Brevet FR3098879A1 — publié le 20210122

Description Titre de l'invention : Joint fileté à profil hélicoïdal dissymétrique [0001] La présente invention est relative à des joints ou assemblages de tubes destinés à être connectés au moyen de filetages et concerne les tubes utilisés dans l'industrie et en particulier les assemblages ou jonctions filetées destinées à équiper les colonnes de tubes de production ou d'accessoires tubulaires de production ou les colonnes de tubes de cuvelage pour l'exploration, la prospection ou l'exploitation des puits de pétrole ou de gaz, ainsi que les assemblages ou jonctions filetés utilises pour toute application dans laquelle il peut être nécessaire d'assembler des lignes de tubes ou des accessoires tubulaires comme par exemple dans l'industrie de la géothermie ou dans la production de vapeur. L'assemblage fileté selon l'invention est particulièrement utile pour l'assemblage de tubes métalliques utilisés pour le cuvelage de puits de pétrole ou de gaz comme cela est. expliqué ci-après. [0002] Dans ce texte on utilise avec le même sens, sauf contexte particulier, les mots as- semblage ou joint ou jonction ou connexion. Par tubes on entend tout type de tubes ou de composants tubulaires ou d'accessoires tubulaires existants ou susceptibles d'être mis en oeuvre dans l'industrie, ces tubes étant en général des tubes métalliques. En particulier, ces tubes sont des tubes sans soudure obtenus à partir d'acier tels que ceux définis dans les normes API 5 CT, ou encore selon les normes ISO 11960 :2004. De préférence, un joint selon l'invention est obtenu entre des tubes réalisés dans un matériau ayant une forte capacité de résistance à la rupture, par exemple des aciers de grade compris entre 862 et 965 MPa (entre 125 et 140 ksi). [0003] On connait de nombreux types d'assemblage pour tubes pétroliers ou de gaz donnant des résultats satisfaisants du point de vue caractéristiques mécaniques et étanchéité, même dans des conditions sévères d'utilisation. Certains de ces assemblages font appel à des tubes, munis de filetages tronconiques males aux deux extrémités qu'on assemble au moyen de manchons ayant deux filetages tronconiques femelles correspondants. Ce mode d'assemblage présente l'avantage de rendre rigides les deux composants de l'assemblage, du fait de l'existence d'interférences positives que l'on peut créer entre filetage male et filetage femelle. On parle de joints filetés manchonnés, également dits T&C. [0004] Cependant le diamètre extérieur de ces manchons est plus élevé que celui des tubes correspondants et nécessite, quand ces assemblages sont utilisés dans les tubes de cuvelage, la réalisation de trous de forage de diamètre accru. Dans le cas de puits très profonds, d'une profondeur excédant 4000 m, le cuvelage va devoir descendre plus profondément dans le puits, et il est connu de préférer des assemblages sans manchon, tels qu'enseignés dans les documents US-2992019, EP-0767335 ou encore US- 2 2013/0015657. Dans ce cas, les tubes comportent chacun une extrémité munie d'un connecteur male et une deuxième extrémité munit d'un connecteur femelle. Les tubes sont assemblés bout à bout par des joints entre connecteur mâle et femelle. Ces assemblages sont désignés sous l'appellation « intégraux ». [0005] Pour répondre à des besoins accrus de résistance aux pressions internes et externes, il est connu du document US-4662659 un joint intégral pourvu de deux portions filetées étagées de part et d'autre d'une butée intermédiaire, cette butée intermédiaire étant conçue avec un angle négatif pour augmenter la résistance aux pressions. De plus, d'un côté de cette butée intermédiaire, ou de part et d'autre de cette butée intermédiaire, le document enseigne des zones d'étanchéité par interférence radiale entre surfaces coniques, dont les angles de conicité sont légèrement modifiés l'un par rapport à l'autre d'un angle y. Selon ce document, l'étanchéité est exclusivement assurée au niveau central, entre les deux portions filetées, à proximité de la butée intermédiaire. Le document US-2019-0040978 propose une alternative au document US-4662659, en spécifiant une géométrie particulière de ces étanchéités de part et d'autre de la butée intermédiaire, et en modifiant la forme du filetage et en choisissant un filetage à profil en queue d'aronde. [0006] Tl est par ailleurs connu du document US-2017-0101830 un autre joint pourvu de deux portions filetées étagées de part et d'autre d'une butée intermédiaire. Selon ce document, une étanchéité est prévue entre une portion filetée et cette butée intermédiaire. Or la définition de cette étanchéité amenuise la performance et la capacité de la butée intermédiaire, de sorte que ce document enseigne de prévoir une surface de butée additionnelle au niveau de l'extrémité distale du connecteur mâle Alternativement, d'autres documents proposent de modifier le filetage pour compenser la moindre performance en compression de la butée intermédiaire. Ces filetages alternatifs sont alors dits en queue d'aronde et vissé de manière à obtenir un blocage entre elles des portions filetées. A cet effet, les portions filetées sont proposées avec une valeur de pas différente pour le flanc porteur et pour le flanc d'engagement, de sorte que l'hélice de ce filetage propose une largeur de dents qui augmente au fur et à mesure des tom-s d'hélice, d'une extrémité à l'autre, des creux définis entre les spires de cette hélice diminuant selon la même progression. Ainsi le vissage des portions filetées est réalisé jusqu'à obtenir des contacts entre flancs d'engagement, mais également entre flancs porteurs. Ce type de joint dit « selflocking wedge thread », bien que très performant est néanmoins très difficile à usiner et à maitriser au moment de l' assemblage. [0007] Malgré les diverses solutions déjà connues, il est alors apparu un besoin de faciliter l'usinage d'une connexion intégrale qui soit propre à former des cuvelages pour des puits de grande profondeur, dont les performances de résistance aux cycles de 3 pressions internes et pressions externes, ainsi que les tolérances en traction et compression soient néanmoins acquises en acceptant des tolérances d'usinage et d'assemblage inhérentes à l'univers des tubes pétroliers ou de gaz. En pratique, il est également apparu que la manière dont la graisse d'assemblage était appliquée sur les connexions était un facteur d'ordre 1 dans la réussite à la réalisation d'un joint. Le joint fileté selon l'invention permet de mieux tolérer les variations de manutention au moment de l'application d'une quantité de graisse. [0008] L'intérêt de l'invention est de proposer un joint intégral qui réponde à des exigences techniques proches de celles des joints à manchon, et qui permette d'avoir une efficacité proche de celle du tube. En particulier un joint selon l'invention peut avoir une efficacité égale à 96% de l'efficacité du tube. L'efficacité est en général définie comme étant le rapport de la section critique du joint sur la section d'une partie courante d'un tube entre les deux extrémités d'un composant. La section critique du joint est égale à la plus petite section critique du connecteur mâle ou du connecteur femelle. [0009] L'invention s'applique préférentiellement à des joints filetés de grand diamètre, notamment à des tubes de diamètre extérieur supérieur à 177,8 mm (7 pouces), de préférence supérieur à 254 mm (10 pouces), par exemple de 406,4 mm (16 pouces). [0010] L'invention propose un joint à tenue améliorée sous ces aspects. [0011] L'invention a pour objet un joint fileté tubulaire pour le forage et ou l'exploitation de puits d'hydrocarbures, comprenant un premier tube pourvu à une première extrémité distale d'un connecteur mâle et un deuxième tube pourvu à une deuxième extrémité distale d'un connecteur femelle, le connecteur mâle étant apte à être assemblé par vissage avec le connecteur femelle, le premier tube assemblé au deuxième tube définissent ensemble un axe longitudinal, le connecteur mâle comportant une portion filetée mâle, le connecteur femelle comportant une portion filetée femelle engagée avec la portion filetée mâle lorsque le joint est assemblé, les portions filetées mâle et femelle comportant chacune au moins une hélice pourvue d'un flanc porteur, un sommet de filet, un flanc d'engagement, un fond de filet, telles qu'un pas du flanc porteur LFLp et un pas du flanc d'engagement SFLp de la portion filetée mâle, et respectivement un pas du flanc porteur LFLb et un pas du flanc d'engagement SFLb de la portion filetée femelle remplissent la condition suivante, pour au moins deux tours consécutifs des hélices respectives des portions filetées mâle et femelle: [0012] [Math.1] SFLp = LFLp = .SFLb = LFLb = k [0013] et tels que le long de l'axe longitudinal, dans ces au moins deux tours consécutifs, une largeur de dent (Wtp) de l'hélice de la portion filetée mâle et une largeur de dent de l'hélice de la portion filetée correspondante femelle (Wtb) sont telles que [0014] [Math.2] 50% [0015] Ou [0016] [Math.3] 50% REVENDICATIONSJoint fileté tubulaire pour le forage et ou l'exploitation de puits d'hydrocarbures, comprenant un premier tube (12) pourvu à une première extrémité distalc d'un connecteur mâle (18) et un deuxième tube (14) pourvu à une deuxième extrémité distale d'un connecteur femelle, le connecteur mâle (18) étant apte à être assemblé par vissage avec le connecteur femelle (16), le premier tube (12) assemblé au deuxième tube (14) définissent ensemble un axe longitudinal, le connecteur mâle (18) comportant une portion filetée mâle (18a, 18h), le connecteur femelle (16) comportant une portion filetée femelle (16a, 16b) engagée avec la portion filetée mâle (18a, 18b) lorsque le joint est assemblé les portions filetées mâle et femelle comportant chacune au moins une hélice pourvue d'un flanc porteur, un sommet de filet (60, 80), un flanc d'engagement, un fond de filet (61, 81), telles qu'un pas du flanc porteur LFLp et un pas du flanc d'engagement SFLp de la portion filetée mâle (18a, 18b), et respectivement un pas du flanc porteur LFLb et un pas du flanc d'engagement SFLb de la portion filetée femelle (16a, 16b) remplissent la condition suivante, pour au moins deux tours consécutifs des hélices respectives des portions filetées mâle et femelle: [Math.14] SFLp = LFLp = SFLb = LE'Lb et tels que le long de l'axe longitudinal, dans ces au moins deux tours consécutifs, une largeur de dent (Wtp) de l'hélice de la portion filetée mâle (18a, 18b) et une largeur de dent (Wtb) de l'hélice de la portion filetée correspondante femelle (18a, 18b) sont telles que [Math.15] t p 80% 5()%9