Brevet FR2575266A1 — publié le 19860627

DISPOSITIF PROTECTEUR MONOBLOC POUR FILETAGES ET PORTEES DE JOINT FORMANT BUTEE DE TUBES METALLIQUES FILETES. Le dispositif qui fait l'objet de l'invention concerne la protection avant utilisation des filetages et des portees de joint formant butée qui permettent la réalisation des jonctions vissées de tubes métalliques de révolution et participent à ltétanchéité de ces jonctions. Ce dispositif concerne principalement la protection des portées de joint formant butée, réalisées sur les tubes utilisés pour le forage des puits de pétrole, ou encore pour leur exploitation (tubing), ou même pour la réalisation des cuvelages de ces puits -(casing). Parmi les différents types de jonction vissée qui ont été proposés, on connaît en particulier celui décrit dans le brevet FR 1.489.013. La portée de joint formant butée qui doit en particulier assurer ltétanchéité de cette jonction est réalisée au moyen d'une surface annulaire tronconique concave, usinée à l'extrémité mâle d'un tube, qui vient en butée contre une surface annulaire tronconique convexe usinée à l'extrémité intérieure du filetage femelle. L'étanchéité de la jonction dépend de la qualité des filetages et des portees de joint formant butée, qualité qui peut être détériorée soit par les chocs, en particulier au cours du transport des tubes, soit par corrosion au contact, par exemple, d'eau salée ou d'autres milieux agressifs. Différents dispositifs plus ou moins complexes ont été proposés en vue de protéger les surfaces filetées mâles ou femelles de ces zones de jonction de tubes. Ainsi la demande de brevet DE-OS 2834489 décrit une coiffe de protection en matière plastique ou en élastomère qui recouvre le filetage extérieur d'un tube. Cette coiffe comporte des reliefs intérieurs, orientés de façon sensiblement axiale qui assurent la tenue de la coiffe sur les filets. Ce dispositif n'est pas prévu pour protéger des portées de joint ; de plus il n1 est pas étanche puisque les reliefs intérieurs laissent entre eux des passages à travers lesquels des fluides peuvent circuler. La demande de brevet GB 2093426 décrit également une coiffe de protection permettant de recouvrir un filetage extérieur à l'extremite d'un tube. Elle comporte une gaine extérieure, de préférence en acier, et une paroi intérieure réalisée de préférence en une matière plastique résistant aux chocs. Cette paroi intérieure est filetée de façon à se visser sur l'extremite du tube. Le bord d'extrémité du tube est protégé des chocs par un rebord arrondi de la coiffe qui le recouvre partiellement. Un tel dispositif permet d'assurer une certaine protection d'un filetage extérieure, mais n'est pas conçu pour protéger des portées de joint formant butée, telles que des portées tronconiques, de la corrosion. De plus il ne permet pas de protéger les filetages et les portées intérieures d'une extrémité femelle de tube. Le brevet FR 1187881 décrit un protecteur en forme de manchon , pour les extrémités filetées de tuyaux, moulé de préférence en une seule pièce dans une matière plastique dont ltélasticité est analogue à celle du caoutchouc. Ce protecteur comporte quelques filets seulement pour permettre un embattage rapide par exemple d'un coup de marteau. Il s'applique par serrage élastique du manchon lui-même sur le tuyau, ce qui empêche l'humidité de passer. Un tel protecteur présente l'inconvénient d'un manque de rigidité qui ne permet pas d'amortir les chocs localisés. Il n1 est pas non plus conçu pour la protection de portées de joint. Enfin dans le cas des filetages femelles de tuyaux ltétanchéité est assurée seulement par le remplissage des filets du tuyau par ceux du protecteur, ce qui est insuffisant. On a recherché la possibilité de réaliser un dispositif pouvant assurer une protection efficace contre la corrosion et les chocs, avant utilisation, des filetages et des portées de joint formant butée qui permettent la réalisation des jonctions vissées de tubes métalliques. On a recherché en particulier la possibilité de protéger les filetages intérieurs ou exterieurs et les portées de joint formant butée, tels que ceux décrits par exemple dans le brevet FR 1 489 013. Enfin on a recherché la possibilité de réaliser des dispositifs protecteurs pouvant être mis en place de façon rapide au moyen d'outils de type courant et ne se dévissant pas de façon incontrôlée sous l'effet de chocs ou de vibrations. Le dispositif de protection suivant l'invention permet de résoudre ce problème dans son ensemble de façon particulièrement #simple et avantageuse. Ce dispositif concerne la protection, avant utilisation, des filetages et des portées de joint formant butée et en particulier des portées de joint formant butée à surface annulaire tronconique, telles que celles décrites dans le FR 1489013 qui participent à l'etancheite des jonctions vissées de tubes métalliques mâles ou femelles. Il comprend une bague monobloc en matière plastique, munie d'un filetage, qui est engagée par vissage sur le filetage mâle ou femelle de la zone de jonction, comportant une portée de joint formant butée, d'un tube métallique. Cette bague comporte une zone annulaire de butée dont la face frontale est disposée de façon à se trouver en regard de la portée de joint formant butée du tube métallique, lorsque la bague est vissée à fond sur le tube. Le bord intérieur de cette face frontale comporte un premier moyen d'étanchéité annulaire qui coopère avec la portée de joint du tube, au voisinage de son bord intérieur, pour assurer l'etancheite. Le profil de cette face frontale est trace de façon à délimiter un volume annulaire clos compris entre cette face et la portée de joint.Ce volume est fermé grâce au contact étanche entre cette face frontale et la portée de joint au voisinage de leurs bords intérieurs. Avantageusement cet espace annulaire clos est rempli, au moins en partie, d'un fluide tel que'une graisse qui protège la portée de joint, notamment contre la corrosion. La bague peut comporter un deuxième moyen d'étanchéité annulaire dont l'action se combine avec celle du premier. Ce deuxième moyen est disposé de façon à être en appui étanche contre le tube métallique, lorsque la bague est vissée à fond, au voisinage de l'une des extrémités de son filetage, tandis que la portée de# joint formant butée est au voisinage de l'autre extrémité de ce même filetage. Ce deuxième moyen dlétanchéité peut être une levre annulaire, solidaire de la bague, dont le profil est tel qu'elle est en contact étanche avec la paroi du tube lorsque la bague est vissée à fond. Ce deuxième moyen d'étanchéité peut aussi être un joint rapporté, tel qutun joint torique placé par exemple dans un logement annulaire ménagé dans la bague.Avantageusement la zone de la bague qui est en contact avec le filetage du tube ne comporte que quelques filets, le reste de la surface étant lisse. Avantageusement aussi la bague comporte une zone arrière qui dépasse l'extrémité du tube lorsqu'elle est vissée à fond. Cette zone peut comporter des reliefs qui facilitent la prise d'un outil de vissage ou dévissage. Ces reliefs, de préférence parallèles à l'axe sont disposés sur la paroi extérieure et/ou intérieure de la bague. La bague peut, pour certaines utilisations, comporter une paroi circulaire étanche qui obture la zone axiale et permet donc de fermer complètement le passage à l'intérieur du tube. Cette paroi circulaire peut faire partie intégrante de la bague ou etre amovible. On utilise avantageusement, pour réaliser le dispositif protecteur suivant l'invention, une matière plastique à hautes caractéristiques mécaniques, présentant une très bonne résistance aux chocs, en particulier aux basses températures. On peut faire appel par exemple à des polyamides, modifiés pour une résistance accrue aux chocs à certaines qualités de polyéthylène ou à d'autres matières plastiques présentant les caractéristiques souhaitées. Le dispositif suivant l'invention convient plus particulièrement pour la protection de zones de jonction de tubes métalliques comportant des filetages mâles ou femelles tronconiques. La bague comporte alors des filetages correspondants limités de préférence à quelques filets. On facilite ainsi le centrage de la bague avant vissage, on évite le coincement par superposition de filets, et enfin on réduit les temps de vissage et dévissage. La bague utilisée pour réaliser le dispositif suivant l'invention est, en elle-même, un objet de l'invention; La description et les figures ci-après permettent de mieux comprendre, de façon non limitative, les principales caractéristiques des dispositifs protecteurs suivant l'invention, ainsi que des caractéristiques complémentaires avantageuses de certains modes particuliers de réalisation de ces dispositifs protecteurs. La figure 1 est une vue, en demi-coupe axiale, d'un dispositif suivant l'invention, monté à l'extrémité mâle d'un tube métallique. La figure 2 est une vue agrandie de la zone d'introduction de la bague, entourée d'un cercle, représentée figure 1. La figure 3 est une vue, en demi-coupe axiale, d'un dispositif suivant l'invention, monte à ltextrémité femelle d'un tube métallique. On voit figure 1, en demi-coupe axiale, un tube métallique de révolution (1) d'axe (X1-X2), dont la zone de jonction mâle (2) est protégée par un dispositif suivant l'invention. Cette zone de jonction comporte un filetage tronconique extérieur (3) et une portée de joint (4) tronconique concave formant butée dont la generatrice est inclinée d'environ 15 à 250 par rapport à un plan perpendiculaire à (X1-X2). La portée (4) est raccordée à l'extrémité du filetage (3) par un chanfrein (5). Le dispositif protecteur comprend une bague monobloc (6) en matière plastique munie d'un filetage intérieur (7) comportant seulement quelques filets, qui est vissée à fond sur le filetage (3) du tube jusqu1à serrage en butée. La zone de butée (8) de la bague comporte une face frontale (9) annulaire en regard de la portée de joint (4). Le bord intérieur de cette face frontale comporte un premier moyen d'étanchéité annulaire, constitué par la lèvre (10) qu9, grâce au serrage de la bague sur le tube, se trouve en appui étanche sur la portée de joint, au voisinage du bord intérieur (4A) de cette portée. On remarque que, dans le mode de réalisation du #ispositif suivant l'invention représenté à cette figure 1, la lèvre annulaire (10) orientée en direction de l'intérieur du tube est engagée à l'intérieur du cercle formé par le bord intérieur (4A) de la portée (4). Ainsi le bord extérieur (10A) de la lèvre (10) est en regard de la paroi intérieure du tube (l)dans sa zone de raccordement (4B) au bord intérieur (4A) de la portée de joint (4) lorsque la bague est vissée à fond. Dans ces conditions le bord intérieur (4A) de la portée de joint est en appui contre la face frontale (9), dans la zone de raccordement entre le bord extérieur (10A) de la lèvre (10) et la partie de cette face frontale (9) qui est en regard de la portée de joint (4). Entre cette face frontale (9) et cette portée de joint un volume annulaire clos (11) est réservé.Ce volume, de section sensiblement triangulaire dans le cas de la figure, est de préférence rempli d'un fluide protecteur tel qu'une graisse. On remarque que, grâce à la disposition particulière de la lèvre (10) représentée sur cette figure, la portée de joint (4) est protégée par le fluide protecteur, contenu dans le volume annulaire clos (11), sur toute sa surface. De plus l'avancée de la lèvre (10), dans une direction sensiblement parallèle à l'axe, vers l'intérieur du tube, forme, une sorte de labyrinthe qui limite les pertes de fluide protecteur dans le cas où une perte d'étanchéité se produit au niveau du contact entre le bord intérieur (4A) de la portée (4) et la face frontale (9) de la zone de butée (8) de la bague (6). Afin d'améliorer ltétanchéité de cet espace clos, -et aussi de protéger la zone du filetage, la bague peut comporter un deuxième moyen d'étanchéité situé au delà de la zone du filetage (3) par rapport à la portée de joint (4). Ce deuxième moyen est représenté de façon agrandie par la figure 2 qui est un détail de la figure 1. Elle montre la zone d'introduction (12) de la bague (6) autour du tube (1). On voit que, au voisinage du bord d'introduction (13) de la bague (6) est disposée une lèvre (14) orientée radialement en direction de l'axe (X1-X2) qui prend appui sur la paroi extérieure du tube. Cette lèvre constitue le deuxième moyen d'étanchéité. Ses dimensions sont telles que, lorsque la bague est vissée à fond, elle se trouve en appui élastique étanche sur la paroi extérieure du tube.Ainsi la pénétration de fluides corrosifs entre la bague et le tube, en direction du filetage (3) et du volume clos (11) est empêchée. Le diamètre intérieur minimal (D1)-de la bague est supérieur au diamètre intérieur (D2) du tube dans une partie courante ce qui permet le passage d'outils ou de calibres. La zone (15) de la bague qui dépasse l'extremite du tube comporte des reliefs tels que (16, 17), formes respectivement sur ses parois extérieure et intérieure. Ces reliefs sont sensiblement parallèles à l'axe et permettent la prise d'outils pour le vissage ou le dévissage. L'épaisseur de la bague est déterminée de façon que celle-ci encaisse les chocs dus à la manutention du tube et protège efficacement la zone d'extrémité de celui-ci. Ainsi une surépaisseur (18) est réalisée au voisinage de la zone d'introduction (12) de la bague qui peut être soumise à des efforts et des chocs importants. Cette surépaisseur permet en particulier d'amortir les chocs perpendiculaires à l'axe X1 X2. La figure 3 représente, en demi-coupe axiale, le dispositif protecteur suivant l'invention monté à l'extrémité d'un tube métallique de révolution (19), d'axe (X3~X4), pour protéger sa zone de jonction femelle (20). Cette zone comprend un filetage tronconique intérieur (21) et une portée de joint (22) tronconique convexe formant butée. Ce tube peut aussi être un raccord ou manchon utilise pour l'assemblage de tubes comportant des zones de jonction à filetage tronconique mâle. La génératrice de la portée de joint (22) est inclinée de 15 å 250 par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe (X3-X4). Cette portée de joint se raccorde à l'extremite de la zone de filetage du tube par un chanfrein (24). Le dispositif protecteur comprend une bague monobloc (25) en matière plastique, munie d'un filetage extérieur (26) comportant seulement quelques filets, qui est vissée à fond sur. le filetage interieur du tube jusqu'à serrage en butée. La zone de butée (27) de la bague comporte une face frontale (28) en regard de la portée de joint (22). Comme dans le cas de la figure 1, la lèvre annulaire (29), orientée en direction de l'intérieur du tube (19), est engagée à l'intérieur du cercle formé par le bord intérieur (22A) de la portée de joint (22). Ce bord intérieur (22A) est à l'intersection de la portée (22) et de la paroi intérieur (23) du tube (19). Lorsque la bague est vissée à fond, ce qui est le cas de la figure, ce bord intérieur (22A) est en appui contre la face frontale (28), dans la zone de raccordement entre le bord extérieur (29A) de la lèvre (29) et la partie de cette face frontale (28) qui se trouve en regard de la portée de joint (22). La génératrice de cette partie de la face frontale est inclinée par rapport à celle de la portée de joint de façon à réserver un volume annulaire clos (30) qu#i peut être rempli d'un fluide protecteur tel qu'une graisse.L'avancee de la mièvre (29) vers l'intérieur du tube (19) forme une sorte de labyrinthe ce qui limite les pertes de fluide protecteur, et donc les risques de pénétration de fluides corrosifs, dans le cas où une perte d'étanchéité se produit au niveau du contact entre le bord intérieur (22A) de la portée de joint (22) et la face frontale (28). Pour compléter la protection, en particulier en ce qui concerne le filetage (21) du tube (20), un deuxième moyen d'étanchéité est disposé au delà de ce filetage, par rapport à la portée de joint (22), entre la bague et la zone d'extrémité (31) du tube. Ce deuxième moyen est une lèvre annulaire (32), rattachée à un décrochement (33) de la paroi arrière renforcée (34) de la bague (25) qui vient en appui élastique et étanche sur la face d'extrémité (35) du tube (20).Les dimensions de la bague (25) sont déterminées de façon que, lorsqu'elle est vissée à fond, des contacts étanches soient obtenus en même temps au niveau du premier et du deuxième moyen d'etancheite. Le filetage (21) et le volume clos (30) sont ainsi protégés, de façon particulièrement efficace contre la pénétration de fluides corrosifs, tels que de 11 eau de mer. La zone annulaire renforcée (34) de la bague permet de protéger des chocs la zone d'extrémité (31) et la face (35) du tube. Cette zone renforcée (34) comporte des reliefs tels que (36, 37), disposes respectivement sur la paroi extérieure et sur la paroi intérieure, qui permettent la prise d'outils de vissage ou de dévissage. Le diamètre intérieur minimal (D3) de la bague est peu inférieur au diamètre intérieur (D4) du tube, dans une partie courante, pour permettre le passage d'outils ou de calibres de types habituels. Pour certaines utilisations, une bague telle que la bague (25) et/ou telle que la bague (6) peut comporter au voisinage de son extrémité arrière renforcée (15, 34) une paroi circulaire pleine qui ferme de façon étanche le passage à travers la bague et permet donc d'obturer, de façon étanche également, l'entrée du tube sur lequel cette bague est montée. Comme cela a été dit plus haut cette paroi circulaire pleine peut etre amovible. De très nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif suivant l'invention qui ne sortent pas du domaine de celle-ci. La forme des lèvres annulaires qui jouent le ralle de premier et deuxième moyen d'étanchéité peut -faire l'objet de nombreuses variantes ou adaptations. On peut en particulier utiliser comme premier moyen d'étanchéité une lèvre qui, au lieu d'être engagée à l'intérieur du cercle formé par le bord intérieur de la portée de joint formant butée, se trouve en regard de cette portée de joint au voi#sinage de ce bord intérieur. De meme on peut utiliser pour réaliser le deuxième moyen d'étanchéité de nombreux types de joints à la place de lèvres. Les portées de joints peuvent présenter des profils variés. Enfin les filetages d'extrémité des tubes peuvent être tronconiques ou cylindriques et leurs filets peuvent être de tout type. REVENDICATIONS 10) Dispositif protecteur, avant utilisation, des filetages mâles ou femelles et des portées de joint annulaires formant butée qui participent à ltétanchéité de jonctions vissées de tubes métalliques, comprenant une bague monobloc en matière plastique, qui est engagée par vissage sur le filetage de la zone de jonction, pourvue d'une portée de joint formant butée, du tube métallique, caractérisé en ce que la bague monobloc (6, 25) comporte un filetage (7, 26), comprenant au moins quelques filets, au moyens desquels elle est vissée sur le filetage (3, 21) de la zone de jonction (2, 20) du tube métallique (1, 19), et comporte une zone annulaire de butée (8, 27), pourvue d'une face frontale (9, 28) dimensionnée de façon à se trouver en regard de la portée de joint (4, 22) du tube métallique, lorsque la bague est vissée à fond sur le tube, le bord intérieur de cette face frontale comportant un premier moyen d'étanchéité annulaire (10, 29).qui coopère avec la portée de joint du tube au voisinage de son bord intérieur (4A, 22A) pour assurer l'étanchéité , le profil de cette face frontale étant tel qu'un volume annulaire clos (11, 30) soit compris entre la portée de joint (4, 22) et la face frontale en regard (9 28). 20) Dispositif suivant revendication 1, caractérisé en ce que le premier moyen d'étanchéité annulaire est une lèvre (10, 29) orientée en direction de l'intérieur du tube qui, lorsque la bague est vissée fond, est engagée à l'intérieur du cercle formé par le bord-intérieur (4A, 22A) de la portée de joint formant butée (4, 22) de façon que son bord extérieur (lOA, 29A) soit en regard de la paroi intérieure du tube (1,-19) dans sa zone de raccordement avec ce bord intérieur (4A, 22A). 30) Dispositif suivant revendication 2, caractérisé en ce que le bord intérieur de la portée de joint (4A, 22A) est en contact avec la face frontale (9, 28) de la zone de butée (8, 27) de la bague (6, 25) dans la zone de raccordement entre le bord extérieur (lOA, 29A) de la lèvre (10, 29) et la partie de cette face frontale qui se trouve en regard de la portée de joint. 40) Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la bague (6, 25) comporte un deuxième moyen d'étanchéité annulaire (14, 32) qui, lorsque la bague est vissée à fond est en appui contre le tube métallique (1, 19) au voisinage de l'une des extrémités de son filetage (3, 21) tandis que la portée de joint (4, 22) est au voisinage de l'autre extrémité de ce filetage. 50) Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la portée de joint (4, 22) est tronconique et/ou le filetage mâle ou femelle du tube métallique est tronconique et en ce que le volume annulaire clos (11, 30) est rempli au moins en partie d'un fluide protecteur tel qu'une graisse. 60) Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'au moins un moyen d'étanchéité annulaire est une lèvre (10, 29) ou un joint rapporté tel qu'un joint torique. 70) Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'extrémité arrière (15, 34) de la bague dépasse l'extrémité du tube métallique et/ou comporte sur l'une au moins de ses parois extérieure ou intérieure des reliefs (-16, 17, 36, 37) permettant le serrage ou le desserrage au moyen d'un outil. 80) Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la bague comporte au voisinage de son extrémité arrière une paroi circulaire pleine qui ferme de façon étanche le passage va travers cette bague. 90) Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la bague est constituée d'une matière plastique à hautes caractéristiques résistant aux chocs telle que par exemple un polyamide modifié pour une résistance accrue aux chocs ou certains polyéthylènes. 100) Bague monobloc en matière plastique pour dispositif protecteur des filetages mâles ou femelles et des portées de joint annulaires formant butée qui participent à l'étanchéité de jonctions vissées de tubes métalliques à filetages mâles ou femelles, capable d'être engagée par vissage sur le filetage de la zone de jonction d'un tel tube métallique, caractérisée en ce qu'elle comporte un filetage (7, 26) comprenant au moins quelques filets capables d'être engagés sur le filetage du tube, une zone annulaire de butée pourvue d'une face frontale (9, 28) dont le bord intérieur comporte un premier moyen d'étanchéité annulaire (10, 29) cette zone de butée (8, 27) étant dimensionnée de façon que, lorsque la bague est vissée à fond sur le filetage (3, 21) du tube (1, 19) le premier moyen d'étanchéité annulaire coopère avec la portée de joint du tube, au voisinage de son bord intérieur (4A > 22A) pour assurer l'étanchéité, et de façon qu'un volume annulaire clos (11, 30) soit compris entre cette portée de joint et la face frontale. 110). Bague suivant revendication 10, caractérisée en ce qu'elle comporte un deuxième moyen d'étanchéité annulaire (14, 32) séparé du premier par la zone de filetage (7, 26) de la bague qui, lorsque la bague est vissée à fond sur le tube, vient en appui étanche sur la paroi de celui-ci. 120) Bague suivant revendication 10 ou 11, caractérisée en ce qu'elle est constituée d'une matière plastique à hautes caractéristiques résistant aux chocs telle que par exemple un polyamide modifié pour une résistance accrue aux chocs ou certains polyéthylènes.