Brevet FR2496829A1 — publié le 19820625

I La présente invention concerne une jonction de tuyaux ainsi qu'un procédé et un appareil pour sa réalisation, cette jonction servant de moyen de connexion entre des sec- tions de tuyaux, et plus particulièrement de tuyaux utili- sés dans des gisements pétrolifères. On connaît de nombreux procédés de jonction de tuyaux. Certaines jonctions de tuyaux comprennent une section fe- melle ou tulipe, une section male ou embout, et un anneau de serrage externe disposé autour de la tulipe. Le bout mile peut être rendu étanche au moyen d'un adhésif appro- prié. Un procédé de l'art antérieur utilisé pour consti- tuer une jonction de tuyau est décrit dans le brevet US 4 095 825. Le procédé décrit dans ce brevet comprend 1' enfoncement télescopique d'un embout mile conique à l'in- térieur d'une tulipe ayant une section interne conique. L'angle du cône de la section conique de l'embout mile est plus important que l'angle du c8ne de la section co- nique de la tulipe. Un adhésif est disposé dans la cavi- té entre la surface conique interne de la tulipe et la surface conique externe de l'embout mile. Le brevet US 3 466 738 décrit un procédé de jonc- tion de tuyaux consistant essentiellement à simplement enfoncer à force et axialement deux extrémités de tuyaux de même diamètre, la seule étape préparatoire consistant à élargir légèrement une extrémité pour l'entrée initiale de l'autre. ricains D'autres brevets/de l'art antérieur qui sont inté- ressants dans ce domaine sont les suivants: 3 124 874, 2 874 981, 4 120 083, 4 064 619, 2 498 831 et 3 494 642. Le but de la présente invention est de proposer une jonction de tuyaux, ainsi qu'un procédé et un appareil pour la réaliser, dans lesquels les extrémités en forme de tulipe et d'embout sont interconnectées par l'intermé- diaire de ligges en creux. Un autre but de l'invention est de proposer une jonction de tuyaux et un procédé pour réaliser cette jonc- tion dans lesquels la jonction est obtenue en faisant tourner un organe de la connexion sur un angle-compris entre quelques degrés et plusieurs tours tandis que les deux organes sont introduits à force et en direction a- xiale l'un dans l'autre. Un autre but de l'invention est de proposer un pro- cédé simple et relativement peu coûteux pour relier des organes tubulaires de gisements pétrolifères dans lequel la liaison est réalisée, du moins en partie, au moyen de lignes en creux qui amènent les organes à se comporter comme s'ils étaient reliés par une liaison à vis. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparattront plus clairement à la lecture de la description et des revendications, avec référence aux dessins annexés. Pour décrire l'invention brièvement, la jonction entre des organes tubulaires mile et femelle de gisements pétrolifères est perfectionnée du fait qu'elle comprend un joint à interaction métal contre métal avec interposi- tion d'un filet creux en hélice d'interconnexion. En ce qui concerne le procédé pour former des jonc- tions entre organes tubulaires comprenant une extrémité mâle et une extrémité femelle, le perfectionnement consis- te à former une extrémité femelle sur un premier organe tubulaire de manière que son diamètre interne soit légère- ment inférieur au diamètre externe de l'extrémité mile d'un second organe tubulaire, à insérer l'extrémité mile du second organe dans l'extrémité femelle du premier or- gane tubulaire en les faisant tourner l'un par rapport à l'autre sur un axe longitudinal sensiblement commun de manière à réaliser un joint à interaction métal contre métal provoquant l'interconnexion des lignes creuses en hélice prévues entre eux. Sur les dessins: Fig.1 est une vue en coupe longitudinale de l'extré- mité mile ou embout d'un tuyau; Fig.2 est une vue en coupe longitudinale de l'extré- mité femelle ou en tulipe d'un tuyau; Fig.3 est une vue en coupe longitudinale d'une jonc- tion complète comprenant les dép8ts résultants de l'agent d'étanchéité; Fig.4 est une vue en élévation avec arrachement d' une jonction de tuyaux séparés, représentant les lignes en creux ou marques ressemblant à des filetages et consti- tuées selon la présente invention; Fig.5 est une vue en coupe représentant un disposi- tif pour enfoncer télescopiquement et faire tourner l'em- bout à l'intérieur de la tulipe; Fig.6A est une vue en coupe d'un second mode de réalisation du dispositif permettant à la fois d'introdui- re télescopiquement et de faire tourner l'embout à l'inté- rieur de la tulipe; et Fig.6B est une vue de dessus des parois de guidage à came du dispositif représenté à la fig.6A. Référence étant faite aux fig.1 à 5, le champ d'ap- plication de la présente invention concerne, dans ses grandes lignes, une jonction de tuyaux et un procédé pour relier des organes tubulaires. Les tuyaux à relier peuvent Otre du type muni d'ex- trémités en tulipe et embout. Par exemple, le tuyau 10 comprend une extrémité à embout 11 et le tuyau 12 une ex- trémité en tulipe 13. L'extrémité en tulipe peut être réa- lisée de toute manière classique. On réalise l'extrémité femelle ou en tulipe 13 en augmentant son diamètre interne jusqu'à ce qu'il soit lé- gèrement inférieur au diamètre externe de l'extrémité mi- le ou embout 11. La longueur de cette région terminale agrandie peut varier en fonction d'exigences spécifiques. Le tuyau 12 qui comprend les parties de la section en forme de tulipe peut contenir un revêtement ou un placage 14 interne ou externe. La surface externe de l'extrémité en forme d'embout 11 et/ou la surface interne de la section en forme de tu- lipe sont de préférence revêtues d'un composé constitué par la combinaison d'un lubrifiant et d'un agent d'étan- chéité tel qu'une résine époxy. L'extrémité à embout 11 est légèrement biseautée ou réduite autour de son diamètre externe 15 pour faciliter l'entrée dans la tulipe 13. Le tuyau 10 peut contenir un revêtement ou un placage interne 16. Ainsi, le procédé de jonction de tuyaux selon l'invention peut Otre mis en oeu- vre avec des tuyaux pourvus ou non d'un revêtement. Comme noté ci-dessus, l'alésage formé par la paroi interne cylindrique de la tulipe 13 a un diamètre légère- ment plus faible que le diamètre de la paroi cylindrique externe de l'embout 11, de manière à former un joint à interaction mécanique serrée métal contre métal entre les- dites sections de paroi. Selon l'invention, la jonction s'effectue en faisant tourner un organe de la connexion tel que le tuyau 12 par rapport à l'autre tuyau 10 sur un angle allant de quelques degrés à plusieurs tours alors que les deux organes sont également introduits à force l'un dans l'autre. L'insertion de l'organe mâle 11 dans l'organe femelle sous-dimensionné 13 tout en faisant tourner un organe par rapport à l'autre met en oeuvre le mécanisme de jonction qui constitue un as- pect important de l'invention. Du fait du joint à interaction et torsion, on réali- se la jonction de deux organes au moyen de lignes creuses prévues sur la surface externe de l'organe mile et sur la surface interne de l'organe femelle. L'inter-jonction de ces lignes creuses 17 et 18 se comporte sensiblement de la même manière, ou de façon si- milaire, que des filetages de vis peu profonds, et amène les organes à se comporter pratiquement comme s'ils étaient reliés par une connexion à vis. La séparation de la connexion par traction provoque soit l'allongement de l'organe externe soit l'écrasement de l'organe interne, ou une combinaison de ces deux modes, sur une distance égale à la profondeur des lignes creuses. Quand on les oblige à tourner quand on les sépare, les jonctions se dévissent en opposant une grande résistance due à l'augmentation de longueur des lignes creuses. Un appareil permettant de réaliser la jonction de la présente invention est représenté schématiquement à la fig.5. La disposition représentée à la fig.5 est illustrée en liaison avec la formation d'une jonction de tuyaux en- tre les tuyaux 10 et 12 déjà munis respectivement d'une partie à embout 11 et d'une partie en forme de tulipe 13. L'appareil comprend deux organes de blocage 19 et 20 face à face. Chacun des organes de blocage est traversé par un alésage central coaxial avec l'axe longitudinal des tuyaux et 12, et des dents ou mors destinés à serrer les tuyaux. Les organes de blocage 19 et 20 peuvent comprendre des ou- vertures d'alésages coniques pour outils (non représentées) ou des moyens de serrage (non représentés) pour presser les dents contre les sections respectives des tuyaux 12 et 10. L'organe de blocage 19 peut contenir un pignon 21 en faisant partie intégrante et traversé par un alésage cen- tral coaxial à l'axe longitudinal des tuyaux 10 et 12. Le pignon et l'organe de blocage 19 sont serrés en rotation autour de la section de tuyau 12 et fixés axialement en position en utilisant des moyens de montage classiques et appropriés. On fait tourner l'organe de blocage 19 et le pignon 21 à une vitesse choisie au moyen d'un pignon 23 entra né par un moteur 22 et qui engrène avec les dents du pignon 21, L'organe de blocage 20 peut se rapprocher ou s'éloi- gner axialement de l'organe de blocage 19, par exemple au moyen d'une paire de vérins à commande hydraulique 24 et 25. La fig.5 montre schématiquement la façon dont l'em- bout 11 est inséré à force dans la section cylindrique en forme de tulipe 13 au moyen des vérins à commande hydrau- lique 24 et 25 que l'on actionne pour déplacer le tuyau dans la direction des flèches 27. Pendant la transla- tion axiale du tuyau 10, l'organe de blocage 19 et de ce fait le tuyau 12 sont entraînés en rotation par rapport au tuyau 10, par exemple comme indiqué par la flèche 28. Ainsi, on obtient une jonction par interaction en hélice provenant des lignes en creux 17 et 18 prévues sur les surfaces respectives de contact (par frottement) métal contre métal. U La quantité selon laquelle les parois de la tulipe et de l'embout calent ne dépasse pas la limite élastique du matériau des tuyaux de façon à maintenir une force de re- tenue correcte couplée au mécanisme de liaison de la pré- sente invention, les lignes en creux d'interconnexion se comportant un peu comme des filets de vis peu profonds. Référence étant maintenant faite aux fig.6A et 6B, on décrira un mode de réalisation différent du dispositif de la fig.5. L'appareil de connexion de tuyaux est sembla- ble à celui représenté à la fig.5 à l'exception que le mo- teur 22, les pignons 21 et 23 et l'organe de blocage 19 sont remplacés par un bloc ou organe de serrage 30 fixe, c'est-à-dire ne tournant pas, et un organe de blocage guidé par came 31. L'organe de blocage 31 comprend des bras suiveurs de came 32 et 33 diamétralement opposés (re- présentés en pointillés) s'étendant dans des découpes de came ou des canaux 36 pratiqués respectivement dans les plaques de montage et de guidage 34 et 35. Quand on les actionne, les vérins à commande hydraulique 24 et 25 pous- sent l'organe de blocage 31 vers l'organe de blocage 30 de manière à enfoncer à force le tuyau 10 dans la section en forme de tulipe 13 du tuyau 12. Les bras suiveurs de came 32 et 33 sont guidés par les découpes des canaux pra- tiquées dans les parois de guidage 34 et 35 de façon à provoquer la rotation du tuyau 10 en même temps que le mouvement vers l'intérieur de l'organe de blocage 31. La fig.6B représente par exemple la plaque de guidage 34 dans laquelle a été pratiquée une découpe en diagonale ou hélice en forme de canal 36. Ainsi, le tuyau 10 est amené à s'insérer dans l'extrémité en forme de tulipe 13 du tuyau 12 par un mouvement de rotation ou de torsion. Comme il va de soi et bien que des modes de réali- sation spécifiques de l'invention aient été décrits, on comprendra que des modifications et autres puissent lui être apportées tout en restant dans le champ d'applica- tion des revendications annexées. A titre d'exemple, on donnera ci-après un exemple de données numériques, que peuvent respecter les tuyaux , 12, qui sont ici en acier. - différence de diamètres: 1,25 cm, - module d'élasticité des extrémités 11, 13 des tu- yaux: entre 2 et 2,1 MPa, - dureté de la surface interne des extrémités 11, 13: entre 68 et 100 sur l'échelle de Rockwell B. REVEINDICATIONS 1.- Jonction de tuyaux, réalisée entre organes tu- bulaires maile et femelle (11, 13), notamment pour tuyaux de gisements pétrolifères, caractérisée par le fait que le joint se fait par interaction métal contre métal et comprend des surfaces d'interconnexion à lignes creuses en hélices (17, 18). 2.- Jonction selon la revendication 1, entre l'ex- trémité à embout (11) et l'extrémité en tulipe (13) d'or- ganes tubulaires (10, 12), caractérisée par le fait que les lignes creuses sont des filets circonférentiels d'interconnexion. 3.- Jonction selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée par le fait que les tuyaux (10, 12) sont en acier et en ce que le diamètre interne de l'organe femel- le (13) est d'approximativement 1,25 cm inférieur au dia- mètre externe de l'organe mâle (11) avant la jonction desdits organes, l'organe femelle (13) ayant un module d'élasticité compris entre 2 MPa et 2,1 MPa et l'organe mile (11) ayant un module d'élasticité compris entre 2 MPa et 2,1 MPa. 4.- Jonction selon la revendication 3, caractérisé par le fait que l'organe femelle (13) a une surface in- terne dont la dureté est comprise entre 68 et 100 sur par le rait aue l'échelle de dureté Rockwell B,/l'organe mAIe (11) a une surface externe dont la dureté est comprise entre 68 et sur l'échelle de dureté Rockwell B, et par le fait que la jonction par interaction métal contre métal amène les lignes creuses (18) de la surface interne de l'organe femelle (13) et les lignes creuses (17) de la surface externe de l'organe mile (11) à se comporter sensible- ment comme des filets devis eninterconnexion. 5.- Procédé pour former la jonction selon l'une des revendications I à 4, caractérisé par le fait que l'extrémité femelle (13) est formée sur un premier orga- ne tubulaire (12), ayant un diamètre légèrement inférieur au diamètre externe de l'extrémité male (11) du second organe tubulaire (10), et par le fait-que l'extrémité mâle (11) du second organe (10) est insérée dans l'extré- mité femelle (15) du premier organe (12) par rotation relative entre les deux éléments autour d'un axe longitu- dinal sensiblement commun de manière à former une jonc- tion par interaction métal contre métal provoquant l'in- terconnexion des lignes creuses (17, 18) en hélice qu'ils comportent. 6.- Procédé selon la revendication 5, caractérisé par le fait qu'il comprend l'opération complémentaire consistant à appliquer une substance formant un lubri- fiant et un agent d'étanchéité sur une partie d'au moins l'une des surfaces de contact métal contre métal entre l'extrémité femelle (13) et l'extrémité mâle (11). 7.- Procédé selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé par le fait que l'extrémité de l'élément mâle (11) est biseautée pour faciliter la jonction de cette extrémité avec l'élément femelle (13). 8 - Procédé selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé par le fait que le mouvement de rotation est accompagné d'un mouvement axial forcé de rapprochement. 9.- Appareil 1 pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 8, caractérisé par le fait qu'il comporte deux dispositifs (19, 30) de blocage des tuyaux (10, 12) et des moyens moteurs (21, 22, 23; 32, 33, 34, 35, 36; 24, 25) pour provoquer la rotation et le rappro- chement relatifs des deux dispositifs de blocage.