Brevet FR2801939A1 — publié le 20010608

La présente invention concerne un ensemble comporte une tige de pompe et un raccord fileté utilise pour la commande des pompes rotatives, telles que celles qui sont utilisées pour l'extraction et/ou la production fluides très visqueux, et de fluides ayant une concentration élevée en matières solides et un pourcentage modéré de , tels que le pétrole, mais sans être limitée à cette application. La tige de pompe qui existe actuellement est constituée d'une tige ayant un corps plein, raison pour laquelle on l'appelle "tige pleine de pompe" forgée à deux extrémites. Ces extrémités forgées ou têtes ont un diamètre nettement supérieur à celui du corps de la tige rapport des diametres de la tête et du corps est supérieur ou égal à 118). extrémités sont filetées à leur surface extérieure et constituent ce qu'on appelle des bouts mâles extré- mités mâles. Le raccord de deux tiges est réalisé à l'aide d'un troisième organe ou accouplement dont la surface interne est taraudée aux deux extrémités, et on l'appelle raccord femelle. Ces extrémités raccordent les organes filetés respectifs si bien que les organes sont raccordés grâce aux surfaces filetées et taraudées. Ce type de raccord actuellement utilisé est décrit dans la norme API 11H. Ce type de tige pleine de pompe a été réalisé à l'ori- gine pour la mise en oeuvre du procédé traditionnel de pompage alternatif plutôt que pour les systèmes rotatifs de pompage dans lesquels il faut un moment de plus grande inertie polaire, à cause du type de contrainte appliquée. En conséquence, en présence d'une sollicitation de ce type de tige pleine par une contrainte de torsion lors de l'application d'un couple ou d'un moment de rotation, en combinaison ou non avec une contrainte de traction et/ou de flexion, le couple qui peut être transmis est limité. Une cause de rupture de ce type de tige classique est une rupture due à la fatigue dans la zone de jonction de la tête de la tige et de son corps, à cause de la différence de rigidité mécanique entre les deux parties, le corps de la tige et la tête de la tige. La présente invention a pour objet la réalisation d'un ensemble d'une tige de pompe et d'un raccord fileté, destiné la commande des pompes de type rotatif, capable de trans- mettre un couple supérieur à celui que peuvent transmettre les tiges pleines de pompe décrites dans la norme API 11B. En outre, l'invention a pour objet un raccord fileté pour tige creuse, différent de celui de la norme API 11B destiné aux tiges classiques, et qui peut être facilement assemblé. L'invention concerne aussi la réalisation d'un ensemble d'un raccord de tige de pompe ayant peu tendance séparer les raccords qui relient les tiges chaque fois que se produit le phénomène de rotation en sens inverse des tiges. Ce phénomène se produit en fin d'utilisation et est dû à un accident ou est provoqué intentionnellement par l'activation de l'équipement de la pompe. A cause de l'énergie emma- gasinée dans la colonne des tiges en cours de fonction- nement, lors de la désactivation du fonctionnement de la pompe, la colonne tourne en sens inverse du sens dans lequel elle tournait avant la désactivation. La rotation de la colonne est inversement proportionnelle au diamètre de la tige et est proportionnelle au couple appliqué et à la longueur de la tige. L'invention a aussi pour objet la mise à disposition d'un ensemble d'une tige et d'un raccord qui permet le passage d'outils (capteurs pour la gestion du puits) et/ou qui permet la circulation interne de fluides (injection de solvants et/ou d'inhibiteurs de corrosion). L'invention concerne une tige de forme tubulaire ayant un corps creux, qui est taraudé à ses deux extrémités et qui est appelé "organe femelle". Elle comprend un embout ou organe ayant deux extrémités filetées, chaque extrémité étant filetée, étant appelée "organe mâle" et se raccordant à une extrémité femelle de la tige. L'accouplement entre les extrémités mâle et femelle est réalisé à l'aide des surfaces filetée et taraudée correspondantes. Le raccord fileté et le corps de la tige sont raccordés sans discontinuité de diamètre, alors que le rapport du diamètre du raccord au diamètre de la tige peut varier entre une valeur comprise entre 1, c'est-à-dire sans discontinuité des diamètres, et une valeur maximale de 1,5. Le fait que la valeur moyenne du diamètre extérieur sur toute la longueur de la colonne est supérieur celui qui est obtenu avec une tige possédant un raccord classique indique que, pour une même longueur de colonne et un même diamètre externe limité, la résistance la rotation en sens inverse est plus grande dans l'ensemble selon l'invention que dans la technique antérieure. Les surfaces filetées ont un profil de filet qui assure un coincement diamétral sur la longueur du filet. Simulta- nément, les surfaces filetées et taraudées ont une forme tronconique qui facilite le montage. Les dimensions de l'embout sont déterminées par l'obtention d'une distribution homogène des tensions sur toute la longueur de la partie filetée et dans le corps l'accouplement. I1 est ainsi possible d'obtenir un rapport de diamètre des extrémités filetées de l'embout et de son diamètre interne et un rapport du diamètre externe de l'embout et de son diamètre interne, qui sont caracté- ristiques du raccord, et un rapport supplémentaire entre le diamètre externe de l'embout et le diamètre des extrémités filetées de celui-ci. Un congé des filets est défini de manière que la hauteur du congé sur l'embout soit supérieure ou égale à la hauteur du congé des extrémités taraudées. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'exemples de réalisation, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels les figures 1A et 1B représentent la configuration de la tige classique, correspondant à la norme précitée API 11B ; les figures 2A, 2B et 2C représentent des configura- tions de l'ensemble de la tige creuse et du raccord selon l'invention ; et les figures 3A et 3B représentent deux autres confi- gurations possibles de l'ensemble formé par le raccord et la tige creuse, selon l'invention. La figure 1A représente une extrémité de tige pleine ou mâle ayant une extrémité filetée classique à filetage de type cylindrique. On peut observer une discontinuité entre la tête de la tige et le corps de celle-ci, entre les diamètres Dc et Dv respectivement. figure 1B est un schéma de l'ensemble du raccord vissé classique d'une tige pleine de pompage selon la norme API dans sa configuration assemblée. figure 2A représente l'extrémité femelle de la tige creuse selon l'invention. I1 est aussi possible de noter la surface taraudée de forme tronconique à l'intérieur de la tige dont la diamètre interne diminue. La figure 2B représente un embout du raccord de tiges selon l'invention. Le filetage de forme tronconique et la présence d'un épaulement d'application de couple peuvent être observés aux extrémités des surfaces filetées. I1 est possible d'observer la variation de l'embout et la présence d'un chanfrein désigné par la référence A, indiqué en trait interrompu. La figure 2C est un schéma de l'ensemble raccord et de la tige creuse de pompe en configuration assemblée. La figure 3A représente un schéma d' variante de l'ensemble de la tige creuse de pompe et du raccord fileté à l'état assemblé, le rapport du diamètre Devu du raccord au diamètre Dev du corps de la tige étant limité (1 1,5). La figure 3B représente une configuration possible selon l'invention dans laquelle l'extrémité femelle est usinée à l'une des extrémités de la tige alors que l'extré- mité opposée est usinée à l'extrémité mâle, cette confi- guration étant connue sous le nom de "solidaire". La figure 2C représente les éléments qui caractérisent le raccord et la tige creuse formant l'ensemble selon l'invention, dans la configuration assemblée correspondante. peut noter que les deux extrémités taraudées à l'intérieur de la tige 3.a et 3.b sont raccordées à des extrémités mâles correspondantes 1.a et 1.b et des épau- lements d'application de couple 2.a et 2.b font partie de l'embout 2. Le raccord entre les extrémités correspondantes mâle et femelle est réalisé grâce à la surface de forme tronconique 5.a, 5.b. Le fait que la forme est tronconique facilite le montage de l'embouchure et l'assemblage des surfaces. plans de contact des tiges différentes placées aux extrémités libres 4.a et 4.b sont en appui, en position assemblée, contre des épaulements correspondants d'appli- cation de couple de l'embout 2.a et 2.b. Ces plans de contact forment un angle "B" sur la figure 2A avec l'axe de la tige, cet angle étant compris entre 75 et 90 . La figure 2B représente l'embout et, plus précisément, le diamètre externe Den, le diamètre interne Din et le diamètre initial de l'épaulement d'application de couple Dht. L'embout reste caractérisé par rapports de diamètres du tableau suivant Rapport des diamètres Plage Min. Dht/Den 0,60 0,98 Din/Den 0,15 0,90 Din/Dht 0,25 0,92 Le trait interrompu représente une variante d'embout ayant un chanfrein à la périphérie interne, comme indiqué par la référence A. La figure 2A représente la tige creuse dans la zone de raccordement, ayant un diamètre externe Devu, et le diamètre interne de la tige à l'extrémité libre correspond à l'extré- mité du taraudage Difr. Cette figure représente aussi le diamètre externe de la tige Dev tel que Devu = Dev. Le rapport du diamètre externe du raccord (Devu) au diamètre externe de la tige (Dev) est compris dans la plage suivante 1 s Devu/Dev s 1,5 I1 est alors possible de noter que, pour un diamètre maximal fixe, le moment polaire moyen de la colonne tiges creuses, comprenant des raccords et des tiges, est supérieur à celui qui est obtenu avec une tige pleine de pompe même diamètre tête. Pour cette raison, le couple ou le moment de rotation transmis est plus grand avec la colonne tiges creuses avec la colonne de tiges pleines. Ceci constitue aussi un facteur qui détermine la résistance au phénomène de rotation sens inverse de la colonne. En outre, le rapport du diamètre au début de l'épau- lement d'application de couple de l'embout Dht et du diamètre interne de la tige à l'extrémité de la partie taraudée Difr est le suivant 1 s Difr/Dht s 1,1 Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux ensembles qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemple non limitatif sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Ensemble comprenant un raccord et tige, destiné à etre utilisé pour l'extraction de fluides par activation de pompes rotatives, caractérisé ce que la tige ( .a, 3.b) est creuse et le raccord un raccord fileté, l'ensemble comprend une surface taraudée est placée à l'extrémité libre de tige (3. a, 3. b) l'autre extrémité de la tige (3.a, 3.b) ayant une surface taraudée analogue, et un embout ou corps fileté (2) ayant des extrémités filetées qui sont séparées une zone centrale de plus grand diamètre formant des épaulements (2.a, 2.b) d'application de couple qui sont placés à l'extrémité de la zone filetée la plus éloignée de l'extrémité libre la plus externe de l'embout, et en ce que, dans l'embout, le diamètre externe (Den), le diamètre interne (Din) et le diamètre initial l'épaulement d'application de couple (Dht) correspondent aux rapports suivants Rapport des diamètres Plage Min. Max. Dht/Den 0,60 0,98 Din/Den 0,15 0,90 Din/Dht 0,25 0,92 chaque extrémité filetée étant raccordée à une extrémité taraudée d'une tige correspondante par les surfaces respectives et étant au contact du plan de l'extrémité de la tige (3.a, 3.b) par l'épaulement d'application de couple de l'embout, le plan contact de l'extrémité libre de la tige (3.a, 3.b) formant un angle de 75 à 90 avec l'axe longitudinal tige, le rapport du diamètre externe du raccord (Devu) au diamètre externe de la tige (Dev) étant imite à la plage suivante 1