Brevet FR2400661A1 — publié le 19790316

L'invention concerne un dispositif de protection pneumatique pour extrémité filetée d'organe tubulaire. Elle a plus particulièrement trait à un dispositif de protection évitant l'endommagement de la partie extérieure filetée de tubes manipulés et mis en place sur les aires de manoeuvre des derricks, lorsqu'on fore des puits de pétrole et de gaz. I1 est courant, par exemple, que les tubes soient stockés sur une aire de stockage au niveau du sol, à proximité du derrick. Avant que les tubes soient transportés sur la plate forme du derrick, les dispositifs de protection posés pour le transport sont ôtés pour permettre un nettoyage complet du tube et de sa partie de raccord suivi d'une remise en forme de la partie filetée. Puis, ltextrémité de raccord femelle du tube est élevée en position verticale dans le derrick, l'extrémité male filetée étant trainée le long d'une rampe inclinée à claire-voie - conduisant à la plateforme du derrick. Si le tube n'est pas protégé, et particulièrement son extrémité male, il peut être sévèrement endommagé, ce qui nécessite sa remise en forme et conduit éventuellement à un ralentissement des opérations car cette remise en forme peut impliquer de redescendre le tube de l'aire de forage pour répéter le processus. On utilise donc des dispositifs de protection de la partie filetée du tube au cours de son transport sur la plate forme du derrick, ces dispositifs devant être rapidement fixés sur le tube et rapidement ôtés de ce tube, sans se détacher au cours du déplacement.De plus, les dispositifs de protection doivent pouvoir être réutilisés. Nombre de dispositifs de protection ont été proposés à cette fin ; certains --sont emmanchés à force sur les extrémités du tube ; d'autres comportent des organes de raccord mécaniques d'autres encore sont fixés aux extrémités du tube par expansion pneumatique d'organes élastiques. L'invention concerne des perfectionnements à ce dernier type de dispositif et le procédé de fabrication du dispositif perfectionné. Le dispositif décrit dans le brevet américain nO 2 745 738 délivré le 15 mai 1956 (D.F. Bloom) utilise un tuyau qui peut être gonflé pneumatiquement. Lorsqu'il est gonflé, le tuyau vient en contact avec la surface intérieure du tube à protéger, pour fixer le dispositif de protection à l'extrémité de ce tube. Un manchon extérieur en forme de coquille cylindrique rigide vient en contact avec la partie extérieure filetée du tube pour la protéger. Des valves sont prévues pour le gonflage et le dégonflage de la vessie.L'un des inconvénients de ce dispositif est que la coquille extérieure rigide peut être ébréchée, cassée ou endommagée en cours d'opérations dans ltenvironnement du derrick, et le dispositif ne prévoit aucun moyen pour assurer un contact à frottement entre la vessie gonflable et la surface intérieure du tube qui permettrait de fixer le dispositif sur le tube. Le dispositif décrit dans le brevet américain nO 2 725 898 délivré le 6 décembre 1955 (M.H. Stansbury) comporte un organe qui se gonfle contre la surface intérieure du tube, ainsi que des valves pour le gonflage et le dégonflage. Il nty a aucun manchon extérieur, ni coquille, pour protéger la partie extérieure du tube. En fait, selon les termes utilisés, il s'agit d'un dispositif pour fermer l'extrémité du tube afin d'empêcher qu'y pénétrent des corps importants. Le dispositif de-protection pneumatique pour la partie filetée d'un tube décrit dans le brevet américain nO 2 729 245, qui a été délivré le 3 janvier 1956 (Stansbury Inc.), comporte un organe qui se gonfle intérieurement contre la surface extérieure d'un tube. L'organe mobile est enfermé dans une enveloppe métallique qui, même traitée pour résister à l'usure, peut entre endommagée. En aucun cas, on ne décrit dans ce dernier brevet un dispositif dont la couronne est fixée par ses deux extrémités, à deux anneaux et qui ne peut donc pas former un joint avec les anneaux jusqu'à ce que de l'air soit injecté en quantité suffisante dans une gorge. Le dispositif conforme à l'invention se distingue, de plus, du dispositif décrit dans ce brevet en ce que, au lieu de sceller le tube entre deux anneaux, il permet à une partie importante de la paroi cylindrique de l'organe gonflable, et à la totalité de la paroi intérieure cylindrique de l'organe de protection de la partie filetée, de venir en contact avec le tube, ce qui interdit l'introduction de tout corps étranger et protège le tube de toute usure. On a vendu, sous la marque 'tProhawk", des dispositifs de protection pour partie filetée de tube qui enferment le tube intérieurement et extérieurement dans une vessie en caoutchouc gonflable pneumatiquement. Ces dispositifs ont les mêmes inconvénients que les dispositifs Bloom et Stansbury en ce qu'ils utilisent une coquille extérieure en alliage d'acier qui, même traitée à chaud pour accroitre sa résistance à l'usure, peut être endommagée. D'autres dispositifs de protection pneumatiques sont décrits dans les brevets américains nO 2 732 864 et 3 858 613. L'invention a pour objectifs - la réalisation d'un dispositif de protection pneumatique pour la surface extérieure filetée de tubes, - la réalisation d'un tel dispositif, rapidement fixé sur le tube et rapidement ôté de ce tube, transportable entre une plateforme de derrick et une aire de stockage de tubes, - la réalisation d'un tel dispositif, tout particulièrement destiné à protéger la partie filetée de raccord male d'organes tubulaires, qui comporte un organe de protection cylindrique de la partie filetée -en matériau élastique pour venir en contact avec cette partie filetée, - la réalisation d'un dispositif de protection de la partie filetée de tube qui soit de faible poids, - la réalisation d'un dispositif pneumatique de protection pour tube extérieurement fileté, comportant un manchon intérieur avec organe rigide, pratiquement cylindrique et creux, fermé à une extrémité par une paroi débordante et ouvert à l'autre extrémité, ainsi qu'un organe expansible cylindrique en contact avec la surface cylindrique de l'organe rigide, les lèvres supérieure et inférieure de l'organe expansible étant fixées à cet organe rigide, le dispositif comportant également un organe de protection cylindrique de la partie filetée, fait en un matériau élastique et venant en contact avec cette partie filetée, ainsi que des moyens pour monter l'organe de protection de la partie filetée sur le manchon intérieur et des valves pour gonfler et dégonfler l'organe expansible. L'invention sera maintenant décrite en se reportant à la figure unique annexée qui représente une vue en élévation et en coupe du dispositif de protection conforme à l'invention. 1e dispositif de protection 10 conforme à l'invention est destiné à protéger l'extrémité filetée d'un tube 56 (représenté en lignes interrompues), la partie filetée étant représentée en 40. Ce dispositif comporte un manchon intérieur composé dtun organe rigide 6 et d'un organe expansible 8. L'organe rigide est cylindrique et comporte une paroi d'extrémité supérieure 7 formant un élément d'arrêt 62 et son autre extrémité se termine par un collet 66. L'organe expansible 8, lorsqu'il est dégonflé, est, par sa face intérieure 34, en contact intime avec la face extérieure cylindrique 35 de l'organe rigide 6. Sur cette face extérieure cylindrique 35, sont pratiqués un évidement annulaire supérieur 39 et un evidement annulaire inférieur 41 dans lesquels s'engagent les lèvres supérieure 64 et inférieur 38, respectivement, de l'organe expansible, ce qui améliore le joint formé entre ces lèvres et, d'une part, la paroi d'extrémité supérieure 7, dlautre part, le collet 66. Un organe de protection cylindrique 20 est disposé concentriquement au manchon intérieur, de manière à former un évidement tubulaire 36, dans lequel est engagé le tube 56. L'organe 20 est en matériau élastique ; il protège la partie filetée 40, en évite l'usure et résiste à la déformation. Un organe métallique en forme de cuvette tronconique inversée 12 définit un évidement de grandes dimensions dans l'ex trémité supérieure de l'organe de protection 20. Ce dernier est fixé au manchon intérieur, par exemple à l'aide d'un boulon 14 qui traverse l'organe 12, par des ouvertures 24 alignées, Itorgane 20, la paroi supérieure 7 de l'organe rigide 6 et débouche dans la chambre 9 dans laquelle on applique des moyens de fixation tels qu'un écrou 18 vissé au filet 16 de l'écrou 14. Lorsque l'écrou 18 est bloque, ltorgane de protection 20 est fermement fixé entre Organe en forme de cuvette 12 et l'organe rigide 6. L'organe métallique 12 comporte deux ouvertures, une ouverture 50 pour l'accès à une valve de gonflage 26 et une ouverture 46 pour l'accès à une valve de dégonflage 52. La valve 26 est vissée dans une ouverture 30 de l'organe rigide 6 ; elle peut être de type classique, telle que les valves utilisées sur les pneumatiques, et être reliée à une source d'air comprimé dont on a représenté le raccord en 42 en lignes interrompues. La valve 52 est, de même vissée dans une ouverture 31 de organe rigide 6 elle peut être de tout type approprié à une rapide éjection de l'air et comporte, de préférence, un bouton d'accès facile 44 qui peut être repoussé pour relâcher l'air. La valve de gonflage 26 communique, par l'intermédiaire de l'organe rigide 6, avec la paroi intérieure cylindrique 34 de l'organe expansible 8. De l'air est injecté par la valve 26 et le passage 32, vers la surface intérieure 34 de l'organe expansible 8, laquelle est en contact intime avec la surface extérieure 35 de l'organe rigide, de sorte que l'organe expansible est repoussé vers le tube 56 engagé dans 11 évidement tubulaire 36. L'organe expansible 8 vient en contact avec la surface intérieure 60 du tube 56, avec une pression suffisante pour que, par frottement, le dispositif de protection 10 soit maintenu sur le tube et protège la partie filetée 40.Les lèves supérieure 64 et inférieure 38 de l'organe expansible 8, qui sont engagées dans les évidements annulaires 39 et 41, respectivement, son vulcanisées et fixées par collage dans les évidements considérés et sur la paroi supérieure 7 et le collet 66. En conséquence, l'air sous pression injecté par la valve 26 et le passage 32 est retenu dans l'espace expansible limité par la surface 34, la surface 35 et les deux évidements 39 et 41, et repousse organe expansible 8 vers la surface 60 du tube 56. La valve de dégonflage 52 est, de préférence, manoeuvrée au moyen d'un bouton de relâchement rapide 44, et est vissée dans une ouverture 31 pratiquée dans la paroi supérieure 7 de l'organe rigide. Cette valve communique, par un passage 54 pratiqué dans l'organe rigide, avec la surface intérieure 34 de l'organe expansible. En conséquence, l'air sous pression contenu entre les surfaces 35 et 34 et les lèvres 64 et 38 est éjecté par le passage 54 et la valve 52, lorsqu'on manoeuvre le bouton 44. L'organe métallique 12 comporte une paroi d'ouverture 51 saillant vers l'intérieur et définissant l'ouverture 50 formée pour recevoir la valve 26, cette paroi s'engageant dans l'ouverture cor respondante pratiquée dans l'organe de protection 20, ce qui permet de fixer 1 'organe métallique 12 en rotation et en translation par rapport à cet organe de protection. Réciproquement, une paroi d'ouverture 48 saillant vers le haut définit l'ouverture 46 formée pour recevoir la valve 52, cette paroi protégeant le bouton 44 et interdisant un dégonflage intempestif par manoeuvre accidentelle de ce bouton. On notera que la surface cylindrique extérieure du collet 66 peut être rabattue à l'intérieur et former un certain angle avec la verticale pour faciliter le guidage du tube 56, en élargis- sant l'évidement tubulaire 36 au niveau où pénètre initialement ce tube. Llorgane expansible 8, qui est en contact intime avec l'organe rigide 6, facilite la mise en place rapide du dispositif de protection 10, en ce quiil n'est nécessaire que d'une petite quantité dlair sous pression pour que la pression qu'il exerce sur la surface intérieur 60 du tube 56 soit suffisante pour assurer un contact de organe 8 avec la surface 60. On remarquera qu'il est seulement nécessaire que l'organe expansible 8 soit adjacent à la paroi cylindrique de l'organe rigide pour que soit accéléré le maintien du tube 56 par cet organe expansible, la position pour laquelle est assuré un contact intime étant la position optimum. 'l'élément d'arrêt 62 est suffisamment saillant dans l'évidement tubulaire 36 pour que le tube 56 vienne en butée contre lui, si le tube 56 est inséré sur une hauteur suffisante dans cet évidement. La chambre 9 permet à l'utilisateur de bloquer l'écrou 18 sur le boulon 14. L'évidement qu'elle constitue réduit le poids du dispositif de protection 10 et facilite la manipulation de ce dispositif. On notera que le diamètre de la chambre 9 est déterminé par l'épaisseur de paroi nécessaire et la rigidité nécessaire à la paroi cylindrique de l'organe rigide 6, et que le diamètre extérieur de ce dernier est déterminé par le diamètre intérieur des tubes à protéger. En conséquence, la chambre 9 peut avoir des dimensions et une forme autres que celles représentées sur le dessin. Les tubes classiques de forage sont fabriqués avec différents poids et leurs diamètres intérieurs peuvent être différents. En conséquence, on donnera à l'organe rigide un diamètre extérieur fonction du diamètre intérieur des tubes de forage dont l'épaisseur de paroi est maximum.On notera également que le manchon intérieur ou 1 organe de protection 20 peuvent être remplacés avantageusement sur place et rapidement s'ils sont endommagés. Par exemple, il n'est besoin que de dévisser l'écrou 18 du boulon 14 pour placer un nouvel organe de protection sur le manchon intérieur. Pour remplacer le manchon intérieur compose de l'organe rigide et de l'organe expansible, il n'est besoin, de même, que de dévisser l'écrou 18 du boulon 14, de replacer un autre manchon, et de rebloquer l'écrou 18 sur le boulon 14. Dans l'exemple représenté du mode de réalisation préférentiel, le dispositif de protection 10 comporte un organe de protection 20 fixé par vissage sur un manchon cylindrique intérieur, lequel est composé d'un organe rigide 6 avec paroi dwextrémité supérieure 7 et d'un organe élastique expansible en contact intime avec la paroi cylindrique extérieure 35 de l'organe rigide. Au niveau de ses lèvres supérieure 64 et inférieur 38, l'organe expansible est vulcanisé sur environ 12 mm, de sorte que ces lèvres sont collées sur l'organe rigide. Une chambre 9 est définie par la paroi d'extrémité supérieure 7 et par la paroi cylindrique de l'organe rigide, de manière à rendre accessibles les moyens de fixation constitués par le boulon 14 et l'écrou 18, tout en réduisant le poids de l'organe rigide, donc, de l'organe de protection. Il est bien entendu que la description qui précède a été faite à titre d'exemple non-limitatif et que des variantes peuvent être envisagées sans, pour cela, sortir du cadre de l'inven tison. REVENDIGATIONS 1 - Dispositif de protection actionné de façon pneumatique pour extrémité filetée de tube, caractérisé en ce qu'il comporte - un manchon intérieur se composant d 'un organe rigide pratiquement cylindrique fermé à une extrémité par une paroi d'extrémité supérieure et ouvert à l'autre extrémité, d'un organe expansible pratiquement cylindrique dont la face intérieure cylindrique, lorsqu'il n'est pas gonflé, est e contact intime avec la face extérieure cylindrique de l'organe rigide, cet organe expansible étant pourvu d'une lèvre supérieure et d'une lèvre inférieure et venant en contact avec la face inté rreure du tube à protéger lorsqu'il est gonflé, un organe de protection cylindrique en matériau élastique monté concentriquement au manchon intérieur et espacé de ce dernier de eanière à ménager entre eux un évidement annulaire dans lequel est engagée 1'extrémité du tube à protéger, - des moyens pour fixer l'organe de protection sur le manchon in intérieur - des valves pour repousser par gonflage l'organe expansible contre le tube et pour libérer par dégonflage le tube de organe expansible 2 - Dispositif de protection selon la revendication 1, caractérisé en ce que organe de protection comporte une paroi dtexrémlté pourvue d'évidements pour le passage des valves. 3 - Dispositif de protection selon la revendication 1, caractérisé en ce que les valves se composent : - d'une première valve pour injecter de l'air vers la face intérieure de l'organe expansible, - une deuxième valve pour rejeter l'air de la face intérieure de ltorgane expansible. 4 - Dispositif de protection selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens pour fixer organe de protection sur le manchon intérieur comportent une fixation par boulon de ce premier organe sur le second. 5 - Dispositif de protection selon la revendication 1, caractérisé en ce que les lèvres supérieure et inférieure de ltorgane expansible sont chacune fixées sur l'organe rigide. 6 - Dispositif de protection selon la revendication 1, caractérisé en ce que les lèvres supérieur et inférieur de l'organe expansible sont toutes deux vulcanisées. 7 - Dispositif de protection selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'organe rigide présente un évidement annulaire supérieur et un évidement annulaire inférieur qui sont en communication avec la surface extérieure cylindrique de l'organe rigide, de sorte que l'évidement supérieur reçoit une partie de la lèvre supérieure vulcanisée et que l'évidement annulaire inférieur reçoit une partie de la lèvre inférieure vulcanisée, respectivement de l'organe expansible. 8 - Dispositif de protection pneumatique pour extrémité filetée de tube, caractérisé en ce qutil comporte - un manchon intérieur se composant : d'un organe rigide creux pratiquement cylindrique limitant une chambre intérieure ouverte, cet organe étant fermé à une extrémité par une paroi d'extrémité supérieure et étant ouvert à l'autre extrémité, d'un organe expansible pratiquement cylindrique dont la face intérieure, lorsqu'il ntest pas gonflé, est en contact intime avec la face extérieure de organe rigide, cet organe expansible étant pourvu d'une lèvre supérieuie et d'une lèvre inférieure à ses deux extrémités, respectivement, - des moyens pour fixer les lèvres supérieure et inférieure sur l'organe rigide, - un organe de protection cylindrique en matériau élastique monté concentriquement au manchon intérieur et espacé de ce dernier de manière à ménager entre eux un évidement annulaire dans lequel est engagée l'extrémité du tube à protéger, - des moyens pour fixer l'organe de protection sur le manchon intérieur, - des valves pour repousser par gonflage l'organe expansible contre le tube et pour libérer par dégonflage le tube de l'organe expansible. 9 - Dispositif de protection-selon la revendication 8, caractérisé en ce que des parties des lèvres supérieure et inférieure de l'organe expansible sont respectivement reçues dans un évidement annulaire supérieur et un évidement annulaire inférieur pratiqués sur la face extérieure de l'organe rigide. 10 - Dispositif de protection selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens de fixation des lèvres supérieure et inférieure dans les évidements annulaires de l'organe rigide comportent la vulcanisation de ces lèvres. 1 1 - Dispositif de protection selon la revendication 8, caractérisé en ce que les valves se composent - d'une première valve pour injecter de l'air vers la face intérieure de organe expansible, ladite valve communiquant à travers l'organe rigide, avec une partie de la face intérieure de l'organe expansible comprise entre les lèvres supérieure et inférieure, - d'une deuxième valve pour rejeter l'air de la face intérieure de l'organe expansible, ladite valve communiquant à travers l'orga- ne rigide, avec une partie de la face interieure de ltorgane expansible comprise entre les ivres supérieure et inférieure. 12 - Dispositif de protection selon la revendication 8, caractérisé en ce que la paroi d'extrémité supérieure de l'organe rigide se prolonge radialement vers l'extérieur, au delà de la lèvre supérieure et l'organe expansible, constituant ainsi un élément d'arrêt à une extrémité intérieure de l'évidement tubulaire. 13 - Dispositif de protection selon la revendication 8, caractérisé en ce que la seconde extrémité de l'organe rigide se termine par un collet faisant saillie radialement vers l'extérieur, ce collet étant en contact intime avec la lèvre inférieure-de l'or- gane expansible et se terminant à proximité de la face extérieure cylindrique de l'organe expansible.