Brevet FR2938055A1 — publié le 20100507

PROCEDE ET CALIBRE DE CONTROLE D'UN FILETAGE AUTOBLOQUANT DE JOINT TUBULAIRE UTILISE DANS L'INDUSTRIE DU PETROLE [0001] La présente invention a pour objet un procédé et un calibre de contrôle d'un filetage autobloquant réalisé au voisinage d'une des extrémités d'un composant tubulaire utilisé dans l'exploration ou l'exploitation des puits d'hydrocarbure. [0002] De manière connue, il est classique d'assembler des tubes par vissage, lesdits tubes étant destinés à constituer une colonne de casing ou bien de tubing dans le cadre de l'exploitation d'un puits d'hydrocarbures. Généralement ces tubes comportent une extrémité dotée d'une zone filetée mâle et une extrémité dotée d'une zone filetée femelle destinées chacune à être assemblée par vissage avec l'extrémité correspondante d'un autre composant, l'assemblage définissant une connexion. La colonne ainsi constituée peut être mise en rotation lorsque le forage du puits a été effectué de manière horizontale, et ce afin de permettre la progression de ladite colonne vers le fond du puits ou bien de manière horizontale lorsqu'il s'agit d'un forage horizontal. De ce fait, les composants doivent être vissés entre eux avec un couple important pour pouvoir d'une part transmettre un couple de rotation suffisant pour permettre la progression de la colonne dans le puits et d'autre part ne pas se dévisser. Sur des produits classiques, le couple de vissage est généralement atteint grâce à la coopération en serrage de surfaces de butée ménagées sur chacun des composants destinés à être vissés. Toutefois, compte tenu du fait que l'étendue des surfaces de butées est une fraction de l'épaisseur des tubes, on atteint rapidement le seuil critique de plastification des surfaces de butées, lorsqu'un couple de serrage trop élevé est appliqué. [0003] De ce fait, des développements dédiés par exemple à des connexions telles que celles commercialisées par la demanderesse sous le nom VAM � HTF ont été réalisés en particulier sur les filetages, afin de pouvoir décharger les surfaces de butée d'au moins une partie voire la totalité des efforts qu'elles n'étaient en mesure d'encaisser. L'objectif a été atteint en utilisant des filetages autobloquants tels que décrits dans le document FR2855587. Dans les filetages autobloquants de ce type de connexions, les filets de l'extrémité mâle et les filets de l'extrémité femelle sont à pas constant mais à largeurs de filets variables. Plus précisément, les largeurs des sommets de filets sont progressivement croissantes pour les filets de l'extrémité mâle, respectivement femelle, lorsqu'on s'éloigne de l'extrémité mâle, respectivement femelle. Ainsi, au cours du vissage les filets mâles et femelles finissent par se bloquer les uns dans les autres dans une position correspondant au point de blocage. Plus précisément, le blocage s'effectue pour les filetages autobloquants lorsque les flancs des filets mâles se bloquent contre les flancs des filets femelles correspondants. [0004] De ce fait, le couple de vissage est encaissé par l'ensemble des surfaces de contacts entre les flancs, soit une surface totale très nettement supérieure à celle constituée par les surfaces de butée de l'art antérieur. [0005] Toutefois, compte tenu de la variation des cotes relatives aux largeurs de filets, les connexions à filetages autobloquants sont très complexes à usiner. Ainsi, la moindre variation hors tolérance d'usinage décale le point de blocage des filets. C'est pourquoi, les connexions à filetages autobloquants sont difficilement compatibles avec l'emploi de surfaces de butée, dans la mesure où les incertitudes relatives au point de blocage des filets rend aléatoire leur mise en contact. Cette incompatibilité n'est toutefois pas problématique dans la mesure où l'ensemble des surfaces de contacts entre les flancs permet de se passer des surfaces de butées. [0006] Si l'incompatibilité des filetages autobloquants avec l'emploi de surfaces de butées n'est pas problématique, il n'en va pas de même avec pour les surfaces d'étanchéité. Il est en effet connu qu'il est nécessaire de garantir l'étanchéité au niveau de la connexion entre deux composants, le niveau d'étanchéité devant être élevé dans la mesure où la colonne véhicule des gaz sous pression. Pour ce faire, il est connu de ménager sur l'extrémité mâle de la connexion, au-delà de la zone filetée, une surface d'étanchéité destinée à coopérer en serrage avec une surface d'étanchéité ménagée sur l'extrémité femelle de la connexion. Plus précisément, la coopération en serrage entre les deux surfaces s'effectue par le montage en force de la surface d'étanchéité de l'extrémité mâle sous la surface d'étanchéité de l'extrémité femelle, et ce, lors de l'assemblage de la connexion par vissage. Sachant que l'étanchéité résulte d'un positionnement très précis des surfaces d'étanchéité en présence, il apparaît que le point de blocage de la connexion usinée doit correspondre au point de blocage référencé sur les plans de fabrication. [0007] De ce fait il est nécessaire de pouvoir contrôler la conformité des filetages autobloquants ; et c'est ce que se propose de faire l'invention. [0008] Plus précisément, l'invention a pour objet un calibre de contrôle d'un filetage autobloquant réalisé au voisinage d'une des extrémités d'un composant tubulaire pour l'exploration ou l'exploitation des puits d'hydrocarbures, ledit filetage présentant des largeurs de fond de filet décroissantes jusqu'à une valeur minimale depuis la surface distale du composant tubulaire, caractérisé en ce que le calibre comprend une base portant au moins un premier filet apte à être déplacé dans le filetage autobloquant jusqu'à une position de blocage B. [0009] Selon certaines caractéristiques selon lesquelles ledit calibre est destiné à contrôler le filetage d'une extrémité mâle, la hauteur du premier filet du calibre est supérieure à la hauteur des filets du filetage. [0010] Selon d'autres caractéristiques selon lesquelles ledit calibre est destiné à contrôler le filetage d'une extrémité femelle, la hauteur du premier filet du calibre est inférieure à la hauteur des filets du filetage. [0011] Selon d'autres caractéristiques, le calibre de contrôle comporte au moins un second filet apte à guider le calibre dans le filetage autobloquant. [0012] Selon d'autres caractéristiques, les premier et second filets sont de même largeur. [0013] Selon d'autres caractéristiques, le(s) filet(s) admet(tent) un rayon de courbure sensiblement égal à celui du filetage de manière à épouser la forme du filetage. [0014] Selon d'autres caractéristiques, le(s) filet(s) admet(tent) une génératrice de conicité sensiblement égale à celle du composant tubulaire. [0015] Selon d'autres caractéristiques, le(s) filet(s) admet(tent) une longueur circonférentielle I comprise entre 3 et 79 % du diamètre extérieur du composant tubulaire. [0016] Selon d'autres caractéristiques, la surface du (des) filet(s) est traitée de manière à obtenir une dureté supérieure à 35 HRC. [0017] Selon d'autres caractéristiques, la surface du (des) filet(s) est traitée de manière à obtenir une rugosité Ra inférieure ou égale à 0.8 �m. [0018] L'invention a également pour objet un procédé de contrôle de la conformité d'un filetage autobloquant réalisé au voisinage d'une des extrémités d'un composant tubulaire utilisé dans l'exploration ou l'exploitation des puits d'hydrocarbure, ledit filetage présentant des largeurs de fond de filet décroissantes jusqu'à une valeur minimale depuis la surface distale du composant tubulaire, caractérisé en ce que : on engage un calibre de contrôle conforme à l'une quelconques des revendications précédentes dans un des filets proches de la surface distale du composant tubulaire, on déplace le calibre de manière à s'éloigner de la surface distale du composant tubulaire jusqu'à ce que le calibre soit bloqué dans une position de blocage, - on repère la position de blocage, on compare la position de blocage précédemment repérée à une position de blocage de référence. [0019] Selon certaines caractéristiques, le repérage de la position de blocage du calibre consiste à mesurer la distance entre la surface distale du composant tubulaire et le flanc porteur du premier filet du calibre. [0020] Selon d'autres caractéristiques, on choisit la largeur du premier filet du calibre de contrôle en fonction d'une position de blocage de référence déterminée arbitrairement sur le filetage. [0021] Selon d'autres caractéristiques, qu'on détermine la position de blocage de référence sur le filetage en fonction de la largeur du premier filet fixée arbitrairement. [0022] D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description détaillée ci-après à titre d'exemples nullement limitatifs et dans les dessins annexés, qui pourront donc non seulement servir à mieux faire comprendre l'invention mais aussi contribuer à sa définition le cas échéant. [0023] La figure 1 représente une vue en coupe d'une connexion comportant un filetage autobloquant. [0024] La figure 2 représente un détail d'une vue en coupe de filets autobloquants d'une connexion. [0025] Les figures 3 et 4 représentent respectivement une vue en coupe et une vue de dessus d'un mode de mise en oeuvre de l'invention. [0026] Le figure 5 représente une vue détaillée de la mise en oeuvre de l'invention 10 mentionnée précédemment. [0027] La figure 6 représente une vue en perspective d'un mode de réalisation conforme l'invention. [0028] Sur la figure 1, on a représenté une connexion entre deux composants sensiblement tubulaires destinés à être raccordés entre eux au moyen de filetages 15 autobloquants et destinés à être intégrés dans une colonne d'exploitation de puits d'hydrocarbures. La connexion est classiquement composée d'un composant doté d'une extrémité mâle 1 et d'un composant doté d'une extrémité femelle 2, l'extrémité mâle 1 étant apte à être raccordée à l'extrémité femelle 2. Dans ce type de connexion, l'extrémité 1 comporte une première et une seconde surface 20 d'étanchéité aptes respectivement à coopérer en serrage avec une première et une seconde surface d'étanchéité correspondante de l'extrémité femelle 2, de manière à former une première 5 et une seconde 6 zones d'étanchéité. L'extrémité 1 comporte également une zone filetée mâle 3 apte à être vissée dans une zone filetée 4 correspondante de l'extrémité femelle 2, les zones filetées étant ménagées entre les 25 deux portées d'étanchéité 5 et 6. Les extrémités 1 et 2 s'achèvent chacune respectivement par une surface distale 7 et 8. [0029] Tel que représenté sur la figure 2, on a détaillé les zones filetées 3 et 4, lesdites zones filetées réalisant un filetage autobloquant. On entend par filetages autobloquants, les filetages comportant les caractéristiques détaillées ci-après. Les 30 filets mâles 32, tout comme les filets femelles 42, admettent un pas constant alors que leur largeur décroît dans la direction de leur surface distale respective 7, 8, de sorte qu'au cours du vissage les filets mâles 32 et femelles 42 finissent par se bloquer les uns dans les autres dans une position déterminée. Plus précisément, le pas entre les flancs porteurs 40 du filetage femelle 4 est constant tout comme le pas entre les flancs d'engagement 41 du filetage femelle, avec comme particularité que le pas entre les flancs porteurs 40 est supérieur au pas entre les flancs d'engagement 41. De même, le pas entre les flancs d'engagement 31 du filetage mâle 3 est constant tout comme le pas entre les flancs porteurs 30 du filetage mâle, avec comme particularité que le pas entre les flancs d'engagement 31 est inférieur au pas entre les flancs porteurs 30. On notera que le contact s'effectue principalement entre les flancs porteurs mâles 30 et femelles 40, tout comme les flancs d'engagement mâles 31 et femelles 41. En revanche on ménage généralement un jeu entre les sommets de filets mâles et les fonds de filets femelles, tout comme on ménage un jeu entre les fonds de filets mâles et les sommets de filets femelles, de manière à faciliter la progression lors du vissage et éviter tout risque de grippage. [0030] Avantageusement et de manière classique, les filets mâles et femelles admettent un profil en queue d'aronde de manière à ce qu'ils soient solidement emboîtés l'un dans l'autre après vissage. Cette garantie supplémentaire permet de s'affranchir des risques dits de � jumping out �, qui correspondent à une désolidarisation des filets mâles et femelles lorsque la connexion est soumise à d'importants efforts de flexion ou de traction. Avantageusement et de manière classique, les extrémités 1 et 2 admettent un profil conique suivant une génératrice de conicité 100 de manière à faciliter le vissage de l'élément mâle dans l'élément femelle. [0031] Avantageusement, les filetages 3 et 4 sont orientés suivant une génératrice de conicité 100 de manière à faciliter la progression du vissage. Généralement cette génératrice de conicité forme un angle avec l'axe 10 compris dans une plage de valeur allant de 1.5 degré à 5 degrés. La génératrice de conicité est dans le cas présent définie comme passant par le milieu des flancs porteurs. [0032] Conformément à un mode de réalisation de l'invention et tel que représenté sur les figures 3 et 4, on a représenté un calibre 9 apte à contrôler un filetage mâle autobloquant 3 réalisé au voisinage d'une des extrémités d'un composant tubulaire 1 utilisé dans l'exploration ou l'exploitation des puits d'hydrocarbure, ledit filetage présentant un pas LFPp de largeur constante entre les flancs porteurs, tout comme un pas SFPp de largeur constante entre les flancs d'engagement, ainsi que des largeurs de fond de filet croissantes depuis une valeur WIDTHmin jusqu'à une valeur WIDTHmax en direction de la surface distale 7 du composant tubulaire. [0033] Tel que représenté sur la figure 3, le calibre 9 comprend une base 90 portant un premier filet 91 apte à être déplacé dans le filetage autobloquant 3 jusqu'à une position de blocage B. [0034] L'expression � apte à être déplacé dans le filetage autobloquant 3 jusqu'à une position de blocage B � comprend notamment le fait que la largeur de sommet WIDTHc du premier filet 91 doit être supérieure à la valeur minimale WIDTHmin des largeurs de fond de filet du filetage 3, de manière à ce qu'une position de blocage B soit atteinte. Bien sûr, la largeur de sommet WIDTHc du premier filet 91 doit aussi être inférieure à la valeur WIDTHmax des largeurs de fond de filet du filetage 3 afin que le calibre 9 puisse être engagé dans le filetage 3 du côté de la surface distale 7. [0035] L'expression � apte à être déplacé dans le filetage autobloquant 3 jusqu'à une position de blocage B � comprend aussi le fait que le premier filet 91 doit admettre également une forme complémentaire de celle du filetage 3. Ainsi, dans le cas où le filetage 3 admet un profil en queue d'aronde, le premier filet 91 doit aussi admettre un profil complémentaire en queue d'aronde. De manière plus générale, les angles que forment les flancs, les sommets et les fonds du premier filet doivent être identiques à ceux du filetage contrôlé. [0036] L'expression � apte à être déplacé dans le filetage autobloquant 3 jusqu'à une position de blocage B � comprend aussi le fait que le filet 91 admet un rayon de courbure supérieur à celui du filetage 3 lorsqu'il s'agit d'un composant mâle, et inférieur à celui du filetage 4 lorsqu'il s'agit d'un composant femelle. [0037] Avantageusement, le filet 91 admet un rayon de courbure sensiblement égal à celui du filetage de manière à épouser au mieux la forme du filetage lors de la progression du calibre le long du composant tubulaire. [0038] Avantageusement, la hauteur hc du premier filet 91 du calibre 9 est supérieure à la hauteur hp des filets du filetage 3, définissant ainsi un jeu e, de sorte que le sommet du filet 91 est toujours en contact avec le fond du filetage 3. De ce fait, le filet 91 contrôle la largeur du filetage 3 en fond de filet. [0039] En revanche, dans le cas où le filetage à contrôler est un filetage femelle 4, il est avantageux que la hauteur du premier filet 91 du calibre 9 soit inférieure à la hauteur des filets du filetage 4, de sorte que le fond du filet 91 soit toujours en contact avec le filetage 4. De ce fait, le filet 91 contrôle la largeur du filetage 4 en sommet de filet. [0040] Avantageusement et tel que représenté sur les figures 5 et 6, le calibre 9 comporte en outre un second et troisième filets 92 aptes à guider le calibre lors de la progression du calibre 9 le long du filetage mâle autobloquant 3. Ceci évite également que le calibre ne pivote lorsqu'il est en position de blocage, rendant alors les mesures imprécises. Bien évidemment, les second et troisième filets 92 succèdent au premier filet 91 de sorte qu'ils se situent, lorsque le calibre 9 est monté sur le composant tubulaire à contrôler, entre le premier filet 91 et la surface distale 7 du composant tubulaire. [0041] Avantageusement, les premier 91, second et troisième 92, filets correspondent à un filetage à pas constant et à largeur de filet constante, de manière d'une part à faciliter l'usinage du calibre 9 et de manière à ce que seul le premier filet 91, et non les second et troisième, puisse être bloqué dans le filetage 3. En d'autres termes, on ménage un jeu axial entre le flanc porteur LFc des filets 92 et le flanc porteur LFp du filet correspondant du filetage mâle 3, tout comme on ménage un jeu entre le flanc d'engagement SFc des filets 92 et le flanc d'engagement SFp du filet correspondant du filetage mâle 3, et ceci, afin de s'assurer que le blocage a lieu au moyen du filet 91. En d'autres termes, les caractéristiques du filetage réalisé sur le calibre 9 s'expriment comme suit : SFPp REVENDICATIONS1. Calibre de contrôle (9) d'un filetage (3 ; 4) autobloquant réalisé au voisinage d'une des extrémités (1 ; 2) d'un composant tubulaire pour l'exploration ou l'exploitation des puits d'hydrocarbures, ledit filetage présentant des largeurs de fond de filet décroissantes jusqu'à une valeur minimale WIDTHmin depuis la surface distale (7 ; 8) de l'extrémité (1 ; 2) du composant tubulaire, caractérisé en ce que le calibre (9) comprend une base (90) portant au moins un premier filet (91) apte à être déplacé dans le filetage autobloquant (3 ; 4) jusqu'à une position de blocage B. 2. Calibre de contrôle (9) selon la revendication 1, ledit calibre étant destiné à contrôler le filetage (3) d'une extrémité mâle (1), caractérisé en ce que la hauteur (hc) du premier filet (91) du calibre est supérieure à la hauteur (hp) des filets du filetage (3). 3. Calibre de contrôle (9) selon la revendication 1, ledit calibre étant destiné à contrôler le filetage (4) d'une extrémité femelle (2), caractérisé en ce que la hauteur du premier filet (91) du calibre est inférieure à la hauteur des filets du filetage (4). 4. Calibre de contrôle (9) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un second filet (92) apte à guider le calibre (9) dans le filetage autobloquant (3 ; 4). 5. Calibre de contrôle (9) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les premier (91) et second (92) filets sont de même largeur WIDTHc. 6. Calibre de contrôle selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le(s) premier (et second) filet(s) (91 ; 92) admet(tent) un rayon de courbure sensiblement égal à celui du filetage (3 ; 4) de manière à épouser la forme du filetage (3 ; 4). 7. Calibre de contrôle selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le(s) premier (et second) filet(s) (91 ; 92) admet(tent)une génératrice de conicité sensiblement égale à celle du composant tubulaire (1 ; 2). 8. Calibre de contrôle selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le(s) premier (et second) filet(s) (91 ; 92) admet(tent) une longueur circonférentielle I comprise entre 3 et 79% du diamètre extérieur OD du composant tubulaire (1 ; 2). 9. Calibre de contrôle selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la surface du (des) premier (et second) filet(s) (91 ; 92) est traitée de manière à obtenir une dureté supérieure à 35 HRC. 10. Calibre de contrôle selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la surface du (des) premier (et second) filet(s) (91 ; 92) est traitée de manière à obtenir une rugosité Ra inférieure ou égale à 0.8 �m. 11. Procédé de contrôle de la conformité d'un filetage autobloquant réalisé au voisinage d'une des extrémités (3 ; 4) d'un composant tubulaire (1 ; 2) utilisé dans l'exploration ou l'exploitation des puits d'hydrocarbure, ledit filetage présentant des largeurs de fond de filet décroissantes jusqu'à une valeur minimale WIDTHmin depuis la surface distale (7 ; 8) du composant tubulaire (1 ; 2), caractérisé en ce que : - on engage un calibre de contrôle conforme à l'une quelconques des revendications précédentes dans un des filets proches de la surface distale (7 ; 8) du composant tubulaire, on déplace le calibre (9) de manière à s'éloigner de la surface distale (7 ; 8) du composant tubulaire (1 ; 2) jusqu'à ce que le calibre soit bloqué dans une position de blocage (B), on repère la position de blocage (B), on compare la position de blocage précédemment repérée à une position de blocage de référence. 12. Procédé de contrôle selon la revendication 11, caractérisé en ce que le repérage de la position de blocage du calibre consiste à mesurer la distanceentre la surface distale (7 ; 8) du composant tubulaire (1 ; 2) et le flanc porteur (LFc) du premier filet (91) du calibre (9). 13. Procédé de contrôle selon l'une quelconque des revendications 11 ou 12, caractérisé en ce qu'on choisit la largeur WIDTHc du premier filet (91) du calibre de contrôle (9) en fonction d'une position de blocage (B) de référence déterminée arbitrairement sur le filetage (3 ; 4). 14. Procédé de contrôle selon l'une quelconque des revendications 11 ou 12, caractérisé en ce qu'on détermine la position de blocage (B) de référence sur le filetage (3 ; 4) en fonction de la largeur WIDTHc du premier filet (91) fixée arbitrairement.