Brevet FR2781863A1 — publié le 20000204

INDICATEUR D'USURE DE JOINT TUBULAIRE Domaine de l'invention La présente invention concerne des joints tubulaires filetés utilisables dans la production et le forage de puits de gaz et de pétrole, tels que les colonnes de production, les tubes de cuvelage, les tuyaux d'oléoduc et les tiges de forage, communément appelés, de manière collective, produits tubulaires pour gisements de pétrole. Plus précisément, l'invention concerne l'indicateur d'usure d'un joint tubulaire destiné à connecter des éléments mâle (broche ou vis) et femelle (boîte). Etat de la technique L'utilisation de connexions tubulaires filetées pour raccorder des canalisations d'écoulement dans une relation de bout en bout pour former une voie d'écoulement continue afin de transporter du fluide sous pression est bien connue. Tous les produits tubulaires pour gisements de pétrole utilisent des connexions filetées pour connecter les sections adjacentes des canalisations ou des tuyaux. Des exemples de ces connexions à extrémité filetée conçues pour être utilisées sur les produits tubulaires pour gisements de pétrole sont présentés dans les brevets U.S. n 2.239.942; 2.992.019; 3. 359.013; RE 30.647 et RE 34.467 qui sont tous attribués au cessionnaire de la présente invention. Les Figures 1-2 représentent la coupe transversale d'une connexion à filets à coins au moment de la préparation de l'élément vis et de l'élément boîte. Comme représenté à la Figure 1, lorsque l'élément vis se met en prise avec l'élément boite 12 pour la première fois, il n'existe aucun contact entre l'épaulement externe 14 de l'élément vis 10 et l'épaulement externe 16 de l'élément boite 12. Par contre, comme représenté à la Figure 2, lorsque la connexion est totalement usée, le contact entre l'épaulement externe 14 de l'élément vis 10 et l'épaulement externe 16 de l'élément boîte 12 existe au moment de la préparation. Toutes les connexions existantes utilisées pour le forage de puits de pétrole ou de gaz sont soumises à une usure de l'épaulement de poussée due à l'utilisation. Dans les connexions o l'épaulement de poussée présente une forme à filets à coins, par exemple la connexion du Joint d'outil " HYDRIL " qui est uniquement conçue pour absorber un couple élevé tout en formant un joint étanche sous pression, la connexion est parfaitement opérationnelle jusqu'au moment o l'épaulement externe de l'élément vis entre en contact avec l'épaulement externe de l'élément boîte. Lorsque ce contact survient, la connexion est usée et doit être recoupée. Il existe un besoin concernant la possibilité de déterminer si une connexion à vis ou boite donnée se trouve en cycle d'usure avant que la connexion ne soit assemblée sur le terrain. Une méthode permettant de déterminer l'usure de la connexion consiste à utiliser une jauge de fonction appliquée à la connexion à vis ou boîte en étant serrée à la main et enregistrant l'écart comme un indicateur d'usure. Cette technique fournit des informations limitées car à cause de l'importance du dommage et/ou de la distorsion de la. forme du filet à coins sur une connexion utilisées, la jauge pourrait s'écarter de manière incorrecte lorsqu'elle est appliquée en étant serrée à la main par rapport à une position de préparation serrée mécaniquement pour la connexion usée. Résumé de l'invention En général, d'un point de vue, une connexion de tuyau filetée dispose d'un élément broche ou vis ayant des filets externes dont la largeur augmente dans une direction, d'un élément boîte ayant des filets internes augmentant dans l'autre direction, de telle sorte que les filets internes et externes complémentaires se mettent en prise au moment de la préparation de la connexion, et à l'intérieur de la connexion, d'un indicateur d'usure. Conformément à un ou plusieurs modes de réalisation de l'invention, l'indicateur d'usure peut être placé sur l'élément vis. L'indicateur d'usure peut être placé sur l'élément boîte. L'élément vis peut avoir un épaulement externe et l'indicateur d'usure peut être placé sur l'épaulement externe de l'élément vis. L'élément boîte peut avoir un épaulement externe et l'indicateur d'usure peut être placé sur l'épaulement externe de l'élément boîte. L'élément vis peut avoir un épaulement interne et l'indicateur d'usure peut être placé sur l'épaulement interne de l'élément vis. L'élément boîte peut avoir un épaulement interne et l'indicateur d'usure peut être placé sur l'épaulement interne de l'élément boite. L'élément vis peut avoir un épaulement externe, l'élément boîte peut avoir un épaulement externe et l'indicateur d'usure peut être placé sur au moins l'un des épaulements externes des éléments vis et boite. L'élément vis peut avoir un épaulement interne, l'élément boîte peut avoir un épaulement interne et l'indicateur d'usure peut être placé sur au moins l'un des épaulements internes des éléments vis et boîte. En général, d'un point de vue, une méthode permettant d'indiquer l'usure de la connexion inclut un élément vis ayant des filets externes dont la largeur augmente dans une direction, un élément boîte ayant des filets internes augmentant dans l'autre direction, de telle sorte que les filets internes et externes complémentaires se mettent en prise au moment de la préparation de la connexion. La méthode inclut également un indicateur d'usure de connexion et la mise en prise, de manière rotative, de l'élément vis et de l'élément boîte. Conformément à un ou plusieurs modes de réalisation de l'invention, la méthode peut prévoir de placer l'indicateur d'usure sur l'élément vis. La méthode peut prévoir de placer l'indicateur d'usure sur l'élément boite. L'élément vis peut avoir un épaulement externe et la méthode peut prévoir de placer l'indicateur d'usure sur l'épaulement externe de l'élément vis. L'élément boîte peut avoir un épaulement externe et la méthode peut prévoir de placer l'indicateur d'usure sur l'épaulement externe de l'élément boîte. L'élément vis peut avoir un épaulement interne et la méthode peut prévoir de placer l'indicateur d'usure sur l'épaulement interne de l'élément vis. L'élément boîte peut avoir un épaulement interne et la méthode peut prévoir de placer l'indicateur d'usure sur l'épaulement interne de l'élément boîte. L'élément vis peut avoir un épaulement externe, l'élément boîte peut avoir un épaulement externe et la méthode peut prévoir de placer l'indicateur d'usure sur au moins l'une des épaulements externes des éléments vis et boîte. L'élément vis peut avoir un épaulement interne, l'élément boite peut avoir un épaulement interne et la méthode peut prévoir de placer l'indicateur d'usure sur au moins l'une des épaulements internes des éléments vis et boîte. En général, d'un point de vue, une connexion de tuyau filetée dispose d'un élément vis ayant des filets externes dont la largeur augmente dans une direction, d'un élément boîte ayant des filets internes augmentant dans l'autre direction, de telle sorte que les filets internes et externes complémentaires se mettent en prise au moment de la préparation de la connexion, et d'un moyen permettant d'indiquer l'usure de la connexion. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description ci-après faite en référence aux dessins annexés. Brève description des dessins La Figure 1 est une vue de côté d'un connecteur conforme au précédent état de la technique préparé pour la première fois. La Figure 2 est une vue de côté d'un connecteur conforme au précédent état de la technique entièrement usé. La Figure 3 est une vue de côté d'un connecteur conforme à un mode de réalisation de la présente invention, préparé pour la première fois. La Figure 4 est une vue de côté d'un connecteur conforme à un mode de réalisation de la présente invention, l'indicateur d'usure étant en contact avec l'élément correspondant juste avant l'usure complète du connecteur. La Figure 5 est une vue de côté d'un connecteur conforme à un mode de réalisation de la présente invention, l'indicateur d'usure étant en contact avec l'élément correspondant juste avant l'usure complète du connecteur. Description détaillée En référence aux dessins dans lesquels les mêmes repères sont utilisés pour les mêmes pièces sur tous les dessins, les Figures 3 à 5 représentent une coupe transversale du filet à coins d'un élément vis et d'un élément boite conformes aux modes de réalisation de l'invention. Comme représenté aux Figures 3 à 5, l'ajout d'un indicateur d'usure permet d'obtenir une méthode concluante pour déterminer l'usure de la connexion. Comme représenté à la Figure 3, dans un mode de réalisation, une extension circonférentielle, l'indicateur d'usure 18, de l'épaulement externe 14 sur l'élément vis 10 est usinée directement sur la connexion avec une géométrie transversale qui produit une indication visuelle de l'usure à la fois sur l'élément vis 10 et sur l'élément boite 12 lorsque l'indicateur d'usure 18 entre en contact avec un épaulement correspondant, c'est-à-dire l'épaulement externe 16 sur l'élément boîte 12. L'indicateur d'usure 18 a une géométrie transversale qui produit une zone de support sans résistance au couple au niveau du plan le plus éloigné de l'épaulement externe 14 sur l'élément vis 10. Toutefois, alors que le plan de l'indicateur d'usure 18 s'approche de l'épaulement externe 14 sur l'élément vis 10, la zone de support de l'indicateur d'usure 18 augmente de manière exponentielle, augmentant ainsi la zone de contact avec une zone de boîte correspondante alors que l'épaulement externe 16 sur l'élément boîte 12 s'use dans l'indicateur d'usure 18. La connexion est entièrement opérationnelle jusqu'à ce que l'indicateur d'usure 18 se soit usé au même niveau que l'épaulement de la vis 14. Au début, dans un mode de réalisation de l'invention, du jeu, similaire à celui représenté à la Figure 1, existe entre les épaulements des éléments vis et boîte lorsque la connexion est préparée pour la première fois. Toutefois, comme représenté à la Figure 3, du jeu existe non seulement entre l'épaulement externe 14 de l'élément vis 10 et l'épaulement externe 16 de l'élément boîte 12 mais également entre l'indicateur d'usure 18 et l'épaulement externe 16 de l'élément boite 12 lorsque la connexion est préparée pour la première fois. La Figure 4 montre que le contact existe entre l'indicateur d'usure 18 et l'épaulement externe 16 de l'élément boite 12 avant le contact entre l'épaulement externe 14 de l'élément vis et l'épaulement externe 16 de l'élément boîte 12. En conséquence, le contact avec l'indicateur d'usure 18 survient avant que la connexion soit entièrement usée. Ceci provoque une indication visuelle de l'usure de la connexion. De même, étant donné que l'indicateur d'usure 18 est usiné pour avoir une zone de contact augmentant de manière exponentielle, les préparations supplémentaires après le contact initial de l'indicateur d'usure 18 amplifient l'indicateur visuel des connexions usées. De plus, étant donné que l'indicateur d'usure 18 est efficace sous une préparation serrée mécaniquement de la connexion, la distorsion de la forme des filets ne dégrade pas la performance de l'indicateur d'usure 18. Comme représenté à la Figure 5, dans un mode de réalisation, l'indicateur d'usure 18 est ajouté à l'épaulement externe 16 de l'élément boite 12. Comme précédemment décrit, du jeu existe entre le joint d'outil 18 et son épaulement complémentaire, c'est-à- dire, dans ce cas, l'épaulement externe 14 sur l'élément vis 10, lors de la préparation pour la première fois. Toutefois, comme pour le mode de réalisation représenté à la Figure 4, le contact survient entre l'indicateur d'usure 18 et l'épaulement externe 14 de l'élément vis 10 avant l'usure totale de la connexion. Le placement d'un indicateur d'usure 18 sur l'épaulement externe 16 de l'élément boîte 12 présente des avantages similaires à ceux décrits pour le précédent mode de réalisation. Il est également possible d'ajouter l'indicateur d'usure sur l'épaulement interne de l'élément vis ou sur l'épaulement interne de l'élément boîte. Les avantages étant similaires à ceux décrits ci-dessus. Principalement, la correspondance des épaulements internes des éléments vis et boite est parallèle à celle des épaulements externes. De plus, l'ajout d'un l'indicateur d'usure n'est pas limité en nombre. Plusieurs indicateurs d'usure peuvent être ajoutés à l'élément vis, à l'élément boite ou aux deux et peuvent être ajoutés sur les épaulements internes, les épaulements externes ou ailleurs. La géométrie de l'indicateur d'usure est également expliquée de manière exemplaire et les experts en la matière comprennent que d'autres géométries peuvent être utilisées pour obtenir des résultats similaires. Cette invention présente de nombreux avantages par rapport aux joints classiques. La fonction de l'indicateur d'usure dépend du serrage de puissance de la connexion. L'indicateur d'usure n'est pas influencé par une forme de filet endommagée ou distordue. Les indications d'usure sont facilement visibles à l'oeil nu sur les éléments vis et boîte. Etant donné la facilité de détection de l'usure et le fait que les indications initiales d'une usure extrême surviennent juste avant la fin de la vie utile de la connexion, les connexions usées peuvent être localisées sur le terrain avant une quelconque réduction de leur performance, sans exigences particulières du point de vue de la formation ou des compétences. La géométrie de l'indicateur d'usure ne produit aucune résistance au couple au moment du contact initial, toutefois, si les préparations surviennent après le contact initial, la zone de support de l'indicateur d'usure augmente de manière exponentielle, amplifiant ainsi l'évidence des connexions usées. Dans la mesure o d'autres modes de réalisation de la présente invention sont possibles sans pour autant sortir de la portée de ladite invention, il convient de noter que tous les sujets exposés ou représentés dans les dessins d'accompagnement doivent être interprétés comme des exemples et ne sont pas limitatifs. Etant donné que la présente invention a été décrite avec un nombre de modes de réalisation préférés limité, les experts en la matière apprécieront les nombreuses modifications et variations qui peuvent être apportées. Les revendications ci-jointes visent à couvrir toutes les modifications et variations prévisibles par les experts en la matière. REVENDICATIONS 1. Connexion de tuyau filetée comprenant: un élément vis (10) ayant des filets externes dont la largeur augmente dans une direction; un élément boîte (12) ayant des filets internes augmentant dans l'autre direction, de telle sorte que les filets internes et externes complémentaires se mettent en prise au moment de la préparation de la connexion; et un indicateur d'usure (18) pour la connexion. 2. Connexion de tuyau filetée conforme à la revendication 1, caractérisée en ce que l'indicateur d'usure (18) est placé sur l'élément vis (10). 3. Connexion de tuyau filetée conforme à la revendication 1, caractérisée en ce que l'indicateur d'usure (18) est placé sur l'élément boîte (12). 4. Connexion de tuyau filetée conforme à la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément vis (10) a un épaulement externe (14) et en ce que l'indicateur d'usure 18 est placé sur l'épaulement externe (14). 5. Connexion de tuyau filetée conforme à la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément boîte (12) a un épaulement externe (16) et en ce que il l'indicateur d'usure 18 est placé sur l'épaulement externe (16). 6. Connexion de tuyau filetée conforme à la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément vis (10) a un épaulement interne et en ce que l'indicateur d'usure (18) est placé sur l'épaulement interne. 7. Connexion de tuyau filetée conforme à la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément boite (12) a un épaulement interne et en ce que l'indicateur d'usure 18 est placé sur l'épaulement interne. 8. Connexion de tuyau filetée conforme à la revendication 1, caractérisée en ce que: l'élément vis (10) a un épaulement externe (14); l'élément boîte (12) a un épaulement externe (16); et l'indicateur d'usure (18) est placé sur l'épaulement externe (14) de l'élément vis (10) et sur l'épaulement externe (16) de l'élément boîte 12. 9. Connexion de tuyau filetée conforme à la revendication 1, caractérisée en ce que: l'élément vis (10) a un épaulement interne; l'élément boite (12) a un épaulement interne; et l'indicateur d'usure (18) est placé sur l'épaulement interne de l'élément vis (10) et sur l'épaulement interne de l'élément boîte (12). 10. Méthode permettant d'indiquer l'usure de la connexion prévoyant: un élément vis (10) ayant des filets externes dont la largeur augmente dans une direction; un élément boîte (12) ayant des filets internes augmentant dans l'autre direction, de telle sorte que les filets internes et externes complémentaires se mettent en prise au moment de la préparation de la connexion; un indicateur d'usure (18) pour la connexion; et la mise en prise, de manière rotative, de l'élément vis (10) et de l'élément boîte (12). 11. Méthode conforme à la revendication 10 prévoyant également: de placer l'indicateur d'usure (18) sur l'élément vis (10). 12. Méthode conforme à la revendication 10 prévoyant également: de placer l'indicateur d'usure (18) sur l'élément boite (12). 13. Méthode conforme à la revendication 10 caractérisée en ce que l'élément vis (10) a un épaulement externe (14), la méthode prévoyant également: de placer l'indicateur d'usure (18) sur l'épaulement externe (14) de l'élément vis (10). 14. Méthode conforme à la revendication 10 caractérisée en ce que l'élément boite (12) a un épaulement externe (16), la méthode prévoyant également: de placer l'indicateur d'usure (18) sur l'épaulement externe (16) de l'élément boîte (12). 15. Méthode conforme à la revendication 10 caractérisée en ce que l'élément vis (10) a un épaulement interne, la méthode prévoyant également: de placer l'indicateur d'usure (18) sur l'épaulement interne de l'élément vis (10). 16. Méthode conforme à la revendication 10 caractérisée en ce que l'élément boîte (12) a un épaulement interne, la méthode prévoyant également: de placer l'indicateur d'usure (18) sur l'épaulement interne de l'élément boîte (12). 17. Méthode conforme à la revendication 10 caractérisée en ce que l'élément vis (10) a un épaulement externe (14) et l'élément boîte (12) a un épaulement externe (16), la méthode prévoyant également: de placer l'indicateur d'usure (18) sur au moins l'un des épaulements externes de l'élément vis (10) et de l'élément boîte (12). 18. Méthode conforme à la revendication 10 caractérisée en ce que l'élément vis (10) a un épaulement interne et l'élément boîte (12) a un épaulement interne, la méthode prévoyant également: de placer l'indicateur d'usure (18) sur au moins l'un des épaulements internes de l'élément vis (10) et de l'élément boîte (12). 19. Connexion de tuyau filetée comprenant: un élément vis (10) ayant des filets externes augmentant dans une direction; un élément boîte (12) ayant des filets internes augmentant dans l'autre direction, de telle sorte que les filets internes et externes complémentaires se mettent en prise au moment de la préparation de la connexion; et un moyen permettant d'indiquer l'usure de la connexion.