Brevet FR3008763A1 — publié le 20150123

ENSEMBLE POUR LA RÉALISATION D'UN JOINT FILETE POUR LE FORAGE ET L'EXPLOITATION DES PUITS D'HYDROCARBURES ET JOINT FILETE RESULTANT [1] La présente invention concerne les connexions filetées destinées au forage et/ou à l'exploitation de puits d'hydrocarbures, et plus précisément l'optimisation de la performance globale d'une connexion en termes d'efficacité et d'étanchéité lorsque la connexion travaille en traction compression. [2] Par connexions filetées, on entend tout ensemble constitué d'éléments de forme sensiblement tubulaire, métalliques et aptes à être assemblés entre eux par vissage, 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. [3] Chaque élément tubulaire comporte une portion d'extrémité dotée d'une zone filetée 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. [4] Ces composants tubulaires filetés d'une connexion sont assemblés sous des contraintes définies afin de répondre aux exigences de serrage et d'étanchéité 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. [5] Les conditions d'utilisation de ces composants tubulaires filetés donnent lieu à des contraintes mécaniques, qui sollicitent sur des plages étendues les parties sensibles de ces composants, telles que les zones filetées, les zones en butée, ou encore les surfaces d'étanchéité. [6] C'est pourquoi, la conception des connexions est un cahier des charges complexe qui demande de prendre en compte conjointement plusieurs paramètres. Il est ainsi recommandé de préserver l'efficacité de la connexion ainsi que l'épaisseur de la zone des composants tubulaires qui porte les surfaces d'étanchéité, et de minimiser au mieux les risques de déplacement des points de contact étanche lorsque la connexion travaille en traction compression. [7] Un type de solutions a été développé au travers des connexions décrites dans le document W02008/110494. Ces connexions sont caractérisées par le fait que l'extrémité mâle et/ou femelle comporte une lèvre dotée d'une gorge disposée à la sortie du filetage, juste avant la surface d'étanchéité. Cette gorge permet de diminuer l'épaisseur de ladite extrémité, et par la même occasion d'abaisser la raideur radiale, de sorte que la zone au voisinage de la gorge est apte à être déformée radialement par une pression qui s'exerce sur elle. Ceci permet alors de maintenir le contact entre les surfaces d'étanchéité. [8] Toutefois, des essais ont mis en évidence le fait que ce type de gorge admet une longueur axiale trop importante, qui fait que la déformation radiale de la zone au voisinage de la gorge s'étend bien souvent au-delà du domaine élastique. Il se produit bien souvent une plastification de cette zone qui aboutit à un flambage de la lèvre et par conséquent à une perte du contact au niveau des surfaces d'étanchéité. [9] C'est pourquoi l'invention a pour objet de prévenir les risques de flambage au niveau de l'extrémité lorsque la connexion travaille en flexion ou bien lorsque l'extrémité des composants tubulaire est soumise à des pressions radiales. L'invention s'applique plus particulièrement à limiter la longueur axiale maximale de la gorge dans le cas des connexions présentant des filetages à serrage radial et à profil de filets en queue d'aronde. [10] Plus précisément, l'invention a pour objet un ensemble pour la réalisation d'un joint fileté, comprenant un premier et un second composants tubulaires d'axe de révolution et dotés chacun respectivement en l'une de leurs extrémités d'au moins une première zone filetée continue , réalisée selon une première hélice sur la surface circonférentielle extérieure ou intérieure du composant selon que l'extrémité filetée est du type mâle ou femelle, et étant apte à coopérer entre elles en vissage, les premières zone filetée des extrémités présentant un profil de filets en queue d'aronde et à largeur variable, lesdites extrémités s'achevant respectivement par une surface terminale , au moins l'une des extrémités étant dotée d'une lèvre ménagée entre la zone filetée et la surface terminale, ladite lèvre portant une surface d'étanchéité apte à coopérer en serrage étanche avec une surface d'étanchéité correspondante disposée en regard sur l'autre extrémité lorsque le joint est à l'état vissé, caractérisé en ce que la lèvre est creusée d'une gorge jouxtant d'une part la zone filetée et d'autre part la surface d'étanchéité, la longueur (GL) de la gorge étant encadrée comme suit : (LFL TL -RLP GL > 0.4 x n x 2 LFL x (LFL -SFL) LFL TL - RLP GL 0.4 x n x 2 LFL x (LFL - SFL)) [51] Selon un mode de réalisation particulier de l'invention décrit aux figures 2A et 2B, la variation de la largeur des filets est quasi nulle, de sorte que LFL et SFL sont égaux et correspondent au pas P du filetage. L'encadrement de la faible longueur GL de la gorge 11 est alors simplifié comme suit : 0,2 P/n REVENDICATIONS1 Ensemble pour la réalisation d'un joint fileté, comprenant un premier et un second composants tubulaires d'axe de révolution (10) et dotés chacun respectivement en l'une de leurs extrémités (1, 2) d'au moins une première zone filetée continue (3, 4), réalisée selon une première hélice sur la surface circonférentielle extérieure ou intérieure du composant selon que l'extrémité filetée est du type mâle ou femelle, et étant apte à coopérer entre elles en vissage, les premières zone filetée (3, 4) des extrémités (1, 2) présentant un profil de filets, vu selon une coupe longitudinale passant par l'axe 10, en queue d'aronde et à largeur variable, lesdites extrémités (1, 2) s'achevant respectivement par une surface terminale (7, 8), au moins l'une des extrémités (1, 2) étant dotée d'une lèvre (12) ménagée entre la zone filetée et la surface terminale, ladite lèvre portant une surface d'étanchéité (5) apte à coopérer en serrage étanche avec une surface d'étanchéité correspondante (6) disposée en regard sur l'autre extrémité lorsque le joint est à l'état vissé, caractérisé en ce que la lèvre (12) est creusée d'une gorge (11) jouxtant d'une part la zone filetée et d'autre part la surface d'étanchéité, la longueur (GL) de la gorge étant encadrée comme suit : (LFL TL -RLP GL > 0.4 x n x 2 LFL x (LFL -SFL) LFL TL - RLP GL