Brevet FR2511740A1 — publié le 19830225

L'invention concerne un appareil de raccordement à alignement automatique L'invention concerne plus par- ticulièrement des raccords filetés, tels que ceux utilisés entre des tuyaux et autres tubes, ainsi que des techniques pour aligner deux éléments à raccorder par vissage, d'une ma- nière évitant de fausser les filetages, par exemple L'in- vention s'applique en particulier au domaine général du forage et de l'exploitation de puits, tels que des puits de pétrole et de gaz dans lesquels des éléments de tubage, constituant une colonne et d'un diamètre rela- tivement grand, sont par exemple souvent raccordés les uns aux autres par vissage mutuel pour former des trains de tubes. On réalise généralement des liaisons vissées en- tre tuyaux en équipant une extrémité d'un premier tuyau avec un raccord mâle se présentant sous la forme d'un em- bout fileté extérieurement, et en équipant une extrémité du second tuyau d'un raccord femelle se présentant sous la forme d'un logement fileté intérieurement qui reçoit l'embout Ce dernier et le logement peuvent être des par- ties intégrantes des tuyaux respectifs ou bien ils peuvent être rapportés sur les tuyaux par soudage ou par vissage, par exemple En particulier, on connaît diverses bagues et divers raccords présentant des combinaisons de deux logements extrêmes,de deux embouts extrêmes ou d'un loge- ment extrême et d'un embout extrême pour réaliser des liaisons filetées avec les extrémités appropriées de deux tuyaux que l'on cherche à raccorder l'un à l'autre De plus, on connaît diverses formes de réalisation de file- tages, comprenant des filetages coniques et des filetages droits, par exemple Les différentes formes de filetages sont destinées à convenir à des fonctions particulières dans certaines circonstances Par exemple, un joint à fluide efficace, métal sur -métal, peut être obtenu par la jonction de filetages coniques complémentaires dans un raccord mâlefemelle En outre, on connaît divers filetages destinés à être utilisés dans diverses structures filetées. Dans le domaine des tubages de puits, on peut utiliser une conception classique à 3,15 filets ronds par centimètre ou à 1,97 filets trapézoïdaux par centi- mètre Les longueurs des filetages dans ces cas s'étendent d'environ cinq centimètres sur un tubage de diamètre exté- rieur relativement faible, par exemple un tubage de 12,5 centimètres, jusqu'à 12,5 centimètres sur des tubages de grand diamètre extérieur, par exemple un tubage de cinquan- te centimètres En général, lorsque le diamètre extérieur du tubage augmente d'un facteur de quatre, la longueur des filetages formés sur un tel tubage augmente seulement d'un facteur de 2,5 De plus, le nombre de filets par centimè- tre pour un type donné de filetage est généralement le même pour des tubages de tous diamètres extérieurs En conséquence, on peut prévoir qu'il est plus difficile d'effectuer le guidage d'un tube dans l'autre dans le cas d'un tubage de grand diamètre extérieur, et le risque de fausser les filetages male et femelle d'un tel tubage de grand diamètre augmente également. Il est souhaitable et avantageux d'acquérir une technique facilitant la mise en alignement de tuyaux à brancher l'un à l'autre par vissage, d'une manière suffi- sante pour empêcher les filetages reliant les tuyaux de se fausser. L'invention concerne un appareil pour raccorder deux éléments, dont un premier élément qui présente une extrémité sensiblement tubulaire et une surface de guidage située vers cette extrémité Des filets sont situés à l'in- térieur du premier élément, à une certaine distance longi- tudinale de la surface de guidage Un second élément pré- sente des seconds filets extérieurs, situés vers une extré- mité de ce second élément Ce dernier présente également une surface extérieure espacée longitudinalement des se- conds filets Les premiers et seconds filets sont sensi- blement complémentaires les uns des autres et ils permet- tent de relier par vissage les premier et second éléments lorsque l'extrémité du second élément est emboîtée dans l'extrémité sensiblement tubulaire du premier élément. La surface de guidage coopère avec la surface extérieure du second élément pour limiter l'orientation en rotation entre les premier et second éléments lorsque le second élément pénètre dans le premier élément avant l'entrée en prise des premiers et seconds filets. La surface de guidage peut comprendre une surface sensiblement annulaire De plus, la surface extérieure du second élément peut être constituée par la surface cylin- drique extérieure du tube Le diamètre interne de la sur- face de guidage est supérieur au diamètre externe de la surface cylindrique extérieure de manière que, la surface de guidage s'étendant longitudinalement sur une surface suffisante à partir des premiers filets, l'orientation du second élément par rapport au premier élément-soit limitée de façon que les premiers et seconds filets entrent en prise mutuellement, sans être faussés. L'invention concerne un élément sensiblement tu- bulaire comprenant des moyens lui permettant d'être porté par un premier élément cylindrique, et des filets internes, qui font partie de cet élément tubulaire et qui sont des- tinés à recevoir, par vissage, des filets externes portés par un second élément cylindrique L'élément tubulaire comprend également des moyens destinés à guider le second élément cylindrique lorsqu'il est introduit dans l'élément tubulaire, ces moyens de guidage étant espacés axialement des filets internes de l'élément tubulaire et étant situés sur le côté des filets opposé à celui du premier élément cylindrique Les moyens de guidage coopèrent avec le se- cond élément cylindrique pour en limiter l'alignement par rapport à l'élément tubulaire afin d'empêcher une entrée en prise entre les filets internes et externes faussant lesdits filets. L'invention concerne un élément femelle à file- tage interne porté par un premier tube, et destiné à recevoir et engager par vissage un élément mâle,fileté extérieurement, porté par un second tube, l'élément fe- melle présentant une surface interne et sensiblement cy- lindrique de guidage destinée à recevoir le second tube et à coopérer avec lui pour en limiter l'orientation par rapport au premier tube. Selon l'invention, un premier tube ou élément tubulaire peut être introduit dans la surface de guidage d'un autre tube ou élément tubulaire, de manière que cette surface de guidage coopère avec la surface externe du pre- mier élément pour limiter les orientations relatives mu- tuelles des premier et second éléments afin que le second élément puisse être davantage introduit dans l'élément fe- melle et que les premier et second éléments soient reliés par vissage, sans que leurs filetages soient faussés. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limita- tifs et sur lesquels la figure 1 est une élévation, avec coupe longi- tudinale partielle, de l'extrémité mâle d'un tube; la figure 2 est une élévation, avec coupe longitu- dinale partielle, de l'extrémité d'un tube équipée d'une douille constituant un raccord femelle, le raccord de la figure 2 étant représenté en position au-dessous de l'ex- trémité mâle de la figure 1, sensiblement en alignement avec cette extrémité afin de permettre le raccordement des tubes l'un à l'autre; la figure 3 est une coupe longitudinale partielle des éléments des figures 1 et 2, montrant l'extrémité mâle du tube de la figure 1 introduite dans le raccord femelle de la figure 2, mais sans vissage mutuel des éléments; la figure 4 est une coupe analogue à celle de la figure 3, mais montrant la liaison vissée entre l'extrémité mâle et le raccord femelle; et la figure 5 est une élévation, avec coupe longi- tudinale partielle, des extrémités de deux tubes reliés l'un à l'autre par vissage entre un raccord mâle et un raccord femelle soudés aux tubes respectifs. La figure 1 représente globalement en 10 l'ex- trémité d'un tube qui est illustré comme étant placé au-dessus de l'extrémité d'un second tube, représenté globalement en 12 sur la figure 2, les deux tubes étant sensiblement alignés sur le même axe Le premier tube de la figure 1 présente un canal longitudinal 14 abou- tissant à l'extrémité ouverte 16 La surface extérieure 18, sensiblement cylindrique, du tube 10 est interrompue par des filets coniques 20 qui s'étendent sensiblement vers l'extrémité ouverte 16 Le second tube 12 montré sur la figure 2 présente un canal longitudinal 22 qui peut être du même diamètre intérieur que le canal 14 du premier tube 10 Le canal 22 du second tube se prolonge dans un raccord sensiblement tubulaire se présentant sous la forme d'une douille 24 qui est fixée au tube 12 par une liaison vissée réalisée entre la douille et le tube, comme indiqué en 26 La structure vissée illustrée à cet effet comprend des filets coniques formés sur la surface extérieure du second tube 12 et des filets coniques complémentaires for- més sur la surface intérieure de la douille 24, bien que d'autres formes de filetage puissent être utilisées pour le montage de la douille sur le second tube. Le raccord sensiblement tubulaire 24 présente un canal interne longitudinal 28 qui communique avec le canal interne 22 et aboutit à une ouverture 30 du raccord La surface intérieure du raccord 24 présente une seconde par- tie filetée 32 qui est conique et sensiblement complémen- taire des filets coniques 20 de l'extrémité mâle du pre- mier tube 10 Une surface sensiblement annulaire 34 de gui- dage, tournée vers l'intérieur, est située vers l'extrémi- té 30 du raccord. Le raccord 24 présente une extrémité femelle à filetage intérieur destinée au second tube 12, et il pré- sente en outre une surface 34 de guidage qui est espacée axialement des filets 32 De plus, étant donné que le rac- cord 24 est relié au second tube 12 par des filets coni- ques comme indiqué en 26, un tel raccord peut être placé à chaque extrémité d'un tube comportant des raccords mâ- les à ses deux extrémités. Ainsi qu'on peut le voir sur la figure 3, le dia- mètre interne de la surface 34 de guidage est légèrement plus grand que le diamètre externe de la surface extérieu- re 18 du premier tube Le raccord femelle 24 reçoit donc le premier tube 10, mais lorsque ce premier tube est in- troduit dans le raccord femelle, la surface 34 de guidage coopère avec la surface extérieure 18 du tube pour mainte- nir ledit premier tube 10 par rapport au raccord femelle et au second tube 12, limitant ainsi l'orientation du pre- mier tube par rapport au second tube Lorsque les filets du premier tube approchent des filets 32 du raccord fe- melle 24, la surface 34 de guidage limite ainsi l'orienta- tion, en rotation, du premier tube 10 par rapport au rac- cord femelle, de sorte que le premier tube ne peut s'éloi- gner suffisamment de la position d'alignement par rapport au raccord femelle pour permettre à l'un quelconque des fi- lets 20 d'entrer en prise hors de position avec les filets 32 du raccord, même sur une distance d'un filet. Pour que l'action de la surface 34 de guidage sur la surface extérieure 18 du premier tube 10 empêche de fa- çon sûre les filets d'être faussés lorsque le filetage mâ- le 20 atteint le filetage femelle 32, on peut prendre en considération le diamètre relatif des surfaces 34 et 18, la longueur du raccord 24 et le pas axial des filets 20 et 32 On a déterminé, par exemple, que l'on peut empêcher les filets d'être faussés en donnant à la surface 34 de guidage une étendue longitudinale L, sensiblement à partir d'un point situé au milieu de la longueur des filets 32, comme montré sur la figure 2, conformément à l'équation suivante: L = 2 XDC, o X est l'inverse du pas axial, ou distance comprise entre des filets adjacents, des filetages 20 et 32 D est le diamètre extérieur de la surface exté- rieure 18 du premier tube 10; et C est la moitié de la différence entre le diamè- tre intérieur de la surface 34 de guidage et D. Il convient de noter qu'il est possible d'éviter aux filets d'être faussés en donnant à L une valeur encore supérieure à celle déterminée par l'équation précédente, ou bien en donnant à C une valeur inférieure à celle de- mandée dans l'équation Cependant, on peut déterminer la valeur de C en se basant en partie sur les tolérances de fabrication du tube 10 et du raccord 24 De plus, pour évi- ter des frais inutiles de fabrication, par exemple, on peut maintenir L à une valeur aussi faible que possible tout en continuant d'éviter aux filetages de se fausser. Il convient également de noter que la forme du raccord femelle 24 peut être modifiée tout en conservant la protection contre la détérioration des filetages Par exemple, la surface 34 de guidage est représentée sous la forme d'une surface annulaire de dimension longitudinale relativement faible, et cette surface peut être réduite encore plus, par exemple par l'utilisation d'un trou ménagé dans une plaque Lorsque les filets 20 du raccord mâle ar- rivent aux filets femelles 32, ils ne peuvent se fausser tant qu'un contact entre la surface 34 de guidage et la surface cylindrique 18 est réalisé à une distance axiale suffisante des filets Cependant, il convient de noter que la surface 34 de guidage peut être prolongée au même dia- mètre intérieur jusqu'au commencement des filets 32, par exemple, plutôt que d'accroître le diamètre intérieur du canal 28 entre la surface de guidage et les filets 32, comme représenté Il est indiqué, dans le présent mémoire, que la surface 34 de guidage est éloignée ou espacée longi- tudinalement des filets femelles 32, par exemple, quelle que soit l'étendue longitudinale de la surface de guidage. L'extrémité mâle du premier tube 10 peut pénétrer dans l'ouverture 30 et arriver sur la surface 34 de guidage du raccord femelle 24, pratiquement sous tout angle quel- conque, limité par le diamètre extérieur présenté par ce tube par rapport au diamètre intérieur de la surface de guidage Lorsque le premier tube 10 est davantage intro- duit dans le raccord femelle 24 et que l'extrémité 16 du tube est maintenue à l'intérieur du raccord, le contact entre la surface 34 de guidage et la surface 18 du tube oblige les deux tubes 10 et 12 à s'aligner davantage Plus les filets mâles 20 avancent au-delà de l'ouverture 30 du raccord femelle, plus l'angle sous lequel le premier tube peut s'incliner par rapport au second tube 12 diminue par suite du contact entre le tube 10 et la surface inté- rieure du raccord femelle et par suite du contact de la surface 34 de guidage avec la surface extérieure 18 du tube. Lorsque les filets mâles 20 atteignent les filets femelles 32, l'angle d'inclinaison possible entre les deux tubes est réduit à une valeur inférieure à celle nécessaire pour fausser les filets mâles et femelles. L'alignement du premier tube 10 par rapport au raccord femelle 24 étant assuré par la coopération de la surface 34 de guidage et de la surface cylindrique exté- rieure 18 du premier tube, dans les limites demandées pour éviter que les filetages soient faussés, on peut continuer de manoeuvrer le premier tube à l'intérieur du raccord femelle afin d'engager les filets mâles 20 avec les filets femelles 32, comme montré sur, la figure 4 Une rotation des tubes l'un par rapport à l'autre, autour de leur axe longitudinal commun, peut être utilisée pour serrer la liaison vissée entre le premier tube 10 et le raccord femelle 24 pour réaliser entre eux, par exemple, un joint étanche aux fluides De plus, les deux tubes étant reliés au moyen du raccord femelle 24, le canal intérieur 14 du premier tube est prolongé par le canal intérieur 22 du se- cond tube avec lequel il communique. La figure 5 représente globalement en 40 un pre- mier tube relié à un second tube qui est représenté glo- balement en 42, au moyen d'une liaison vissée réalisée entre un raccord mâle 44, fixé au premier tube par sou- dage, et un raccord femelle 46, monté sur le second tube par soudage Le raccord mâle 44 présente, vers son extré- mité ouverte, des filets extérieurs coniques 48 qui sont sensiblement complémentaires des filets intérieurs coni- ques 50 réalisés dans le raccord femelle 46 Ce dernier présente en outre, vers son extrémité ouverte, une sur- face sensiblement cylindrique 52 de guidage, tournée vers l'intérieur et dont le diamètre intérieur est légè- rement plus grand que le diamètre extérieur d'une surface extérieure et sensiblement cylindrique 54 présentée par le raccord mâle 44 Hormis la manière dont le raccord male 44 et le raccord femelle 46 sont montés respectivement sur les premier et second tubes 40 et 42, la réalisation et le fonctionnement de l'appareil de raccordement représenté sur la figure 5 sont sensiblement les mêmes que ceux de l'appareil correspondant de raccordement représenté sur les figures l à 4 D'autres variantes de montage des rac- cords sur les tubes respectifs peuvent également être utilisées Par exemple, un raccord femelle peut faire par- tie intégrante d'un tube, sensiblement de la même manière que le raccord male est porté par le premier tube 10 sur la figure 1 Quel que soit le procédé de réalisation ou de montage, un tube porte une extrémité male et l'autre tube porte un raccord femelle qui présente une surface de gui- dage. L'invention concerne donc un raccord à alignement automatique, dans lequel deux éléments peuvent être reliés l'un à l'autre par vissage Un premier élément présente des filets extérieurs et une surface extérieure qui est espacée axialement des filets extérieurs L'autre élément porte des filets intérieurs et une surface intérieure de guidage qui est espacée axialement des filets intérieurs. Le second élément reçoit le premier élément de manière que la surface intérieure coopère avec la surface extérieure pour limiter l'orientation en rotation entre les deux élé- ments afin que, lorsque les filets extérieurs et intérieurs entrent en contact et en prise, ils ne puissent-être faussés. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'appareil décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. 11740 REVENDICATIONS 1 Appareil de raccordement, caractérisé en ce qu'il comporte un premier élément allongé ( 24) qui pré- sente une extrémité sensiblement tubulaire ( 30) et une surface ( 34) de guidage située vers cette extrémité tu- bulaire, un premier filetage ( 32) situé à l'intérieur du premier élément et espacé longitudinalement de ladite sur- face de guidage, l'appareil comportant également un second élément allongé ( 10) qui présente une première extrémité ( 16) et un second filetage ( 20) situé extérieurement au second élément et vers ladite première extrémité, le se- cond filetage étant sensiblement complémentaire du premier filetage, le second élément présentant également une sur- face extérieure ( 18) espacée longitudinalement du second fi- letage, de manière que les premier et second éléments puis- sent être reliés l'un à l'autre par vissage des premier et second filetages, le premier élément recevant sensiblement le second élément, ladite surface de guidage coopérant avec la surface extérieure du second élément afin de limiter l'orientation relative, en rotation, des premier et second éléments, le second élément pénétrant dans le premier élément- avant l'entrée en prise des premier et second filetages. 2 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les premier et second filetages sont sensiblement coniques. 3 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface de guidage est constituée d'une sur- face sensiblement cylindrique ( 34). 4 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface de guidage comprend une surface sensi- blement cylindrique ( 34) dont le diamètre intérieur est supérieur au diamètre extérieur de ladite surface extérieu- re ( 18) du second élément. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le diamètre intérieur de la surface de guidage et la distance longitudinale comprise entre cette surface et le premier filetage sont tels qu'ils empêchent les premier et second filetages de se fausser. 6 Appareil selon la revendication 1, caract risé en ce qu'il satisfait l'équation suivante L = 2 XDC, o L est la distance longitudinale comprise entre la surface de guidage et le premier filetage; X est l'inverse de la distance comprise entre les filets du premier filetage; D est le diamètre extérieur de ladite surface extérieure; et C est la moitié de la différence entre le diamè- tre intérieur de la surface de guidage et D. 7 Appareil pour raccorder des éléments sensible- ment cylindriques, caractérisé en ce qu'il comprend un élément sensiblement tubulaire ( 24), des moyens ( 26) à l'aide desquels cet élément tubulaire est porté par un premier élément cylindrique ( 12), un filetage intérieur ( 32) qui fait partie de l'élément tubulaire et dans lequel peut s'engager et se visser un filetage extérieur ( 20) porté par un second élément cylindrique ( 10), et des mo- yens ( 34) de guidage qui font partie de l'élément tubulaire, qui sont espacés axialement du filetage intérieur et qui sont situés sur le côté de ce dernier opposé à celui dudit premier élément cylindrique, de manière que, lorsque le second élément cylindrique est positionné à l'intérieur de l'élément tubulaire pour que son filetage extérieur entre en prise avec le filetage intérieur dudit élément tubulaire, les moyens de guidage coopèrent avec ledit se- cond élément cylindrique afin d'en limiter l'alignement par rapport à l'élément tubulaire pour empêcher les file- tages intérieurs et les filetages extérieurs de se fausser mutuellement. 8 Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens reliant l'élément tubulaire au premier élément sensiblement cylindrique comprennent un filetage porté par l'élément tubulaire et pouvant entrer en prise avec un filetage porté par le premier élément cylindrique. 9 Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'élément tubulaire fait partie du premier élé- ment cylindrique. 10 Appareil selon la revendication 7, caractéri- sé en ce que les moyens de guidage comprennent une surface intérieure sensiblement cylindrique ( 34) présentée par ledit élément sensiblement tubulaire et dont le diamètre inté- rieur est légèrement plus grand que le diamètre extérieur ( 18) du second élément cylindrique. Il Appareil pour raccorder des tubes, caractéri- sé en ce qu'il comporte un élément femelle ( 24) à filetage intérieur ( 32) porté par un premier tube ( 12) et destiné à recevoir et à se visser avec un élément mâle à filetage extérieur ( 20), porté par un second tube ( 10),et une surfa- ce intérieure sensiblement cylindrique ( 34) de guidage portée par l'élément femelle et destinée à recevoir le second tube afin de coopérer avec lui pour en limiter l'orientation par rapport au premier tube. 12 Appareil selon la revendication il, caracté- risé en ce que l'élément femelle comprend un second fileta- ge intérieur au moyen duquel il est relié ( 26) au premier tube. 13 Appareil selon la revendication 11, caracté- risé en ce que les filetages intérieurs de l'élément fe- melle et les filetages extérieurs de l'élément mâle sont coniques. 14 Procédé pour raccorder des éléments tubulaires, caractérisé en ce qu'il consiste à former une extrémité mâle ( 44) à filetage extérieur sur un premier élément tubulaire ( 40), à former une extrémité femelle ( 46) à file- tage intérieur ( 50) sur un second élément tubulaire ( 42), ainsi qu'une surface intérieure ( 52) de guidage qui s'étend longitudinalement au-delà du filetage intérieur, à intro- duire l'extrémité male du premier élément tubulaire dans la surface de guidage du second élément tubulaire afin que ladite surface de guidage coopère avec la surface ex- térieure ( 54) du premier élément tubulaire pour limiter les orientations relatives mutuelles des premier et second éléments tubulaires, et à introduire davantage le premier élément tubulaire à l'intérieur de l'extrémité femelle du second élement tubulaire et visser l'un à l'autre les pre- mier et second éléments tubulaires.