Brevet FR2981395A1 — publié le 20130419

COMPOSANT FILETE TUBULAIRE ET JOINT RESULTANT La présente invention concerne un élément tubulaire destiné au forage et/ou à l'exploitation de puits d'hydrocarbures, et plus précisément l'extrémité filetée d'un tel élément. Cette extrémité peut être de type mâle ou femelle, et est apte à être raccordée à une extrémité correspondante d'un élément analogue pour former un joint ou une connexion. L'invention concerne aussi un joint fileté résultant du raccordement par vissage de deux éléments tubulaires. Par élément tubulaire destiné au forage et à l'exploitation des puits d'hydrocarbures, on entend tout élément de forme sensiblement tubulaire apte à être assemblé à un autre élément, du même type ou non, en vue de constituer, notamment, soit une garniture apte à forer un puits d'hydrocarbures, soit une colonne montante sous-marine pour la maintenance (appelée aussi work over riser) ou l'exploitation de tels puits, telle qu'un riser, soit une colonne de cuvelage ou de production intervenant dans l'exploitation du puits. L'invention s'applique également aux éléments utilisés dans une garniture de forage, tels que, par exemple, les tiges de forage ou « Drill Pipes », les tiges lourdes ou « Heavy Weight Drill Pipes », les masses-tiges ou « Drill Collars », et les parties de joints des tiges et des tiges lourdes, désignées « tool joint » en langue anglaise. Chaque élément tubulaire comporte une portion d'extrémité dotée d'une zone filetée 20 mâle ou d'une zone filetée femelle destinée à être vissée avec une portion d'extrémité correspondante d'un élément analogue. Ainsi assemblés, les éléments composent ce que l'on appelle un joint ou une connexion. Ces composants tubulaires filetés d'une connexion sont assemblés sous des contraintes définies afin de répondre aux exigences de serrage et d'étanchéité 25 imposées par les conditions d'utilisation. En outre, il faut savoir que les composants tubulaires filetés peuvent avoir à subir plusieurs cycles de vissage et de dévissage, en particulier en service. Les conditions d'utilisation de ces composants tubulaires filetés donnent lieu à différents types de contraintes, qui rendent nécessaire l'utilisation de films sur les 30 parties sensibles de ces composants, telles que les zones filetées, les zones en butée, ou encore les surfaces d'étanchéité. Ainsi, les opérations de vissage se font généralement sous forte charge axiale, par exemple du fait du poids d'un tube de plusieurs mètres de longueur à assembler par le joint fileté, éventuellement aggravée par un léger désalignement de l'axe des éléments 35 filetés à assembler. Ceci induit des risques de grippage au niveau des zones filetées et/ou au niveau des surfaces d'étanchéité métal / métal. On revêt couramment les zones filetées ainsi que les surfaces d'étanchéité métal/métal avec des lubrifiants. En outre, les composants tubulaires filetés sont souvent stockés, puis vissés, dans un environnement agressif. C'est par exemple le cas en situation « off shore » en présence de brouillard salin ou en situation « on shore » en présence de sable, de poussières, et/ou autres polluants. Il est donc nécessaire d'employer des films contre la corrosion sur les surfaces amenées à coopérer en vissage (cas des zones filetées) ou bien en contact serrant (cas des surfaces d'étanchéité métal/métal et des butées). Toutefois, compte tenu des normes environnementales, il apparait que l'emploi de 10 graisses répondant au standard API RP 5A3 (American Petrol Institute) ne constitue pas une solution pour le long terme, dans la mesure où ces graisses sont amenées à être extrudées hors des composants tubulaires et à être relâchées dans l'environnement ou dans le puits, induisant des bouchons qui nécessitent des opérations spéciales de nettoyage. 15 Afin de répondre aux problématiques de résistance durable à la corrosion, au grippage, et aux prérogatives liées à l'environnement, des films solides et secs (c'est-à-dire non pâteux à la différence des graisses), lubrifiants et protecteurs ont été développés. Des films secs incorporant des huiles lubrifiantes dans des matrices organiques ont été développés pour des fonctions par exemple lubrifiantes. 20 C'est le cas du document SMI (W02010114168) qui porte sur un film sec à base de copolymère thermoplastique EVA incluant une huile lubrifiante de préférence minérale pour une bonne compatibilité et ayant des propriétés d'autoréparation ou d'auto-entretien de la lubrification afin de garantir une longévité du film en frottement. Toutefois ce type de solutions limite la concentration en masse de l'huile lubrifiante à 25 10% car une concentration supérieure entraînerait une perte d'adhérence à l'interface entre le film et le substrat et rendrait également davantage collant la surface du film vis-à-vis des poussières, sable etc.... D'autres développements ont été réalisés en incorporant directement des huiles de silicone dans une matrice polymère thermoplastique rhéo-résistante à l'origine de 30 frottement élevés sous contrainte de cisaillement. Le principe permet de maintenir un faible couple d'accostage dans une zone de filetage en situation de contact sans affecter le couple sur butée. Cette innovation permet notamment de faciliter la détermination du couple de vissage idéal et d'assurer l'étanchéité de la connexion lors du vissage. Cependant, ces solutions, qui permettent d'obtenir lors des premiers 35 vissages un faible couple d'accostage pour un couple sur butée supérieur ou égale à 100% de la valeur de référence de la graisse API5A3, n'offrent pas toujours cet avantage au bout d'un grand nombre de vissages successifs. Une autre voie a également été explorée dans la demande de brevet W02010/073120 portant sur la co-déposition d'huiles lubrifiantes micro-encapsulées dans un dépôt électrochimique de Ni, ou de Cu, ou de Ni-Cu. Par ce moyen, on combine dans un seul traitement de surface les propriétés d'anti-grippage et de lubrification sans avoir recours à une couche lubrifiante supplémentaire. Toutefois, la voie électrochimique ne permet pas aisément de réaliser des dépôts homogènes et reproductibles sur un système fileté et présente un coût non négligeable. A titre d'alternative, la Demanderesse s'est orientée vers des solutions mettant en oeuvre des matrices organiques de manière à obtenir un éventail plus large de formulations, réalisables, qui plus est, selon des procédés plus simples. En particulier, la présente invention porte sur élément tubulaire destiné au forage et/ou à l'exploitation de puits d'hydrocarbures présentant une portion d'extrémité comprenant au moins une zone filetée, caractérisé en ce que la portion d'extrémité est au moins partiellement revêtue d'un film sec (c'est-à-dire non collant au toucher à température ambiante), comprenant une matrice thermoplastique ou thermodurcissable incluant des microcapsules remplies de composés sous forme liquide. Des caractéristiques optionnelles, complémentaires ou de substitution, sont énoncées 20 ci-après. Les microcapsules peuvent comprendre au plus 85% en masse de composés liquides hydrophobes dont la viscosité cinématique est inférieure à 2000 mm2/s à 100°C. Les microcapsules peuvent avoir une taille comprise entre 1 et 60pm et préférablement entre 2 et lOpm de diamètre. 25 La membrane des microcapsules peut être constituée d'au moins une paroi en résine mélamine-formaldéhyde et préférablement d'une double paroi. La matrice peut comprendre entre 1 et 25% en masse de microcapsules. Les composés peuvent être compris dans la famille définie par les polydiméthylsiloxanes linéaires de viscosité cinématique comprise entre 100 et 12500 30 mm2/s à 25°C et de masse moléculaire compris entre 10000 et 80000 g/mol, les perfluoropolyéther de viscosité cinématique comprise entre 5 et 200 mm2/s à 100°C et de masse moléculaire compris entre 1500 et 13000 g/mol, les huiles synthétiques de type polyalphaoléfine ou polyalkylèneglycol avec un indice de viscosité supérieur ou égal à 100, les esters synthétiques (mono, di- ou tri-ester) combinés à un ester 35 trimellitate, les esters polymères de type copolymère estérifié d'a-oléfine et de diacide carboxylique de viscosité cinématique comprise entre 15 et 65 mm2/s à 100°C, les polysulfures d'alkyl, les oléfines sulfurisée, les esters d'acide gras, les esters synthétiques sulfurisés, les triglycérides naturels sulfurisés, les sulfonates de calcium à base de d'acide alkylarylsulfonique, les carbonates suflonates de calcium avec une alcalinité comprise entre 100 et 500 mgKOH/g, les sels d'ester phosphoriques, les esters phosphorés et préférablement les alkylarylphosphates ou phosphonates, les phosphites gras, les sels organiques ou inorganiques de dérivés aminés tels que les dérivés d'imidazole ou triazole, les polybutènes, les polyisobutylènes de viscosité cinématique comprise entre 10 et 1000 mm2/s à 100°C, les polyméthacrylates d'alkyl de viscosité cinématique comprise entre 30 et 2000 mm2/s à 100°C, les silanes polysulfures ou mercapto-silanes, les triborates de potassium en suspension dans l'huile minérale. Le composé micro-encapsulé peut être une huile lubrifiante sélectionnée parmi les huiles silicones, fluorées, esters synthétiques. La matrice peut comprendre entre 1 et 15% en masse d'huile lubrifiante microencapsulée et préférablement entre 5 et 10% en masse. La matrice peut être un polymère thermoplastique choisi parmi les co-polyamides, copolymères d'éthylène-vinyl acétate, d'éthylène butyl acrylate, résines oléfiniques. La matrice peut être un polymère thermodurcissable choisi parmi les polyurées, polyuréthanes, fluorouréthanes. La matrice peut comprendre une résine tackifiante choisie parmi les résines terpéniques à base d'alpha pinène, d'acides colophaniques et résiniques estérifiés à la pentaérythrite, d'acides colophaniques et résiniques hydrogénés et estérifiés à la glycérine, les colophanes polymérisées. La matrice peut comprendre un ou plusieurs additifs sélectionnés parmi les lubrifiants solides, inhibiteurs de corrosion, cires, plastifiants, anti-oxydants. La partie revêtue de la portion d'extrémité peut avoir préalablement subi une préparation de surface de type choisi parmi le groupe formé du sablage, des traitements de conversion, des dépôts électrolytiques, et des traitements non réactifs. L'ensemble de ladite zone filetée peut être revêtue du film sec. La portion d'extrémité peut comprendre au moins une surface d'étanchéité destinée à un contact métal/métal, et ladite surface d'étanchéité est revêtue du film sec lubrifiant. L'invention a également pour objet un joint tubulaire destiné au forage et/ou à l'exploitation de puits d'hydrocarbures comprenant au moins un élément tubulaire 35 présentant une portion d'extrémité , caractérisé en ce que cette portion d'extrémité est au moins partiellement revêtue d'un film sec, comprenant une matrice thermoplastique ou thermodurcissable incluant des microcapsules remplies de composés sous forme liquide. Des caractéristiques et avantages de l'invention sont exposés plus en détail dans la 5 description ci-après, avec référence aux dessins annexés. La figure 1 est une vue schématique d'un joint résultant de l'assemblage par vissage de deux composants tubulaires. La figure 2 est une vue schématique de la courbe de vissage de deux composants tubulaires filetés. 10 La figure 3 est une vue schématique d'un substrat revêtu d'un film sec lubrifiant. La figure 4 est une vue schématique d'une première installation de test. La figure 5 est une vue schématique d'une seconde installation de test. La figure 6 est une vue schématique d'une troisième installation de test. La figure 7 est une vue schématique d'une courbe de vissage comparative entre deux 15 compositions comprenant respectivement une huile lubrifiante et la même huile lubrifiante micro-encapsulée. Le joint fileté représenté sur la figure 1 comprend un premier composant tubulaire d'axe de révolution 10 et doté d'une portion d'extrémité mâle 1 et un second composant tubulaire d'axe de révolution 10 et doté d'une portion d'extrémité femelle 2. 20 Les portions d'extrémité 1 et 2 présentant chacune une surface terminale disposée perpendiculairement à leur axe de révolution 10 respectif et sont respectivement dotées d'une zone filetée 3 et 4, lesquelles coopèrent entre elles pour l'assemblage mutuel par vissage des composants. Les zones filetées 3 et 4 peuvent être du type à filet trapézoïdal, autobloquantes, ou autre. De plus, des surfaces d'étanchéité 25 métal/métal 5, 6, destinées à être en contact serrant étanche l'une contre l'autre après assemblage par vissage des deux composants filetés, sont ménagées respectivement sur les portions d'extrémités mâle 1 et femelle 2, au voisinage des zones filetées 3, 4. La portion d'extrémité mâle 1 présente une surface terminale 7 qui vient en butée, lorsque les deux composants sont vissés l'un à l'autre, contre une surface 30 correspondante 8 ménagée sur la portion d'extrémité femelle 2. Selon une variante de réalisation, la butée entre la surface terminale 7 et la surface correspondante 8 peut être remplacée par des zones filetées 3, 4, agencées en coopération en serrage autobloquant du type décrit, par exemple, dans US 4 822 081, US RE 30 647 ou US RE 34467. Comme représenté sur les figures 1 et 3, la portion d'extrémité 1 ou 2 de l'un au moins des composant tubulaires est revêtue au moins partiellement d'un film sec 12 comprenant une matrice 13 thermoplastique ou thermodurcissable incluant des microcapsules 9 remplies de composés sous forme liquide. On en entend par film sec un film solide et non collant au toucher. La présente invention porte plus précisément sur la micro-encapsulation ou nanoencapsulation de substances hétérogènes à la matrice et en particulier d'huiles lubrifiantes comme abaisseur de frottement pour apporter au film sec des propriétés fonctionnelles améliorées. Le film sec lubrifiant consiste en une matrice polymère thermoplastique ou thermodurcissable incorporant des microcapsules. Il est important de préciser que la présente invention englobe également les films sec à matrice polymère thermoplastique ou thermodurcissable mettant en oeuvre la microencapsulation d'autres principes actifs comme : - les inhibiteurs de corrosion liquides ou volatils connus pour être très réactifs en 15 fonction de la température, - les sulfonates de calcium surbasés intéressants pour leur propriété anticorrosion et extrême-pression, - les huiles soufrées, les huiles végétales estérifiées et sulfurisées pour leur propriété extrême-pression, 20 - les silanes polysulfures ou mercapto-silane pour leur capacité anti-usure, anti-fatigue et extrême-pression, - les esters phosphates ou phosphoriques pour leur propriété anti-usure et modificateur de frottement, - le triborate de potassium en suspension dans l'huile minérale pour la propriété anti25 friction. La micro-encapsulation de ces principes actifs en particulier dans une matrice polymère thermoplastique permet de s'affranchir des contraintes de miscibilité, de réactivité et autorise une libération sous condition de compression/cisaillement lors d'un vissage ou d'un dévissage de la connexion afin de prolonger un effet dans le 30 temps comme respectivement la résistance au grippage et la lubrification dans le cas des huiles ou la résistance à la corrosion en cas de défaut d'étanchéité pour les inhibiteurs de corrosion. La Demanderesse s'est plus particulièrement intéressée à la micro-encapsulation d'huiles lubrifiantes avec pour finalité de réduire le frottement. L'utilisation des huiles 35 permet avant tout de former des films auto-lubrifiants notamment des films thermodurcissables à faible cinétique de formation du film (par exemple époxy, polyuréthane mono ou bi-composant). La notion de frottement surfacique est remplacée par la notion d'inclusion de lubrifiant disponible progressivement lors de l'usure par abrasion du film sec. L'inclusion d'huile ne doit en aucun cas affecter les propriétés d'adhérence sur le substrat au risque d'annihiler le mécanisme autolubrifiant attendu. La Demanderesse a donc envisagé de micro-encapsuler des substances liquides et particulièrement des huiles pour réduire le frottement. Les huiles lubrifiantes préférées sont comprises dans les catégories suivantes : - Polydiméthylsiloxane linéaire de viscosité cinématique comprise entre 100 et 12500 mm2/s à 25°C et de masse moléculaire compris entre 10000 et 80000 g/mol, - Perfluoropolyéther de viscosité cinématique comprise entre 5 et 200 mm2/s à 100°C et de masse moléculaire compris entre 1500 et 13000 g/mol, - Huiles synthétiques avec un indice de viscosité supérieur ou égal à 100 de type 15 polyalphaoléfine ou polyalkylèneglycol, - Esters synthétiques (mono, di- ou tri-ester) avec un acide d'acide Pour la présente invention, le nombre de parois successives est compris entre une et trois de manière à garantir : - Une application dans un large intervalle de contrainte de cisaillement/compression en fonction de la zone de vissage et du nombre de parois de la microcapsule, - Une bonne résistance au cisaillement sous agitation au moyen d'un mélangeur mécanique et sous cisaillement par pulvérisation et par conséquent l'intégrité des microcapsules, - Une bonne résistance thermique maximale des substances micro-encapsulées pouvant être incorporées dans une matrice polymère thermoplastique à haut point de 10 fusion. En effet, la dégradation thermique des microcapsules d'huile silicone intervient d'après une analyse thermogravimétrique sous air à partir de 370°C pour des microcapsules à double parois en résine mélamine-formaldéhyde et l'oxydation thermique de l'huile silicone est déplacée d'au moins 80°C vers des températures plus élevées. 15 Avantageusement, les triples parois en résine mélamine-formaldéhyde présentent une résistance thermique d'au moins 300°C en continu et de l'ordre de 350°C en ponctuel. La résistance mécanique de la résine mélamine-formaldéhyde peut être par ailleurs accrue au moyen d'un post-traitement thermique à 260°C de la microcapsule à paroi triple afin d'avoir une rupture de la microcapsule pour des pressions de hertz 20 supérieures. Avantageusement, les microcapsules obtenues sont sphériques et leur taille est comprise entre 2 et 60 pm et majoritairement entre 2 et 10 pm. Avantageusement, les microcapsules d'huile silicone de type polydiméthylsiloxane linéaire de viscosité cinématique 1000 mm2/s sont incorporées sous agitation au 25 moyen d'un mélangeur mécanique dans une matrice polymère thermoplastique de type copolyamide à base de dimère acide. Avantageusement, un traitement de préparation de surface est réalisé sous la forme d'un dépôt électrolytique ternaire CuSnZn. Le film sec lubrifiant 12 peut recouvrir tout ou partie de la zone filetée 3, 4. 30 Le film sec lubrifiant 12 peut recouvrir tout ou partie de la surface d'étanchéité métal/métal 5, 6. Les tests ont consisté à évaluer certains paramètres, en particulier : - le couple de frottement au niveau des surfaces en contact sous des contraintes de Hertz élevées (test de Bridgman) ; - la force d'adhésion et le coefficient de frottement du film sur le substrat (test Scratch) ; la résistance à la contamination au sable la résistance à l'usure (test Pin-on-Vee) la résistance à la corrosion en condition humide Le test de Bridgman a permis d'établir le comportement tribologique des films secs pendant une opération de vissage propre aux joints dits « premium ». Plus précisément, il s'est agit de simuler et d'évaluer le couple sur butée (CSB), appelé aussi ToSR (pour « Torque on Shoulder Resistance »). Ce couple intervient lors des opérations de vissage propres aux joints ou connexions appelés « premium » et utilisés dans l'industrie du pétrole. La courbe en figure 2 exprime le couple de vissage (ou serrage) en fonction du nombre de tours de rotation effectués. Comme on peut l'observer, un profil de couple de vissage de joints « premium » peut être décomposé en quatre parties. Pendant une première partie P1, les filets extérieurs de l'élément fileté mâle (ou « pin ») d'un premier composant de joint fileté tubulaire ne présentent pas encore de serrage radial avec les filets intérieurs d'un élément fileté femelle correspondant (ou « box ») d'un second composant de ce même joint fileté tubulaire. Pendant une deuxième partie P2, l'interférence géométrique des filets des éléments 20 filetés mâle et femelle génère un serrage radial qui augmente au fur et à mesure du vissage (en générant un couple de vissage faible mais croissant). Pendant une troisième partie P3, une surface d'étanchéité en périphérie extérieure de la partie d'extrémité de l'élément fileté mâle interfère radialement avec une surface d'étanchéité correspondante de l'élément fileté femelle pour réaliser une étanchéité 25 métal/métal. Pendant une quatrième partie P4, la surface frontale d'extrémité de l'élément fileté mâle est en butée axiale avec la surface annulaire d'une butée de vissage de l'élément fileté femelle. Cette quatrième partie P4 correspond à la phase terminale du vissage. Le couple de vissage qui correspond à la fin de la troisième partie P3 et au début de la 30 quatrième partie P4 est appelé couple d'accostage butée (CAB) (ou « shouldering torque »). Le couple de vissage qui correspond à la fin de la quatrième partie P4 est appelé couple de plastification (CP) (ou « plastification torque »). Au-delà de ce couple de plastification CP, on considère que la butée de vissage mâle (partie d'extrémité de 35 l'élément fileté mâle) et/ou la butée de vissage femelle (zone située derrière la surface annulaire de butée de l'élément fileté femelle) font l'objet d'une déformation plastique, laquelle peut dégrader les performances d'étanchéité du contact entre surfaces d'étanchéité par plastification également des surfaces d'étanchéité. La différence entre les valeurs du couple de plastification CP et du couple d'accostage 5 butée CAB est appelée couple sur butée (ou « torque on shoulder resistance ») (CSB) : CSB = CP - CAB. Un joint fileté tubulaire fait l'objet d'un serrage optimal en fin de vissage, qui garantit une résistance mécanique optimale de l'assemblage fileté, par exemple aux efforts de traction mais aussi au dévissage accidentel en service, et des performances optimales d'étanchéité. 10 Le concepteur de joint fileté est ainsi amené à définir pour un type de joint fileté donné une valeur de couple optimal de vissage, qui doit être, pour tous les assemblages de ce type de joint, inférieure au couple de plastification CP (pour éviter la plastification des butées et les inconvénients qui en résultent) et supérieure au couple d'accostage butée CAB. Une fin de vissage sous un couple inférieur à CAB ne permet pas de 15 garantir un positionnement relatif correct des éléments mâle et femelle et par là un serrage efficace entre leurs surfaces d'étanchéité. Il y a de plus des risques de dévissage. La valeur effective du couple d'accostage butée CAB peut varier d'un assemblage à l'autre pour un même type de joint car elle dépend des tolérances d'usinage diamétrales et axiales des filets et des surfaces d'étanchéité mâles et 20 femelles. Il convient que le couple optimal de vissage soit substantiellement plus élevé que le couple d'accostage butée CAB. La valeur du couple sur butée CSB est importante, plus on a de marge pour définir le couple optimal de vissage, et plus le joint fileté sera résistant aux sollicitations en service. 25 Des essais de frottement ont été effectués avec une machine de type Bridgman. Ce type de machine est notamment décrit dans l'article de D. Kuhlmann-Wilsdorf et al. «Plastic flow between Bridgman anvils under high pressures», J. Mater. Res., Vol. 6, N° 12, Dec 1991. Un exemple schématique et fonctionnel d'une machine de Bridgman est illustré sur la figure 5. 30 Cette machine comprend : un disque DQ pouvant être entraîné en rotation selon des vitesses choisies, une première enclume EC1, de préférence de type conique, solidarisée fixement à une première face du disque DQ, une deuxième enclume EC2, de préférence de type conique, solidarisée fixement à une deuxième face du disque DQ, opposée à sa première face, des premier EP1 et second EP2 éléments de 35 pression, comme par exemple des pistons, propres à exercer des pressions axiales choisies P, une troisième enclume EC3, de préférence de type cylindrique, solidarisée fixement à une face du premier élément de pression EP1, une quatrième enclume EC4, de préférence de type cylindrique, solidarisée fixement à une face du second élément de pression EP2. Pour tester une composition de lubrification, on recouvre de ladite composition deux morceaux d'un matériau identique à celui constituant un élément fileté, de manière à former de premier S1 et second S2 échantillons. Puis, on intercale le premier échantillon S1 entre les faces libres des première EC1 et troisième EC3 enclumes, et le second échantillon S2 entre les faces libres des deuxième EC2 et quatrième EC4 enclumes. Ensuite, on fait tourner le disque DQ à une vitesse choisie tout en appliquant une pression axiale choisie P (par exemple de l'ordre de 1 GPa) avec chacun des premier EP1 et second EP2 éléments de pression, et l'on mesure le couple de vissage subi par chaque échantillon S1, S2. La pression axiale, la vitesse de rotation et l'angle de rotation sont choisis dans l'essai Bridgman pour simuler la pression de Hertz et la vitesse relative des surfaces de butée en fin de vissage. Grâce à une telle machine, on peut fixer plusieurs paires différentes de paramètres (couple de vissage, vitesse de rotation) pour imposer des couples de vissage déterminés pour les échantillons S1 et S2, et ainsi vérifier si ces échantillons S1 et S2 suivent à peu près un profil de couple de vissage donné, et notamment s'ils permettent l'obtention d'un nombre de tours parcourus avant grippage au moins égal à une valeur seuil choisie par rapport aux couples de vissage choisis. Dans le cas présent la pression de contact s'est élevée jusqu'à 1 GPa et la vitesse de rotation s'est élevée jusqu'à 1 tour par minute. Les échantillons testés sont en acier au carbone, usinés puis revêtus de différentes formulations de films secs, listés dans le 25 tableau ci-après avec l'évaluation du couple sur butée (ToSR ou CSB). Le test Scratch, schématisé en figure 4, permet d'évaluer la force d'adhésion, ou l'adhérence, d'un film sur une surface ou préparation de surface. Cette méthode consistant à cisailler et déformer un film avec une bille sphérique soumise à une charge croissante permet également de déterminer le coefficient de frottement et la 30 charge critique correspondant à l'apparition d'une décohésion du film, qui sont deux paramètres tribologiques importants. Les conditions expérimentales mettent en oeuvre un pion sphérique en Inconel 718 de diamètre 5 mm et une éprouvette métallique en acier au Carbone ou Z20C13 présentant une rugosité Ra inférieure à 1 micromètre, ainsi que les paramètres 35 suivants : une charge croissante de 10N à 310 N (avec une vitesse de montée en charge de15 N/s), une vitesse de déplacement de la bille de 2 mm/s, une durée de 20 s et une longueur de la piste de 40 mm. Le test de décontamination du sable consiste à évaluer la résistance en température du film et notamment l'adhérence vis-à-vis de polluants de l'environnement hostile en 5 particulier le sable dans les régions dites « chaudes » pouvant influencer le frottement lors d'un vissage. Il s'agit de caractériser simplement et de façon significative le point de ramollissement à partir duquel le film ne peut plus être dépollué au moyen d'air sous pression. Les conditions expérimentales utilisent une éprouvette métallique en acier au carbone ou Z20C13 présentant une rugosité Ra inférieure à 1pm avec 10 éventuellement une préparation de surface pouvant prendre la forme d'une phosphatation au zinc ou d'un dépôt électrolytique de Cu-Sn-Zn. Les éprouvettes sont revêtues au moyen d'un film applicateur. Les épaisseurs doivent être comprises entre 30 et 40 pm. Les conditions du test consistent à : - Appliquer une couche de sable de fonderie (d = 1.36) sur une surface prédéfinie du 15 film de minimum 60 cm2, - Chauffer dans une étuve ventilée à une température de test comprise entre 75°C et 93°C pendant 1 heure, - Dépolluer au moyen d'air sous pression à la température de test, - Evaluer la quantité de sable résiduel. 20 Le critère d'acceptation est défini pour un maximum de 0.5% de sable résiduel. Le test Pin-on-Vee est utilisé en particulier pour évaluer à vitesses élevées les propriétés d'anti-usure et d'extrême pression des fluides lubrifiants selon la norme ASTM D 2670 et ASTM D 3233 mais également utilisé pour évaluer à faibles vitesses les lubrifiants solides selon la méthode ASTM D 2625. 25 Le test Pin-on-Vee est adapté pour répondre à la problématique des connexions : - Une géométrie de contact semi-fermée (pour assurer le piégeage du troisième corps lubrifiant), - Un intervalle pression-vitesse (Diagramme PV) en adéquation avec celui de la connexion, 30 - La possibilité de réaliser les essais en sens unique ou en mode alternatif pour la simulation des allers-retours (ou Make&Breaks). La géométrie du contact du test Pin-on-Vee représenté en figure 6 consiste en un pion P en acier au carbone ou acier allié avec ou sans phosphatation au manganèse, en rotation et compressé entre deux blocs V en forme de V en acier au carbone ou acier 35 allié traités selon un dépôt électrolytique Cu-Sn-Zn ou une phosphatation Mn et revêtus du film à tester, avec comme conditions de test une charge de 785 N, une vitesse de rotation du pion de 60 rpm, une pression de contact moyenne de 560 MPa, et une vitesse de glissement du pion de 20 mm/s. Le but de cet essai est de simuler et d'évaluer la résistance au grippage pour les 5 différents films secs sans qu'il soit nécessaire de faire l'évaluation sur connexions. Ce test permet de comparer la performance des différents films par rapport aux essais réels sur connexion. Le critère de grippage est défini par rapport à la norme ASTM D 2625-94 relative à la mesure de la capacité de chargement du film de lubrifiant solide et correspond à une 10 augmentation brutale du couple, par rapport à l'état initial, de l'ordre de 1130 N.mm ou du coefficient de frottement de l'ordre de 0.15 pour une charge de 785 N. D'une manière générale, le grippage est observé lorsque la charge appliquée décroit et ce quelque soit les matériaux et la configuration. Les tests de corrosion en milieu humide consistent en un test au brouillard salin neutre 15 réalisé en enceinte climatique à une température de 35°C avec une solution saline à 50 g/L de densité comprise entre 1.029 et 1.036 à 25°C, de pH compris entre 6,5 et 7,2 à 25°C et récupérée à la vitesse moyenne de 1.5 ml/h. Des échantillons intacts sans enrouillement doivent correspondant à la classe Re0 de la norme ISO 9227 après exposition. La méthode donne un moyen de vérifier que la qualité comparative d'un 20 matériau métallique, avec ou sans film protecteur (film métallique ou organique sur matériau métallique) contre la corrosion, est maintenue. Les tests de tenue à l'eau consistent à faire subir aux échantillons un essai de corrosion accéléré, selon la norme DIN 50017, réalisé en enceinte climatique. Ce test comportant un cycle par jour consiste à faire déposer par condensation de la vapeur d'eau dans les conditions 25 suivantes : 35°C, 90% d'humidité relative pendant 8 heures puis à laisser sécher l'échantillon. Après 7 cycles, on constate que le substrat protégé par le film sec n'est pas corrodé. Une excellente résistance doit correspondre aux classifications de la norme ISO 4628, à savoir : aucune corrosion, aucun cloquage, pas de craquelure, ni d'écaillage sur 30 plaque acier carbone traitée par phosphatation au zinc (dépôt de 8 à 20 g/m2 de phosphate) ou traitée par un dépôt électrolytique d'un alliage ternaire Cu-Sn-Zn avec une couche intermédiaire de Ni. La Demanderesse a évalué particulièrement les huiles de silicone de type polydiméthylsiloxane linéaire et plus particulièrement sur différents grades de poids moléculaires commercialisés par la société WACKER sous la dénomination WACKER FLUID AK et BLUESTAR sous la dénomination RHODORSIL FLUID. Dans un deuxième temps, la Demanderesse a comparé les performances avec les huiles perfluoropolyéthers qui sont en particulier commercialisés par la société 5 SOLVAY SOLEXIS sous la dénomination FOMBLIN. Les films étudiés peuvent comprendre un ou plusieurs polymères organiques thermoplastiques à comportement viscoplastique et rhéo-résistant comme une résine co-polyamide à base de dimère acide ou un copolymère d'éthylène vinylacétate, des résines tackifiantes, des cires, des lubrifiants solides et des inhibiteurs de corrosion. 10 Les films peuvent aussi comprendre un polymère thermodurcissable 100% solides ou en dispersion aqueuse. Les films sont appliqués sur éprouvettes en acier carbone ou acier faiblement allié avec ou sans traitement de surface comme une phosphatation dans le cas d'un acier carbone ou un dépôt électrolytique Cu-Sn-Zn comprenant une sous-couche de Nickel 15 de Wood dans le cas d'un acier allié. Les épaisseurs des films étudiés sont comprises entre 20 et 45 pm. Dans un troisième temps, les chercheurs ont vérifié l'effet de la libération de l'huile lubrifiante dans un système fileté dont la configuration sera décrite ci-dessous. Le film est appliqué par pulvérisation pneumatique. L'épaisseur du film sec obtenu est 20 comprise entre 30 et 80pm. Pour cette étude, nous avons évalué prioritairement l'effet de la libération sous pression de l'huile lubrifiante contenue dans les microcapsules sur l'endurance au moyen du test Pin-on-Vee (dérivé du test Falex), sur l'adhérence dynamique et le frottement ou force de résistance à l'abrasion sous charge croissante au moyen du 25 Scratch test dans un film à base de polymère organique thermoplastique, enfin sur la valeur du couple sur butée au moyen du Bridgman ToSR. L'huile de référence est une huile lubrifiante de type polydiméthylsiloxane linéaire de viscosité cinématique de 1000 mm2/s. L'huile de référence est microencapsulée dans une membrane à double paroi en 30 résine mélamine-formaldéhyde sans post-traitement thermique. L'huile de référence ou l'huile de référence micro-encapsulée sont dispersées au moyen d'un agitateur mécanique dans un polymère organique thermoplastique de type copolyamide à base de dimère acide. La composition de référence du film est décrite dans le Tableau 1. 35 Nature chimique Composition (% en masse) Résines copolyamides en mélange 50 à 80 Cire d'amide secondaire 3 à 7 Silice échangeuse d'ion calcium 5 à 15 Lubrifiants solides (Graphite, PTFE) 5 à 20 Renforts mécaniques, fillers (Particules nanométrique d'Al203) 1 à 5 Polydiméthylsiloxane linéaire (1000 mmls à 25°C) 2 à 10 Anti-oxydants 0 à 1 Tableau 1 Une composition de référence alternative est décrite dans le Tableau 2. Nature chimique Composition (% en masse) Résine ester de colophane 20 à 50 Copolymère EVA 5 à 25 Cires cristallines 5 à 25 Silice échangeuse d'ion calcium 5 à 15 Lubrifiants solides (Graphite, PTFE) 5 à 20 Renforts mécaniques, fillers (Particules nanométriques d'A1203) 1 à 5 Polydiméthylsiloxane linéaire (1000 mm2/s @25°C) 2 à 10 Anti-oxydants 0 à 1 Tableau 2 La masse d'huile silicone contenue dans une microcapsule dépend du nombre de parois en résine mélamine-formaldéhyde constituant la membrane et peut être comprise entre 15 et 25% en masse. Concrètement, la concentration en masse de microcapsules est relative à la 10 concentration en masse d'huile silicone dans la formulation de référence. Les essais réalisés au moyen du test Scratch et répertoriés dans les tableaux 2 et 3 ont montré que comparativement à une utilisation directe de l'huile, la libération progressive de l'huile de silicone contenue dans les microcapsules réparties dans la couche mince améliore la cohésion de la matrice polymère et contribue à limiter l'effet anti-adhésif vis-à-vis de l'interface. Le coefficient de frottement moyen est équivalent entre les références et les 5 microcapsules et respectivement inférieur à 0.09 et 0.13 en fonction de la concentration en masse. Le concept de microcapsules d'huile de silicone contribue simultanément à maintenir ou réduire le frottement et renforcer la cohésion du matériau dans le contact ouvert. La charge minimale pour rompre le film lubrifiant est de 60N dans le cas du film avec microcapsules soit une pression de contact minimale de 220 10 MPa. Le film reste plus longtemps dans le contact lors du vissage. Par ailleurs, la rupture des capsules et la libération de l'huile intervient dès l'application de la charge soit à partir de 5N minimum ce qui correspond à une pression de contact minimale de 100 MPa. En effet, le profil du coefficient de frottement est similaire avec ou sans microcapsules. 15 D'après les essais, l'effet de l'huile lubrifiante est préservé voire accru en cas de microencapsulation dans une membrane à double paroi. Nature chimique Composition comparative A (% en masse) Composition comparative B Composition C Composition D (% en masse) (% en masse) (% en masse) Polydiméthylsiloxane linéaire (1000 mm2/s à 25°C) 5 10 - - Microcapsules d'huile - - 6 12 polydiméthylsiloxane linéaire (1000 mm2/s à 25°C) à double paroi CoF moyen (5-80N) 0.088 0.130 0.087 0.125 Zone de glissement 40 - 57 40 - 58 60 - 75 75 - 129 (N) Tableau 3 20 Nature chimique Composition C Composition E Composition F Composition G (% en masse) (% en masse) (% en masse) (% en masse) Microcapsules à 6 - - - double paroi Microcapsules renforcées à triple paroi - 1 6 12 CoF moyen (5- 0.087 0.126 0.108 0.125 80N) Zone de 60 - 75 40-50 50 >80 glissement (N) Tableau 4 Des essais comparatifs sont réalisés à partir de la même référence pour évaluer la résistance au grippage. La configuration est un Vee-Block en acier au carbone avec un 5 dépôt électrolytique CuSnZn et un pin acier en carbone brut d'usinage. Seul le VeeBlock est revêtu. Les résultats sont rassemblés dans les Tableaux 5 et 6. Nature chimique Composition comparative A (% en masse) Composition comparative B Composition C Composition D (% en masse) (% en masse) (% en masse) Polydiméthylsiloxane linéaire (1000 mm2/s à 25°C) 5 10 - - Microcapsules d'huile - - 6 12 polydiméthylsiloxane linéaire (1000 mm2/s à 25°C) à double paroi Distance avant 41 30 81 42 grippage (m) Tableau 5 Nature chimique Composition Composition Composition Composition C D E (% en masse) (% en masse) (% en masse) (% en masse) F Microcapsules d'huile 6 12 - - polydiméthylsiloxane linéaire (1000 mm2/s @ 25°C) à double paroi Microcapsules d'huile - - 1 6 polydiméthylsiloxane linéaire (1000 mm2/s @ 25°C) à triple paroi renforcée Distance avant grippage 81 42 51 77 (m) Coefficient de 0.139 0.161 0.125 0.120 frottement moyen avant grippage Tableau 6 La résistance au grippage est considérablement augmentée avec l'huile silicone micro-5 encapsulée par rapport à la référence et cela quelque soit la résistance à la rupture de la microcapsule. A concentration égale, la distance avant grippage est augmentée d'au moins 25% par rapport à la référence. Par ailleurs, au regard de l'essai, la concentration optimale en microcapsules doit être inférieure à 12% en masse de la formulation totale. L'essai Pin-on-Vee confirme l'intérêt d'utiliser la forme micro-10 encapsulée de l'huile silicone pour garantir une meilleur ré-agglomération du film dans le contact. Afin de valider les premiers résultats, la Demanderesse a réalisé des vissages de connexion 7" 29# L80 VAM TOP - HH PFBS dans la configuration où le manchon en acier au carbone est traité par un dépôt électrolytique CuSnZn et le pin acier carbone est traité par phosphatation zinc et revêtu par une résine acrylique réticulable UV décrite dans le document W02006104251. Le couple de vissage pour une référence sans huile est de 21000 N.m. Le système Pin/box est nettoyé au moyen d'air comprimé entre chaque assemblage/désassemblage. Dans ces conditions, une référence sans huile ne permet pas un accostage en butée. Les Tableaux 7 et 8 reprennent les différents résultats de vissage comparatifs pour des connexions 7" 29# L80 VAM TOP revêtues pour les unes d'un film sec comportant une huile de Polydiméthylsiloxane linéaire (1000 mm2/s à 25°C) incorporée dans la matrice et pour les autres d'un film sec comportant des microcapsules d'huile de Polydiméthylsiloxane linéaire (1000 mm2/s à 25°C) à double paroi ou triple paroi renforcée. Nom du produit Nombre de vissage / Zef couple d'accostage dévissage sans grippage (N.m) Composition comparative A Polydiméthylsiloxane linéaire (1000 mm2/s ©25°C) 6 15000 Composition C 12 9600 Microcapsules d'huile polydiméthylsiloxane linéaire (1000 mm2/s @ 25°C) à double paroi Tableau 720 Nom du produit Nombre de 1' couple d'accostage (N. m) vissage/dévissage sans grippage Composition comparative G Polydiméthylsiloxane linéaire (1000 mm2/s @25°C) 10+ 13250 Composition H 22 12200 Microcapsules d'huile polydiméthylsiloxane linéaire (1000 mmls @ 25°C) à triple paroi renforcée par un traitement thermique Tableau 8 Sachant qu'il n'y a pas d'accostage pour une référence sans huile, la microencapsulation de l'huile contribue à réduire la valeur du couple d'accostage y compris par rapport à la référence avec huile. La réduction de la valeur du couple d'accostage est au minimum de 10% quelque soit la matrice et le nombre de paroi. Parallèlement, la résistance au grippage est multipliée au minimum par deux. Avantageusement et comme le montre la figure 7, la valeur d'accostage CAB et la résistance au grippage sont particulièrement améliorées au moyen d'une micro- encapsulation à double paroi d'huile lubrifiante. En effet, on voit que la valeur du couple d'accostage CAB2 d'un film sec comportant des microcapsules d'huile de Polydiméthylsiloxane linéaire est bien inférieure à la valeur du couple d'accostage CAB1 d'un film sec comportant une huile de Polydiméthylsiloxane linéaire simplement incorporée dans la matrice. De ce fait le couple sur butée CSB2 du film sec comportant des microcapsules d'huile de Polydiméthylsiloxane linéaire est optimisé. Comparativement au film sans microcapsulation d'huile, le film contenant les microcapsules d'huile est resté dans le contact notamment grâce à un meilleur de taux de transfert vers le système pin. L'utilisation de la micro-encapsulation augmente la capacité de cohésion et de ré-agglomération. La zone de contact portée et butée du système pin soumise à des pressions de contact supérieures à 500 MPa est nettement mieux protégée. La résine acrylique réticulable UV ne présente aucun dommage pourtant visible dans le cas de la référence avec ou sans huile (broyage, fissure, craquelure, délamination). Les résultats obtenus sur connexion confirment l'avantage de la micro-encapsulation 5 de l'huile lubrifiante pour maintenir le film thermoplastique rhéo-résistant dans le contact lors du vissage et assurer une lubrification et une résistance au grippage supérieure. L'effet de la libération de l'huile lubrifiante sur la réduction du frottement est plus marqué dans le cas d'un vissage de connexion par rapport aux résultats en laboratoire 10 où les surfaces misent en jeu sont trop faibles. Dans le cas de la connexion, le confinement et la surface de contact étendue contribue à mettre en évidence le phénomène de rupture et de libération de l'huile contenue. Parallèlement, les chercheurs ont déterminé la valeur du couple sur butée dans les mêmes conditions. 15 Le Tableau 9, qui compare le couple sur butée entre une connexion 7" 29# L80 VAM TOP revêtue d'un film avec huile et un film avec microcapsules d'huile, confirme que la micro-encapsulation de l'huile lubrifiante n'a pas d'impact sur la valeur de couple sur butée déterminée par rapport à la graisse de référence API5A3. Nom du produit Couple sur butée Bridgman ToSR Composition comparative A Polydiméthylsiloxane linéaire (1000 mm2/s @25°C) 75% 144% Composition C 78% 144% Microcapsules d'huile polydiméthylsiloxane linéaire (1000 mm2/s @ 25°C) à double paroi 20 Tableau 9 L'invention propose donc de réaliser des films lubrifiants caractérisés par la microencapsulation modulable de substances liquides hydrophobes et plus particulièrement d'huile lubrifiante ou extrême-pression dans un polymère thermoplastique ou 25 thermodurcissable, avec les avantages suivants : Une très bonne séparation des surfaces de frottement pour une excellente valeur de couple d'accostage durant le premier vissage et ce, quelle que soit la température de contact. Une auto-lubrification par libération contrôlée des substances liquides de lubrification est visée, en fonction de la contrainte appliquée dans les différentes zones de vissage. Une très bonne endurance pour assurer un grand nombre de vissages/dévissages successifs sans grippage par un effet combinant la libération contrôlée des substances liquides de lubrification dans le contact et une meilleure adhérence entre la matrice et le substrat. Une résistance suffisante vis à vis de la contamination par le sable et les poussières. Une intégrité des substances liquides de lubrification dans un large intervalle de température. Un maintien de la valeur de couple sur butée dans la zone de plastification, par rapport aux solutions basées sur les graisses API. REVENDICATIONS1. Élément tubulaire destiné au forage et/ou à l'exploitation de puits d'hydrocarbures présentant une portion d'extrémité (1;2) comprenant au moins une zone filetée (3;4), caractérisé en ce que la portion d'extrémité (1;2) est au moins partiellement revêtue d'un film sec (12), comprenant une matrice (13) thermoplastique ou thermodurcissable incluant des microcapsules remplies de composés sous forme liquide. 2. Élément selon la revendication 1, dans lequel les microcapsules comprennent au plus 85% en masse de composés liquides hydrophobes dont la viscosité cinématique est inférieure à 2000 mm2/s à 100°C. 3. Élément selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les microcapsules ont une taille comprise entre 1 et 60pm et préférablement entre 2 et 10pm de diamètre. Élément selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la membrane des microcapsules est constituée d'au moins une paroi en résine mélamine-formaldéhyde et préférablement d'une double paroi. 5. Élément selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la matrice comprend entre 1 et 25% en masse de microcapsules. 6. Élément selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les composés sont compris dans la famille définie par les polydiméthylsiloxanes linéaires de viscosité cinématique comprise entre 100 et 12500 mm2/s à 25°C et de masse moléculaire compris entre 10000 et 80000 g/mol, les perfluoropolyéther de viscosité cinématique comprise entre 5 et 200 mm2/s à 100°C et de masse moléculaire compris entre 1500 et 13000 g/mol, les huiles synthétiques de type polyalphaoléfine ou polyalkylèneglycol avec un indice de viscosité supérieur ou égal à 100, les esters synthétiques (mono, di- ou tri-ester) combinés à un ester trimellitate, les esters polymères de type copolymère estérifié d'a-oléfine et de diacide carboxylique de viscosité cinématique comprise entre 15 et 65 mm2/s à 100°C, les polysulfures d'alkyl, les oléfines sulfurisée, les esters d'acide gras, les esters synthétiques sulfurisés, les triglycérides naturels sulfurisés, les sulfonates de calcium à base de d'acide alkylarylsulfonique, les carbonates sulfonates decalcium avec une alcalinité comprise entre 100 et 500 mgKOH/g, les sels d'ester phosphoriques, les esters phosphorés et préférablement les alkylarylphosphates ou phosphonates, les phosphites gras, les sels organiques ou inorganiques de dérivés aminés tels que les dérivés d'imidazole ou triazole, les polybutènes, les polyisobutylènes de viscosité cinématique comprise entre 10 et 1000 mm2/s à 100°C, les polyméthacrylates d'alkyl de viscosité cinématique comprise entre 30 et 2000 mm2/s à 100°C, les silanes polysulfures ou mercapto-silanes, les triborates de potassium en suspension dans l'huile minérale. 7. Élément selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le composé microencapsulé est une huile lubrifiante sélectionnée parmi les huiles silicones, fluorées, esters synthétiques. 8. Élément selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la matrice comprend entre 1 et 15% en masse d'huile lubrifiante micro-encapsulée et préférablement entre 5 et 10% en masse. 9. Élément selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la matrice est un polymère thermoplastique choisi parmi les copolyamides, copolymères d'éthylène-vinyl acétate, d'éthylène butyl acrylate, résines oléfiniques. 10. Élément selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel la matrice est un polymère thermodurcissable choisi parmi les polyurées, polyuréthanes, fluorouréthanes. 11. Élément selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la matrice comprend une résine tackifiante choisie parmi les résines terpéniques à base d'alpha pinène, d'acides colophaniques et résiniques estérifiés à la pentaérythrite, d'acides colophaniques et résiniques hydrogénés et estérifiés à la glycérine, les colophanes polymérisées. 12. Élément selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la matrice comprend un ou plusieurs additifs sélectionnés parmi les lubrifiants solides, inhibiteurs de corrosion, cires, plastifiants, anti-oxydants. 13. Élément selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la partie revêtue de la portion d'extrémité a préalablement subi une préparation desurface de type choisi parmi le groupe formé du sablage, des traitements de conversion, des dépôts électrolytiques, et des traitements non réactifs. 14. Élément selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'ensemble de ladite zone filetée (3;4) est revêtue du film sec (12). 15. Élément selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite portion d'extrémité (1;2) comprend au moins une surface d'étanchéité destinée à un contact métal/métal, et ladite surface d'étanchéité est revêtue du film sec lubrifiant (12). 16. Joint tubulaire destiné au forage et/ou à l'exploitation de puits d'hydrocarbures comprenant au moins un élément tubulaire présentant une portion d'extrémité (1;2), caractérisé en ce que cette portion d'extrémité (1;2) est au moins partiellement revêtue d'un film sec (12), comprenant une matrice (13) thermoplastique ou thermodurcissable incluant des microcapsules remplies de composés sous forme liquide.