Brevet FR2963965A1 — publié le 20120224

VMOGF93.FRD 2963965 1 PROCEDE ET DISPOSITIF DE CONTROLE D'UN FILETAGE DE JOINT TUBULAIRE UTILISE DANS L'INDUSTRIE DU PETROLE [0001] La présente invention concerne un dispositif de contrôle de la largeur des creux d'un filetage réalisé au voisinage d'une des extrémités d'un composant tubulaire utilisé dans l'exploration ou l'exploitation des puits d'hydrocarbures. L'invention concerne également un procédé de contrôle d'un tel filetage. [0002] On peut contrôler la conformité des filetages des composants tubulaires utilisés dans l'exploration ou l'exploitation des puits d'hydrocarbures. En effet, compte tenu des contraintes exercées pendant le service (que ce soit lors des opérations de forage ou bien pendant l'exploitation), il est souhaitable que les zones filetées soient usinées conformément aux plans et que les tolérances soient respectées. [0003] Plusieurs dispositifs de contrôle sont connus. [0004] Le document EP1837620 décrit par exemple un calibre de forme annulaire permettant de contrôler à un endroit précis la géométrie de filetages à départs multiples (appelé aussi multistart) coniques comportant des dents ou filets à profil en V ou à profil en V tronqué. On bloque le calibre en le vissant dans le filetage conique jusqu'à ce que le diamètre du calibre annulaire devienne inférieur à celui du filetage. Ce type de dispositif ne donne des informations que sur une partie très restreinte de la zone filetée. [0005] Le document US1792936 décrit un calibre comportant une portion annulaire et un bras pour « simuler » une opération de vissage sur un filetage à pas constant. L'opération de contrôle est très consommatrice de temps car peu aisée à mettre en oeuvre. II faut en effet mettre en place le bras et le calibre sur le filetage et procéder à la simulation de vissage. [0006] Le document FR954265 décrit un calibre plan comportant plusieurs filets de profil en V et s'étendant chacun suivant une direction longitudinale, l'ensemble des directions longitudinales étant concourantes de sorte que leur largeur est variable suivant ces directions. Ce dispositif ne permet pas d'obtenir de valeurs précises quant à la largeur des fonds et des sommets des filets. [0007] Le document FR2938055 décrit un calibre comportant au moins deux filets permettant de contrôler des filetages autobloquant. Le principe consiste à vérifier la position de blocage du calibre, qui permet de valider que la zone filetée admet les bonnes dimensions au niveau de cette position. Ce calibre n'a d'intérêt toutefois que pour les filetages de type autobloquants. [0008] De manière générale, les dispositifs connus ne sont pas polyvalents en termes d'utilisation. Ces calibres ne peuvent être utilisés que pour contrôler qu'un seul type de filetage particulier à un endroit particulier. La mesure obtenue n'est pas toujours très précise. [0009] La Demanderesse a souhaité développer un dispositif de contrôle permettant d'obtenir des mesures plus précises, plus justes, et pouvant être utilisé pour une grande variété de profils de filetages. [0010] Plus précisément, l'invention vise un dispositif de contrôle de la largeur des creux d'un filetage de composant tubulaire pour l'exploration ou l'exploitation des puits d'hydrocarbures comprenant deux bras dotés chacun d'une première et d'une seconde extrémité, les premières extrémités étant reliées entre elles au moyen d'une portion déformable permettant un débattement angulaire entre les secondes extrémités, les secondes extrémités portant chacune un élément de contact et le dispositif de contrôle comportant en outre des moyens pour déterminer le débattement angulaire. [0011] Des caractéristiques optionnelles, complémentaires ou de substitution, sont énoncées ci-après. [0012] L'un des bras peut comprendre en outre un capteur destiné à établir la position relative des bras l'un par rapport à l'autre. [0013] Les éléments de contact peuvent être montés de manière amovible sur les extrémités mobiles. [0014] Les extrémités mobiles peuvent comprendre chacune une plaquette emboîtable et amovible qui porte les éléments de contact. [0015] Les éléments de contact peuvent admettre chacun une forme sensiblement sphérique. [0016] Les éléments de contact peuvent admettre chacun une forme sensiblement cylindrique. [0017] Les axes des éléments de contact cylindriques peuvent être parallèles. [0018] Les éléments de contact cylindriques peuvent être sensiblement alignés. [0019] Les faces opposées aux faces des éléments de contact cylindriques qui sont en regard, peuvent être bombées. [0020] Les extrémités mobiles peuvent comporter chacune un épaulement. 10 [0021] Les bras et la portion déformable peuvent former une seule pièce, la portion déformable étant d'épaisseur inférieure à celle des bras de manière à permettre le débattement angulaire entre les extrémités mobiles des bras. [0022] L'invention concerne un procédé de contrôle d'un filetage de composant tubulaire pour l'exploration ou l'exploitation des puits d'hydrocarbures, dans lequel : 15 - On positionne un dispositif de contrôle conforme à l'invention de sorte que l'un des éléments de contact du dispositif soit en contact avec un flanc porteur du filetage tandis que l'autre élément de contact est en contact avec un flanc d'engagement du filetage, les deux éléments de contact étant à l'intérieur du même creux de filet, 20 - On mesure le débattement angulaire e, On compare le débattement angulaire précédemment mesuré e, à une valeur de référence e-ref. [0023] Selon une première variante, lors du positionnement du dispositif de contrôle, au moins l'un les deux éléments de contact est en contact avec le fond du 25 creux de filet. [0024] Selon une seconde variante, lors du positionnement du dispositif de contrôle, au moins un des épaulements est en appui sur un sommet de filet. [0025] Le contact entre les éléments de contact et les flancs peut s'effectuer à mi-hauteur des flancs du filetage. [0026] 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. [0027] La figure 1 représente une vue en coupe d'une connexion résultant du vissage de deux composants tubulaires filetés. [0028] La figure 2 représente un détail d'une vue en coupe d'un filetage de composants tubulaires. [0029] La figure 3 représente respectivement une vue en perspective d'un mode de mise en oeuvre de l'invention. [0030] Les figures 4, 5, 6a, 6b, 7 représentent respectivement des vues détaillées de modes de mise en oeuvre de l'invention. [0031] Sur la figure 1, on a représenté une connexion filetée (appelée aussi joint fileté) entre deux composants sensiblement tubulaires destinés à être raccordés entre eux au moyen de filetages et destinés à être intégrés dans une colonne d'exploitation de puits d'hydrocarbures. La connexion comprend de manière classique un composant doté d'une extrémité mâle 1 et 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 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 deux zones d'étanchéité 5 et 6. Les extrémités 1 et 2 s'achèvent chacune respectivement par une surface distale 7 et 8. [0032] Tel que représenté sur la figure 2, on a détaillé la zones filetée 3 d'un filetage mâle autobloquant. Le filetage femelle complémentaire n'est pas représenté sur les figures. On entend par filetages autobloquants, les filetages comportant les caractéristiques détaillées ci-après. Les filets mâles, tout comme les filets femelles, admettent un pas constant. Leur largeur décroît dans la direction de leur surface distale respective 7, 8, de sorte qu'au cours du vissage les filets mâles et femelles finissent par se bloquer les uns dans les autres dans une position déterminée. [0033] Plus précisément, le pas entre les flancs porteurs du filetage femelle est constant tout comme le pas entre les flancs d'engagement du filetage femelle. Le pas entre les flancs porteurs est supérieur au pas entre les flancs d'engagement. [0034] Le pas entre les flancs d'engagement 31 du filetage mâle 3 est constant 10 tout comme le pas entre les flancs porteurs 30 du filetage mâle. Le pas entre les flancs d'engagement 31 est inférieur au pas entre les flancs porteurs 30. [0035] Le contact s'effectue principalement entre les flancs porteurs mâles 30 et femelles, tout comme les flancs d'engagement mâles 31 et femelles. On ménage généralement un jeu entre les sommets de filets mâles et les fonds de filets 15 femelles, alors que les fonds de filets mâles et les sommets de filets femelles sont en contact. Le jeu permet d'évacuer la graisse lors du vissage et éviter tout risque de surpression dûe à la graisse. [0036] Le filetage présente un pas LFPp de largeur constante entre les flancs porteurs, tout comme un pas SFPp de largeur constante entre les flancs 20 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 [0037] Avantageusement, 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 25 après vissage. Cette garantie supplémentaire permet de s'affranchir des risques de désengagement (appelés aussi jumping out), qui correspondent à une désolidarisation des filets mâles et femelles lorsque la connexion est soumise à d'importants efforts de flexion, de traction ou de pression. Avantageusement, les filetages 1 et 2 admettent un profil conique suivant une génératrice de conicité 100 30 de manière à accélérer l'engagement de l'élément mâle dans l'élément femelle. [0038] Généralement cette génératrice de conicité forme un angle avec l'axe 10 compris dans une plage de valeur allant de 1,5 degrés à 5 degrés. La génératrice de conicité est dans le cas présent définie comme passant par le milieu des flancs porteurs. [0039] Sur la figure 3, on a représenté un dispositif de contrôle 9 adapté au filetage 3. Le dispositif de contrôle 9 comprend deux bras 91, 92. Le bras 91 est doté d'une première 912 et d'une seconde 910 extrémités, tandis que le bras 92 est doté d'une première 922 et d'une seconde 920 extrémités. Les premières extrémités 912, 922 sont dites fixes en ce sens qu'elles sont reliées entre elles au moyen d'une portion déformable 95. La portion déformable 95 permet un débattement angulaire « e » par pivotement entre les secondes extrémités 910, 920 dites mobiles des bras. En d'autres termes, les secondes extrémités 910, 920 dites mobiles peuvent s'éloigner ou se rapprocher l'une par rapport à l'autre selon une trajectoire en arc de cercle qui reste dans un même plan. Les secondes extrémités 910, 920 dites mobiles portent chacune un élément de contact 930, 940. Le dispositif de contrôle comporte en outre des moyens 90 pour déterminer le débattement angulaire e. [0040] Avantageusement, les moyens 90 pour déterminer le débattement angulaire e comprennent un dispositif formant un capteur. Ce dispositif peut être monté sur chacun des bras. On peut par exemple utiliser un capteur avec contact de type palpeur inductif miniaturisé de façon à correspondre à la taille du dispositif 9, ou bien un capteur sans contact comme par exemple un capteur capacitif, ou un capteur à courant de Foucault, ou encore un capteur mettant en oeuvre une technologie optique (laser, confocal). Ces capteurs sont destinés à mesurer la distance entre les éléments de contact 930, 940. L'étendue de la plage de mesure est donc au maximum égale au débattement e. La sélection du capteur se fait sur les critères de précision, d'encombrement, d'étendue de la plage de mesure, et de stabilité aux conditions d'utilisation et d'environnement. Les critères de précision exigés correspondent à un ordre de grandeur de 0.01% de la plage de mesure. [0041] Avantageusement, les bras 91, 92 et la portion déformable 95 forment une seule et même pièce. La portion déformable 95 est souple de manière à permettre par sa flexion le débattement angulaire e entre les extrémités mobiles 910, 920 des bras. Ceci est obtenu en utilisant un matériau et des dimensions adaptées. En l'occurrence, les bras et la portion déformable sont en acier avec une épaisseur plus faible pour la portion déformable que pour les bras. [0042] Avantageusement, la portion déformable 95 est non seulement souple mais également élastique de manière à ce que les bras soient dans une position de référence au repos c'est à dire lorsque le dispositif de contrôle n'est pas en service. [0043] D'autres modes de réalisation sont envisagés en reliant par exemple les extrémités fixes des bras au moyen de visserie et en intercalant entre elles un ressort de manière à maintenir les bras dans une position de référence. [0044] Les dimensions du dispositif dans le cas où la portion déformable et les 10 bras forment une seule pièce en acier, en fonction de la hauteur h du filetage et de la largeur WIDTH des creux de filetage peuvent être: Le diamètre des éléments de contact est compris entre 0,5 h et 1,2 h, - Le débattement au repos est compris entre 0,1 WIDTH et 0,6 WIDTH, La longueur des éléments de contact est comprise entre 1 mm et 2h, 15 - Le rapport des épaisseurs des bras est supérieur à 2, Cette différence d'épaisseur permet principalement de restreindre le mouvement à un seul bras. Ainsi, le bras qui reste fixe sert de référence et il est plus aisé de mesurer le débattement e de l'autre bras qui est mobile. L'épaisseur de la portion déformable, est comprise entre 0,005 et 0,5 fois 20 l'épaisseur du bras le plus mince, La réduction de l'épaisseur de la portion déformable par rapport à l'épaisseur des bras, et notamment par rapport à l'épaisseur du bras le plus mince, confère à la portion déformable la souplesse recherchée pour permettre le débattement e des bras l'un par rapport à l'autre. 25 [0045] Avantageusement, les éléments de contact 930, 940 sont montés de manière amovible sur les extrémités mobiles 940, 920. Ceci permet de ne changer que ces derniers en cas de besoin (usure, casse, etc ...). [0046] Avantageusement, les extrémités mobiles 940, 920 comprennent chacune une plaquette emboîtable et amovible qui porte un des éléments de contact 930, 940. Ceci permet de changer rapidement l'élément de contact. Les plaquettes sont emboîtées puis sécurisées sur leur bras respectif au moyen de vis 911, 921. [0047] Selon un premier mode de réalisation et tel que représenté sur les figures 4 et 5, les éléments de contact 930, 940 ont chacun une forme sensiblement en portion de sphère. Les éléments de contact 930, 940 admettent respectivement un rayon RI et R2. Cette configuration a pour conséquence que le contact est ponctuel entre l'élément de contact et le flanc du filetage. De même, dans le cas où le dispositif de contrôle est en appui sur les fonds de filets, le contact entre l'élément de contact et les fonds de filets est également ponctuel. [0048] Selon un second mode de réalisation, les éléments de contact 930, 940 ont chacun une forme sensiblement en portion de cylindre. [0049] Selon une première variante et tel que représenté sur la figure 7, les éléments de contact cylindriques sont parallèles. Cette configuration permet un contact linéaire entre l'élément de contact et le flanc du filetage. De même, dans le cas où le dispositif de contrôle est en appui sur les fonds de filets, le contact entre l'élément de contact et les fonds de filets est également linéaire. [0050] Selon une seconde variante et tel que représenté sur la figure 6a, les axes des éléments de contact cylindriques sont sensiblement confondus. En d'autres termes, les éléments de contact sont dans le même alignement. Cette configuration permet, dans le cas où les flancs du filetage sont perpendiculaires à l'axe des éléments de contact cylindriques, un contact sensiblement surfacique entre l'élément de contact et le flanc du filetage. De plus, dans le cas où le dispositif de contrôle est en appui sur les fonds de filets, le contact entre l'élément de contact et les fonds de filets est linéaire. [0051] Dans le cas où les flancs du filetage à contrôler sont inclinés (c'est le cas de très nombreux filetages, tels que les filetages à profil en V, à profil en V tronqué, à profil trapézoïdal, à profil en queue d'aronde, etc ...), il est préférable que les faces opposées aux faces des éléments de contact cylindriques qui sont en regard, soient bombées. En se reportant à la figure 6b, on voit que le contact entre l'élément de contact et les flancs peut être assuré et qu'il est ponctuel. [0052] Selon un mode de réalisation et tel que représenté sur les figures 3 à 7, les extrémités mobiles 940, 920 comportent chacune un épaulement 93, 94. Ceci permet de mettre les épaulements, et par voie de conséquence le dispositif de contrôle, en appui sur les sommets de filets. [0053] La Demanderesse a mis en oeuvre le dispositif de contrôle pour mesurer la largeur des creux des filets. Cette mesure fait l'objet d'un procédé comportant les étapes suivantes : Tout d'abord, on positionne le dispositif de contrôle de sorte que l'un des éléments de contact 930 soit en contact avec un flanc porteur du filetage tandis que l'autre élément de contact 940 est en contact avec un flanc d'engagement 31, les deux éléments de contact étant à l'intérieur du même creux de filet 33, Ensuite, on mesure le débattement angulaire e, - Puis on compare la valeur du débattement angulaire e précédemment mesuré, à une valeur de référence e-ref. La valeur du débattement e est liée à la largeur WIDTH du creux de filet. En effet, à partir du débattement angulaire entre les bras et à partir des dimensions du dispositif de contrôle, on peut calculer la distance entre les éléments de contact 930, 940 et donc la largeur WIDTH du creux de filet. Ainsi, la valeur de référence e-ref est associée à une valeur de référence WIDTHref du creux de filet. La valeur de référence WIDTHref est généralement inscrite sur les plans de fabrication. [0054] Dans le cas où les extrémités mobiles 940, 920 comportent chacune un épaulement 93, 94 et en fonction du dimensionnement des éléments de contact, lesdits épaulements peuvent être en appui respectivement sur les deux sommets de filet consécutifs 32 qui encadrent le creux de filet 33, les premier et second sommets de filet 32 délimitant le creux de filet 33. [0055] Sinon, les deux éléments de contact sont mis en contact avec le fond du creux de filet 33. [0056] De manière conventionnelle, le contact entre les éléments de contact et les flancs 30, 31 s'effectue à mi-hauteur h/2 des flancs 30, 31, de manière à déterminer la largeur des creux de filets à mi-hauteur. [0057] Le dispositif de contrôle présente en conclusion l'avantage d'être universel dans la mesure où il permet de contrôler des filetages de profils très variés. [0058] De plus, il présente l'avantage d'une utilisation très flexible, car la mesure peut être faite sur des parties variées du filetage. [0059] De plus la mise en oeuvre de capteurs permet une mesure fiable. [0060] De plus, contrairement aux calibres de contrôle appartenant à l'art antérieur, le dispositif est peu sujet à l'usure dans la mesure où son utilisation fait intervenir très peu de frottements. [0061] L'utilisation d'éléments de contact sphériques ou cylindriques alignés, permet un contact ponctuel avec les flancs du filetage. On peut associer le dispositif de contrôle 9 à un guide, de manière à positionner très précisément les éléments de contacts. De même dans le cas des filetages autobloquants dont la largeur des creux de filets varie sur toute la longueur du filetage, on peut effectuer la mesure de la largeur des creux de filets à une distance déterminée de la surface terminale du composant tubulaire. La position axiale de la mesure est donc prise en charge par ledit guide. [0062] De même, dans les filetages autobloquants à profil de flancs en queue d'aronde tout comme dans les filetages à profil en V, les flancs des filets ne sont pas perpendiculaires à l'axe de rotation du composant tubulaire. De ce fait la largeur du creux des filets varie selon que la mesure est effectuée en fond de creux, en milieu de creux ou en sommet de filet. Un guide est également utile pour prendre en charge la position radiale de la mesure à effectuer. L'utilisation d'éléments de contact cylindriques parallèles, permet un contact quasi linéaire avec les flancs du filetage, du fait de l'angle d'hélice du filetage. L'utilisation d'un guide est recommandée pour positionner les éléments de contact du dispositif de contrôle aussi bien de manière axiale que radiale.30 REVENDICATIONS1 Dispositif de contrôle (9) de la largeur des creux d'un filetage (3 ; 4) de composant tubulaire pour l'exploration ou l'exploitation des puits d'hydrocarbures comprenant deux bras (91, 92) dotés chacun d'une première (912, 922) et d'une seconde (910, 920) extrémités, les premières extrémités (912, 922) étant reliées entre elles au moyen d'une portion déformable (95) permettant un débattement angulaire (e) entre les secondes extrémités (910, 920), les secondes extrémités (910, 920) portant chacune un élément de contact (930, 940), le dispositif de contrôle comportant en outre des moyens (90) pour déterminer le débattement (e). 2. Dispositif de contrôle (9) d'un filetage (3 ; 4) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens (90) pour déterminer le débattement (e) incluent un capteur. 3. Dispositif de contrôle (9) d'un filetage (3 ; 4) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments de contact (930, 940) sont montés de manière amovible sur les extrémités mobiles (940, 920). 4. Dispositif de contrôle (9) d'un filetage (3 4) selon la revendication 3, caractérisé en ce que les extrémités mobiles (940, 920) comprennent chacune une plaquette emboîtable et amovible et portant les éléments de contact (930, 940). 5. Dispositif de contrôle (9) d'un filetage (3 ; 4) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments de contact (930, 940) ont chacun une forme sensiblement sphérique. 6. Dispositif de contrôle (9) d'un filetage (3 ; 4) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les éléments de contact (930, 940) ont chacun une forme sensiblement cylindrique. 7 Dispositif de contrôle (9) d'un filetage (3 ; 4) selon la revendication 6, caractérisé en ce que les éléments de contact cylindriques sont parallèles.8. Dispositif de contrôle (9) d'un filetage (3 ; 4) selon la revendication 6, caractérisé en ce que les éléments de contact cylindriques sont sensiblement alignés. 9. Dispositif de contrôle (9) d'un filetage (3 ; 4) selon la revendication 8, caractérisé en ce que les faces opposées aux faces des éléments de contact cylindriques qui sont en regard, sont bombées. 10. Dispositif de contrôle (9) d'un filetage (3 ; 4) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les extrémités mobiles (940, 920) comportent chacune un épaulement (93, 94). 11. Dispositif de contrôle (9) d'un filetage (3 ; 4) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les bras (91, 92) et l'articulation (95) forment une seule pièce, la portion déformable (95) étant d'épaisseur inférieure à celle des bras de manière à permettre le débattement angulaire (e) entre les extrémités mobiles (910, 920) des bras. 12. Procédé de contrôle d'un filetage (3) de composant tubulaire pour l'exploration ou l'exploitation des puits d'hydrocarbures, caractérisé en ce que : On positionne un dispositif de contrôle conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 11 de sorte que l'un des éléments de contact (930) du dispositif (9) soit en contact avec un flanc porteur (30) du filetage (3) tandis que l'autre élément de contact (940) est en contact avec un flanc d'engagement (31) du filetage (3), les deux éléments de contact étant à l'intérieur du même creux de filet, On mesure le débattement angulaire (e), - On compare la largeur du creux de filet déterminée en fonction du débattement angulaire (e) précédemment mesuré, à une valeur (e-ref) de référence. 13. Procédé de contrôle d'un filetage (3) selon la revendication 12, caractérisé en ce que lors du positionnement du dispositif de contrôle (9), au moins l'un desdeux éléments de contact est également en contact avec le fond du creux de filet (33). 14. Procédé de contrôle d'un filetage (3) selon la revendication 12, caractérisé en ce que lors du positionnement du dispositif de contrôle (9), au moins l'un des épaulements (93, 94) est en appui respectivement sur un des sommets de filet (32). 15. Procédé de contrôle d'un filetage (3) selon l'une quelconque des revendications 12 à 14, caractérisé en ce que le contact entre les éléments de contact et les flancs (30, 31) s'effectue à mi-hauteur (h/2) des flancs (30, 31).10