Brevet FR2520435A1 — publié le 19830729

ASSEMBLAGE DE TIGES DE POMPAGE EQUIPE D'UN SYSTEME D'ACCOUPLEMENT PERFECTIONNE. La présente invention se rapporte à un assemblage de tiges de pompage, en particulier pour des forages pétroliers, comprenant des tiges de pompage pouvant être aboutées dans le sens longitudinal et dont chacune présente un corps central allongé ainsi que des embouts filetés qui, plus courts, situés aux extrémités et séparés dudit corps allon- gé par des méplats pour l'engagement d'une clé, peuvent être accouplés aux embouts filetés des tiges de pompage voisines respectives, avec résistance à la traction et à la pression. Les assemblages de tiges connus du type précité se composent de tiges de pompage qui sont fabriquées d'un seul bloc à partir d'une ébauche A cet effet, une série de passes de travail successives est nécessaire, parmi les- quelles on peut citer entre autres un traitement thermique répété et des interventions mécaniques à enlèvement de copeaux Tout d'abord,sur le produit semi-fini dégrossi, les formes brutes des têtes filetées sont refoulées par plusieurs passes de travail dans des machines de forgeage. Le forgeage est suivi d'un traitement thermique de toute la tige, la nature de ce traitement thermique étant dépendante de la qualité exigée Ce traitement thermique nécessite à son tour un dressage des tiges de pompage qui, en général, a lieu par étirage Enfin, les filetages externes doivent être réalisés par enlèvement de Copeaux et par écrouissage. Les tiges de pompage fabriquées de cette façon possè- dent fondamentalement un corps central allongé en une matière pleine et des embouts filetés dotés d'un filetage externe, qui se trouvent dans le prolongement des extrémités respec- tives dudit corps et en sont séparés par des méplats pour l'engagement d'une clé, ménagés par forgeage L'accouplement de deux tiges de pompage est assuré par un manchon taraudé en forme de douille, dans lequel les embouts filetés des tiges de pompage peuvent être vissés. L'invention a pour objet de perfectionner un assembla- ge de tiges de pompage du type précité, de façon à réduire considérablement la complexité de la réalisation, et donc d'abaisser notablement les coûts de fabrication. Selon les caractéristiques essentielles de l'invention, le corps de la tige et les embouts filetés sont solidarisés par soudage et les méplats pour l'engagement d'une clé sont solidaires ou bien dudit corps, ou bien desdits embouts filetés. Grâce à cette mesure, les corps centraux des tiges de pompage et les embouts filetés, situés aux extrémités et sensiblement plus courts que ces corps, forment tout d'abord des pièces individuelles Au stade de la production, cela implique qu'il n'est plus nécessaire de manipuler des tiges de pompage d'un seul tenant, mais que les corps et les embouts filetés peuvent être façonnés individuellement selon les exigences considérées Dans ces conditions, lors de la fabrication des embouts filetés, il n'est plus obligatoire de devoir manipuler des corps de tiges dont les longueurs atteignent jusqu'à 9 m et plus En revanche, les embouts filetés peuvent être conçus d'emblée comme des pièces fabri- quéesau tour automatique Ce n'est que dans la dernière phase de fabrication que les embouts et les corps sont solidarisés par soudage Un autre avantage de la production préalablement distincte des embouts filetés et des corps des tiges réside dans le fait que ces corps ne doivent plus être harmonisés de manière précise en fonction desdits embouts. Il est parfaitement possible de fabriquer des corps de formes de réalisation différentes avec n'importe quels emboutsfiletés, puis de les souder ensemble pour former une tige de pompage En résumé, on peut constater que le temps passé et la quantité de matière utilisée dans des pistes de production spécifiques sont réduits, et que la rentabilité de production de tiges de pompage s'en trouve considérable- ment accrue. Dans un perfectionnement préféré de l'invention, les embouts filetés d'une tige de pompage sont munis soit d'un filetage externe, soit d'un filetage interne Il est ainsi possible de renoncer à des manchons d'accouplement Par exemple, les deux extrémités d'une tige de pompage peuvent être pourvues ou bien seulement d'un filetage externe, ou bien seulement d'un filetage interne, des tiges de pompage de ce type étant ensuite assemblées successivement et alternativement pour former un assemblage de tiges D'autre part, il est aussi envisageable que chaque tige de pompage possède un filetage externe à une extrémité et un filetage interne à l'autre extrémité De la sorte, des tiges de pompage successives peuvent être directement solidarisées par vissage sans manchons taraudés supplémentaires en forme de douilles Cependant, les caractéristiques de l'invention n'empêchent pas de prévoir aussi en cas de besoin des manchons taraudés pour assujettir mutuellement par vissage, avec résistance à la traction et à la pression, deux tiges de pompage contiguës En outre, à la place de manchons taraudés, il est aussi possible d'utiliser des organes d'accouplement dotés de mamelons filetés lorsque les embouts filetés comportent des filetages internes. Une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention consiste en ce que le corps de la tige et les embouts filetés sont solidarisés par soudage par friction, lesdits embouts filetés présentant chacun à cet effet un collet de soudage Le soudage par friction permet d'assembler de manière irréprochable, aux embouts filetés précisément nécessaires, des corps de tiges de diamètre et/ou de solidité différents Pour procéder à cette liaison, l'une des deux pièces à assembler est mise en rotation, cependant que la seconde pièce soumise à une pression axiale exerce un frottement sur la première pièce Dans ce cas, l'énergie mécanique est convertie en chaleur de frottement jusqu'à ce que la température de soudage soit atteinte A cet instant, la pression axiale est augmentée, d'o il résulte que la pièce en rotation est freinée et que les deux faces extrê- mes qui frottent Ilune sur l'autre sont ainsi soudées. Un autre avantage de l'invention réside dans le fait que le corps de la tige consiste en une matière pleine ou en un tube L Qrsqu'on utilise par exemple un tube, la résis- tance au flambage et la rigidité flexionnelle sont amélio- rées par rapport à une matière pleine, pour une contrainte de traction égale De plus, l'utilisation de tubes a des répercussions favorables sur le montageetletransportdes tiges de pompage, car le poids à manier peut être notable- ment abaissé. Lorsqu'on utilise par exemple un corps tubulaire dont le diamètre externe correspond sensiblement au diamètre du collet de soudage, il est avantageux que le méplat pour l'engagement d'une clé soit ménagé sur ce corps En vue d'abaisser les coûts de façonnage, ce méplat peut être estampé concomitamment au soudage par friction Dans ce cas, les embouts filetés peuvent être réalisés sous la forme pure et simple de pièces tournées -Il en résulte une économie de matière et de coûts. Une autre caractéristique de l'invention réside dans le fait que, en présence d'un corps tubulaire d'un diamètre plus petit que ceux des collets de soudage, les extrémités de ce corps devant etre reliées auxdits collets de soudage sont évasées Il est procédé à cet évasement pour obteniu des conditions de soudage sensiblement identiques. Les méplats d'engagement d'une clé peuvent être formés en même temps qu'a lieu cet évasement Là encore, les embouts filetés constituent de simples pièces tournées. Dans une autre forme de réalisation avantageuse de L 0435 l'invention, en présence d'un corps tubulaire d'un diamè- tre plus grand que ceux des collets de soudage, les extré- mités de ce corps devant être reliées auxdits collets de soudage sont rétrécies Là encore, ce rétrécissement a pour but d'obtenir approximativement les mêmes-conditions de soudage, notamment lors du soudage par friction Les méplats d'engagement d'une clé peuvent aussi être réalisés en même temps que ce rétrécissement Les embouts filetés consistent également en de simples pièces tournées. Enfin, une autre caractéristique judicieuse peut consister en ce que les embouts filetés sont pourvus de filetages tronconiques Cette caractéristique permet de renoncer à la présence de butées distinctes de filetages. Dans ce cas également, il est possible d'envisager des formes de réalisation avec-ou sans manchons taraudés ou organes d'accouplement. L'invention va à présent être décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels: les figures 1 à 6 sont des élévations latérales fragmentaires avec coupe partielle représentant plusieurs formes de réalisation de tiges de pompage; et les figures 7 à 10 sont des élévations latérales fragmentaires avec coupe partielle illustrant différentes formes de réalisation de la zone d'accouplement de deux tiges de pompage immédiatement contiguës à l'intérieur d'un assem- blage de tiges. Sur la figure 1, la référence 1 désigne l'extrémité du corps 2 d'une tige de pompage 3 Ce corps 2 consiste en une matière pleine La référence 4 indique un embout fileté qui est relié par soudage par friction à l'extrémité 1 du corps, dans une zone de jonction 5 Le bourrelet qui se forme lors du soudage par friction est désigné par la réfé- rence 6. L'embout fileté 4 possède un filetage externe 2 5 '2 Q-435 cylindrique 7 comportant un biseau d'introduction 8 pour améliorer l'insertion dudit filetage externe 7 dans un file- tage complémentaire Un collet 9 sert de butée de filetage. Une queue 10 de filetage se trouve entre le collet 9 et le filetage externe 7. Le collet de butée 9 et un collet de soudage 11 sont reliés par un tronçon allongé 12 de section carrée, qui présente des méplats 13 pour l'engagement d'une clé. L'embout fileté 4 consiste en une pièce fabriquée au tour automatique. Dans la forme de réalisation selon la figure 2, l'embout fileté 4 est identique à celui de la figure 1 Il est cependant solidarisé, par soudage par friction, avec un corps tubulaire 2 a Le diamètre externe a de ce corps tubulaire 2 a correspond dans une large mesure à un diamè- tre externe b du collet de soudage 11 Dans cette forme de réalisation, le bourrelet 6 venu de soudage et visible sur la figure 1 a été éliminé. Comme il ressort de la figure 3, il est également possible de relier par soudage par friction, à un embout fileté 4 de réalisation inchangée, un corps tubulaire 2 b dont l'épaisseur c de sa paroi est considérablement plus mince que celle de la paroi du corps tubulaire 2 a de la figu- re 2 Le diamètre externe d n'a presque pas varié Un corps tubulaire 2 b de ce type peut, par exemple, être utilisé en présence de faibles contraintes Il est ainsi possible d'escompter également d'autres réductions de poids. Dans la forme de réalisation de la figure 4, un embout fileté 14 ne comprend plus qu'un filetage externe cylindri- que 7 avec un biseau d'introduction 8, une queue 10 et un collet de butée 9 qui remplit en même temps la fonction d'un collet de soudage Ainsi, l'embout fileté 14 de cette forme de réalisation peut se présenter purement et simplement comme une pièce tournée. Le corps tubulaire 2 c est relié par soudage par friction à l'embout fileté 14 Le diamètre externe e du corps tubulaire 2 c correspond approximativement au diamètre externe f du collet de soudage 9. La figure 5 représente la liaison de l'embout tubulai- re 14 (de réalisation inchangée par rapport à la figure 4) avec un corps tubulaire 2 d dont le diamètre q est plus petit que le diamètre f du collet de soudage 9 Pour obtenir des conditions de soudage sensiblement identiques, un tronçon extrême 16 du corps 2 d est évasé en forme de cloche Les méplats 15 situés entre cet évasement 16 et la partie res- tante du corps 2 d peuvent être réalisés en même temps que l'évasement. La figure 6 représente la liaison entre un corps tu- bulaire 2 e et un embout fileté 14 selon les formes de réali- sation des figures 4 et 5, le diamètre externe h dudit corps tubulaire 2 e étant plus grand que le diamètre externe f du collet de soudage 9 Là encore, pour obtenir des conditions de soudage identiques, un tronçon extrême 17 du corps tubulaire 2 e est rétréci ou resserré Les méplats 15 ont également été estampés en même temps que ce resserrement. La figure 7 représente schématiquement l'accouplement précité de deux tiges de pompage 3, correspondant par exemple à la forme de réalisation de la figure 1, à l'aide d'un manchon taraudé 18 présentant un filetage interne 19 Les , tiges de pompage 3 selon les formes de réalisation des figures 2 à 6 peuventaussi être reliées de cette manière. Lorsqu'il est prévu aux extrémités des tiges de pompa- ge 3 un embout fileté 20 comportant un filetage interne 21 au lieu des embouts filetés 4 et 14 présentant un filetage externe 7 (et illustrés sur les figures 1 à 6), deux tiges de pompage 3 ainsi réalisées peuvent être reliées par un organe d'accouplement 22 tel qu'illustré sur la figure 8. Cet organe d'accouplement 22 possède deux mamelons filetés 23 qui sont vissés dans les filetages internes 21 desdites tiges 3. La figure 9 représente l'accouplement de deux tiges de pompage 3 sans l'intermédiaire d'un manchon d'accouple- ment 18 ou d'un organe d'accouplement 22 Dans ce cas, un filetage externe 7 peut être directement vissé dans un filetage interne 21 d'une autre tige 3 Une telle forme de réalisation nécessite ou bien des tiges de pompage 3 pré- sentant un filetage externe 7 à une extrémité et un fileta- ge interne 21 à l'autre extrémité, ou bien des tiges 3 dont les extrémités possèdent seulement le filetage externe 7 ou le filetage interne 21, ce qui fait que des tiges de pompage 3 qui se succèdent en alternance et qui présentent respectivement un filetage externe 7 et un filetage interne 21 peuvent être réunies en un assemblage de tiges. La figure 10 illustre enfin une possibilité d'accou- plement correspondant sensiblement à celle de la figure 9, mais dans laquelle sont prévus des'embouts filetés 24 et dotés de filetagesexternestronconiques 26 et de filetages internes tronconiques 27 Une configuration de ce type permet de renoncer à un collet de butée 9 tel qu'illustré sur les figures 1 à 6 Un collet de soudage 28 est suffisant dans ce cas. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'assemblage de tiges décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Assemblage de tiges de pompage, en particulier pour des forages pétroliers, comprenant des tiges de pom- page pouvant être aboutées dans le sens longitudinal et dont chacune présente un corps central allongé ainsi que des embouts filetés qui, plus courts, situés aux extrémités et séparés dudit corps allongé par des méplats pour l'engage- ment d'une clé, peuvent être accouplés aux embouts filetés des tiges de pompage voisines respectives, avec résistance à la traction et à la pression, assemblage caractérisé par le fait que ledit corps ( 2; 2 a-2 e) et lesdits embouts filetés ( 4; 14; 20, 24; 25) sont solidarisés par soudage et lesdits méplats ( 13; 15) pour l'engagement d'une clé sont solidaires ou bien dudit corps ( 2 c-2 e), ou bien des- dits embouts filetés ( 4; 20; 24; 25). 2 Assemblage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les embouts filetés ( 4; 14; 20; 24; 25) d'une tige de pompage ( 3) sont munis soit d'un filetage externe ( 7; 26), soit d'un filetage interne ( 21; 27). 3 Assemblage selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que le corps ( 2; 2 a-2 e) de la tige et les embouts filetés ( 4; 14; 20; 24 25) sont solida- risés par soudage par friction, lesdits embouts filetés ( 4; 14; 20; 24; 25) présentant chacun à cet effet un collet de soudage ( 9; 11). 4 Assemblage selon la revendication 1 et l'une des revendications 2 et 3, caractérisé par le fait que le corps ( 2; 2 a-2 e) de la tige consiste en une matière pleine ou en un tube. Assemblage selon la revendication 1 et l'une quelcon- 3 È que des revendications 2,à 4, caractérisé par le fait que, en présence d'un corps tubulaire ( 2 d) d'un diamètre (g) plus petit que ceux des collets de soudage ( 9), les tronçons extrêmes ( 16) de ce corps devant être reliés auxdits collets de soudage ( 9) sont évasés. 6 Assemblage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que, en présence d'un corps tubulaire ( 2 e) d'un diamètre (h) plus grand que ceux des collets de soudage ( 9), les tronçons extrêmes ( 17) de ce corps devant être reliés auxdits collets de soudage ( 9) sont rétrécis ou resserrés. 7 Assemblage selon la revendication 1 et l'une quelcon- que des revendications 2 à 6, caractérisé par le fait que les embouts filetés ( 24, 25) sont munis de filetages tronco- niques ( 26, 27).