Brevet FR2594522A1 — publié le 19870821

La présente invention concerne un perfectionnement apporté aux tubes, tels que ceux utilisés dans le forage et la production de puits de pétrole et de gaz. par la fabrl- cati on et l'utilisation de matdriaux composites pour la formation des tubes. perfectionnement apporté à des éléments tubulaires qui, lorsqu'ils sont reliés entre eux bout à bout, assurent une étanchéité entre les revêtements internes au moyen d'un anneau d étanchéité unique. Des éléments tubulaires, tels que des tiges creuses qui sont reliées les unes aux autres, bout à bout, en co-nstituant des trains de tiges, formés en un matériau autre qu'un métal, sont bien connus ainsi qu'il est décrit par exemple dans le brevet US-3 768 842. Dans ce brevet on utilise de la fibre de verre avec des pièces d'extrémité mé tal ] iques pour raccorder un élément tubulaire à un autre afin de constituer le train de tiges creuses. L'utilisation des fibres de verre dans d'autres éléments tubulaires. avec des connecteurs d'extrémité métalliques. est également décrite dans le brevet US-3 352 557. on fera plus particulièrement attention à la figure 1 de la présente demande qui est une reproduction de la figure 2 de ce brevet OS. y compris les références numériques utilisées, et on peut voir que des tubes lla.13s, en matériau h base de fibres de verre. sont évasés en 15a.17a. au moyen d'anneaux 35,37 enfoncés dans les extrémités des tubes et fixés h ceux-ci. Ensuite des colliers externes mdtaSliques 43,45 sont appliqués sur les extrémités évasées et fixés a celles-ci et un collier coulissant taraudé 49 est visse sur les colliers précédents afin de former un joint du type union.Pour former un tel joint du type union il est clair que les colliers de raccord externes pour chaque extrémité du tube en fibres de verre et le collier coulissant taraudé doivent être insérés sur le tube en fibres de verre avant que les extrémités de ce tube en fibres de verre ne soient évasées. Par ailleurs ce qui est ég#lement caractér stique d'un tel joint du type union. le diamitre externe du joint est nettement supérieur au diamètre du tube en fibres de verre. Les autres figures de ce brevet représentent différents moyens de liaison des extrémités les unes avec les autres, pour constituer le joint du type union. et on peut se reporter lI ce brevet si davantage de détails apparsis- sent nécessaires. La figure 2 de ce brevet a été choisie uniquement parce qu'elle est particulièrement représentative de l'enseignement du brevet et parce qu'elle montre le col lier taraudé 49. La présente invention concerne un ensemble de raccordement d'un tube en matériau composite dans lequel un revêtement en un matériau sélectionné, tel qu un élastomère ou une matière thermoplastique. est formé sur un mandrin et un tube en matériau composite est formé ensuite sur le revêtement avec des extrémités évasées (refoulées) qui sont formées en même qu'a lieu la formation du tube On peut utIliser è cet effet le procédé continu habituel de fabrication des tubes en matériau composite. Ensuite en utilisant une bague de blocage fendue en combinaison avec les extrémités évasées, on peut utiliser des pièces d'extrémités de tubes standard telles que les douilles et broches de joint métalliques standard du type utilisé dans l'industrie du pétrole et du gaz. en tant qu'orgAnes d'accouplement afin de former l'ensemble de tube composite.Les pièces d'extrémité peuvent être collées au tube en matériau composite au moyen d'un adhésIf approprié si on le désire. Ce collage contribue h l'étanchéité des tubes en matériau composite dans la zone de leurs pièces d'extrémlté et à la répartition de la charge. si cette dernIère est critique. En outre. avec de telles douilles et broches de joint standard une seule couche d'épaisseur de métal existe, dans le sens radial, à l'exté- rieur de la surface externe du tube en matériau composite, à la différence du joint du type union suivant la technique antérIeure. En utilisant le principe de la présente invention on peut fabriquer des ensembles de raccordement pour un tube en matériau composite ayant une épaIsseur de paroi allant de 12.7mm h 25.4mm et même plus épaIs et une longueur-allant de 6.lm a 30.5m.En utilisant également le principe de l'in- vention on peut former le tube en matériau composite. revê-tu intérieurement. avec ses extrémités évasées. en lui donnant toute longueur appropriée et on peut le stocker en vue d'un raccordement ultérieur à des pièces d'extrémIté standard d'un type quelconque sélectionné. lia raison de cela est que les pièces d'extrémité ne doivent pas être nécessairement présentes sur le tube en matériau com posite au moment de sa fabrIcatIon, comme cela est le cas suivant la technique antérieure. De même les pièces d'extrémité peuvent être réutilisées sur d'autres tubes en matériau composite, si ces derniers présentent un défaut de fonctionnement pour une raison quelconque.Le fait que les pièces d'extrémité sont ou non collées aux tubes en matériau composite, lorsqu'une réutilisation possible est envisagée est uniquement une question de choix. Un ensemble de raccordement pour un tube en maté riau composite suivant l'invention comprend un tube allon- gé revêtu intérieurement, en matériau composite, dont les extrémités sont évasées ou refoulées vers l'extérieur par des anneaux de compression logés h proximité de chaque extrémité du tube en matériau composite et des pièces d'extrémité. telles qu'une douille de joint et une broche de joint. sont positionnées sur les extrémités évasées et bloquées en place par des écrous fendus, de manière à presser les extrémités évasées contre les anneaux de compression dans les pièces d'extrémités Le revêtement pour le tube en matériau composite s'étend sur toute la longueur du tube. et lorsque les pièces d'extrémité sont reliées entre elles, un anneau d'étanchéité est placé entre les extrémités des tubes en matériau composite. revêtus intérieurement, en assurant ainsi une étanchéité continue d'un revêtement à l'autre. Cette disposition permet au tube en matériau composite revêtu intérieurement d'être formé et aux pièces d'extrémité d'être accouplées à celui-ci à une date ultérieure, si on le désire. Le collage des pièces d'extrémité sur les extrémités du tube est optionnel. On décrira cI-après,à titre d'exemple non limitatif. une forme d'exécution de la présente invention.en référence au dessin annexé sur lequel La figure 1 est une vue en coupe axiale de l'élément tubulaire suivant la technique antérieure accouplé avec un autre élément ainsi qu'il est décrit dans le brevet US-3 352 557. La figure 2 est une vue en élévation, partiellement en coupe axiale, de deux ensembles de raccordement de tubes en matériau composite réalisés suivant l'invention. La figure 3 est une vue en perspective de l'écrou fendu assurant le verrouillage des pièces d'extrémité sur le tube en matériau composite revêtu intérieurement Si on se réfère h la figure 2, puisque la figure 1 a déjà été décrit. on voit que cette figure représente un deux ensembles de raccordement 10 et lûa de tubes en matériau composite. accouplés l'un à l'autre, des revêtus ments Internes longs 12 et 12a. en matIère thermoplastique, des tubes en matériau composite longs 14 et 14a pourvu d'extrémités évasées ou refoulées 16 et 16a formées sur des anneaux de compression 20 et 20a logés au voisinage des extrémités des tubes en matériau composite 14 et 14a. une broche de joint 22 à une extrémité du tube en matériau composite 14 et une douille de joint 24 à l'autre extrémité de l'autre tuhe 14a en matériau composite. et une paire d'écrous de blocage fendus 26 et 26a qui assurent le blocage des extrémités des tubes en matériau composite 14 et 14a respectivement dans la broche de joint 22 et la douille de joint 24. et un anneau d'étanchéité 28 entre les ensembles de raccordement des tubes 10 et lOa accouplés. Les revêtements internes 17 et 12a s'étendent sur toute la longueur des tubes en matériau composite 14 et 14a et ils sont chanfreinés en 30 et 3na. Ces revêtements 12 et 12a peuvent être réalisés en n'importe quelle matière thermoplastique ou élastomère approprié, de préférence en une matière à faible perméabIlité comparée à celle du maté riau composite. telle que le chlorure de polyvlnyle ou le fluorure de polyvinylydène. suivant l'utilisation finale des ensembles de raccordement 10 et 10a des tubes en maté riau composite.De la manière habituelle un adhésif approprié est utilisé pour coller les revêtements 12 et 12a à la paroi cylindrique interne des tubes en matériau composite. Les anneaux de compression 20 et 20a sont formés en matériau composite ou en métal et ainsi qu'il est représenté, ils sont placés sur les revêtements 12 et 12a. Chacun de ces anneaux comporte une partie centrale cylindrique 32 et 32a et deux parties tronconiques 34,34a et 36,36a convergeant respectivement en direction des centres et des extrémités des tubes en matériau composite 14 et 14a, lorsqu'ils sont positionnés ainsi qu'il est représenté. sur la figure 2. pour former les parties refoulées ou élargies sur les tubes en matériau composite 14 et 14a.Ces anneaux de compression augmentent la raideur de cercle des tubes en ma trapu composite afin de résister à la pression d'écrasement exercée par les écrous de blocage fendus 26 et 26a. Lors de la formation des tubes en matériau composites les anneaux de compression 20 et 20a sont glissés sur les revêtements 12 et 12a avant que le matériau composite ne soit enroulé sur les revêtements 12 et 12a et sur un mandrin non représenté. Les parties élargies ou refoulées 16 et 16a comportent chacune une surface cylindrique centrale 38 et 38a et deux surfaces tronconiques 40,4Da et 42.42a s'adaptant à la forme des anneaux de compression 20 et 20a.Puisque les anneaux de compression 20 et 20a sont espacés à partir des extrémités des tubes en matériau composite 14 et 14a. ces tubes en matériau composite présentent des parties cylin doriques 44 et 44a aux extrémités des tubes. La partie cylin dorique 44a est plus courte que la partie cylindrique 44. Les extrémités internes de ces parties extrêmes sont chanfreinées en 46 et 46a, en étant à l'alignement avec les chanfreins 30 et 30a des revêtements afin d'épouser les parois tronconiques 50 de l'anneau d'étanchéité 28. Les façons dont sont formés le matériau composite et le matériau luimême, sont classiques et sont exposées dans un certain nom bre de brevets par exemple dans les brevets US-3 156 489 et 3 002 534.Le procédé particulier de formation des tubes en matériau composite 14 et 14a et des revêtements 12 et 12e ne fait pas partie de la présente invention et il ne sera donc pas décrit an détail sauf en ce qui concerne les points suivants à savoir, en premier lieu; le procédé de formation peut être un procédé continu et en second lieu, les anneaux de compression 20 et 20a forment les parties élargies ou refoulées 16 et 16a avant l'enroulement et le durcissement et par conséquent il n'existe aucune charge résiduelle sur ces parties élargies. Après la formation des tubes en matériau composite 14 et 14a à la longueur désirée, l'ensemble est complété en positionnant la broche de joint 22 et la douille de joint 24 sur les extrémités respectives du tube. La broche de joint 22 est pourvue d'un filetage externe conique 60 qui coopère avec un taraudage interne conique 60a de la douille de joint 24. Les filetages 60 et 60a sont d'un type conventionnel qui est utilisé pour constituer des trains d'éléments tubulaires tel qu'un train de tiges de forage dans l'industrie des puits de pétrole et de gaz.La broche de joint 22 et la douille de joint 24 sont identiques dans leurs parties s'étendant approximativement à partir de leurs milieux vers les tubes an matériau composite 14 et 14a, et elles présentent chacune un chambrage 64 et 64a pourvu d'un taraudage interne 66 et 66a. Dans cette forme d'exécution chaque chambrage se termine par un épaulement conique 70 qui vient en contact avec les parties tronconiques 40 et 40a sur les tubes en matériau compo site Les dIamètres respectifs des chambrages 64 et 64a sont tels que les tubes en matériau composite peuvent recevoir, dans la zone des parties élargies 16 et 16a, les écrous de blocage fendus 26 et 26a. De même, comme il a été mentionné précédemment, la broche et la douille peuvent être collées aux tubes en matériau composite en appliquant un adhésif entre les chambrages 64 et 64a et les zones des parties élargies qui sont comprises entre les écrous de blocage fendus 26 et 26a et les extrémités des tubes en matériau composite 14 et 14a. Ce collage contribue à l'étanchement à l'encontre d'une fuite au voisinage de l'ex extrémité du tube en matériau composite et il entraîne une répartItIon des charges imposées aux pièces d'extrémité. Si l'étanchement et l'encaissement d'une charge ne sont pas critiques, ce dernier collage peut être omis. Les écrous de blocage fendus 26 et 26a présentent des filetages externes 72 et 72a et ils sont insérés dans les chambrages 64 et 64a.Les zones des parties élargies et des anneaux de compression comblent les chambrages cylindriques comme on peut le voir clairement sur la figure 2. Ainsi qu'il est représenté plus clairement sur la figure 3, chacun des écrous de blocage fendus 26 et 26a est réalIsé en deux pièces de manière à pouvoir être placé sur le tube en matériau composite formé précédemment. Lorsque ces deux pièces sont appliquées l'une contre l'au tre. elles sont align#ées avec précision au moyen de tétons d'alignement 74 d'une manière connue. L'écrou est ensuite tourné et vissé dans la broche de joint 22 et la douille de joint 24 par tout moyen approprié. par exemple au moyen d'une clef. Des trous appropriés 76 peuvent être prévus pour la venue en prise de la clef. Enfin, lorsque la broche et la douille sont raccordées comme il est représenté sur la figure 2, l'anneau d'étanchéité 28 est placé entre elles. Cet anneau d'étanchéité peut être constitué de la même matière que les revêtements 12 et 12a et les parois tronconiques 50 épousent les chanfreins 46 et 46a des tubes en matériau composite et ainsi que les chanfreins 30 et 30a des revêtements. L'anneau d'étanchéité comporte également une bordure 80 s'étendant radialement vers l'extérieur. entre les faces frontales extrêmes des tubes en matériau composite, ces tubes étant quelque peu raccourcIs pour loger cette bordure lorsque le broche et la douille sont vissées à fond l'une dans l'autre. Comme il a été mentionné précédemment, le chambrage 64 de la broche de joint 22 est identique au chambrage 64a de la douille de joint 24 et il diffère de celui de la douille de joint 24 uniquement par le fait qu'un filetage conIque externe est formé sur son extrémité afin de pouvoir coopérer avec une douille de joint. De même, comme cela est réalisé couramment, une broche de joint peut être placée sur chaque extrémité du tube en matériau composite ou bien, suivant une variante. une douille de joint peut être placée sur chaque extrémité du tube en matériau composite suivant les desiderata de l'utilisateur. D'après ce qui précède on peut voir que l'on réalise ainsi un ensemble de raccordement de tubes en matériau composite qui présente les caractéristiques avantageuses suivantes: lorsqu' il est raccordé avec un autre ensemble de raccordement de tubes en matériau composite, un joint étanche. présentant une étanchéité d'un revêtement interne â l'autre. est formé avec un seul anneau d'étanchéité; il nty a aucune charge résiduelle sur les parties extrêmes élargies; il peut être formé avec des parois plus épaIsses et des diamètres de tubes plus grands; ; il peut utiliser n'importe quelle pièce d'extrémité d'un tube à l'exception de chaque partie élargie il y a une seule épaisseur de paroi afin de réduire au minimum le dIa- mètre du métal constituant la broche de joint et la douille de joint, et les pièces d'extrémIté sont emboîtées sur les tubes en matériau composite, revêtus intérieurement, après leur formation si bien que les tubes en matériau composite revêtus Intérieurement peuvent être fabriqués et stockés et que les pièces d'extrémité peuvent être placées sur les tubes en matériau composite revêtus intérieurement à n'importe quel moment approprié. REVENDICATIONS 1.- Ensemble de raccordement de tubes en matériau composite caractérisé en ce qu'il comprend un revêtement interne (12,12a) de longueur sélectionnée, un tube allongé (14,14a) en matériau composite, sensiblement de même longueur que le revêtement, des parties élargies ou évasées (16,16a) formées au voisinage de chaque extrémité de ce tube (14,14a), les extrémités du tube (14,14e) et du revêtement interne (12,12a) comportant des moyens pour accepter un anneau d'étanchéité (28) lorsqu'un autre ensemble de raccordement de tubes en matériau composite est accouplé en étant abouté, des anneaux de compression (20,20a) logés dans les parties élargies (16,16a), des moyens formant des pièces d'extrémité (22,24) emboîtées d'une manière télescopique sur chaque partie élargIe (16,16a) et chaque anneau de compression (20,20a). et des moyens (26,26e) bloquant chaque pièce d'extrémité (22,24) sur le tube en matériau composite (14,14e), ces moyens étant logés dans chaque pIèce d'extrématé (22,24), en étant en contact avec la partie élargie (16,la et forçant cette dernière contre les anneaux de compression (20,20a) 2.- Ensemble de raccordement de tubes en matériau composite suivant la revendication 1 caractérisé en ce que les pièces d'extrémité (22.24) comportent des cambrages taraudé s (64,64a) et les moyens de blocage comprennent un écrou fendu (26,26e) pouvant être placé sur le tube en matériau composite (14,14a) et vissé dans le cambrage (64,64a). 3.- Ensemble de raccordement de tubes en maté riau composite suivant la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte une seule couche d'une pièce d'extrémité (22,24) montée télescopiquement sur le tube en matériau composite (14,14a) et une seule couche de la pièce d'extrémité (22,24) stu 8 l'extérieur, dans le sens radial, du tube en matériau composite (14,14e). 4.- Ensemble de tube en matériau composite suivant la revendication 3 caractérisé en ce que les pièces d'ex trémité (22,24) sont collées aux tubes en matériau composite (14,14a). 5.- Procédé de fabrication d'un ensemble de raccordement de tubes en matériau composite caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à former un revêtement (12,12a) sur un mandrin, à placer des anneaux de compres sinon (20,20a) sur le revêtement en des emplacements.déterminés en fonction de la longeur désirée du tuba en matériau composite (14,14a), et à former un tube en matériau composte (14,14a) sur le revêtement et les anneaux de compression (20,20a), en formant ainsi des parties élargies (16) au voisinage de chaque extrémité du tube en matériau composite (14,14a). 6.- Procédé suivant la revendication 5 caractérisé en ce que des pIèces d'extrémité (22,24) sont placées sur les parties élargies (16,16a) à chaque extrémité du tube en matériau composite (14,14a) et il comprend l'étape ad ditionnelle consistant à bloquer ces pièces d'extrémité (22,24) sur le tube en matériau composite (14,14a) en amenant en contact les parties élargies (16,16a) et les pièces d'extrémité (22,24). 7.- Procédé suivant la revendication 6 caractérisé en ce qu il comporte l'étape consistant à former les extré mItés du revêtement (12,12a) et du tube en maté rieu composite (14,14r) de manière à permettre de placer contre elles un anneau d'étanchéité (28). 8.- Procédé suivant la revendication 8 caractérisé en ce qu'il comporte l'étape additionnelle consistant à coller les pièces d'extrémité (22,24) aux tubes en matériau composite (14,14a). 9.- Ensemble caractérisé en ce outil comprend en combinaison un premier ensemble de raccordement (10) d'un tube en matériau composite (14), un premier revêtement interne (12) ayant une longueur sélectionnée, un premier tube allongé (14) ayant sensiblement la même longueur que le revêtement (12) et réalIsé en matériau composite, des pre mires parties élargies (16) a proximité de chaque extrémité du premier tube (14), les extrémités du premier tube (14) et du premier revêtement (12) comportant des moyens permettant d'accepter un anneau d'étanchéité (28), un premier ensemble d'anneaux de compression (20) dans les parties élargies, des premières pièces d'extrémité~ (22) emboîtées télescopiquement sur les premières parties élargies (16) et les premières anneaux de compression (20), et des moyens (26) de blocage de chacune des premières pièces d'extrémité (22) sur le premier tube en matériau composite (14), ces moyens (26) étant lovés dans les pièces d'extrémité (22), en contact avec les parties élargies (16) et forçant celles-ci contre les anneaux de compression (20), un second ensemble de raccordement (10e) d'un tube en matériau composite (14a), un second revêtement interne (12a) ayant une longueur sélectionnée, un second tube allongé (14a) ayant sensiblement la même longueur que le revêtement (12a) et réalisé en matériau composite, des secondes parties élargies (16a) à proximité de chaque extrémité du second tube (14a), les extrémités du second tube (14a) et du second revêtement (12a)-comportent des moyens permettant d'accepter un anneau d'étanchéité (28) un second ensemble d'anneaux de compression (20a) dans les parties élargies, des premières pièces d'extrémité (24) emboîtées télescopiquement sur les secondes parties élargies (16a) et les seconds anneaux de compression (20a), et des moyens (26a) de blocage de chacune des secondes pièces d'extrémité (24) sur le second tube en matériau composite (14e), ces moyens (26a) étant logés dans les pièces d'extré-mité (24), en contact avec les parties élargies (16e) et forçant celles-ci contre les anneaux de compression (20a), une pièce d'extrémité (22) du premier ensemble de raccordement (10) étant accouplée à une pièce d'extrémité (24) du second ensemble de raccordement (10a), en amenant ainsi les premier et second revêtements (12,12e) et les premier et second tubes en matériau composite (14,14a) h être alignés axialement en étant aboutés, et enfin un anneau d'étanchéIté (28) logé entre les première et seconde pièces d'extrémité (22,24) accouplées, les premier et second revêtements (12,12a) et les premier et second tubes en matériau composite (14.14a), afin de former un accouplement étanche avec une étanchéité assurée d'un revê tement à l'autre.