetée mâle d’un connecteur mâle selon l’invention ;

: une vue en coupe longitudinale partielle d’une dent d’une portion filetée mâle selon la figure 10 ;

: une vue en coupe longitudinale partielle d’une portion filetée femelle d’un connecteur femelle selon l’invention ;

: une vue en coupe longitudinale partielle d’une dent d’une portion filetée femelle selon la figure 12 ;

: une vue en coupe longitudinale partielle de la portion filetée mâle de la figure 10 en position assemblée avec la portion filetée femelle de la figure 12 ;

: une vue en coupe longitudinale partielle d’une gorge pour évacuer la surpression de graisse formée dans une portion filetée femelle d’un connecteur femelle selon l’invention.

Comme on peut le voir sur la figure 1, un premier tube 12 comporte un corps de tube 120. Ce premier tube 12 a une longueur axiale de plusieurs mètres de longueur, par exemple de l'ordre de 10 à 15 m de longueur. Il s’étend selon un axe longitudinal X. A une première extrémité axiale 121 de ce premier tube 12, le premier tube 12 comporte un connecteur mâle 18. Le corps de tube 120 comporte un diamètre extérieur, généralement dénommé diamètre extérieur nominal. Opposée à la première extrémité axiale 121, le premier tube comporte une deuxième extrémité axiale 122. Cette deuxième extrémité axiale 122 présente un diamètre extérieur supérieur à celui du corps de tube 120.

La figure 2 représente une vue en coupe longitudinale d’un deuxième tube 14, identique au premier tube 12. Ce deuxième tube 14 comporte un corps de tube 140 pourvu à une première extrémité axiale 141 d’un connecteur mâle et à une deuxième extrémité axiale 142 un connecteur femelle 16. Le connecteur mâle est usiné sur la surface extérieure de la première extrémité axiale 121. La deuxième extrémité axiale 142 présente un diamètre extérieur supérieur à celui du corps de tube 140. Le connecteur femelle est usiné sur surface intérieure de cette deuxième extrémité.

Dans la suite de la description, nous allons décrire un joint formé entre le connecteur femelle 16 du deuxième tube 14 avec le connecteur 18 du premier tube 12. Par exemple, la figure 5 représente un joint selon l’invention. Ce joint est dit semi flush, dans la mesure où le diamètre extérieur au niveau du joint formé est inférieur à 105 % voire 103 % du diamètre extérieur des corps de tubes 120, 140. L’invention s’applique à des joints qui peuvent être flush, à savoir pour lesquels le diamètre extérieur au niveau du joint est inférieur à 101 % du diamètre extérieur nominal ODnom.

Dans l’exemple décrit, les premiers et deuxièmes tubes 12 et 14 sont identiques, et comportent chacun un connecteur mâle 18 à leur première extrémité respective 121 et 141, et comportent également chacun un connecteur femelle 16 à leur deuxième extrémité respective 122 et 142.

Avant d’usiner le connecteur mâle 18, la première extrémité distale 121, 141 est conifiée. La conification aboutit à une réduction du diamètre intérieur de la première extrémité 121, 141 à partir d’un rétrécissement 13 formant transition entre le corps de tube et la première extrémité. De préférence, le diamètre intérieur de la première extrémité est restreint par rapport au diamètre intérieur nominal du corps de tube, de sorte qu’après assemblage du joint, le diamètre intérieur au niveau du joint est supérieur à 94 % du diamètre intérieur nominal. La première extrémité 121, 141 s’étend entre un bord libre 19 et le corps de tube. Cette première extrémité portant un connecteur mâle 18 représente une certaine longueur axiale, de l’ordre de 20 à 30 cm, entre le bord libre 19 et le corps de tube.

De même avant d’usiner le connecteur femelle 16 au niveau de la deuxième extrémité distale 122, 142, la deuxième extrémité subit une expansion diamétrale. Comme cela est représenté aux figures 1 et 2, l’expansion diamétrale 15 se fait à distance du bord libre 17 de la deuxième extrémité axiale 122, 142, de telle sorte que la deuxième extrémité axiale 122, 142 représente une certaine longueur axiale, de l’ordre de 20 à 30 cm, entre le bord libre 17 et le corps de tube.

Le connecteur mâle 18 comporte deux portions filetées respectivement 18a et 18b. Ces deux portions filetées s’étendent selon deux portions successives le long de l’axe X. Elles sont espacées l’une de l’autre par une portion intermédiaire non filetée 20. Les portions filetées mâles 18a et 18b sont décalées radialement relativement à l’axe X. En effet, le connecteur mâle 18 comporte un épaulement de butée mâle 22 dans la portion intermédiaire non filetée 20. La butée intermédiaire mâle 22 définit une surface annulaire dans un plan perpendiculaire à l’axe X. De préférence, les portions filetées mâles 18a et 18b comportent chacune une unique spire formant une unique hélice. De préférence, le pas des hélices de chacune des portions filetées sont identiques.

Entre le bord libre 19 et la première portion filetée 18a, une portion interne non filetée mâle 30 comporte une surface d’étanchéité interne 25.

Entre la butée intermédiaire mâle 22 et la deuxième portion filetée mâle 18b, la portion intermédiaire non filetée mâle 20 comporte une surface d’étanchéité intermédiaire 26.

Le connecteur femelle 16 comporte deux portions filetées respectivement 16a et 16b. Ces deux portions filetées s’étendent selon deux portions successives le long de l’axe X. Elles sont espacées l’une de l’autre par une portion intermédiaire non filetée 21. Les portions filetées femelles 16a et 16b sont décalées radialement relativement à l’axe X. En effet, le connecteur femelle 16 comporte un épaulement de butée intermédiaire 24 dans la portion intermédiaire non filetée 21. La butée intermédiaire femelle 24 définit une surface annulaire dans un plan perpendiculaire à l’axe X. De préférence, les portions filetées mâles 18a et 18b comportent chacune une unique spire formant une unique hélice. De préférence, le pas des hélices de chacune des portions filetées mâles et femelles sont identiques.

Entre le corps de tube 14 et la première portion filetée 16a, le connecteur femelle 16 comporte une portion interne non filetée femelle 31 comportant une surface d’étanchéité interne 27.

Entre la surface de butée intermédiaire 24 et la deuxième portion filetée femelle 16b, la portion intermédiaire non filetée femelle 21 comporte une surface d’étanchéité intermédiaire 29.

En position assemblée du joint, Figure 5,

- le bord libre 19 reste à distance axiale « d » non nulle, par exemple de plus de 0,1 mm du connecteur femelle 16 ;

- l’hélice de la première portion filetée mâle 18a est engagée dans celle de la première portion filetée femelle 16a,

- l’hélice de la deuxième portion filetée mâle 18b est engagée dans celle de la deuxième portion filetée femelle 16b ;

- la butée intermédiaire mâle 22 vient en contact de butée avec la butée intermédiaire femelle 24,

- la surface d’étanchéité interne mâle 25 entre en contact interférant radialement avec la surface d’étanchéité interne femelle 26 pour former une étanchéité métal-métal interne préservant le joint de sollicitation en pression interne,

- la surface d’étanchéité intermédiaire mâle 27 entre en contact interférant radialement avec la surface d’étanchéité intermédiaire femelle 28 pour former une étanchéité métal-métal intermédiaire préservant le joint de sollicitations en pression externe,

- le bord libre 17 du connecteur femelle est à distance axiale non nulle du connecteur mâle

Le joint selon l’invention comporte une unique butée axiale, orthogonale à l’axe X, obtenue par le contact entre les butées intermédiaires 22 et 24, et dont la fonction principale est de marquer la fin du vissage du joint.

Une épaisseur radiale des surfaces en contact de ces butées intermédiaires 22 et 24 est inférieure à 20% de la section du tube 120 ou 140, cette section étant délimitée entre ODnom et IDnom. L’usinage des connecteurs mâles et femelles permet une tolérance de fabrication qui permet d’utiliser tout tube conforme dont les dimensions ODnom et IDnom sont conformes aux tolérances des spécifications fixées dans les normes API. La butée intermédiaire permet néanmoins d'absorber une partie des efforts de compression de la connexion, mais son dimensionnement ne permet pas d'absorber l'intégralité des sollicitations de compression.

De part et d’autre de l’étanchéité métal-métal interne, la portion non filetée interne 30 mâle est à distance radiale non nulle de la portion non filetée interne femelle 31. L’étanchéité métal-métal interne est réalisée à distance des bords de cette zone non filetée interne 30-31.

A part au droit des contacts obtenus pour l’étanchéité métal-métal intermédiaire et pour la butée des épaulements de butée 22 et 24, la portion non filetée intermédiaire mâle 20 est à distance radiale non nulle de la portion non filetée interne femelle 21. L’étanchéité métal-métal intermédiaire est réalisée à distance des bords de cette zone non filetée intermédiaire 20-21.

Comme cela est visible de la Figure 2, l’étanchéité métal-métal interne reçoit plus de contraintes que l’étanchéité intermédiaire. L’étanchéité intermédiaire est utile pour assurer l'étanchéité sous contraintes de pression extérieure. Entre la deuxième portion filetée et la butée intermédiaire, l’étanchéité intermédiaire bénéficie ainsi d’une épaisseur du connecteur mâle 18 et du connecteur femelle 16 au droit de cette surface d’étanchéité qui lui permet une grande stabilité du contact, notamment sous forte sollicitation de traction : il n’y a pas de décollement des surfaces.

En détail, aux Figures 6 et 7, selon un mode de réalisation de l’invention, l’étanchéité intermédiaire est du type cône-cône. La surface d’étanchéité intermédiaire mâle 27 et la surface d’étanchéité intermédiaire femelle 28 sont tronconiques de conicité identique. Alternativement ces surfaces 27 et 28 peuvent présenter une conicité sensiblement identique, en ce sens que la conicité de l’un peut être comprise entre + et – 1% de la conicité de l’autre. Par exemple, la conicité de ces surfaces 27 et 28 est comprise entre 15 et 25%, par exemple égale à 20% +/- 1%, ou encore toutes les deux égales à 20%.

La surface d’étanchéité intermédiaire mâle 27 est raccordée d’un côté par une portion rayonnée convexo-concave 32 à une surface cylindrique 33 qui est adjacente à la deuxième portion filetée 18b, et raccordé de l’autre côté par une autre portion rayonnée convexo-concave 34 à une autre surface cylindrique 35 adjacente à l’épaulement mâle de butée 22. La surface cylindrique 35 est raccordée à l’épaulement de butée mâle 22 par un rayon de raccordement 36. Les parties rayonnées convexo-concaves 32 et 34 sont agencées de telle sorte qu’elles sont convexes du côté adjacent à la surface d’étanchéité intermédiaire mâle 27, et concaves lorsqu’elles se raccordent respectivement aux surfaces cylindriques dont elles sont respectivement adjacentes. En pratique, Les parties rayonnées convexo-concaves 32 et 34 sont telles que le diamètre extérieur au niveau de la surface cylindrique 33 adjacente à la portion filetée 18b est supérieur à celui de la surface cylindrique 35 adjacente à la butée mâle 22.

De manière similaire, la surface d’étanchéité intermédiaire femelle 28 est raccordée d’un côté par une portion rayonnée convexo-concave 37 à une surface cylindrique 38 qui est adjacente à la deuxième portion filetée femelle 16b, et raccordé de l’autre côté par une autre portion rayonnée convexo-concave 39 à une autre surface cylindrique 40 adjacente à l’épaulement de butée femelle 24. Les parties rayonnées convexo-concaves 37 et 39 sont agencées de telle sorte qu’elles sont convexes du côté adjacent à la surface d’étanchéité intermédiaire femelle 28, et concaves lorsqu’elles se raccordent respectivement aux surfaces cylindriques dont elles sont respectivement adjacentes. En pratique, Les parties rayonnées convexo-concaves 37 et 39 sont telles que le diamètre intérieur au niveau de la surface cylindrique 38 adjacente à la portion filetée femelle 14b est supérieur à celui de la surface cylindrique 40 adjacente à la butée femelle 24.

Les surfaces convexo-concaves 32, 34, 37 et 39 se raccordent tangentiellement. Les surfaces convexo-concaves 32, 34, 37 et 39 comportent des parties rayonnées raccordées tangentiellement entre elles, de rayon de courbure compris entre 3 et 30 mm.

La surface cylindrique 40 est plus précisément raccordée à l’épaulement de butée femelle 24 par un raccord concave 41. Le raccord concave 41 présente une partie tronconique tangentiellement raccordée à un rayon de courbure inférieur à 1 mm, le rayon de courbure du raccord concave 41 étant tangent à l’épaulement de butée femelle42, afin d’éviter la concentration de contraintes à proximité de l’épaulement de butée femelle 24.

Pour éviter la concentration de contraintes à proximité de l’épaulement de butée mâle 22, l’épaulement de butée mâle est raccordé par un raccord concave 42 de large rayon à une surface cylindrique 43 adjacente une extrémité de la première portion filetée mâle 18a.

De même, l’épaulement de butée femelle 24 est raccordé par un rayon de raccordement 44 à une surface cylindrique 45 adjacente de la première portion filetée femelle 16a. En pratique, étant donné l’obtention par usinage des portions filetées respectivement mâle et femelle, la surface cylindrique 45 est adjacente à une gorge 46 à fond cylindrique tolérée pour l’extraction de l’outil d’usinage du filet de la première portion filetée femelle 16a. La gorge à fond cylindrique 46 définit un diamètre intérieur supérieur au diamètre intérieur de la surface cylindrique 45. La gorge 46 comporte une surface de liaison tronconique à la surface cylindrique 45.

En détail, aux Figures 8 et 9, selon un mode de réalisation de l’invention, l’étanchéité interne est du type tore-cône. Dans cet exemple, la surface d’étanchéité interne mâle 25 est tronconique et la surface d’étanchéité interne femelle 26 est torique. Figure 8, la surface d’étanchéité interne femelle 26 est une courbe obtenue par plusieurs portions rayonnées convexes adjacentes et tangentes entre elles. Dans un exemple, elle comporte deux portions rayonnées adjacentes, respectivement de rayons R1 et R2, telle que la portion rayonnée R1 plus proche du corps de tube 140 que la portion rayonnée R2, et que le rayon R1 soit inférieure au rayon R2. De préférence les rayons R1 et R2 sont supérieur à 30 mm. Cette surface d’étanchéité interne femelle torique 26 est raccordée, du côté du corps de tube 140, à une surface cylindrique 47 par un rayon de courbure 48 de rayon au moins 3 fois inférieur aux rayons R1 et R2. Du côté opposé, elle est raccordée à une surface cylindrique 50, adjacente de la première portion filetée femelle 16a, par une surface convexo-concave qui se raccorde tangentiellement d’une part à la surface cylindrique 50, et d’autre part à la surface d’étanchéité 26.

Pour venir au contact de la surface d’étanchéité interne femelle 26, la surface d’étanchéité interne mâle 25 comporte une portion tronconique de conicité comprise entre 10 et 20%. Au niveau du pourtour intérieur du connecteur mâle 12, la surface intérieur du connecteur mâle est chanfreinée 51, de sorte que la portion non filetée interne 30 est d’épaisseur moindre, et même si l’étanchéité interne induit une déflection intérieure de la lèvre définie entre la surface d’étanchéité interne 25 et l’extrémité libre 19, le connecteur mâle 18 ne modifie pas de manière sensible le diamètre intérieur de passage, appelé drift de la connexion.

La surface d’étanchéité interne mâle 25 est raccordée tangentiellement à une surface convexe 52, de large rayon de courbure, qui est elle-même par un rapport 53 au bord libre 19 qui est défini perpendiculairement à l’axe X. Du côté opposé au bord libre 19, la surface d’étanchéité mâle est raccordée tangentiellement à une surface cylindrique 54 en amont du départ de filetage de la première portion filetée mâle 18a. Cette surface cylindrique 54 permet le départ des outils d’usinage du filet.

Le rayon principal R2 est déterminé pour maîtriser la contrainte, et la plastification du connecteur femelle 16 au-dessus de l’étanchéité interne. Ce rayon R2 est donc destiné à gérer l'étanchéité pour les sollicitations où la pression de contact est très importante. Lorsque la pression de contact est plus modérée, la déflection de la lèvre du connecteur mâle est également plus modérée, et la position du point d'étanchéité se déplace donc vers l’intérieur du corps de tube 140 de sorte que la valeur du rayon R2 n'est plus nécessaire. Un rayon R1 inférieur au rayon R2 est donc utilisé pour ces points de fonctionnement. L’épaisseur radiale de la surface d’étanchéité le long de l’axe X est telle qu’elle permet d’utiliser moins d’épaisseur pour usiner cette surface d’étanchéité interne femelle 26. Dès lors, l’usinage du connecteur femelle peut être réalisé sur des tubes, quel que soit leur diamètre extérieur, et automatiquement l’efficacité du connecteur femelle est augmentée pour une épaisseur de tube donnée. Un rayon de courbure 48 permet également de réduire la quantité d’épaisseur de matière nécessaire pour l'usinage du connecteur femelle, et donc d'augmenter l'efficacité de la connexion pour une épaisseur de tube donnée.

Pendant le vissage, le premier contact de la surface d’étanchéité interne mâle 25 se fait avec la portion de rayon R2. Ce premier contact pouvant être sévère, le fait d'avoir une valeur R2 élevée permet de limiter le risque de grippage. Une fois le contact établi, la suite du vissage s'effectue en déplaçant le contact entre la surface d’étanchéité interne mâle 25 sur la portion de rayon R1. Cette configuration particulière de la surface d’étanchéité interne femelle 26 d'améliorer la performance et le nombre de vissage-dévissage que le joint selon l’invention peut supporter.

Dans la suite de la description, nous allons maintenant décrire les filetages.

Dans le mode de réalisation représenté aux Figures 1 à 9, toutes les portions filetées mâles 18a, 18b et femelle 16a et 16b respectivement comportent chacune une unique hélice.

Cependant en variante, tout en restant dans le périmètre de l’invention, une portion filetée mâle et sa portion filetée complémentaire peuvent comporter un même nombre d’hélice supérieur à 2 hélices.

Une hélice se définit par une excroissance hélicoïdale. Une hélice comporte un flanc porteur, un sommet de filet, un flanc d’engagement et un fond de filet. Le fond de filet, comme le sommet de filet sont définis entre un flanc porteur et un flanc d’engagement de telle sorte que

- sur une hélice portée par le connecteur mâle 18, le fond de filet est radialement plus proche de l’axe longitudinal X que le sommet de filet ;

- sur une hélice portée par le connecteur femelle 16, le fond de filet de cette hélice est radialement plus éloigné de l’axe longitudinal X que le sommet de filet.

Un profil en coupe longitudinale de cette excroissance hélicoïdale est dit sensiblement trapézoïdal, dans la mesure où un sommet de filet s’étend axialement entre flanc porteur et flanc d’engagement respectivement.

La figure 10 représente une portion tronconique 74 sur deux tours de l’hélice de la première et de la deuxième portion filetée mâle 18a, respectivement 18b. La structure décrite ci-dessous pour l’hélice se reproduit sur au moins plusieurs tours, sur au moins 3 tours, en conservant les dimensions, formes et proportions énoncées ci-après.

L’hélice de la portion filetée mâle comporte un flanc porteur LFp, un sommet de filet 60, un flanc d’engagement SFp et un fond de filet 61. Le fond 60 et le sommet 61 forment des segments parallèles à l’axe longitudinal X. Le fond de filet 61 se raccorde par un raccord rayonné concave 62 au flanc d’engagement SFp. Le raccord rayonné concave 62 est tel que le fond de filet 61 et le flanc d’engagement SFp forment un angle supérieur à 90°. Le flanc d’engagement SFp est rectiligne, et forme un angle 63 par rapport à une normale N à l’axe longitudinal X. Le fond de filet 61 se raccorde par un deuxième raccord rayonné concave 64 au flanc porteur LFp, à une extrémité du fond de filet 61 opposée à celle par laquelle ce fond de filet se raccorde au flanc d’engagement SFp. Le deuxième raccord rayonné concave 64 est tel que le fond de filet 61 et le flanc porteur LFp forment un angle inférieur à 90°. Le flanc porteur LFp est rectiligne, et forme un angle 65 par rapport à la normale N à l’axe longitudinal X.

L’angle 65 est égal à l’angle 63 aux tolérances d’usinage près à savoir, +/- 0,25°. Les flancs d’engagement SFp sont choisis parallèles aux flancs porteurs LFp afin que les flancs d’engagement reprennent une partie des charges observées dans le joint sous certaines contraintes en compression.

L’angle 63 est par exemple compris entre 1 et 5°, de préférence entre 1,25 et 3,75°.

Plus en détail Figure 11, le raccord rayonné 62 est contrôlé afin de pouvoir garantir la dimension radiale du flanc d’engagement SFp. En revanche, le fond de filet 61 peut comporter une marche avec deux portions cylindriques 61a et 61b étagées, de telle sorte que la portion cylindrique 61a immédiatement adjacente au raccord rayonné 62 est radialement plus éloignée de l’axe longitudinal X que la portion cylindrique 61b adjacente au flanc porteur LFp.

Le sommet 60 est raccordé au flanc d’engagement SFp par un raccord rayonné convexe 66. Ce sommet 60 est raccordé au flanc porteur LFp par une surface convexe complexe 67 comportant une portion tronconique 68 adjacente à la portion cylindrique du sommet 60, cette portion tronconique 68 se raccordant par un rayon de courbure 69 au flanc porteur LFp.

La hauteur radiale du flanc d’engagement SFp est supérieure à la hauteur radiale du flanc porteur LFp, de sorte que la portion filetée mâle comporte une portion tronconique dans le sens où une ligne imaginaire PL (pitch line) passant par le centre des flancs d’engagement SFp et flancs porteurs LFp successifs de l’hélice définit un angle de conicité 70 relativement à l’axe longitudinal X. Dans cette portion tronconique, l’hélice est définie entre les surfaces de deux surfaces enveloppes imaginaires 71 et 72 tronconiques respectivement parallèles à la pitch line PL. La surface enveloppe imaginaire inférieure 71 passe par les points de tangence entre le fond de filet 61 et le raccord rayonné 62 adjacent au flanc d’engagement SFp, de chaque tour de l’hélice dans cette portion tronconique. La surface enveloppe imaginaire supérieure 72 passe par un point de tangence entre le raccord rayonné convexe 66 adjacent au flanc d’engagement SFp et le sommet de filet 60.

L’angle 70 est tel que la conicité de cette portion filetée mâle 18a et/ou 18b est comprise entre 5 et 15%, de préférence entre 8 et 12%.

L’hélice comporte, en plus de la portion tronconique 74 décrite ci-dessus une portion cylindrique 73 à une extrémité de l’hélice, cette portion cylindrique 73 se développant sur plus d’un tour, et de préférence moins de trois tours, en particulier moins de deux tours. Dans le mode de réalisation décrit, cette extrémité de l’hélice qui se présente sous forme cylindrique 73 est disposée du côté de l’extrémité de la portion filetée mâle la plus proche axialement du bord libre 19. En particulier, la première portion filetée mâle 18a et la deuxième portion filetée mâle 18b comporte chacune une telle portion cylindrique 73 adjacente à la portion tronconique 74 d’hélice.

La portion cylindrique 73 de l’hélice est telle que les fonds 61 successifs de cette portion cylindrique sont parallèles et colinéaires entre eux. La surface enveloppe imaginaire inférieure 71 devient parallèle à l’axe X dans cette portion cylindrique, tandis que la surface enveloppe imaginaire supérieure 72 garde la même conicité pour la partie tronconique 74 et la partie cylindrique 73.

L’hélice de la portion filetée mâle comporte de plus une portion imparfaite 75 à une extrémité opposée de la portion filetée mâle, à savoir à une extrémité de l’hélice la plus éloignée axialement du bord libre 19. En particulier, la première portion filetée mâle 18a et la deuxième portion filetée femelle 18b comporte chacune une telle portion imparfaite 75 adjacente à la portion tronconique 74, la portion tronconique 74 étant encadrée entre la portion imparfaite 75 et la portion cylindrique 73. Cette portion imparfaite 75 est telle que les filets sont de hauteurs moindres, et les sommets 60 successifs de cette portion imparfaite 75 sont parallèles et colinéaires entre eux. La surface enveloppe imaginaire supérieur 72 devient parallèle à l’axe X dans cette portion imparfaite 75. Cette portion imparfaite 75 se développe sur plus d’un tour, et de préférence moins de trois tours, en particulier moins de deux tours. Dans la portion imparfaite 75, la surface enveloppe imaginaire inférieur 71 est de conicité identique à celle observée dans la portion tronconique 74.

L’existence de la portion cylindrique 73 permet de limiter l’encombrement radial de la portion filetée mâle dans l’épaisseur de la paroi où est formé le connecteur mâle. Dès lors, une épaisseur minimale plus importante peut être garantie au niveau des surfaces d’étanchéité mâles respectivement interne 25 et intermédiaire 27. La performance en étanchéité est améliorée par cette configuration de la portion filetée mâle.

De plus, la présence de la portion cylindrique 73 adjacente à la portion tronconique 74 permet d’éviter toute variation brutale de raideur de la portion non filetée interne mâle 30. Cette configuration permet d’éviter une plastification précoce des zones du joint recevant un maximum de contraintes.

L’hélice de la portion filetée mâle est telle qu’un pas du flanc d’engagement SFLp est constant dans la portion tronconique 74, et également constant dans la portion imparfaite 75. Le pas est en particulier le même dans les portions tronconique 74 et imparfaite 75. Un pas du flanc d’engagement LFLp est le même dans les portions tronconique 74 et imparfaite 75, ce pas LFLp étant également égal au pas du flanc d’engagement SFLp.

Le pas du flanc d’engagement SFLp1 et le pas du flanc porteur LFLp1 sont égaux à une constante k1 pour la première portion filetée mâle 18a. De même, pour la deuxième portion filetée mâle 18b, Le pas du flanc d’engagement SFLp2 et le pas du flanc porteur LFLp2 sont égaux à cette même constante k1. Selon l’invention, cette constante k1 est par exemple compris entre 5 et 20 mm, de préférence entre 6 et 8 mm.

De préférence, une largeur Wtp de dent de la portion filetée mâle, définie comme une mesure le long de l’axe longitudinal X, de la distance entre le flanc d’engagement SFp et le flanc porteur LFp, aux points d’intersection avec la pitch line PL, est telle que cette dent a une largeur inférieure à la moitié de la constante k1, en particulier inférieur à 40% de la valeur k1.

La figure 12 représente une portion tronconique 94 sur deux tours de l’hélice de la première et de la deuxième portion filetée femelle 16a, respectivement 16b. La structure décrite ci-dessous pour l’hélice se reproduit sur au moins plusieurs tours, sur au moins 3 tours, en conservant les dimensions, formes et proportions énoncées ci-après.

L’hélice de la portion filetée femelle comporte un flanc porteur LFb, un sommet de filet 80, un flanc d’engagement SFb et un fond de filet 81. Le fond 80 et le sommet 81 forment des segments parallèles à l’axe longitudinal X. Le fond de filet 81 se raccorde par un raccord rayonné concave 82 au flanc d’engagement SFb. Le raccord rayonné concave 82 est tel que le fond de filet 81 et le flanc d’engagement SFb forment un angle supérieur à 90°. De manière identique à ce qui est fait au niveau du fond de filet mâle 61, le fond de filet 81 peut comporter une marche avec deux portions cylindriques 81a et 81b étagées, de telle sorte que la portion cylindrique 81a immédiatement adjacente au raccord rayonné concave 82 est radialement plus proche de l’axe longitudinal X que la portion cylindrique 81b de ce fond 81 qui est adjacente au flanc porteur LFp.

Le flanc d’engagement SFp est rectiligne, et forme un angle 83 par rapport à une normale N à l’axe longitudinal X. Le fond de filet 81 se raccorde par un deuxième raccord rayonné concave 84 au flanc porteur LFb, à une extrémité du fond de filet 81 opposée à celle par laquelle ce fond de filet se raccorde au flanc d’engagement SFb. Le deuxième raccord rayonné concave 84 est tel que le fond de filet 81 et le flanc porteur LFb forment un angle inférieur à 90°. Le flanc porteur LFb est rectiligne, et forme un angle 85 par rapport à la normale N à l’axe longitudinal X.

L’angle 85 est égal à l’angle 83 aux tolérances d’usinage près à savoir, +/- 0,25°.

L’angle 85 est égal à l’angle 65 aux tolérances d’usinage près à savoir, +/- 0,25°.

L’angle 83 est égal à l’angle 63 aux tolérances d’usinage près à savoir, +/- 0,25°.

L’angle 83 est par exemple compris entre 1 et 5°, de préférence entre 1,25 et 3,75°.

Plus en détail Figure 13, le sommet 80 est raccordé au flanc d’engagement SFb par un raccord rayonné convexe 86. Le raccord rayonné 86 comprend un rayon de raccord tangentiel 86a avec le flanc d’engagement SFb, un rayon de raccord tangentiel 86c avec le sommet 80, et une surface tronconique 86b tangentiellement raccordées de part et d’autres aux raccords tangentiels 86a et 86c. La surface tronconique 86b forme un angle obtus 86d, par exemple un angle ouvert compris entre 190° et 240°, de préférence de l’ordre de 225° relativement au flanc d’engagement SFb. La surface tronconique 86b forme un chanfrein facilitant l’insertion du connecteur mâle dans le connecteur femelle. Cette surface tronconique 86b amenuise la largeur axiale du sommet 80 de sorte qu’un volume additionnel est défini entre cette surface tronconique 86b et le profil complémentaire de la portion filetée mâle, ce volume permettant également de contribuer à la diminution de la pression de graisse dans le filetage.

Ce sommet 80 est raccordé au flanc porteur LFb par une surface convexe complexe 87 comportant une portion tronconique 88 adjacente à la portion cylindrique du sommet 80, cette portion tronconique 88 se raccordant par un rayon de courbure 89 au flanc porteur LFb.

La hauteur radiale du flanc porteur LFb est supérieure à la hauteur radiale du flanc d’engagement SFb, de sorte que la portion filetée femelle comporte une portion tronconique dans le sens où une ligne imaginaire PL (pitch line) passant par le centre des flancs d’engagement SFb et flancs porteurs LFb successifs de l’hélice définit un angle de conicité 90 relativement à l’axe longitudinal X.

La conicité de cette ligne imaginaire est la même que celle définie pour la portion tronconique 75 de la portion filetée mâle, ces lignes PL se superposant en position assemblée du joint comme cela est visible à la Figure 14.

Dans cette portion tronconique 94 de la portion filetée femelle, l’hélice est définie entre les surfaces de deux surfaces enveloppes imaginaires 91 et 92 tronconiques respectivement parallèles à la pitch line PL. La surface enveloppe imaginaire supérieure 91 passe par les points de tangence entre le fond de filet 81 et le raccord rayonné 82 adjacent au flanc d’engagement SFb, de chaque tour de l’hélice dans cette portion tronconique 94. La surface enveloppe imaginaire supérieure 92 passe par un point de tangence entre le raccord rayonné convexe 86 adjacent au flanc d’engagement SFb et le sommet de filet 80.

L’angle 90 est tel que la conicité de cette portion filetée femelle 16a et/ou 16b est comprise entre 5 et 15%, de préférence entre 8 et 12%.

L’hélice comporte, en plus de la portion tronconique 94 décrite ci-dessus une portion imparfaite à une extrémité de l’hélice, cette portion imparfaite 95 se développant sur plus d’un tour, et de préférence moins de trois tours, en particulier moins de deux tours. Dans le mode de réalisation décrit, cette extrémité de l’hélice est disposée du côté de l’extrémité de la portion filetée femelle la plus éloignée axialement du bord libre 17 du connecteur femelle. En particulier, la première portion filetée femelle 16a et la deuxième portion filetée femelle 16b comporte chacune une telle portion imparfaite 95 adjacente à la portion tronconique 94 d’hélice.

La portion imparfaite 95 est telle que les filets sont de hauteurs moindres, et les sommets 80 successifs de cette portion imparfaite 95 sont parallèles et colinéaires entre eux. La surface enveloppe imaginaire inférieure 92 devient parallèle à l’axe X dans cette portion imparfaite 95. Dans la portion imparfaite 95, la surface enveloppe imaginaire supérieur 91 est de conicité identique à celle observée dans la portion tronconique 94.

En position assemblée du connecteur mâle avec le connecteur femelle, la portion imparfaite 95 d’une portion filetée femelle est engagée avec la portion cylindrique 73 de la portion filetée mâle correspondante.

Dans le mode de réalisation selon l’invention, la portion tronconique 94 de la portion filetée femelle comporte plus de spires que la portion tronconique 74 de la portion filetée mâle. En effet, la portion imparfaite 75 de la de la portion filetée mâle est engagée dans la portion tronconique de la portion filetée femelle est position assemblée du joint.

En particulier la première portion filetée mâle 18a peut comporter plus de spires que la deuxième portion filetée mâle 18b.

En particulier la première portion filetée femelle 16a peut comporter plus de spires que la deuxième portion filetée femelle 16b.

En particulier la portion tronconique 74 de la première portion filetée mâle 18a peut comporter plus de spires que la portion tronconique 74 de la deuxième portion filetée mâle 18b.

En particulier la portion tronconique 94 de la première portion filetée femelle 16a peut comporter plus de spires que la portion tronconique 94 de la deuxième portion filetée femelle 16b.

L’hélice de la portion filetée femelle est telle qu’un pas du flanc d’engagement SFLb est constant dans la portion tronconique 94, et également constant dans la portion imparfaite 95. Le pas est en particulier le même dans les portions tronconique 94 et imparfaite 95. Un pas du flanc d’engagement LFLb est le même dans les portions tronconique 94 et imparfaite 95, ce pas LFLb étant également égal au pas du flanc d’engagement SFLb.

Le pas du flanc d’engagement SFLb1 et le pas du flanc porteur LFLb1 sont égaux à la constante k2 pour la première portion filetée femelle 16a. De même, pour la deuxième portion filetée femelle 16b, Le pas du flanc d’engagement SFLb2 et le pas du flanc porteur LFLb2 sont égaux à cette même constante k2.

Selon l’invention, les constantes k1 et k2 sont égales entre elles, et on peut également les désigner sous le terme de constante k. Etant donné les tolérances d’usinage, dans l’esprit de l’invention k1 est égale à k2 +/- 0,05 mm.

De préférence, une largeur Wtb de dent de la portion filetée femelle, définie comme une mesure le long de l’axe longitudinal X, de la distance entre le flanc d’engagement SFb et le flanc porteur LFb, aux points d’intersection avec la pitch line PL, est telle que cette dent a une largeur supérieure à la largeur de la dent Wtp de la portion tronconique 74 de la portion filetée mâle.

En pratique, selon l’invention, et dans l’exemple représenté l’importance de définir des dents de la portions filetées mâle de largeur inférieure aux dents de la portions filetées femelles. Par exemple, dans le mode de réalisation représenté,

Et

De préférence,

Voire même

Les dents de la portion filetée femelle étant plus larges que les dents de la portion filetée mâle, les dents femelles ont donc moins tendance à plastifier. Or dans un joint selon l’invention, les contraintes s’observent plus nettement dans une zone 99 s’étendant entre les premières dents engagées du côté des surfaces d’étanchéité internes 25 et 26, et lesdites surfaces d’étanchéité, voir figure 5.

Des lignes de cisaillement maximum qui peuvent être modélisées dans un joint selon l’invention sous sollicitation de compression sont représentées à 45° relativement au sommet 60, du côté où ce sommet se raccorde au flanc d’engagement SFp. Et de manière reverse, des lignes de cisaillement maximum qui peuvent être modélisées dans un joint selon l’invention sous sollicitation de traction sont représentées à 45° relativement au sommet 60, du côté où ce sommet se raccorde au flanc porteur LFp. L’intersection entre ces lignes de cisaillement modélisées permet de définir un triangle de maximum de contraintes au-dessus de chaque sommet de la portion filetée mâle. Ces triangles localisent les zones où les risques de plastification à l’intérieur du connecteur femelle sont maximum. Les inventeurs ont découvert que pour préserver l’efficacité de la connexion, il est primordial de limiter la hauteur de ces triangles, donc de choisir un ratio tel que revendiqué pour limiter la plastification dans le connecteur femelle qui a une épaisseur restreinte du fait du design en joint intégral.

En position assemblée, comme représenté à la figure 14, les flancs porteurs LFp et LFb sont en contact, un jeu axial 100 est préservé entre les flancs d’engagement SFp et SFb. De même un jeu radial 101 est préservé entre les sommets 60 de la portion filetée mâle et les fonds 81 de la portion filetée femelle, tandis que les lignes imaginaires 71 et 91 se superposent dans la mesure où le sommet 80 de la portion filetée femelle vient en contact avec le fond de filet 61 de la portion filetée mâle.

Le jeu radial 101 permet également de limiter le dimensionnement des zones de contraintes maximales dans le connecteur femelle.

Par exemple, les jeux 100 et 101 sont compris entre 0,1 mm et 0,5 mm, de préférence entre 0,2 et 0,3 mm. Avec un tel jeu axial, les largeurs de dents remplissent la condition ci-dessous :

La portion filetée mâle étant cylindro-conique, il reste peu de volume libre entre les hélices des portions filetées mâles et femelles assemblées. Lorsque le joint selon l’invention est utilisé avec application d’une graisse de vissage appliquée sur le connecteur mâle et femelle avant leur assemblage, il existe peu d'espace libre disponible pour éviter la montée en pression de la graisse au sein de la connexion. Selon l’invention, il est prévu dans la portion filetée femelle, et en particulier dans la première portion filetée femelle 16a une gorge annulaire 110 pour permettre de recevoir la graisse en excès qui reflue. L’intérêt de cette gorge est de permettre l’accumulation de graisse localement pendant le vissage et ou pendant l'utilisation de la connexion sous certaines conditions de température et de pression. Cette gorge annulaire est prévue dans la portion filetée femelle qui est disposée entre deux surfaces d’étanchéité.

Dans le mode de réalisation représenté, dépourvu d’étanchéité entre le bord libre 17 du connecteur femelle et la deuxième portion filetée femelle, il n’est pas prévu de gorge annulaire dans la deuxième portion filetée femelle.

Figure 15, la gorge annulaire 110 est définie entre les lignes imaginaires intérieure 92 et extérieure 91. Par exemple, la gorge annulaire 110 présente une largeur axiale G de l’ordre de la constante k. La gorge 110 comporte un fond 111 tronconique, de conicité identique à celle de la portion filetée femelle. La gorge annulaire est asymétrique. D’un côté du fond 111, du côté de la surface d’étanchéité interne 26, le fond 111 est raccordé à une partie rectiligne 112 qui présente un angle 113 avec la normale N compris entre 10 et 30°. D’un côté opposé du fond 111, du côté de la surface d’étanchéité intermédiaire 28, le fond 111 est raccordé à une autre partie rectiligne 114 qui présente un angle 115 avec la normale N compris entre 30 et 85°.

Cette gorge permet à la graisse de dégazer sans créer de perte d’étanchéité temporaire, ni risquer de plastifier localement la connexion, lorsque le joint est disposé à très grande profondeur et soumis à des températures de l’ordre de 180°C.

L’invention s’applique également à des joints filetés entre un connecteur mâle comportant une unique portion filetée, et un connecteur femelle comportant également une unique portion filetée. Ces joints selon l’invention, non représentés peuvent comporter une ou deux étanchéité métal-métal, et également une butée axiale.

L’invention s’applique également à des joints filetés manchonnés.

Claims

Joint fileté tubulaire pour le forage et ou l’exploitation de puits d’hydrocarbures, comprenant un premier tube (12) pourvu à une première extrémité distale d’un connecteur mâle (18) et un deuxième tube (14) pourvu à une deuxième extrémité distale d’un connecteur femelle, le connecteur mâle (18) étant apte à être assemblé par vissage avec le connecteur femelle (16), le premier tube (12) assemblé au deuxième tube (14) définissent ensemble un axe longitudinal,
le connecteur mâle (18) comportant une portion filetée mâle (18a, 18b),
le connecteur femelle (16) comportant une portion filetée femelle (16a, 16b) engagée avec la portion filetée mâle (18a, 18b) lorsque le joint est assemblé
les portions filetées mâle et femelle comportant chacune au moins une hélice pourvue d’un flanc porteur, un sommet de filet (60, 80), un flanc d’engagement, un fond de filet (61, 81), telles qu’un pas du flanc porteur LFLp et un pas du flanc d’engagement SFLp de la portion filetée mâle (18a, 18b), et respectivement un pas du flanc porteur LFLb et un pas du flanc d’engagement SFLb de la portion filetée femelle (16a, 16b) remplissent la condition suivante, pour au moins deux tours consécutifs des hélices respectives des portions filetées mâle et femelle:

et tels que le long de l’axe longitudinal, dans ces au moins deux tours consécutifs, une largeur de dent (Wtp) de l’hélice de la portion filetée mâle (18a, 18b) et une largeur de dent (Wtb) de l’hélice de la portion filetée correspondante femelle (18a, 18b) sont telles que

Ou
%
Et
Joint fileté tubulaire selon la revendication 1 caractérisé en ce que la condition mathématique énoncée ci-après est satisfaite
Joint fileté tubulaire selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que la condition mathématique énoncée ci-après est satisfaite
Joint fileté tubulaire selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la largeur de dent (Wtp) de l’hélice de la portion filetée mâle (18a, 18b) est comprise entre 2,5 et 3,5 mm
Joint fileté tubulaire selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la largeur de dent (Wtb) de l’hélice de la portion filetée femelle mâle (16a, 16b) est comprise entre 3,7 et 4,5 mm
Joint fileté tubulaire selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les largeurs de dent (Wtp, Wtb) des hélices des portions filetées mâle (18a, 18b) et respectivement mâle (16a, 16b) remplissent la condition suivante :

sur lesdits au moins deux tours consécutifs de ces hélices.
Joint fileté tubulaire selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les largeurs de dent des hélices complètes des portions filetées mâle (18a, 18b) et respectivement femelle (16a, 16b) remplissent la condition suivante : pour chaque tour (n), une largeur de dent du filetage mâle (Wtpn) et une largeur de dent du filetage femelle (Wtbn) sont telles que
pour tout n :
Joint fileté tubulaire selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu’une partie du flanc d’engagement est parallèle à une partie du flanc porteur, avec une tolérance de +/- 0,25° dans l’inclinaison de ces parties relativement à l’axe longitudinal.
Joint fileté tubulaire selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que le flanc d’engagement et le flanc porteur de l’hélice de la portion filetée mâle (18a, 18b) sont respectivement rectilignes, et respectivement raccordés par des rayons de raccordement (62, 64, 66, 68) au sommet de filet (60) et fond de filet (61) adjacents.
Joint fileté tubulaire selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le flanc d’engagement (SFb) de l’hélice de la portion filetée femelle (16a, 16b) comporte un segment rectiligne raccordé au sommet de filet (80) par un segment incliné relativement au flanc d’engagement de manière à proposer une convexité, telle que ces deux segments forment entre eux un angle obtus (86d) entre eux compris entre 190° et 260°, par exemple de l’ordre de 225°.
Joint fileté tubulaire selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le fond de filet (61) de l’hélice de la portion filetée mâle (18a, 18b) comprend deux segments (61a, 61b), un premier segment (61a) de fond de filet mâle situé du côté du flanc d’engagement et un deuxième segment (61b) de fond de filet mâle situé du côté du flanc porteur, et tels qu’une distance radiale du premier segment (61a) de fond de filet mâle est égal ou plus grande que la distance radiale du deuxième segment (61b) de fond de filet mâle, les distances radiales étant évaluées relativement à un sommet de filet (60) adjacent audit fond de filet (61) de l’hélice de la portion filetée mâle (18a, 18b).
Joint fileté tubulaire selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le flanc porteur de l’hélice de la portion filetée mâle (18a, 18b) forme un angle compris entre 1° et 5°, de préférence entre 1,25 et 3,75° relativement à une normale à l’axe longitudinal, et est parallèle au flanc porteur de l’hélice de la portion filetée femelle (16a, 16b), avec une tolérance de +/- 0,25° dans l’inclinaison de ces flancs porteurs relativement à l’axe longitudinal.
Joint fileté tubulaire selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le flanc porteur de l’hélice de la portion filetée mâle (18a, 18b) forme avec un fond de filet (61) adjacent de cette hélice un angle inférieur ou égal à 90°.
Joint fileté tubulaire selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l’hélice de la portion filetée femelle (16a, 16b) est tronconique, de préférence exclusivement tronconique, par exemple de conicité comprise entre 5% et 15%, préférentiellement 8 % et 12 %.
Joint fileté tubulaire selon la revendication précédente caractérisé en ce que l’hélice de la portion filetée mâle (18a, 18b) comporte au moins une partie tronconique de conicité identique à celle l’hélice de la portion filetée femelle (16a, 16b).
Joint fileté tubulaire selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le pas du flanc porteur LFLp et le pas du flanc d’engagement SFLpsont compris entre 5 et 20 mm, préférentiellement entre 6 et 8 mm.
Joint fileté tubulaire selon la revendication précédente caractérisé en ce que la portion filetée mâle (18a, 18b) et respectivement la portion filetée femelle (16a, 16b) comportent chacune une unique hélice.
Joint fileté tubulaire selon la revendication précédente caractérisé en ce que les hélices de la portion filetée mâle (18a, 18b) et respectivement de la portion filetée femelle (16a, 16b) comportent au moins 3 tours, de préférence au moins 4 tours.
Joint fileté tubulaire selon la revendication précédente caractérisé en ce que les sommets de filet et les fonds de filet des portions filetées mâles et femelles sont de conicité inférieure à la conicité desdites portions filetées, par exemple ces sommets de filet et ces fonds de filet étant parallèles à l’axe longitudinal.
Joint fileté tubulaire selon la revendication précédente caractérisé en ce qu’une hauteur radiale d’un flanc d’engagement de la portion filetée mâle (18a, 18b) est supérieure à une hauteur radiale d’un flanc porteur de cette portion filetée mâle (18a, 18b).