Brevet FR2526517A2 — publié le 19831110

FR 2526517 A2 19831110 FR 8207839 A 19820504 La présente invention concerne un perfectionnement aux connecteurs à anneau tournant du type décrit dans le brevet principal, utilisable en particulier, mais non exclusivement, pour raccorder des éléments d'une colonne montante (ou tube prolongateur) utilisée pour la production pétrolière au large des côtes (une telle colonne montante est fréquemment désignée par le terme anglo-saxon de "riser"). On a décrit dans le brevet principal un connecteur à anneau tournant comprenant deux éléments tubulaires dont les extrémités s'adaptent l'une à l'autre, un anneau tournant de verrouillage se plaçant autour d'un premier desdits éléments pour former avec lui un assemblage à baionnette, des moyens de retenue, ou butées, limitant le déplacement axial dudit anneau tournant vers l'extrémité du second élément tubulaire, et des moyens de serrage relatif des deux éléments en position de verrouillage, ces moyens de serrage étant associés audit anneau de verrouillage et adaptés à exercer entre les deux éléments tubulaires une précontrainte axiale de serrage, dans la position de serrage de ces éléments. Le perfectionnement objet de la présente addition est caractérisé en ce que lesdits moyens de serrage comportent des coins s'engageant dans des alésages radiaux dudit anneau de verrouillage, ces coins s'insérant entre des surfaces d'appui en regard respectivement associées audit premier et audit second éléments tubulaires, dans la position de verrouillage de l'anneau, et des moyens liés audit anneau de verrouillage pour maintenir lesdits coins en position d'enfoncement entre lesdites surfaces d'appui. Par rapport aux modes de réalisation présentés dans le brevet principal et sa première addition, un connecteur selon la présente invention présente les avantages suivants - il permet de supprimer les zones fortement contraintes, éventuellement les plus contraintes du connecteur, existant dans le fond des filets de l'anneau de verrouillage et de la bague de serrage du connecteur décrit dans le brevet principal, - il réduit le risque de grippage au niveau de ce même filetage, susceptible de nuire à l'opération de déverrouillage du connecteur, ou même de la rendre impossible sans le détériorer, - il permet de diminuer le coût de fabrication du connecteur. Un exemple de réalisation de l'invention est illustré par les figures annexées où - la figure 1 est une vue perspective d'ensemble d'un connecteur selon l'invention pour tube prolongateur de forage en mer, - la figure 2 est une vue partielle des éléments du connecteur en coupe longitudinale, - les figures 3A et 3B montrent une vue développée et en coupe longi tudinale l'engagement des éléments du connecteur et leur verrouil lage, - les figures 4A et 4B sont deux sections droites du connecteur de la figure 2, suivant la coupe AA indiquée sur cette figure et illustrent le verrouillage du connecteur, - les figures SA à 5E montrent en coupe longitudinale cinq phases successives du raccordement des éléments du connecteur, - la figure 6 est une vue de détail des moyens de serrage du con necteur, - la figure 6A est une vue de droite partielle du dispositif de la figure 6. Sur les figures représentant un exemple de connecteur selon l'invention pour une colonne montante utilisée dans l'exploration ou la production pétrolière en mer, les références 1 et 2 désignent respectivement le premier et le second éléments tubulaires du connecteur qui s'emboîtent l'un dans l'autre, cet emboîtement étant limité par un épaulement axial 3 et son étanchéité assurée par des joints 4 (Fig. 2). La référence 5 désigne un élément de la partie inférieure de la colonne montante et la référence 6 un élément de la partie supérieure de cette colonne montante. Les éléments 5~et 6 sont raccordés aux éléments 1 et 2 du connecteur, respectivement, par tout moyen approprié, par exemple par soudure. Les références 7 et 8 désignent des brides permettant de fixer à la partie inférieure et à la partie supérieure de la colonne montante, respectivement, des lignes périphériques, telles que les lignes désignées par les termes anglo-saxons kill line, choke line et booster line qui équipent de façon classique les colonnes montantes utilisées dans l'industrie pétrolière. Ces lignes sont composées de sections telles que 9a, 9b, 10a, lOb se raccordant par emboîtement dans des manchons tels que les manchons 12 et 13 au niveau du connecteur. Oelui-ci comporte un anneau de verrouillage 15 entourant les extrémités des éléments 1 et 2 dans leur position d'emboîtement. Le verrouillage et le déverrouillage du connecteur sont réalisés par une rotation de l'anneau 15 sur une fraction de tour (verrouillage du type à balonnette). Cette rotation peut, par exemple, être effectuée en utilisant une tige de manoeuvre 14 (Figs. 4A et 4B). Des portées correspondantes lla et llb de l'élément tubulaire 1 et de l'anneau 15 limitent le coulissement axial de ce dernier vers 1' extrémité de l'élément 1. L'anneau 15 comporte deux chapes 16a et 16b permettant de lier cet anneau à volonté, par une broche 19, soit à une patte 17, solidaire du manchon 12 (position de verrouillage représentée sur la figure 1), soit par une patte 18 solidaire de la section de ligne périphérique lOa (position de déverrouillage). Le connecteur comporte également des moyens assurant son blocage en position verrouillée, qui comprennent une pluralité de coins de blocage 20 montés de manière coulissante dans des alésages radiaux 21 de l'anneau 15. Ces organes de serrage sont régulièrement répartis à la périphérie de l'anneau 15 (un seul organe de serrage est visible sur les figures). Les coins de serrage 20 qui comportent des parois inclinées 22, sont insérés entre des faces d'appui 23 et 24 des éléments tubulaires 1 et 2 respectivement. Des tiges filetées 25 se vissant dans des alésages 20b de ces coins permettent de les enfoncer entre ces faces d'appui, chacune de ces tiges étant munie de moyens de retenue à l'orifice externe d'un alésage radial 21 de l'anneau 15, ces moyens de retenue comprenant une collerette 26 s'appuyant contre une bague 27 qui s'adapte à l'orifice par lequel l'alésage 21 s'ouvre sur la paroi externe de l'anneau de verrouillage 15. L'extrémité 28 de chaque tige 25 opposée au filetage pourra etre,comme représenté, de section carrée, afin de faciliter le serrage. Dans l'exemple représenté sur la fugure 6 l'immobilisation de la tige filetée 25 en position de blocage est réalisée au moyen d'un couvercle 29 fixé à l'anneau 15 par des boulons 30. Par ailleurs, deux bagues ou coupelles 31, 32 comportant des alésages de section carrée correspondant à la section de l'extrémité 28 de la tige 25 sont adaptées à cette extrémité avec interposition d'un ressort 33. Une bague de retenue 34 fixée au couvercle 29 par des boulons 35 comprime le ressort 33. Cette bague 34 et la coupelle 31 sont munies de dents complémentaires sur leurs faces en contact. Dans l'exemple de réalisation représenté, l'élément tubulaire 1 et l'anneau de verrouillage 15 comportent chacun une première et une seconde couronnes de tenons à partir de leurs extrémités qui s'engagent l'une dans l'autre : première couronne formée par les tenons lA1, 1A2 et seconde couronne formée par les tenons lB1, lu2... pour l'élément tubulaire 1, première couronne formée par les tenons 15A1, 15A2... et seconde couronne formée par les tenons 15B1, 15B2 ... pour l'anneaude verrouillage 15 (Fig. 3A). Ces tenons sont décalés angulairement d'une couronne à l'autre et inscrits dans des surfaces cylindriques de rayons différents (rayons r et R pour la première et la seconde couronnes de tenons de l'élément tubulaire 1, rayons R' et r' pour la première et la seconde couronnes de tenons de l'anneau de verrouillage 15, Fig. 2). Le rayon R' est légèrement supérieur au rayon r de façon que les tenons 15A1, 15A2... de la première couronne de l'anneau de verrouillage 15 puissent coulisser et éventuellement tourner librement sur les tenons lAl, lA2... de la première couronne de l'élément tubulaire 1 (Figs. 3A et 5A). Par ailleurs, les tenons 15A1, 1 SA2... 15A de la première couronne de l'anneau de verrouillage 15 coopèrent avec les tenons lB1, lB2 ... 1B ... de la seconde couronne de l'élément 1 pour former un premier système d'assemblage à baIonnette et les tenons 15B1, 15B2... 15B ... de la seconde couronne de l'anneau de verrouillage 15 coopèrent avec les tenons lA1, lA2 ...1A de la première couronne de l'élément 1 pour former un second système d'assemblage à baionnette. Chacun de ces deux systèmes d'assemblage à baïonnette peut permettre d'assurer entre tenons de l'élément tubulaire 1 et tenons de l'anneau de verrouillage 15 un contact sur une plage angulaire totale de l'ordre de 1750. Ces deux systèmes d'assemblage étant angulairement décalés autour de l'axe du connecteur, le connecteur selon l'invention représenté permet ainsi de répartir les charges axiales sur 3500 environ autour de son axe. On décrit ci-après les opérations d'engagement des éléments du connecteur de verrouillage de l'anneau 15 et de réalisation de la précontrainte de serrage. La figure 3A représente, partiellement en vue développée et partiellement en coupe longitudinale, l'anneau de verrouillage 15 et l'élément tubulaire 1 du connecteur avant la mise en place de l'anneau sur cet élément. L'engagement de l'anneau 15 est illustré par la figure SA montrant les tenons 15A1, 15A2 ... de la première couronne de tenons de l'anneau passant sur ceux de la première couronne de tenons de l'élément 1 (rayon R' légèrement supérieur au rayon r, Fig. 2). La figure 5B montre comment s'effectue ensuite le passage des tenons 15A1, 15A2 ... de la première couronne de l'anneau de verrouillage 15 entre ceux de la seconde couronne de tenons lBl, lob2 ... de l'élément tubulaire l et, simultanément, le passage des tenons 15B1, 15B2 ... de la seconde couronne de l'anneau entre les tenons lA1, lA2 ... de la première couronne de l'élément tubulaire 1, dans la position angulaire de la chape 16 illustrée par la figure 4A. Cette opération est terminée dans la position illustrée par. la figure 5C et il suffit alors de faire tourner l'anneau 15 d'une fraction de tour pour aboutir à la position de verrouillage illustrée par les figures 4B et 5D. Cette rotation de l'anneau 15 jusqu'à sa position de la figure 4B peut être effectuée au moyen de la tige 14 (Fig. 4B), l'anneau 15 étant ensuite immobilisé dans cette position de verrouillage au moyen de la broche 19 traversant la chape 16a de l'anneau 15 et la patte 17 solidaire du manchon 12. Le serrage de l'anneau 15 s'effectue alors par vissage des tiges filetées 25 provoquant l'insertion des coins 20 entre les parois d'appui 23 et 24, c'est-à-dire entre les élémçnts tubulaires 1 et 2 jusqu'à la position représentée sur les figures 5E et 6. Le déblocage s'effectuera en desserrant les coins 20 et en les dégageant des éléments 1 et 2. Le désaccouplement s'effectue alors par rotation de l'anneau 15. REVENDICATIONS 1. - Connecteur à anneau tournant selon la revendication 1 du brevet principal comprenant deux éléments tubulaires (1, 2) ayant des extrémités qui s'adaptent l'une à l'autre, un anneau tournant (15) de verrouillage se plaçant autour d'un premier (1) desdits éléments tubulaires pour former avec lui un assemblage à balonnette, des moyens de retenue (lla. llb) limitant le déplacement axial dudit anneau tournant (15) vers l'extrémité du second élément tubulaire (2) et des moyens de serrage relatif des deux éléments en position de verrouillage, ces moyens de serrage étant associés audit anneau de verrouillage et adaptés à exercer entre les deux éléments tubulaires (1, 2) une précontrainte axiale de serrage, dans la position de verrouillage de ces éléments, caractérisé en ce que lesdits moyens de serrage comportent des coins (20) s'engageant dans des alésages radiaux (21) dudit anneau tournant, ces coins (20) s'insérant entre des surfaces d'appui en regard (23, 24), respectivement associées audit premier (1) et audit second (2) éléments tubulaires, dans la position de verrouillage de l'anneau,et des moyens (25, 26, 27) s'appuyant sur ledit anneau (15) pour maintenir lesdits coins (20) en position d'enfoncement entre lesdites surfaces d'appui (23, 24). 2. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens maintenant les coins (20) en position d'enfoncement comprennent des tiges filetées (25) dont chacune est munie de moyens de retenue (26, 27) s'adaptant à l'orifice externe d'un desdits alésages radiaux (21) de l'anneau tournant (15), ces tiges (25) se vissant dans des alésages internes (20b) des coins (20).