FR3120414A1 - Segment threaded tubular element - Google Patents
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Abstract
Elément fileté tubulaire (2, 20, 30) comprenant au moins un filetage (5, 25), une extrémité distale (8, 28), un corps (4), un segment (11, 21, 31) s’étendant depuis le corps (4) jusqu’à l’extrémité distale (8, 28), le segment (11, 21) comprenant ladite extrémité distale (8, 28), le corps (4) comportant une première surface sur laquelle est ménagée au moins partiellement le filetage (5, 25), le segment (11, 21) comprenant une surface d’étanchéité (10, 30) située axialement entre l’extrémité distale (8, 28) et le au moins un filetage (5,25), ledit corps (4) étant dans un acier ayant une première limite d’élasticité Ys1 et ledit segment (11, 21) étant dans un acier ayant une deuxième limite d’élasticité Ys2 plus grande que la première limite d’élasticité Ys1. [Fig.1]Tubular threaded element (2, 20, 30) comprising at least one thread (5, 25), a distal end (8, 28), a body (4), a segment (11, 21, 31) extending from the body (4) as far as the distal end (8, 28), the segment (11, 21) comprising said distal end (8, 28), the body (4) comprising a first surface on which is arranged at least partially the thread (5, 25), the segment (11, 21) comprising a sealing surface (10, 30) located axially between the distal end (8, 28) and the at least one thread (5,25), said body (4) being in a steel having a first elastic limit Ys1 and said segment (11, 21) being in a steel having a second elastic limit Ys2 greater than the first elastic limit Ys1. [Fig.1]
Description
L’invention concerne les composants, éléments tubulaires filetés et joints résultants de l’assemblage de deux éléments tubulaires filetés présents dans les composants tubulaires utilisés dans le domaine du pétrole et du gaz, de la géothermie, de l’énergie, et plus particulièrement à une méthode de fabrication d’un tel élément.The invention relates to the components, threaded tubular elements and seals resulting from the assembly of two threaded tubular elements present in the tubular components used in the field of oil and gas, geothermal energy, energy, and more particularly in a method of manufacturing such an element.
Arrière-plan technologiqueTechnology background
On entend ici par “composant” tout tube ou accessoire utilisé pour forer ou exploiter un puit et comprenant au moins une connexion ou connecteur ou encore élément tubulaire fileté, et destiné à être assemblé par un filetage à un autre composant pour constituer avec cet autre composant un joint fileté tubulaire. Le composant peut être par exemple un tube de relativement grande longueur (notamment d’environ une dizaine de mètres de longueur), ou bien un manchon tubulaire de quelques dizaines de centimètres de longueur, ou encore un accessoire de ces éléments tubulaires. De manière non limitative, un tel accessoire peut être un dispositif de suspension ou « hanger », une pièce de changement de section ou « cross-over », une vanne de sécurité, un connecteur pour tige de forage ou « tool joint », « sub », et analogues…Here, the term "component" means any tube or accessory used to drill or operate a well and comprising at least one connection or connector or threaded tubular element, and intended to be assembled by threading to another component to form with this other component a tubular threaded joint. The component may for example be a tube of relatively great length (in particular about ten meters in length), or else a tubular sleeve of a few tens of centimeters in length, or even an accessory of these tubular elements. In a non-limiting way, such an accessory can be a suspension device or "hanger", a section change part or "cross-over", a safety valve, a drill rod connector or "tool joint", " sub”, and the like…
Les joints tubulaires sont donc constitués d’au moins deux éléments tubulaires filetés. Ces éléments tubulaires filetés sont complémentaires permettant le raccordement de deux éléments tubulaires - l’un mâle (« Pin ») et l’autre femelle (« Box ») - entre eux. Il y a donc un élément tubulaire fileté mâle et un éléments tubulaire fileté femelle. Les éléments tubulaires filetés dits premium ou semi-premium comportent généralement au moins une surface de butée. Une première butée peut être formée par deux surfaces de butée de deux éléments tubulaires filetés, orientées de façon sensiblement radiale et configurées de façon à être en contact l’une avec l’autre à l’issue du vissage des éléments tubulaires filetés entre eux, donc à l’état assemblé ou à l’état assemblé et lors de sollicitations de compression sur le joint tubulaire. Les butées ont généralement des angles négatifs par rapport à l’axe principal des connexions. Une première surface de butée peut être située sur l’extrémité distale d’un élément tubulaire fileté, ou du côté du ou des filetages situés à l’opposé de l’extrémité distale de l’élément tubulaire fileté. On connaît également des butées intermédiaires sur des joints comportant au moins deux étages de filetages, une surface de butée intermédiaire se trouvant entre les deux filetages d’un élément.Tubular joints therefore consist of at least two threaded tubular elements. These threaded tubular elements are complementary allowing the connection of two tubular elements - one male ("Pin") and the other female ("Box") - between them. There is therefore a male threaded tubular element and a female threaded tubular element. The so-called premium or semi-premium threaded tubular elements generally comprise at least one abutment surface. A first abutment may be formed by two abutment surfaces of two threaded tubular elements, oriented substantially radially and configured so as to be in contact with each other after the screwing of the threaded tubular elements together, therefore in the assembled state or in the assembled state and during compression stresses on the tubular joint. The stops generally have negative angles with respect to the main axis of the connections. A first abutment surface may be located on the distal end of a threaded tubular member, or on the side of the thread(s) located opposite the distal end of the threaded tubular member. Intermediate abutments are also known on joints comprising at least two levels of threads, an intermediate abutment surface being between the two threads of an element.
De manière générale, pour des raisons techniques et d’usinage, les différentes parties d’un même composant, qu’il s’agisse de l’élément tubulaire ou encore des extrémités filetées, sont conçus selon un seul et même type de matériau (alliage ou non).In general, for technical and machining reasons, the different parts of the same component, whether it is the tubular element or the threaded ends, are designed using one and the same type of material ( alloy or not).
Les connexions dites « premium » comportent des surfaces d’étanchéité appelées portées d’étanchéité, au moins une sur le pin, et au moins une correspondante sur le box, destinées à être mises en contact interférant lorsque les connexions pin et box sont assemblées l’une avec l’autre, de manière à former un joint présentant une étanchéité aux liquides et/ou aux gaz. Les portées d’étanchéité doivent maintenir une étanchéité empêchant le passage de liquides et/ou de gaz lorsque les connexions sont assemblées entre elles et lors de l’utilisation des tubes comportant ces connexions assemblées dans une colonne, par exemple une colonne de puits de pétrole, c'est-à-dire que la fonction d’étanchéité doit être maintenue dans le plus large spectre d’utilisation possible, y compris lorsque le joint est soumis à une pression interne ou à une pression externe, à des sollicitations de compression ou des sollicitations de traction, à température ambiante ou à température élevée, ce spectre correspondant à un domaine de fonctionnement du joint.The so-called "premium" connections comprise sealing surfaces called sealing surfaces, at least one on the pin, and at least one corresponding on the box, intended to be brought into interfering contact when the pin and box connections are assembled. 'with each other, so as to form a joint having a tightness to liquids and/or gases. The sealing surfaces must maintain a seal preventing the passage of liquids and/or gases when the connections are assembled together and during the use of the tubes comprising these connections assembled in a column, for example an oil well column , that is to say that the sealing function must be maintained in the widest possible spectrum of use, including when the joint is subjected to internal pressure or to external pressure, to compressive stresses or tensile stresses, at room temperature or at high temperature, this spectrum corresponding to an operating range of the joint.
En général, les portées d’étanchéité sont conçues pour travailler dans le domaine élastique du matériau qui les constitue de façon à maintenir la qualité d’étanchéité sous diverses sollicitations successives.In general, the sealing surfaces are designed to work in the elastic range of the material which constitutes them so as to maintain the quality of sealing under various successive stresses.
Cependant, pour assurer une bonne étanchéité, les portées d’étanchéité doivent être assemblées de manière à créer de grandes pressions de contact. Il peut arriver, notamment en cours d’assemblage, lorsque l’on recherche des performances élevées, que des pressions de contact trop fortes soient atteintes, avec des risques de plastification, ou encore des risques de grippage. On entend par grippage des cas où de la matière est arrachée : En cas de grippage, la fonction d’étanchéité est fortement compromise.However, to ensure a good seal, the sealing surfaces must be assembled in such a way as to create high contact pressures. It may happen, especially during assembly, when high performance is sought, that contact pressures that are too high are reached, with risks of plastification, or even risks of seizing. By seizing we mean cases where material is torn off: In the event of seizing, the sealing function is seriously compromised.
Par ailleurs, il se peut que l’étanchéité du joint ne soit pas maintenue lorsque le joint est sollicité, la matière supportant les surfaces d’étanchéité se déformant avec une amplitude de déplacement de la surface d’étanchéité diminuant et annulant l’interférence, voire avec rupture de contact des surfaces d’étanchéité.Furthermore, it is possible that the tightness of the seal is not maintained when the seal is stressed, the material supporting the sealing surfaces deforming with an amplitude of displacement of the sealing surface decreasing and canceling the interference, even with rupture of contact of the sealing surfaces.
Il existe un besoin pour obtenir un élément tubulaire fileté qui permette de garantir une étanchéité même sous des sollicitations importantes, tout en diminuant les risques de grippage.There is a need to obtain a threaded tubular element which makes it possible to guarantee sealing even under significant stresses, while reducing the risks of seizing.
La présente invention vise à résoudre ce problème avec un élément fileté tubulaire comprenant au moins un filetage, une extrémité distale, un corps, un segment s’étendant depuis le corps jusqu’à l’extrémité distale, le segment comprenant ladite extrémité distale, le corps comportant une première surface sur laquelle est ménagée au moins partiellement le filetage, le segment comprenant une surface d’étanchéité située axialement entre l’extrémité distale et le au moins un filetage, ledit corps étant dans un acier ayant une première limite d’élasticité Ys1 et ledit segment étant dans un acier ayant une deuxième limite d’élasticité Ys2 plus grande que la première limite d’élasticité Ys1.Ainsi, la matière supportant la surface d’étanchéité a une rigidité améliorée. Le joint résultant de l’assemblage d’un tel élément tubulaire avec un autre élément tubulaire a des performances en étanchéité sous sollicitations améliorées.The present invention aims to solve this problem with a tubular threaded element comprising at least one thread, a distal end, a body, a segment extending from the body to the distal end, the segment comprising said distal end, the body comprising a first surface on which the thread is formed at least partially, the segment comprising a sealing surface located axially between the distal end and the at least one thread, said body being made of a steel having a first elastic limit Ys1 and said segment being in a steel having a second elastic limit Ys2 greater than the first elastic limit Ys1. Thus, the material supporting the sealing surface has an improved rigidity. The seal resulting from the assembly of such a tubular element with another tubular element has improved sealing performance under stress.
Selon un aspect, l’extrémité distale comprend une surface de butée et le segment comprend la surface de butée. Ceci permet d’augmenter la rigidité de l’élément depuis la butée jusqu’au niveau de la surface d’étanchéité et d’obtenir une synergie entre le segment, la surface de butée et la surface d’étanchéité. La surface d’étanchéité a un déplacement réduit lorsque le joint est soumis à un effort de compression. La longueur du segment permet de répartir les contraintes exercées dans la matière aux environs de la surface d’étanchéité. Plus de pression peut être exercée au niveau de la butée, pression qui induit via le segment plus de pression de contact au niveau de la surface d’étanchéité. Le segment permet également d’améliorer l’étanchéité lorsque le joint est soumis à un effort de traction, le segment rigidifiant l’extrémité portant la surface d’étanchéité. La rigidité de la lèvre d’extrémité est augmentée sans ajouter d’épaisseur sur ladite lèvre d’extrémité. Ceci peut permettre d’éviter de réduire un diamètre interne de la connexion au niveau de la lèvre d’extrémité. Le segment permet de pallier des limitations dimensionnelles liées aux méthodes de rengraissement et/ou de conification de l’extrémité d’un tube.In one aspect, the distal end includes an abutment surface and the segment includes the abutment surface. This makes it possible to increase the rigidity of the element from the abutment to the level of the sealing surface and to obtain a synergy between the segment, the abutment surface and the sealing surface. The sealing surface has a reduced displacement when the seal is subjected to a compression force. The length of the segment makes it possible to distribute the stresses exerted in the material around the sealing surface. More pressure can be exerted on the thrust bearing, which induces more contact pressure on the sealing surface via the segment. The segment also makes it possible to improve sealing when the seal is subjected to a tensile force, the segment stiffening the end carrying the sealing surface. The rigidity of the end lip is increased without adding thickness on said end lip. This can avoid reducing an internal diameter of the connection at the end lip. The segment makes it possible to overcome the dimensional limitations linked to the methods of fattening and/or conification of the end of a tube.
La surface d’étanchéité de l’élément tubulaire est située axialement entre le filetage et l’extrémité distale de l’élément tubulaire. La région vers l’extrémité distale étant généralement la région de moindre épaisseur radiale de l’élément fileté, l’effet de rigidité supplémentaire apportée par le segment est plus fort pour une telle localisation de la surface d’étanchéité.The sealing surface of the tubular element is located axially between the thread and the distal end of the tubular element. Since the region towards the distal end is generally the region of lesser radial thickness of the threaded element, the effect of additional rigidity provided by the segment is stronger for such a location of the sealing surface.
La première limite d’élasticité Ys1 du corps et la deuxième limite d’élasticité Ys2 du segment ont des valeurs notées [Ys1] [Ys2] telles que :
[Ys2] ≥ 1,15 x [Ys1] et préférentiellement [Ys2] ≥ 1,3 x [Ys1]The first elastic limit Ys1 of the body and the second elastic limit Ys2 of the segment have values noted [Ys1] [Ys2] such that:
[Ys2] ≥ 1.15 x [Ys1] and preferably [Ys2] ≥ 1.3 x [Ys1]
Selon un autre aspect, le segment a une longueur axiale d’au moins 4 mm.In another aspect, the segment has an axial length of at least 4mm.
Selon un aspect, le segment peut être rapporté sur le corps par fabrication additive. Ceci permet un meilleur contrôle de la forme et de l’adhésion du segment sur le corps. Ceci permet également de limiter dimensionnellement la zone affectée thermiquement.According to one aspect, the segment can be attached to the body by additive manufacturing. This allows better control of the shape and adhesion of the segment to the body. This also makes it possible to dimensionally limit the heat-affected zone.
Le segment peut être réalisé par fabrication additive par rechargement, par fusion par faisceau d’électrons, par fusion laser sur lit de poudre métallique ou « selective laser melting », par frittage sélectif par laser, par dépôt métallique direct ou « Direct Energy Deposition », par Dépôt par Projection de Liant ou Dépôt par Projection Laser, par dépôt par fabrication additive arc-fil.The segment can be produced by additive manufacturing by surfacing, by electron beam melting, by laser melting on a metal powder bed or "selective laser melting", by selective laser sintering, by direct metal deposition or "Direct Energy Deposition". , by Deposition by Binder Projection or Deposition by Laser Projection, by deposition by arc-wire additive manufacturing.
Selon un aspect, le segment peut avoir une longueur axiale d’au moins 4 mm.In one aspect, the segment may have an axial length of at least 4mm.
Selon un autre aspect, le segment ne comprend pas d’évidement agencé pour le passage de fluide ou gaz, ou d’évidement agencé pour abriter un capteur.According to another aspect, the segment does not include a recess arranged for the passage of fluid or gas, or a recess arranged to house a sensor.
Le segment peut être dans un métal choisi parmi les aciers alliés, fortement alliés, alliages cupro-nickel, alliages de titane, céramiques, vitrocéramiques, ou cuivre, cupronickel, stellite, ferrochrome.The segment can be in a metal chosen from alloy steels, high alloy steels, cupro-nickel alloys, titanium alloys, ceramics, glass-ceramics, or copper, cupronickel, stellite, ferrochrome.
Alternativement, le segment peut être dans le même métal que le métal du corps. Il est en effet possible d’obtenir des limites élastiques différentes avec des aciers de même nature.Alternatively, the segment can be of the same metal as the metal of the body. It is indeed possible to obtain different elastic limits with steels of the same nature.
Selon une variante, le segment peut comprendre au moins une portion du au moins un filetage.According to a variant, the segment can comprise at least a portion of the at least one thread.
Selon un aspect, l’élément fileté tubulaire selon l’invention peut comprendre un corps ayant un premier module d’Young E1 et le segment avoir un deuxième module d’Young E2 supérieur à E1.According to one aspect, the tubular threaded element according to the invention may comprise a body having a first Young's modulus E1 and the segment having a second Young's modulus E2 greater than E1.
Selon une autre variante, un joint fileté tubulaire peut comprendre au moins un élément tubulaire fileté selon l’invention, dans lequel le au moins un filetage comprend un premier filetage, le corps comprend une première partie du premier filetage et le segment comprend une deuxième partie du premier filetage, la deuxième partie du premier filetage comprenant une dent en prise la plus proche de l’extrémité distale.According to another variant, a tubular threaded joint can comprise at least one threaded tubular element according to the invention, in which the at least one threading comprises a first threading, the body comprises a first part of the first threading and the segment comprises a second part of the first thread, the second part of the first thread including an engaging tooth closest to the distal end.
Enfin, l’invention est aussi un procédé pour obtenir un élément tubulaire tel que décrit précédemment, ledit procédé pouvant comprendre une étape de réalisation du segment par un procédé choisi parmi les procédés de rechargement, les procédés de fusion par faisceau d’électrons, les procédés de fusion laser sur lit de poudre métallique ou « selective laser melting », les procédés de frittage sélectif par laser, les procédés de dépôt métallique direct ou « Direct Energy Deposition », les procédés de Dépôt par Projection de Liant ou Dépôt par Projection Laser, les procédés de dépôt par fabrication additive arc-fil.Finally, the invention is also a method for obtaining a tubular element as described above, said method possibly comprising a step of producing the segment by a method chosen from among hardfacing methods, electron beam fusion methods, laser melting processes on a metal powder bed or “selective laser melting”, selective laser sintering processes, direct metal deposition processes or “Direct Energy Deposition”, Binder Projection Deposition or Laser Projection Deposition processes , arc-wire additive manufacturing deposition processes.
Brève description des figuresBrief description of figures
L’invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description suivante de plusieurs modes de réalisation particuliers de l’invention, donnés uniquement à titre illustratif et non limitatif, en référence aux dessins annexés.The invention will be better understood, and other aims, details, characteristics and advantages thereof will appear more clearly during the following description of several particular embodiments of the invention, given solely by way of illustration and not limitation. , with reference to the accompanying drawings.
La
L’élément tubulaire comprend un corps (4) dans une première matière, ici un premier acier présentant une première limite d’élasticité Ys1. Le filetage (5) est réalisé dans le corps (4) et est donc constitué par un premier acier de première limite d’élasticité Ys1. Le filetage (5) est généralement obtenu par usinage dans le corps de l’élément tubulaire (2).The tubular element comprises a body (4) in a first material, here a first steel having a first elastic limit Ys1. The thread (5) is made in the body (4) and is therefore made up of a first steel with a first yield strength Ys1. The thread (5) is generally obtained by machining in the body of the tubular element (2).
Les connexions peuvent également comprendre plusieurs étages de filetages, par exemple deux étages de filetage. Des connexions peuvent aussi comprendre des surfaces d’étanchéités supplémentaires, par exemple une surface d’étanchéité située du côté du filetage externe (5) qui est opposé à l’extrémité distale (8), ou encore une surface d’étanchéité située entre deux étages de filetages. Les connexions peuvent être dépourvues de surface de butée.The connections can also comprise several threading stages, for example two threading stages. Connections can also comprise additional sealing surfaces, for example a sealing surface located on the side of the external thread (5) which is opposite to the distal end (8), or even a sealing surface located between two thread stages. The connections may have no abutment surface.
L’élément tubulaire (2) de la
Le segment (11) est dans un acier présentant une deuxième limite d’élasticité Ys2. Cette limite d’élasticité est avantageusement plus grande que la première limite d’élasticité Ys1. Ceci permet de rendre plus rigide la lèvre d’extrémité de l’élément tubulaire (2), la lèvre d’extrémité étant la partie de l’élément tubulaire (2) située entre le filetage (5) et l’extrémité distale (8). Cette rigidité plus forte est donc aussi obtenue au niveau de la surface d’étanchéité (10). En conséquence, lorsque, en utilisation, l’élément tubulaire est soumis à des contraintes telles qu’une pression externe, une flexion, la lèvre d’extrémité rigidifiée par le segment se déforme moins, et la surface d’étanchéité maintient un contact plus longtemps avec une surface d’étanchéité correspondante sur un élément tubulaire correspondant. Les performances en étanchéité de la connexion sont améliorées. Cette performance améliorée peut être obtenue sans augmenter l’interférence au niveau des surfaces d’étanchéité en contact dans un joint formé de deux connexions, ce qui permet de ne pas augmenter les risques de grippage à l’assemblage des connexions. Avantageusement, la surface d’étanchéité est constituée d’une matière de plus grande résistance élastique et peut développer une pression de contact plus grande à interférence équivalente par rapport à une connexion de l’état de l’art.The segment (11) is in a steel having a second elastic limit Ys2. This elastic limit is advantageously greater than the first elastic limit Ys1. This makes it possible to make the end lip of the tubular element (2) more rigid, the end lip being the part of the tubular element (2) located between the thread (5) and the distal end (8 ). This greater rigidity is therefore also obtained at the level of the sealing surface (10). Consequently, when, in use, the tubular element is subjected to stresses such as external pressure, bending, the end lip stiffened by the segment deforms less, and the sealing surface maintains a contact more long with a corresponding sealing surface on a corresponding tubular element. The sealing performance of the connection is improved. This improved performance can be obtained without increasing the interference at the level of the sealing surfaces in contact in a joint formed by two connections, which makes it possible not to increase the risks of seizure when assembling the connections. Advantageously, the sealing surface is made of a material of greater elastic resistance and can develop a greater contact pressure at equivalent interference compared to a connection of the state of the art.
Le segment (11) est un ajout de matière agencé de manière à renforcer la rigidité structurelle de la lèvre d’extrémité d’un élément tubulaire. La plus haute limite d’élasticité Ys2 du segment permet de réduire le volume d’encombrement de matière ajoutée. Ainsi, la lèvre d’extrémité est plus rigide à encombrement équivalent par rapport à une connexion de l’état de l’art.The segment (11) is an addition of material arranged so as to reinforce the structural rigidity of the end lip of a tubular element. The highest yield strength Ys2 in the segment reduces the bulk volume of added material. Thus, the end lip is more rigid for an equivalent size compared to a state-of-the-art connection.
Des tests menés ont permis de constater qu’une différence de limite d’élasticité telle que la seconde limite d’élasticité Ys2 du segment (11) est supérieure ou égale à 1,15 fois la première limite d’élasticité du corps Ys1 permet d’obtenir une amélioration significative. Lorsque la seconde limite d’élasticité Ys2 du segment (11) est supérieure ou égale à 1,3 fois la première limite d’élasticité du corps Ys1, la performance obtenue est encore meilleure.Tests carried out have shown that a difference in elastic limit such that the second elastic limit Ys2 of the segment (11) is greater than or equal to 1.15 times the first elastic limit of the body Ys1 makes it possible to achieve a significant improvement. When the second elastic limit Ys2 of the segment (11) is greater than or equal to 1.3 times the first elastic limit of the body Ys1, the performance obtained is even better.
Le segment (11) peut être réalisé dans un acier présentant la même composition chimique que l’acier du corps (4) et qui présente une deuxième limite d’élasticité Ys2 néanmoins supérieure à la première limite d’élasticité Ys1 du corps, du fait d’une structure cristalline distincte. Cette structure cristalline distincte est obtenue par un traitement thermique. Une méthode très satisfaisante à ce jour est d’effectuer un dépôt de matière du segment par une méthode de fabrication additive connue, qui permet de déposer des gouttes de matière en fusion qui subissent un refroidissement rapide lors du dépôt, ce qui crée un acier à limite d’élasticité supérieure à celle de l’acier du corps (4) qui est mis en forme par des méthodes entrainant un cycle de refroidissement plus long.The segment (11) can be made of a steel having the same chemical composition as the steel of the body (4) and which has a second elastic limit Ys2 nevertheless higher than the first elastic limit Ys1 of the body, because of a distinct crystalline structure. This distinct crystal structure is achieved by heat treatment. A very satisfactory method to date is to deposit material from the segment by a known additive manufacturing method, which makes it possible to deposit drops of molten material which undergo rapid cooling during deposition, which creates a steel with elastic limit higher than that of the steel of the body (4) which is shaped by methods resulting in a longer cooling cycle.
Alternativement, le segment (11) peut être réalisé dans un deuxième acier de composition chimique distincte de celle du premier acier du corps (4), le deuxième acier du segment présentant de manière inhérente une limite d’élasticité plus élevée que le premier acier du corps (4). Dans ce cas, la matière du segment (11) est également déposée par un procédé de fabrication additive. Par exemple, un tel acier peut être choisi parmi un alliage Ferro 55 des sociétés Boehler-Voestalpine, Deloro-Stellite-Kennametal, Carpenter, Erasteel, Hoganas. L’acier peut être choisi les aciers alliés, fortement alliés, alliages cupro-nickel, alliages de titane, céramiques, vitrocéramiques, ou cuivre, cupronickel, stellite, ferrochrome, ayant des limites d’élasticités convenables pour une utilisation sur un élément tubulaire.Alternatively, the segment (11) can be made of a second steel with a chemical composition different from that of the first steel of the body (4), the second steel of the segment inherently having a higher elastic limit than the first steel of the body (4). In this case, the material of the segment (11) is also deposited by an additive manufacturing process. For example, such a steel can be chosen from a Ferro 55 alloy from the companies Boehler-Voestalpine, Deloro-Stellite-Kennametal, Carpenter, Erasteel, Hoganas. The steel can be chosen from alloy steels, high alloys, cupro-nickel alloys, titanium alloys, ceramics, glass-ceramics, or copper, cupronickel, stellite, ferrochrome, having suitable elasticity limits for use on a tubular element.
Un autre avantage d’avoir une surface d’étanchéité (10) réalisée dans le segment (11) est d’avoir une homogènéité de matière entre la matière de la surface d’étanchéité et de la zone dans laquelle se développent les contraintes de matière générées par les pressions de contact sur la surface d’étanchéité, et la matière supportant cette zone, et d’homogénéiser la répartition des contraintes.Another advantage of having a sealing surface (10) made in the segment (11) is to have a homogeneity of material between the material of the sealing surface and of the zone in which the material stresses develop. generated by the contact pressures on the sealing surface, and the material supporting this area, and to homogenize the distribution of the stresses.
Le segment (11) de la
L’élément tubulaire (20) de la
Le segment (11, 21) a une longueur axiale d’au moins 4 mm. Préférentiellement, le segment (11, 21) a une longueur axiale au moins égale à la longueur axiale de la surface d’étanchéité et de la distance axiale de la surface d’étanchéité à l’extrémité distale, additionnée de 2 mm afin de renforcer l’effet de rigidification. Ces valeurs de longueur minimale s’appliquent également aux autres modes de réalisation.The segment (11, 21) has an axial length of at least 4 mm. Preferably, the segment (11, 21) has an axial length at least equal to the axial length of the sealing surface and the axial distance from the sealing surface to the distal end, plus 2 mm in order to reinforce the stiffening effect. These minimum length values also apply to other embodiments.
Dans un autre mode de réalisation, l’élément tubulaire (30) de la
Le segment (31) s’étend depuis l’extrémité distale (38), comprend la surface d’étanchéité (36) et s’étend du côté opposé à l’extrémité distale (38) de manière à comprendre une portion de filetage (5), ou deuxième partie de filetage (45), ladite deuxième partie de filetage comprenant une dent en prise du filetage (5). Par dent en prise on entend une portion de filetage s’étendant substantiellement sur un tour autour de l’axe (X) qui est en contact à l’état assemblé avec la dent du filetage femelle correspondant de l’extrémité filetée correspondante du joint fileté. Ainsi, ladite dent en prise est dans une matière avec une limite élastique Ys2 plus grande que la limite élastique de la matière du corps (4). Ladite dent en prise est donc plus rigide. De plus, ladite dent en prise appartenant au même segment (31) que la surface d’étanchéité (36), la raideur axiale est augmentée sur la lèvre d’extrémité, les écarts de positionnement de la surface d’étanchéité sous contrainte de traction et de compression sont réduits. Par ailleurs, cette dent est souvent soumise à des sollicitations mécaniques plus importantes que d’autres dents. Il y a donc un effet supplémentaire qui est l’augmentation de la résistance de la dent sans avoir à augmenter sa taille. Dans l’exemple représenté, le segment comprend une dent en prise (45) qui est la première dent en prise du filetage mâle (5). Le segment peut comprendre d’autres dents en prise.The segment (31) extends from the distal end (38), includes the sealing surface (36), and extends opposite the distal end (38) to include a thread portion ( 5), or second thread part (45), said second thread part comprising a thread-engaging tooth (5). By tooth in engagement is meant a portion of thread extending substantially over one turn around the axis (X) which is in contact in the assembled state with the tooth of the corresponding female thread of the corresponding threaded end of the threaded joint. . Thus, said tooth in engagement is in a material with an elastic limit Ys2 greater than the elastic limit of the material of the body (4). Said engaged tooth is therefore more rigid. Moreover, said engaging tooth belonging to the same segment (31) as the sealing surface (36), the axial stiffness is increased on the end lip, the positioning deviations of the sealing surface under tensile stress and compression are reduced. Moreover, this tooth is often subjected to greater mechanical stresses than other teeth. There is therefore an additional effect which is the increase in the resistance of the tooth without having to increase its size. In the example shown, the segment includes an engaging tooth (45) which is the first engaging tooth of the male thread (5). The segment may include other meshing teeth.
Aussi, particulièrement lorsque la dent en prise est la première dent en prise, est comprise dans le segment et ayant une résistance élastique plus élevée que le corps, alors la première dent en prise a une meilleure tenue au cisaillement. Le risque de « jump-out », ou saut de dent, est réduit.Also, particularly when the tooth in engagement is the first tooth in engagement, is included in the segment and has a higher elastic resistance than the body, then the first tooth in engagement has better resistance to shear. The risk of "jump-out", or jumping of teeth, is reduced.
Pour tous les modes de réalisation, le segment (11, 21, 31) ne comprend pas de porosité ou de canal permettant de laisser passer du gaz ou des liquides. Le segment ne comprend pas d’évidement pour loger un capteur. Ces caractéristiques peuvent s’appliquer à tous les modes de réalisation décrits dans la présente demande.For all embodiments, the segment (11, 21, 31) does not include any pores or channels allowing gas or liquids to pass. The segment does not include a recess to house a sensor. These characteristics can apply to all the embodiments described in this application.
Aussi, l’élément fileté tubulaire (2 ; 20 ; 30) des modes de réalisation décrits peut comprendre un corps (4) ayant un premier module d’Young E1 alors que le segment (11 ; 21 ; 31) a un deuxième module d’Young E2 supérieur à E1. Ainsi, la partie de l’élément fileté tubulaire où se situe le segment a une déformation moindre principalement sous l’effet d’efforts de compression ou de traction, diminuant les variations de position axiale de l’étanchéité.Also, the tubular threaded element (2; 20; 30) of the embodiments described may comprise a body (4) having a first Young's modulus E1 while the segment (11; 21; 31) has a second modulus d 'Young E2 greater than E1. Thus, the part of the tubular threaded element where the segment is located has less deformation mainly under the effect of compressive or tensile forces, reducing the variations in the axial position of the seal.
Des tests comparatifs ont été menés entre une connexion de l’état de l’art et une connexion, ladite connexion étant obtenue à partir d’une connexion de l’état de l’art en la modifiant pour incorporer un segment selon le premier mode de réalisation conforme à la
Selon un autre aspect, l’invention porte également sur un procédé pour obtenir un élément tubulaire fileté comprenant un segment. Ce procédé comprend l’étape de choix d’un élément tubulaire avec un filetage, puis dépôt de matière à l’extrémité de l’élément tubulaire.According to another aspect, the invention also relates to a method for obtaining a threaded tubular element comprising a segment. This process includes the step of choosing a tubular element with a thread, then depositing material at the end of the tubular element.
Le dépôt de matière peut se faire selon un procédé choisi parmi les procédés de rechargement, les procédés de fusion par faisceau d’électrons, les procédés de fusion laser sur lit de poudre métallique ou « selective laser melting », les procédés de frittage sélectif par laser, les procédés de dépôt métallique direct ou « Direct Energy Deposition », les procédés de Dépôt par Projection de Liant ou Dépôt par Projection Laser, les procédés de dépôt par fabrication additive arc-fil.The deposition of material can be done according to a process chosen from surfacing processes, fusion processes by electron beam, laser fusion processes on a metal powder bed or "selective laser melting", selective sintering processes by laser, direct metal deposition or “Direct Energy Deposition” processes, Binder Projection Deposition or Laser Projection Deposition processes, arc-wire additive manufacturing deposition processes.
Après dépôt de matière de façon à réaliser le segment, l’élément tubulaire est usiné au niveau de l’extrémité distale afin de réaliser une surface d’étanchéité, optionnellement une surface de butée, optionnellement encore une portion de filetage.After deposition of material so as to produce the segment, the tubular element is machined at the distal end in order to produce a sealing surface, optionally an abutment surface, optionally also a portion of thread.
Claims (10)
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