Brevet FR3133897A1 — publié le 20230929

Joint fileté (1) présentant un axe longitudinal (x), ledit joint comprenant un premier composant tubulaire (C1) et un deuxième composant tubulaire (C2) vissés l’un à l’autre, une première longueur axiale BSL entre une surface de butée interne femelle (23) et une surface de butée externe femelle (21) étant plus grande qu’une deuxième longueur axiale PSL entre une surface de butée interne mâle (13) et une surface de butée externe mâle (11), la première longueur axiale BSL et la deuxième longueur axiale PSL étant telles qu’un interstice (30) est formé entre la surface de butée externe mâle (11) et la surface de butée externe femelle (21), ledit interstice (30) étant apte à être fermé par contact entre la surface de butée externe mâle (11) et la surface de butée externe femelle (21) lorsqu’une charge compressive axiale est appliquée. [Fig 1] Joint fileté tubulaire L’invention se rapporte au domaine des joints filetés tubulaires. Plus particulièrement, l’invention concerne des joints filetés tubulaires métalliques utilisés dans l’industrie du pétrole et du gaz, de l’énergie ou du stockage, et notamment pour une utilisation telle que l’exploitation de puits d’hydrocarbures, le transport d’hydrocarbures, la capture de carbone ou la géothermie. Arrière-plan technologique On entend ici par « joint fileté » un ensemble constitué de composants de forme sensiblement tubulaire, métalliques et assemblés entre eux par vissage. Les composants tubulaires peuvent être des tubes ou tout type de pièce de raccordement communément utilisée dans le domaine de l’invention, tels que des manchons. De tels composants tubulaires métalliques possèdent une limite d’élasticité de préférence supérieur ou égale à 450 MPa. Chaque composant 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 composant analogue. Ainsi assemblés, les composants tubulaires filetés constituent ce que l’on appelle un joint ou une connexion. Ces joints sont soumis à une grande variété de contraintes de traction ou de compression axiale, de pression intérieur ou extérieure de fluide, de flexion ou encore de torsion, éventuellement combinées et d’intensité pouvant fluctuer. L’étanchéité doit être assurée malgré ces contraintes et malgré les conditions d’emploi rudes sur chantier. Ces dernières années, la demande des opérateurs dans le domaine de l’invention a évolué. Ainsi, il est de plus en plus demandé par les opérateurs que les joints filetés présentent une meilleure résistance à toutes ces contraintes, notamment lorsque la charge de la contrainte appliquée au joint dépasse la limite d’élasticité dudit joint. Pour répondre à cette demande, l’art antérieur décrit dans le brevet EP3572612 : un joint fileté tubulaire comprenant une extrémité femelle tubulaire s’étendant depuis un corps principal d’un premier élément tubulaire, et une extrémité mâle tubulaire s’étendant depuis un corps principal d’un second élément tubulaire. Ce joint présente deux portions filetées étagées, entre lesquelles est disposée une première butée. Le joint comprend en outre une deuxième butée formée par une extrémité libre mâle et un épaulement interne femelle. Les filetages des composants tubulaires formant ce joint présentent des flancs porteurs et des flancs d’engagements avec exactement le même pas. L’inconvénient d’un tel joint est qu’un jeu axial subsiste au niveau des flancs porteurs et/ou des flancs d’engagement du filetage. Lorsqu’un tel joint est soumis à de fortes contraintes mécaniques, il existe alors un risque élevé que ce jeu axial engendre des fuites. En raison de ce jeu axial, les graisses qui sont ajoutées lors du couplage, notamment pour limiter le risque de fuite, sont stockées dans les interstices formés entre les flancs porteurs et les flancs d’engagements. Ainsi, lorsqu’un tel joint passe d’un premier état de contrainte en traction, à un deuxième état de contrainte en compression, les interstices qui étaient ouverts dans le premier état de contrainte se referment, ouvrant ainsi de nouveaux interstices entre les flancs de filets qui étaient en contact dans le premier état de contrainte mais qui ne le sont plus dans le deuxième état de contrainte. Un tel passage d’un état de contrainte à un autre entraine un mouvement des graisses depuis les interstices qui étaient ouverts dans le premier état de contrainte du joint, vers les interstices qui sont formés lorsque le joint passe dans le deuxième état de contrainte. Avec un tel mouvement des graisses dans le filetage, les flancs porteur et les flancs d’engagement sont alternativement espacés les uns des autres, puis directement en contact, et inversement, selon l’état de contrainte dans lequel le joint se trouve. Le fait que les flancs des filets entrent régulièrement en contact direct entraine une augmentation significative du risque de grippage, ce qui diminue fortement la durée de vie des joints. Par conséquent, de tels joints doivent être changés fréquemment, ce qui complexifie la maintenance pour les opérateurs tout en générant des coûts opérationnels supplémentaires. Résumé Afin de pallier les inconvénients ci-dessus, un premier but de l’invention est de réduire significativement le risque de grippage au niveau d’un joint fileté tout en améliorant la résistance du joint fileté aux contraintes mécaniques. En outre, un deuxième but de l’invention est de réduire les coûts opérationnels générés par l’utilisation du joint fileté tout en simplifiant les opérations sur chantier. Ainsi, l’invention fournit un joint fileté présentant un axe longitudinal x, ledit joint comprenant un premier composant tubulaire et un deuxième composant tubulaire, le premier composant tubulaire et le deuxième composant tubulaire étant vissés l’un à l’autre, le premier composant comprenant un premier tube et un élément mâle disposé à une extrémité dudit premier tube, l’élément mâle comprenant successivement depuis le premier tube vers une surface de butée interne mâle dudit élément mâle : une surface de butée externe mâle, au moins une première portion filetée mâle présentant un profil de filets à largeur variable à serrage autobloquant, et la surface de butée interne mâle, le deuxième composant comprenant un deuxième tube et un élément femelle disposé à une extrémité dudit deuxième tube, l’élément femelle comprenant successivement depuis le deuxième tube vers une surface de butée externe femelle dudit élément femelle : une surface de butée interne femelle, au moins une première portion filetée femelle présentant un profil de filets à largeur variable à serrage autobloquant, une lèvre femelle, et la surface de butée externe femelle, une première longueur axiale BSL entre la surface de butée interne femelle et la surface de butée externe femelle étant plus grande qu’une deuxième longueur axiale PSL entre la surface de butée interne mâle et la surface de butée externe mâle, la première longueur axiale BSL et la deuxième longueur axiale PSL étant telles qu’un interstice est formé entre la surface de butée externe mâle et la surface de butée externe femelle, ledit interstice étant apte à être fermé par contact entre la surface de butée externe mâle et la surface de butée externe femelle lorsqu’une charge compressive axiale est appliquée. L’interstice formé entre la surface de butée externe mâle et la surface de butée externe femelle permet d’alléger l’effort en compression exercé sur les flancs des filets lorsque la charge qui est appliquée en compression dépasse la limite d’élasticité du joint. Ainsi, lorsque les composants tubulaires sont vissés l’un à l’autre et qu’une charge compressive axiale est appliquée, la surface de butée externe mâle et la surface de butée externe femelle entrent en contact dès que la charge compressive axiale devient supérieure à la limite d’élasticité des filets. Cela a pour conséquence que la charge compressive est immédiatement répartie d’une part, sur les flancs des filets, et d’autre part, sur les surfaces des butées externes mâle et femelle. Une telle répartition de la charge permet de conserver l’étanchéité conférée par le filetage. Une telle architecture des éléments mâle et femelle permet ainsi d’obtenir un joint présentant de meilleures performances en compression, notamment après sa limite d’élasticité. Le diamètre interne d’un joint est axialement décroissant depuis les surfaces de butées externes vers les surfaces de butées internes. Par conséquent, la surface d’une butée externe est nécessairement supérieure à la surface d’une butée intermédiaire, et une surface de butée intermédiaire est nécessairement supérieur à une surface de butée interne. Par conséquent, le fait que le contact de butée se fasse entre les surfaces de butées externes permet une plus grande surface de contact de butée et donc une capacité de couple supérieure à celle d’un joint dont le contact de butée se fait au niveau d’un épaulement interne ou intermédiaire. Autrement dit, le fait que le contact de butée se fasse entre les surfaces de butées externes permet de supporter des charges compressives axiales supérieurs en comparaison d’un contact de butée qui se ferait au niveau d’un épaulement interne ou intermédiaire. Des filets à largeur variable et à serrage autobloquant tels que ceux utilisés dans l’invention empêchent qu’un interstice soit formé au niveau du filetage du joint. Ainsi, lorsque le premier composant tubulaire et le deuxième composant tubulaire sont vissés l’un à l’autre et qu’aucune charge compressive axiale n’est appliquée, l’intégrité, et notamment l’étanchéité, du joint sont entièrement produites par le couple généré par le contact entre d’une part, les flancs porteurs et les flancs d’engagement du filet du premier composant tubulaire, et d’autre part, les flancs porteurs et les flancs d’engagement du filet du deuxième composant tubulaire. Par conséquent, avec un tel joint, il n’est pas nécessaire d’utiliser des graisses pour obtenir l’étanchéité, ce qui diminue la quantité de graisse utilisée et donc diminue les coûts opérationnels. D’autre part, en raison de l’absence d’un jeu axial entre les filets, le risque de grippage lors d’un changement d’état de contrainte, par exemple lors d’un passage d’un état de traction à un état de compression, le risque de grippage est quasiment nul et la durée de vie d’un tel joint est par conséquent augmentée de façon significative. Selon un mode de réalisation, l’élément mâle comprend un logement externe mâle qui s’étend depuis la surface de butée externe mâle jusqu’à la portion filetée mâle. Selon un mode de réalisation, la surface de butée externe mâle présente une inclinaison d’angle α par rapport à un premier axe y, ledit premier axe y étant perpendiculaire à l’axe longitudinal x, et en ce que la surface de butée externe femelle présente une inclinaison d’angle β par rapport à un deuxième axe y’’, ledit deuxième axe y’’ étant perpendiculaire à l’axe longitudinal x, les angles α et β étant tels que la surface de butée externe mâle et la surface de butée externe femelle sont sensiblement parallèles. Autrement dit, les angles α et β sont sensiblement égaux. Grâce à ces caractéristiques, quelle que soit la valeur des angles α et β, la surface de butée externe mâle et la surface de butée externe femelle sont toujours en face-à-face, de sorte à présenter une surface de contact maximale entre elles, ce qui permet d’améliorer la performance du joint en compression. Pour des raisons de clarté il est ici précisé que, dans la présente demande, toute valeur donnée à l’angle α correspond à une valeur d’angle mesurée dans le sens trigonométrique entre la surface de butée externe mâle et l’axe y. De la même façon, toute valeur donnée à l’angle β correspond à une valeur d’angle mesurée dans le sens trigonométrique entre la surface de butée externe femelle et l’axe y’’. Selon un mode de réalisation, l’axe y et la surface de butée externe mâle sont coaxiaux et, l’axe y’’ et la surface de butée externe femelle sont coaxiaux. Les angles α et β ainsi formés sont soit des angles nuls, soit des angles plats. Un angle nul étant définit comme présentant une valeur de 0° et, un angle plat étant définit comme présentant une valeur de 180°. Selon un mode de réalisation, les angles α et β ont tous les deux, soit une valeur de 0°, soit une valeur de 180°. Selon un mode de réalisation, les angles α et β sont tels que : 0°≤ α ≤30° et 0°≤β≤30°. Au-delà de 30°, lorsqu’une charge compressive axiale est appliquée au joint, la lèvre peut commencer à fléchir, ce qui risque de mener à la rupture de la lèvre. Selon un mode de réalisation, les angles α et β sont tels que : 0°≤ α ≤10° et 0°≤β≤10°. Selon un mode de réalisation, les angles α et β sont tels que : 0°≤ α ≤5° et 0°≤β≤5°. Lorsqu’un joint subit une charge compressive axiale, et notamment lorsque celle-ci dépasse la limite d’élasticité dudit joint, l’extrémité de l’élément femelle a tendance à subir une force mécanique orientée radialement vers l’extérieur du tube. Ce phénomène tend à diminuer la surface de contact entre la surface de butée externe mâle et la surface de butée externe femelle, ce qui tend à diminuer la performance en compression du joint. De telles valeurs des angles d’inclinaison des surfaces de butées externes mâle et femelle permettent d’orienter la force radialement vers l’intérieur du tube et donc d’éviter ce phénomène. Selon un mode de réalisation, l’interstice présente une longueur axiale comprise entre 0,10 mm et 1,75 mm. Préférentiellement, l’interstice présente une longueur axiale comprise entre 0,10 mm et 0,82 mm, et encore plus préférentiellement entre 0,10 mm et 0,63 mm., idéalement, l’interstice présente une longueur axiale comprise entre 0,10 mm et 0,50 mm. Ceci permet à l’interstice de se refermer et donc mène à l’amélioration de la résistance en compression de manière optimale selon les capacités de compression en jeu dans le domaine de l’invention. De manière préférentielle, l’interstice présente une longueur axiale telle que : BSL ×(0,5%)/4 ≤interstice (30)≤BSL ×0,7% où BSL est en mm. La valeur minimum permet d’alléger l’effort en compression exercé sur les flancs des filets lorsque la charge qui est appliquée en compression dépasse la limite d’élasticité du joint à partir de 25% de la capacité de compression du joint selon l’invention. La valeur maximum permet d’alléger l’effort en compression exercé sur les flancs des filets lorsque la charge qui est appliquée en compression atteint 100% de la capacité de compression du joint selon l’invention. Définitions Dans la présente demande, on entend par « état vissé » le fait que les composants tubulaires sont raccordés l’un à l’autre de sorte à former un joint adapté pour une utilisation dans le domaine de l’invention. A titre d’exemple, on peut citer l’étanchéité comme étant une propriété nécessaire à l’utilisation du joint dans un domaine de l’invention. On entend par « longueur axiale » une longueur qui s’étend et qui se mesure selon l’axe longitudinal x. Pour des raison de clarté, il est ici présenté une manière dont la première longueur axiale BSL et la deuxième longueur axiale BSL peuvent être mesurées. Ainsi, la première longueur axiale BSL peut être mesurée depuis une première extrémité radiale intérieure femelle jusqu’à une deuxième extrémité radiale intérieure femelle. On prend donc la distance entre les points projetés radialement sur l’axe x. De façon analogue, la deuxième longueur axiale PSL peut être mesurée depuis une première extrémité radiale intérieur mâle jusqu’à une deuxième extrémité radiale intérieure mâle. On prend donc également la distance entre les points projetés radialement sur l’axe x. On entend par « filet à serrage autobloquant » le fait que le filet du filetage mâle présente une largeur croissante axialement dans un premier sens et, le filet du filetage femelle présente une largeur croissante axialement dans un deuxième sens, ledit deuxième sens étant opposé au premier sens. La largeur des filets à serrage autobloquants, tels que ceux utilisés dans l’invention, peut varier axialement, c’est-à-dire selon l’axe longitudinal x, et/ou radialement, c’est-à-dire selon un axe perpendiculaire à l’axe longitudinal x. Lorsque la largeur des filets varie radialement, les filets ont alors un profil en queue d’aronde. A noter que pour le filetage dit « wedge », 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 type de filetage propose une largeur de dents qui augmente au fur et à mesure des tours d'hélice, d'une extrémité à l'autre, des creux définis entre les spires de cette hélice diminuant selon la même progression. Il est à noter que dans le cadre de l’invention, une surface de butée est apte à être en contact de butée mais ne l’est pas forcément une fois le joint à l’état vissé. Brève description des figures L’invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description suivante de plusieurs modes de réalisation particuliers de l’invention, donnés uniquement à titre illustratif et non limitatif, en référence aux dessins annexés. Il doit être compris, cependant, que la présente demande n'est pas limitée aux arrangements, structures, caractéristiques, modes de réalisation et apparence précis indiqués. Les dessins ne sont pas dessinés à l'échelle et ne sont pas destinés à limiter la portée des revendications au(x) mode(s) de réalisation représenté(s) dans ces dessins. Par conséquent, il doit être compris que lorsque des caractéristiques mentionnées dans les revendications sont suivies par des références, lesdites références sont inclues uniquement en vue d’améliorer la compréhension des revendications et ne limitent en aucun cas la portée de ces dernières. La est un schéma d’une vue en coupe longitudinale d’un joint fileté dont les deux composants tubulaires sont vissés l’un à l’autre, selon un mode de réalisation de l’invention (filetage non représenté). La est un schéma d’une vue rapprochée du détail A du joint fileté selon l’invention de la (filetage non représenté). La est un schéma d’une vue rapprochée d’une variante du détail A d’un joint fileté selon un mode de réalisation de l’invention (filetage non représenté). Joint fileté (1) présentant un axe longitudinal (x), ledit joint comprenant un premier composant tubulaire (C1) et un deuxième composant tubulaire (C2), le premier composant tubulaire (C1) et le deuxième composant tubulaire (C2) étant vissés l’un à l’autre, le premier composant (C1) comprenant un premier tube (10) et un élément mâle (15) disposé à une extrémité dudit premier tube (10), l’élément mâle (15) comprenant successivement depuis le premier tube (10) vers une surface de butée interne mâle (13) dudit élément mâle : une surface de butée externe mâle (11), au moins une première portion filetée mâle (12) présentant un profil de filets à largeur variable à serrage autobloquant, et la surface de butée interne mâle (13), le deuxième composant (C2) comprenant un deuxième tube (20) et un élément femelle (25) disposé à une extrémité dudit deuxième tube (20), l’élément femelle (25) comprenant successivement depuis le deuxième tube (20) vers une surface de butée externe femelle (21) dudit élément femelle : une surface de butée interne femelle (23), au moins une première portion filetée femelle (22) présentant un profil de filets à largeur variable à serrage autobloquant, une lèvre femelle (24), et la surface de butée externe femelle (21), une première longueur axiale BSL entre la surface de butée interne femelle (23) et la surface de butée externe femelle (21) étant plus grande qu’une deuxième longueur axiale PSL entre la surface de butée interne mâle (13) et la surface de butée externe mâle (11), la première longueur axiale BSL et la deuxième longueur axiale PSL étant telles qu’un interstice (30) est formé entre la surface de butée externe mâle (11) et la surface de butée externe femelle (21), ledit interstice (30) étant apte à être fermé par contact entre la surface de butée externe mâle (11) et la surface de butée externe femelle (21) lorsqu’une charge compressive axiale est appliquée. Joint tubulaire (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface de butée externe mâle (11) présente une inclinaison d’angle α par rapport à un premier axe (y), ledit premier axe (y) étant perpendiculaire à l’axe longitudinal (x), et en ce que la surface de butée externe femelle (21) présente une inclinaison d’angle β par rapport à un deuxième axe (y’’), ledit deuxième axe y’’ étant perpendiculaire à l’axe longitudinal (x), les angles α et β étant tels que la surface de butée externe mâle (11) et la surface de butée externe femelle (21) sont sensiblement parallèles. Joint tubulaire (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce que les angles α et β sont tels que : 0°≤ α ≤30° et 0°≤β≤30°. Joint tubulaire (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce que les angles α et β sont tels que : 0°≤ α ≤10° et 0°≤β≤10°. Joint tubulaire (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce que les angles α et β sont tels que : 0°≤ α ≤5° et 0°≤β≤5°. Joint tubulaire (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce que les angles α et β ont tous les deux une valeur de 0°. Joint tubulaire (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’interstice (30) présente une longueur axiale comprise entre 0,10 mm et 0,82 mm. Joint tubulaire (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’interstice (30) présente une longueur axiale telle que : où BSL est en mm.