Brevet FR2543249A1 — publié le 19840928

Divers types d'outils de puits de pétrole et/ou de gaz sont en usage dans lesquels le corps de l'outil comporte plusieurs tronçons métalliques assemblés par vissage pour enfermer les parties actives de l'outil Les assemblages vissés des tronçons doivent être étanches à la pression. Dans le passé, les assemblages vissés comportaient un joint métallique venu de matière pour assurer l'étanchéité des as- semblages vissés Cependant, lors de l'assemblage de l'outil de puits, divers réglages des organes actifs internes de l'outil doivent être effectués Ceci nécessite que les tron- çons vissés de l'outil de puits soient à maintes et maintes reprises dévissés et revissés jusqu'à ce que les organes ac- tifs de l'outil soient convenablement réglés Cependant les assemblages vissés métalliques munis de joints venus de ma- tière ont tendance à s'érailleren particulier lorsque le mé- tal est un alliage résistant à la corrosion Lorsque les pièces métalliques s'éraillent, elles deviennent défectueuses et doivent être remplacées,ce qui est onéreux et prend du temps Bien que les joints d'étanchéité en matière élastomère soient satisfaisants pour réaliser initialement un joint étanche à la pression, ils ont une courte durée de vie dans le milieu défavorable de températures et de fluides corro- sifs rencontré dans un puits. La présente invention a pour objet un procédé et un ap- pareil pour assembler et assurer l'étanchéité de tronçons vissés d'un outil de puits au moyen d'un joint métallique assurant l'étanchéité à la pression, dans lequel les joints d'étanchéité peuvent être formés et rompus à de nombreuses reprises et dans lequel les joints sont maintenus dans une position d'étanchéité sûre après assemblage final. La présente invention a ainsi pour objet un joint étanche à la pression entre des organes d'assemblage filetés mâle et femelle d'un outil de puits comportant un joint d'é- tanchéité en métal tendre positionné entre les organes d'as- semblage mâle et femelle qui assure l'étanchéité entre les organes d'assemblage lorsque ceux-ci sont vissés l'un dans l'autre Un trou est percé dans l'extérieur de l'assemblage formé,à travers les parties extérieures de chacun des or- ganes d' assemblage Un bouchon est positionné dans le trou avec un ajustage à force pour maintenir l'alignement en ro- tation et l'alignement longitudinal de l'assemblage formé. De préférence, le joint métallique est porté dans un évide- ment formé dans l'un des organes d'assemblage et par un chanfrein-formé sur l'autre organe d'assemblage Le bouchon peut comporter un moyen d'assemblage permettant de l'enle- ver En outre, plusieurs trous et bouchons peuvent être for- més et positionnés entre les organes d'assemblage La pré- sente invention est particulièrement utile dans le cas o les organes d'assemblage filetés mâle et femelle sont en des métaux super-alliés ayant tendance à s'érailler. Encore un autre but de la présente invention est de ré- aliser un joint étanche à la pression entre des organes d'as- semblage filetés mâle et femelle d'un outil de puits,tel qu'un clapet de sécurité L'organe d'assemblage femelle com- porte une extrémité d'un côté de son filetage et un épaule- ment de l'autre côté de son filetage L'organe d'assemblage mâle comporte une extrémité d'un côté de son filetage et un épaulement de l'autre côté de son filetage Un joint d'étan- chéité en métal tendre est positionné entre l'extrémité de l'organe d'assemblage mâle et l'épaulement de l'organe d'as- semblage femelle pour assurer l'étanchéité entre les organes d'assemblage lorsque les organes d'assemblage sont vissés l'un dans l'autre Après formation de l'assemblage, on perce un trou dans l'extérieur de l'assemblage formé,à tra- vers l'épaulement de l'organe d'assemblage mâle et l'extré- mité de l'organe d'assemblage femelle et on positionne un bouchon dans le trou avec un ajustage à force pour maintenir l'alignement en rotation et l'alignement longitudinal de l'assemblage formé. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'inven- tion apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre d'un mode de réalisation de l'invention actuellement préféré, donné uniquement à des fins de divulgation, et à l'examen des dessins annexés dans lesquels: les Fig -1, 2, 3 et 4 sont des vues en élévation, en partie en coupe, d'un clapet de sécurité de puits utilisant la présente invention, ces vues se faisant suite les unes aux autres; et la Fig 5 est une vue en-coupe,prise suivant la ligne -5 de la Fig 1. On décrira ci-après la présente invention, uniquement à titre d'exemple, telle qu'incorporée à un clapet de sécurité de puits mais il est bien entendu que la présente invention peut être utilisée avec d'autres types d'outil de puits qui comportent des tronçons vissés. Sur les dessins auxquels on se référera maintenant, la référence générale 10 désigne un clapet de sécurité de puits actionné par un piston, qui comporte un corps ou bottier 12, lequel est composé de plusieurs tronçons 14, 16, 18, 20, 22 et 24,assemblés entre eux par vissage. Le clapet 10 comporte un alésage 26, un siège de clapet annulaire 28 positionné autour de l'alésage 26 et un obtura- teur 30 assemblé au corps 12 par un axe de pivot 32 Un tube d'écoulement 34 est télescopiquement mobile dans le corps 12 et à travers le siège 28 de clapet Lorsque le tube d'écou- lement 34 est déplacé jusqu'à une position basse, le tube 34 pousse l'obturateur 30 en éloignement du siège et ouvre le clapet Lorsque le tube 34 est déplacé vers le haut, l'obtu- rateur 30 peut venir s'appliquer contre le siège 28 et obturer l'alésage 26 du clapet Le tube d'écoulement 34 est sollicité vers le haut par diverses forces telles que celle d'un ressort et le clapet est fermé par la suppression de l'application de pression par un fluide hydraulique transmis par une con- duite de commande 36 qui s'étend jusqu'à la surface du puits et qui fournit du fluide par une conduite 38 de commande d'é- coulement à une chambre 40 dans laquelle il agit sur un ou plusieurs pistons 42 montés mobiles dans la chambre 40 Les pistons 42 agissent, à leur tour, sur le tube d'écoulement 34 Lorsqu'une pression de fluide hydraulique suffisante est appliquée à la conduite 36 de commande d'écoulement, le tube d'écoulement 34 est déplacé vers le bas pour ouvrir le cla- pet Si la pression de fluide régnant dans la conduite 36 de commande d'écoulement est suffisamment réduite, le tube d'é- coulement 34 est déplacé vers le haut au-delà du siège 28 pour permettre à l'obturateur 30 de se fermer en appui contre le siège 28 Le clapet de sécurité de puits ci-dessus décrit est décrit dans son ensemble dans les demandes de brevet des EUA no 383 897 déposée le 1 er juin 1982-et N O 440 667 déposée le 10 novembre-1982. Le clapet de sécurité 10 comporte un organe d'assemblage fileté 50 à son sommet et un organe d'assemblage fileté 52 à sa base pour permettre d'assembler le clapet de sécurité dans un train de tiges En outre, comme déjà indiqué, les divers tronçons 14, 16, 18, 20, 22 et 24 sont joints entre eux par des assemblages vissés Normalement, les tronçons,tels que les tronçons 16 et 18,sont assemblés entre eux par des filetages coopérants classiques 54 et 56 représentés ici comme des filetages "Hydril" à deux diamètres Les organes d'assemblage filetés 54 et 56 comportent également des joints métalliques coopérants,tels que le joint 58 formé sur le tron- çon 16 et le joint 60 formé sur le tronçon 18 De même, les filetages d'assemblage 50 comprennent, une surface de joint métallique 62 et les filetages 52 comprennent une surface de joint métallique 64 De la même manière, d'autres types d'as- semblage vissés qui comportent des joints métalliques venus de matière sont couramment utilisés Les joints métalliques venus de matière classiques sont normalement satisfaisants pour former des assemblages vissés qui n'ont pas besoin d'être vissés et dévissés de multiples fois En d'autres termes, les assemblages vissés classiques qui comportent des joints métal- liques venus de matière, tels que les joints 58 et 60 néces- sitent l'application d'un couple élevé pour assurer de manière satisfaisante l'étanchéité des joints métalliques venus de ma- tière En outre, si les joints métalliques venus de matière sont soumis à des vissages et dévissages répétés, ils ont ten- dance à s'érailler Ceci est particulièrement le cas des di- vers métaux alliés résistants à la corrosion qui sont utilisés de nos jours dans les puits de forage Lorsque les organes d'assemblage filetés sont éraillés, ils deviennent défectueux et doivent être remplacés ce qui est une opération longue et onéreuse. D'une manière générale, les filetages classiques 50 et 52 sont satisfaisants étant donné qu'ils sont simplement utilisés pour monter le clapet de sécurité 10 dans un train de tiges et n'ont pas besoin d'être vissés et dévissés Cepen- dant, d'autres types d'assemblages vissés utilisés dans le clapet de sécurité 10, tels que les assemblages vissés entre les tronçons 14 et 16, entre les tronçons 18 et 20, entre les tronçons 20 et 22 et entre les tronçons 22 et 24 sont fréquemment vissés et dévissés de multiples fois au cours de l'assemblage du clapet de sécurité 10 En d'autres termes, au cours de l'assemblage des organes internes du clapet 10, les diverses pièces doivent être fréquemment exposées et ré- glées avant que les pièces actives soient finalement ajustées. Ceci nécessite le vissage et le dévissage des divers tron- çons ce qui accroit le risque que les tronçons munis de joints venus de matière puissent s'érailler. La présente invention a pour objet un procédé et un ap- pareil pour assembler des tronçons filetés d'un outil de puits et assurer leur étanchéité au moyen d'un joint d'étan- chéité métallique qui résiste à la pression désirée et dans lequel les organes d'assemblage peuvent être montés et dé- montés de multiples fois sans risque d'éraillure et d'une perte consécutive des pièces du fait qu'elles deviennent,de ce fait,défectueuses. Sur la Fig 1 à laquelle on se référera maintenant, on a représenté un assemblage vissé entre un organe d'assemblage femelle 70 et un organe d'assemblage mâle 72 qui comportent des filetages coopérants 74 et, respectivement, 76 L'organe d'assemblage femelle 70 comporte une extrémité 78 d'un côté de son filetage 74 et un épaulement 80 de l'autre côté de son filetage 74 L'organe d'assemblage mâle 72 comporte une ex- trémité 82 d'un côté de son filetage 76 et un épaulement 84 de l'autre côté de son filetage Un joint d'étanchéité 86 en métal tendre, par exemple, en monel ou en inconel, est posi- tionné entre l'extrémité 82 de l'organe d'assemblage mâle 72 et l'épaulement 80 de l'organe d'assemblage femelle 70 pour assurer l'étanchéité entre les organes d'assemblage 70 et 72 lorsque les filetages 74 et 76 sont vissés l'un dans l'autre. L'organe d'étanchéité 86 présente l'avantage d'être défor- mable et de réaliser un joint métal contre métal,qui résiste aux pressions requises, qui n'est pas l'objet des problèmes d'éraillage des joints venus de matière et qui ne nécessite pas un couple de formation de joint aussi élevé que les joints venus de matière pour résister à la même pression. De préférence, le joint d'étanchéité métallique 86 est porté dans un évidement formé dans l'un des organes d'assem- blage, t el qu'un évidement 88 formé à l'extrémité 82 de l'or- gane d'assemblage mâle 72, et par un chanfrein formé sur l'autre organe d'assemblage,tel qu'un chanfrein formé sur l'épaulement femelle 80 En outre, les filetages 74 et 76 des organes d'assemblage peuvent être visés et dévissés à maintes reprises pour permettre d'effectuer le réglage des organes actifs de l'outil Si,pour une quelconque raison après l'essai de pression du joint formé, il s'avère que le joint d'étanchéité métallique 86 est défectueux ou est déve- nu défectueux par suite de nombreux montages et démontages, on peut le remplacer facilement et à bon marché par rapport au remplacement des pièces 14 et 16. Après que l'outil 10 a été achevé, réglé et finalement assemblé, on l'essaie sous pression en obturant l'une de ses extrémités et en appliquant une-pression à l'autre extrémité pour assurer que les assemblages vissés résistent à la pres- sion désirée Après que l'outil 10 a passé son inspection finale, on perce un trou 92 dans l'extérieur de l'assemblage formé,à travers l'épaulement mâle 84 et l'extrémité 78 de l'organe d'assemblage femelle 70 et on positionne un bouchon 94 dans le trou 92,avec un ajustage à force Le bouchon 94 maintient à la fois l'alignement en rotation et l'alignement longitudinal dans l'assemblage formé entre les organes file- tés 70 et 72 Il est important de maintenir l'alignement en rotation de l'assemblage formé afin d'empêcher tout dévissage des organes d'assemblage filetés 74 et 76 qui aurait pour effet que le joint métallique 86 cesserait d'être comprimé et que l'assemblage pourrait se mettre à fuir En outre, il est également important de maintenir l'alignement longitudinal de l'assemblage formé En d'autres termes, dans un train de tiges de puits de pétrole dans lequel l'outil 10 peut être monté, le train de tiges peut être soumis à diverses charges de traction et de compression Bien que les filetages 74 et 76 soient accouplés relativement étroitement, il subsiste néanmoins un certain degré de tolérances et si les organes et 72 étaient déplacés longitudinalement l'un par rapport à l'autre, le joint d'étanchéité 86 pourrait être soumis à des forces de compression qui, tout en accroissant-l'étanchéi- té, pourraient déformer le joint d'étanchéité 86 Si le joint d'étanchéité 86 était déformé par une charge de compression et si la charge était ensuite supprimée, le joint d'étanchéi- té 86 pourrait éventuellement conserver une déformation per- manente et ne plus être capable de résister aux pressions re- quises. Si désiré, plusieurs trous 92 et bouchons 94 peuvent être uti- lisés à chaque assemblage vissé Et bien que les bouchons 94 assurent généralement une liaison permanente entre les tron- çons vissés, un moyen d'assemblage fileté 96 peut être-prévu dans le bouchon pour permettre d'arracher ultérieurement plus facilement le bouchon 94 du trou,si cela s'avère nécessaire. Le procédé de la présente invention résulte clairement de la description qui précède de l'appareil et on peut ainsi constater qu'il vise à réaliser l'étanchéité à la pression d'un joint entre des organes d'assemblage filetés d'un outil de puits, dans lequel l'organe d'assemblage femelle comporte une extrémité d'un côté-de son filetage et un épaulement de l'autre côté de son filetage et l'organe d'assemblage mâle comporte une extrémité d'un côté de son filetage et un épau- lement de l'autre côté de son filetage Le procédé comporte l'étape qui consiste à assembler par vissage lesdits organes d'assemblage mâle et femelle avec un joint d'étanchéité en métal tendre disposé entre-l'extrémité de l'organe d'assem- blage male et l'épaulement de l'organe d'assemblage femelle en appliquant un couple prédéterminé pour assurer l'étanché- ité de l'assemblage Après essai sous pression de l'assemblage étanche, le procédé comporte les étapes qui consistent à per- cer un trou dans l'extérieur de l'assemblage formé à travers l'épaulement de l'organe d'assemblage mâle et à travers l'extrémité de l'organe d'assemblage femelle; et à introduire un bouchon dans le trou percé avec un ajustage à force pour maintenir l'alignement en rotation et l'alignement longitudi- nal de l'assemblage formé Par conséquent, l'invention est bien adaptée pour réali- ser les objectifs, atteindre les buts et offrir les avantages mentionnés ainsi que d'autres qui lui sont inhérents Bien qu'on ait décrit, aux fins de la divulgation,un mode de réali- sation actuellement préféré, il viendra immédiatement à l'es- prit des spécialistes de la technique de nombreuses -modifica- tions qui sont susceptibles d'être apportées à la construction et à l'agencement des éléments et des étapes de procédé,qui entrent dans l'esprit de l'invention et sont couvertes par les revendications annexées. De préférence le trou et le bouchon sont ronds. MVEND 1 ICATIONS 1 Un dispositif formant joint étanche à la pression entre des organes d'assemblage filetés male et femelle ( 72, 70) d 'un outil de puits ( 10), caractérisé en ce qu'il comporte: un joint d'é- tanchéité ( 86) en métal tendre disposé entre lesdits or- ganes d'assemblage mâle et femelle et assurant l'étanchéité entre les organes d'assemblage lorsque ces derniers sont vissés l'un dans l'autre; un trou ( 92) percé dans l'extérieur de l'assemblage formé, à travers les parties extérieures de chacun des organes d'assemblage et un bouchon ( 94) monté dans le trou avec un ajustage à force pour maintenir l'alignement en rotation et l'alignement longitudinal de l'assemblage formé. 2 Un dispositif formant joint étanche à la pression entre des organes d 'assemblage filetés mâle et femelle ( 72, 70) d'un outil de puits, caractérisé en ce que l'organe d'assemblage femelle ( 70) comporte une extrémité ( 78) d'un côté de son filetage ( 74) et un épaulement ( 80) de l'autre côté de son filetage l'organe d'assemblage male ( 72) comporte une extrémité ( 82) d'un-côté de son filetage ( 76) et un épaulement ( 84) de l'autre côté de son filetage; un joint d'étanchéité ( 86)- en métal tendre est positionné entre l'extrémité de l'orga- ne d'assemblage male et l'épaulement de l'organe d'assem- blage femelle pour assurer l'étanchéité entre les organes d'assemblage lorsque ces derniers sont vissés l'un dans l'autre; un trou ( 92) est percé dans l'extérieur de l'assemblage formé, à travers l'épaulement de l'organe d'assemblage mâle et l'extrémité de l'organe d'assemblage femelle; et un bouchon ( 94) est positionné dans le trou avec un ajustage à force pour maintenir l'alignement en rotation et l'alignement longitudinal de l'assemblage formé. 3 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le joint d'étanchéité ( 86) en métal est porté dans un évidement ( 88) formé dans l'un des organes d'assemblage ( 72) et par un chanfrein formé sur l'autre organe d'assemblage ( 70). 4 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le bouchon ( 94) comporte un moyen d'assemblage ( 96) pour per- mettre d'enlever le bouchon - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce cpqu'il comporte plusieurs trous ( 92) et plusieurs bouchons ( 94) positionnés entre les organes d'assemblage ( 70, 72). 6 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les organes d'assemblage mâle et femelle ( 72, 70) sont en des métaux superalliés qui ont tendance à s'érailler. 7 Disposisif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le trou ( 92) et le bouchon sont ronds. 8 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'outil de puits est un clapet de sécurité ( 10). 9 Un procédé pour réaliser l'étanchéité à la pression d'un joint entre des organes d'assemblage filetés mâle et femelle ( 72, 70) d'un outil de puits ( 10) dans lequel l'organe d'as- semblage femelle ( 72) comporte une extrémité ( 78) d'un côté de son filetage ( 74) et un épaulement ( 80) de l'autre côté de son filetage et l'organe d'assemblage mâle ( 70) comporte une extrémité ( 82) d'un côté de son filetage et un épaulement ( 84) de l'autre côté de son filetage, ce procédé étant carac- térisé en ce qu'il' consiste à assembler par vissage lesdits organes d'assemblage mâle et femelle avec un joint d'étanché- ité ( 86) en métal tendre disposé entre l'extrémité de l'or- gane d'assemblage mâle et l'épaulement de l'organe d'assem- blage femelle, en appliquant un couple prédéterminé pour assurer l'étanchéité de l'assemblage; à percer un trou ( 92) dans l'extérieur de l'assemblage formé,à travers l'épaulement de l'organe d'assemblage mâle et à travers l'extrémité de l'organe d'assemblage femelle; et à introduire un bouchon ( 94) dans le trou percé avec un ajustage à force pour main- tenir l'alignement en rotation et l'alignement longitudinal de l'assemblage formé. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, l'étape qui consiste à essayer sous pression l'assemblage étanche avant de percer le trou ( 92). 11 Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que le trou ( 92) et le bouchon ( 94) sont ronds.