Brevet FR2548261A1 — publié le 19850104

i L'invention concerne des raccords de tubes, et plus particulièrement des raccords destinés à raccorder des têtes de puits sous-marins à un tubage, une colonne ou autres tubes prolongateurs. La pratique classique pour la mise en production de gisements de pétrole situés en mer consiste à forer un certain nombre de puits de production à partir d'une plate-forme de forage, puis à boucher les puits au fond de la mer jusqu'à ce qu'une plate-forme de produc10 tion ait été installée à la surface Pour mettre en production un tel puits sous-marin, un tube prolongateur marin est mis en place à partir de la plate-forme de production et relié à la tête de puits sous-marin, cette opération étant généralement appelée raccordement à 15 la tête de puits, et divers types de raccords sont disponibles à cet effet. L'invention apporte plusieurs perfectionnements aux raccords connus à ce jour. L'invention concerne un raccord de tubes 20 particulièrement avantageux pour le raccordement de têtes de puits sous-marins Le raccord selon l'invention facilite le raccordement ou autre branchement d'un tube prolongateur ou autre colonne sur une tête de puits sous-marine ou 25 autre élément récepteur éloigné, et l'établissement, avec cet élément, d'un joint métal sur métal, étanche à la pression, habituellement avec un dispositif de suspension de tubage situé dans' la tête de puits Le raccord décrit comprend un corps ou une réduction présen30 tant des filets permettant sa fixation à un tube prolongateur, un manchon entourant la réduction et portant des clavettes anti-rotation à proximité de son extrémité supérieure et une bague expansible de verrouillage à proximité de son extrémité inférieure, et un écrou action35 neur entourant la réduction sur laquelle il est vissé et relié au manchon de façon à ne pas pouvoir tourner. Les clavettes anti-rotation coopèrent avec des rainures ménagées dans l'élément récepteur pour empêcher la rotation du manchon lorsque le raccord est mis en place, de manière qu'une rotation du tube prolongateur, commandée à la surface, provoque une rotation de la réduction par rapport au manchon et l'écrou actionneur, ce qui a pour résultat un mouvement axial de la réduction et du manchon par rapport à l'écrou, une expansion de la bague de verrouillage à l'intérieur d'une gorge de l'élément récepteur, et l'établissement d'un joint métal sur métal entre 10 l'extrémité inférieure (nez) de la réduction et un épaulement intérieur d'arrêt de l'élément récepteur. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels: la figure 1 est une élévation, avec demicoupe axiale, du raccord de tubages de puits sousmarins selon l'invention; la figure 2 est une coupe suivant la ligne 2-2 de la figure 1; la figure 3 est une élévation, avec coupe partielle et à échelle réduite, du raccord de la figure 1 fixé à un tube prolongateur de tubage et posé dans une tête de puits sous-marin; la figure 4 est une coupe longitudinale 25 partielle à échelle agrandie du raccord et de la tête de puits représentés sur la figure 3; et la figure 5 est une coupe analogue à celle de la figure 4, mais montrant le raccord dans sa position finale dans laquelle il est verrouillé sur la tête de 30 puits. Ainsi qu'on peut mieux le voir sur les figures 1 et 2, le raccord 10 selon l'invention comprend un assemblage constitué d'une réduction 12 de raccordement, de forme tubulaire, d'un manchon anti-rotation 14 entourant 35 la réduction 12, de deux segments semi-circulaires 16 d'anneau de retenue du manchon fixés de manière amovible sur l'extrémité supérieure du manchon 14, par exemple par des boulons ou des vis à tête (non représentés), quatre clavettes anti-rotation 18 (trois seulement étant représentées) espacées circonférentiellement autour du manchon 14 dont elles font saillie vers l'extérieur, 5 un écrou actionneur 20 entourant la réduction 12 sur laquelle il est vissé, et une bague expansible 22 de verrouillage, fendue axialement, entourant la réduction 12 au-dessus de l'écrou 20 Un joint annulaire élastique 24 assure l'étanchéité aux fluides sous pression entre 10 la réduction 12 et le manchon 14, et la même fonction est assurée entre la réduction 12 et l'écrou 20 par des joints annulaires élastiques 26, 28 Une goupille 30 de cisaillement empêche toute rotation relative entre la réduction 12 et le manchon 14, et deux clavettes 15 anti-rotation 32, situées sur la surface extérieure du manchon 14, coopèrent avec deux rainures longitudinales 34 de la surface intérieure de l'écrou 20 afin d'empêcher toute rotation relative, tout en facilitant un mouvement axial relatif, entre le manchon et l'écrou Un anneau 20 élastique 36, logé dans une gorge annulaire extérieure de la réduction 12, à proximité de l'extrémité inférieure de l'écrou actionneur 20, empêche l'écrou d'être dégagé involontairement de la réduction. Comme montré sur la figure 1, chacun des 25 segments 16 de l'anneau de retenue comporte une partie 16 a analogue à un rebord, faisant saillie vers l'intérieur, logée dans une gorge annulaire extérieure 38 de la réduction 12 afin d'empêcher tout mouvement axial relatif entre le manchon 14 et la réduction Les clavettes anti30 rotation 18, qui, comme décrites ci-après, empêchent le manchon 14 de tourner par rapport à la tête de puits ou autre élément de réception dans lequel le raccord 10 est installé, sont fixées au manchon 14 par des vis à tête 40, d'une manière permettant un mouvement radial des clavettes par rapport au manchon, et plusieurs ressorts hélicoïdaux 42 rappellent les clavettes vers leur position extérieure représentée. La bague 22 de verrouillage est appliquée dans son état naturel contracté contre une surface axiale annulaire 44 située sur le côté extérieur du manchon 14, juste au-dessus de l'écrou actionneur 20. Le manchon 14 présente, au-dessus de la surface 44, une autre surface annulaire axiale 46 dont le diamètre est notablement supérieur à celui de la surface 44, et une surface annulaire conique 48 de came s'étend vers le haut et vers l'extérieur entre les surfaces 10 44 et 46 Le bord intérieur supérieur de la bague 22 de verrouillage est chanfreiné de façon à former une surface de came 50 qui coopère avec la surface 48 de came du manchon pour provoquer l'expansion d-e la bague lorsque le manchon se déplace axialement vers le bas 15 par rapport à l'écrou actionneur 20 pendant la rotation de la réduction 12 pour verrouiller le raccord 10 dans une tête de puits, comme expliqué ci-après Une surface radiale 52 de butée, faisant saillie vers l'extérieur de l'extrémité supérieure de la surface annulaire 46, 20 a pour fonction d'empêcher tout mouvement axial relatif supplémentaire entre le manchon 14 et la bague 22 de verrouillage. Le raccord 10 est conçu particulièrement pour réaliser le raccordement sur une garniture de tubage 25 60 de puits dans une tête de puits sous-marin, par exemple la tête de puits 62 illustrée sur les figures 3 à 5 Comme montré sur la figure 3, le tubage 60 est supporté à l'intérieur de la tête de puits 62 par un dispositif cannelé 64 de suspension, et un ensemble 30 66 de garnitures réalise un joint étanche à la pression entre le dispositif 64 de suspension et le dispositif adjacent 68 de suspension d'un tubage de plus grand diamètre, le tout d'une manière classique L'ensemble 66 de garniture comprend un mandrin annulaire 70 de 35 verrouillage sur lequel la surface extrême inférieure a de l'écrou actionneur 20 du raccord vient reposer lorsque le raccord 10 est descendu dans la tête de puits 62 au moyen d'un tube prolongateur 72 de tubage auquel l'extrémité supérieure de la réduction 12 du raccord est vissée, comme indiqué en 74. Par conséquent, et ainsi qu'on peut mieux 5 le voir sur la figure 4, lors de l'établissement du raccordement entre le tubage 60 et le tube prolongateur 72, le raccord 10 est descendu dans le dispositif 68 de suspension du tubage jusqu'à ce que l'écrou actionneur 20 vienne reposer sur le mandrin 70 de verrouillage 10 des garnitures Le tube prolongateur 72 du tubage est ensuite tourné de façon à faire tourner de la même manière le raccord 10 jusqu'à ce que les clavettes anti-rotation 18 soient repoussées de leur position intérieure (non représentée) dans des rainures axiales 76 (une seule 15 étant représentée) ménagées dans une gorge annulaire 78 située dans l'alésage du dispositif 68 de suspension, empêchant ainsi la poursuite de la rotation du manchon 14 et aussi de l'écrou actionneur 20 qui, comme décrit précédemment, sont reliés de façon à ne pas pouvoir 20 tourner l'un par rapport à l'autre du fait des clavettes 32 et des rainures 34. Le tube prolongateur 72 du tubage est ensuite davantage tourné, ce qui a pour effet de cisailler la goupille 30 et de faire tourner la réduction 12 par 25 rapport au manchon 14 et à l'écrou 20 Lorsque cette rotation se poursuit, la réduction 12 et le manchon 14 descendent par rapport à l'écrou 20 et à la bague 22 de verrouillage, ce qui a pour effet sur la surface 48 de came du manchon de lui faire repousser la bague 30 vers l'extérieur pour la faire pénétrer dans une gorge annulaire 80 située dans l'alésage du dispositif 68 de suspension et de positionner ensuite la surface annulaire supérieure 46 du manchon en arrière de la bague pour la bloquer dans son état d'expansion tel que montré sur la figure 5. La poursuite de la rotation du tube prolongateur 72 du tubage et de la réduction 12 fait ensuite porter l'extrémité inférieure ou le nez 12 a de la réduction sur un épaulement annulaire 82 de butée situé dans l'alésage du dispositif 68 de suspension, empêchant ainsi la poursuite du mouvement de descente de la réduction. 5 La poursuite de la rotation et la liaison filetée 84 entre la réduction 12 et l'écrou actionneur 20 s'associent pour obliger l'écrou à soulever le mandrin 70 de verrouillage des garnitures et à le déplacer vers le haut jusqu'à ce que l'extrémité supérieure 20 b de l'écrou porte contre 10 la bague 22 de verrouillage L'application d'un couple supplémentaire au tube prolongateur 72 du tubage engendre des forces qui sont transmises par l'écrou actionneur 20 et la bague expansée 22 de verrouillage à L'épaulement 82 a de la gorge 80 du dispositif de suspension et lorsque 15 ces forces s'accumulent, sous l'effet des coefficients de frottement, une force égale de réaction est appliquée simultanément par le nez 12 a de la réduction à l'épaulement 82 d'arrêt du dispositif de suspension Comme illustré sur la figure 5, il en résulte un verrouillage entre 20 le raccord 10 et le dispositif 68 de suspension ainsi que l'établissement d'un joint métal sur métal, étanche à la pression, entre le nez 12 a de la réduction et l'épaulement 82 d'arrêt du dispositif de suspension. Le déverrouillage du raccord 10 par rapport 25 au dispositif 68 de suspension, par exemple pour l'enlèvement, ensuite, du raccord de la tête de puits, s'effectue aisément par rotation du tube prolongateur 72 en sens opposé Cette rotation relâche les forces, ramène l'écrou actionneur 20 dans sa position initiale d'arrêt sur 30 le mandrin 70 de verrouillage des garnitures, puis fait monter la réduction 12 Lorsque la surface annulaire 44 de la réduction arrive au niveau de la bague 22 de verrouillage, la bague revient en se contractant dans sa position initiale telle que montrée sur les figures 35 1, 3 et 4, à la suite de quoi le raccord 10 peut être récupéré de la tête de puits en étant simplement remonté sur le tube prolongateur 72. L'un des divers avantages du raccord selon l'invention est qu'aucun outillage-autre que le tubage, la colonne ou autre train de tiges, auquel le raccord est relié, n'est nécessaire pour faire descendre, récupérer, actionner ou enclencher le raccord, bien que d'autres outils puissent être incorporés dans le raccord si cela est souhaité En outre, tous les effets anti-rotation proviennent d'une gorge rainurée située dans le dispositif de suspension du tubage ou autre élément de réception, 10 à un niveau proche de l'extrémité supérieure du raccord posé et verrouillé, plutôt que d'un mandrin à garnitures ou mandrin de fond, o une rotation peut être nuisible. Une autre caractéristique simple et souhaitable réside dans le mode d'actionnement: seule une rotation directe, à droite ou à gauche, suffit pour réaliser le raccordement, et une simple rotation en sens opposé permet de libérer totalement le raccord de l'élément de réception. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au raccord décrit et représenté 20 sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Raccord de tubes convenant particulièrement au raccordement d'une tête de puits sous-marin à un tube prolongateur ( 72) de tubage, caractérisé en ce 5 qu'il comporte une réduction tubulaire ( 12) de raccordement, un manchon tubulaire ( 14) entourant la réduction, des moyens anti-rotation destinés à fixer de manière amovible le manchon à un élément récepteur dans lequel le raccord est installé, un écrou actionneur ( 20) entou10 rant la réduction, des moyens reliant la réduction et l'écrou pour faciliter un mouvement axial relatif entre la réduction et l'écrou en réponse à une rotation de la réduction par rapport à l'écrou, des moyens reliant le manchon et l'écrou pour faciliter un mouvement axial 15 relatif entre eux et les empêcher de tourner l'un par rapport à l'autre, une bague ( 22) de verrouillage entourant le manchon et pouvant s'expanser à partir d'un état contracté sous l'effet d'un mouvement axial du manchon par rapport à l'écrou. 2 Raccord de tubes selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de retenue reliant le manchon à la réduction en empêchant tout mouvement axial relatif entre eux. 3 Raccord de tubes selon la revendication 25 2, caractérisé en ce que les moyens de retenue comprennent plusieurs segments courbes ( 16) d'anneaux comportant chacun un organe ( 16 a) destiné à fixer ledit segment à la réduction et un organe destiné à fixer ledit segment au manchon. 4 Raccord de tubes selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un organe de cisaillement ( 30) reliant le manchon et la réduction pour empêcher toute rotation relative entre eux. Raccord de tubes selon la revendication 35 1, caractérisé en ce que les moyens anti-rotation comprennent au moins une clavette ( 18) portée par lé manchon de façon à pouvoir se déplacer radialement, et des organes ( 42) rappelant élastiquement la clavette vers une position d'extension complète. 6 Raccord de tubes selon la revendication , caractérisé en ce qu'il comporte quatre clavettes 5 et en ce que les organes de rappel élastique comprennent des ressorts hélicoïdaux ( 42). 7 Raccord de tubes selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens reliant le manchon à l'écrou comprennent au moins une clavette anti-rotation 10 ( 32) et au moins une rainure anti-rotation ( 34) destinée à coopérer avec la clavette. 8 Raccord de tubes selon la revendication 7, caractérisé en ce que la clavette anti-rotation fait saillie de l'extrémité inférieure du ffianchon et en ce 15 que la rainure anti-rotation est réalisée dans la partie extrême supérieure de l'écrou. 9 Raccord de tubes selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens reliant la réduction à l'écrou comprennent des filets ( 84). 10 Raccord de tubes selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'une rotation de la réduction par rapport à l'écrou provoque un déplacement axial du manchon vers l'écrou et une expansion de la bague de verrouillage. 11 Raccord de tubes selon la revendication 1, caractérisé en ce que la réduction présente une première surface annulaire ( 44) contre laquelle porte la bague de verrouillage lorsqu'elle est dans son état contracté, une seconde surface annulaire ( 46) contre laquelle porte 30 la bague de verrouillage lorsqu'elle est dans son état totalement expansé, et une surface annulaire ( 48) de came située entre les première et seconde surfaces annulaires qu'elle relie. 12 Raccord de tubes selon la revendication 35 11, caractérisé en ce que la seconde surface annulaire a pour fonction de bloquer la bague de verrouillage dans son état expansé. 13 Raccord de tubes selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens anti-rotation sont situés à la partie extrême supérieure du manchon, en ce que la partie extrême supérieure de l'écrou actionneur porte contre 5 la partie extrême inférieure du manchon et en ce que la bague de verrouillage, dans son état contracté, porte contre une première surface annulaire située sur le manchon, au-dessus de l'écrou actionneur. 14 Raccord de tubes selon la revendication 10 13, caractérisé en ce qu'une rotation de la réduction par rapport au manchon et à l'écrou provoque une expansion de la bague de verrouillage et son positionnement final sur une seconde surface annulaire du manchon. Raccord de tubes selon la revendication 15 14, caractérisé en ce que la seconde surface annulaire bloque la bague de verrouillage dans son état expanse. 16 Raccord de tubes selon la revendication 1, caractérisé en ce que le manchon présente une première surface annulaire ( 44) contre laquelle porte la bague 20 de verrouillage dans son état contracté, une seconde surface annulaire ( 46) contre laquelle porte la bague de verrouillage dans son état expansé, une surface intermédiaire ( 48) de came située entre les première et seconde surfaces annulaires, et une surface radiale de butée 25 espacée axialement de la surface de came et partant radialement de la seconde surface annulaire.