Brevet FR3128507A1 — publié le 20230428

Composant tubulaire métallique (1) apte à être associé à au moins un autre composant tubulaire métallique pour former un joint, ledit composant tubulaire métallique (1) comprenant un axe longitudinal (x), un corps (12) et au moins une première extrémité axiale (2) adjacente au corps (12), ladite première extrémité axiale (2) étant pourvue d’un connecteur comprenant un filetage (3, 300) et une surface de butée interne (5, 500), le composant tubulaire métallique (1) comprenant en outre une paroi (7) pourvue d’une surface interne (8), ladite surface interne (8) étant revêtue d’une couche d’un matériau thermiquement isolant (9), ladite couche de matériau thermiquement isolant (9) étant revêtue d’un revêtement (11), ledit revêtement (11) présentant une portion axiale (11ax) s’étendant selon l’axe longitudinal (x) et, une portion radiale (11rad), ladite portion radiale (11rad) s’étendant le long de la surface de butée interne (5, 500). [fig.2] Composant tubulaire métallique, joint fileté tubulaire comprenant un tel composant et procédé d’obtention d’un tel composant. L’invention se rapporte au domaine des composants tubulaires métalliques filetés et joints résultants de l’assemblage de deux composants tubulaires filetés, principalement dans le domaine de la géothermie. Cependant, la présente invention peut également concerner le domaine 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 ou la capture de carbone. L’invention se rapporte également à un procédé d’obtention de tels composants tubulaires filetés. Arrière-plan technologique On entend ici par “composant” tout tube ou accessoire utilisé pour forer ou exploiter un puit, notamment en géothermie, et comprenant au moins une connexion ou connecteur ou encore élément tubulaire fileté, et destiné à être assemblé par un filetage à un autre composant pour constituer avec cet autre composant un joint fileté tubulaire. Le composant peut être par exemple un tube de relativement grande longueur, par exemple d’environ 13 mètres de longueur. De tels composants tubulaires métalliques possèdent une limite d’élasticité de préférence supérieur ou égale à 500 MPa. Des tubes métalliques sont largement utilisés dans différents domaines de l’industrie de l’énergie tels que la géothermie, la production électrique, le pétrole et le gaz, ainsi que dans la construction mécanique ou encore la captation et le stockage de carbone. Dans le domaine de la géothermie, les tubes métalliques sont configurés pour faire circuler différents produits, notamment des fluides à haute températures. Dans une centrale géothermique, la chaleur véhiculée par ces fluides est utilisée pour différentes utilisations tels que la création d’électricité ou bien le fonctionnement de systèmes de chauffage/climatisation. Par conséquent, la conservation de la chaleur est un paramètre important dans une centrale géothermique, notamment dans un puits de géothermie dans lequel circulent les fluides véhiculant cette chaleur. Les composants tubulaires utilisés pour faire ces puits doivent donc posséder une isolation thermique optimale afin de limiter au maximum les pertes de chaleur lorsque des fluides circulent à l’intérieur. Afin d’isoler thermiquement des composants tubulaires destinés à des applications en géothermie, l’art antérieur décrit principalement la technique communément nommée « Vacuum Insulated Tube » ou « VIT ». La technologie « VIT » consiste à placer un premier tube en acier à l’intérieur d’un second tube en acier, le second tube ayant un diamètre supérieur au premier tube de sorte à laisser un espace entre la surface externe du premier tube et la surface interne du second tube. Le vide est ensuite fait dans l’espace entre les deux tubes de façon à éviter les échanges thermiques entre ces deux tubes. Cependant, un tube présentant une telle structure « VIT » est coûteux et présente l’inconvénient d’être très lourd, notamment parce qu’il comporte deux tubes en acier au lieu d’un seul pour les tubes classiques. Un tube ayant cette structure n’est donc pas adapté pour la construction de puits profonds, tels que des puits de géothermie présentant par exemple une profondeur de 4000 m ou plus. Une telle colonne ne pourrait pas résister aux forces de traction et d’étirement verticale qui s’appliqueraient alors aux tubes qui la composeraient. Résumé Afin de pallier les inconvénients ci-dessus, une idée à la base de l’invention est de réduire significativement les échanges de chaleurs entre l’intérieur et l’extérieur d’un puits de géothermie tout en réduisant les coûts de fabrication des tubes composants un tel puits. En particulier, une idée à la base de l’invention est de limiter les pertes de chaleur vers l’extérieur du puits se produisant au niveau des connexions entre les tubes. Une idée à la base de l’invention est également de faire des tubes permettant la construction de puits de géothermie à de grandes profondeurs. Ainsi, l’invention fournit un composant tubulaire métallique apte à être associé à au moins un autre composant tubulaire métallique pour former un joint, ledit composant tubulaire métallique comprenant un axe longitudinal x, un corps et au moins une première extrémité axiale adjacente au corps, ladite première extrémité axiale étant pourvue d’un connecteur comprenant un filetage et une surface de butée interne, le composant tubulaire métallique comprenant en outre une paroi pourvue d’une surface interne, ladite surface interne étant revêtue d’une couche d’un matériau thermiquement isolant, ladite couche de matériau thermiquement isolant étant revêtue d’un revêtement, ledit revêtement présentant une portion axiale s’étendant selon l’axe longitudinal x et, une portion radiale, ladite portion radiale s’étendant le long de la surface de butée interne. Ici, on entend par « filetage » une portion filetée sur une longueur axiale déterminée. On entend par « longueur axiale » une longueur qui s’étend selon l’axe longitudinal x. Également, on entend ici par « adjacente » que la première extrémité axiale est en contact du corps du composant tubulaire métallique. Avec une telle configuration, le revêtement maintien la couche de matériau thermiquement isolant plaquée contre la surface interne du composant tubulaire. Ainsi, la surface interne du composant tubulaire peut être isolée thermiquement sur toute la longueur axiale du composant tubulaire, y compris au niveau du connecteur et ce, indépendamment du fait que le connecteur soit mâle ou femelle. De plus, le revêtement protège le matériau thermiquement isolant des différents produits qui peuvent circuler dans un puits de géothermie. Notamment, dans un puits de géothermie les fluides circulent à de hautes pressions, ce qui aurait tendance à dégrader le matériau thermiquement isolant. De plus, le revêtement remplie également la fonction de barrière étanche pour le matériau thermiquement isolant vis-à-vis des fluides circulants. Ainsi, le revêtement permet au matériau thermiquement isolant de conserver sa fonction isolante en le protégeant d’une dégradation par les fluides circulants. Un autre avantage de cette configuration, notamment en comparaison d’une structure « VIT » couramment utilisés en géothermie, est que l’isolation ne nécessite qu’un seul tube en acier et présente donc un poids bien plus faible qu’une structure « VIT ». Par conséquent, les colonnes constituées de composants tubulaires selon l’invention peuvent être plus longues, ce qui permet de réaliser des puits à de plus grandes profondeurs. Également, en comparaison d’une structure « VIT » qui comprend un vide entre les deux tubes en acier qui le constituent, la paroi d’un composant tubulaire selon l’invention ne comporte pas de vide et est donc significativement plus résistante à l’effondrement lié aux fortes pressions qui peuvent s’exercer sur sa paroi, notamment à de grandes profondeurs. Selon des modes de réalisation, le composant tubulaire métallique selon l’invention peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes. Selon un mode de réalisation, la surface interne de la paroi du composant tubulaire métallique est entièrement revêtue par la couche de matériau thermiquement isolant. Grâce à cette caractéristique, l’isolation thermique est améliorée car la totalité de la surface interne est revêtue par la couche de matériau thermiquement isolant. Selon un mode de réalisation, la couche de matériau thermiquement isolant présente une première surface isolante et une deuxième surface isolante. Selon un mode de réalisation, la deuxième surface isolante forme un épaulement présentant une surface radiale d’extrémité. Dans la présente demande de brevet, les termes « surface radiale » et « portion radiale » signifient que ladite surface et ladite portion s’étendent radialement. Selon un mode de réalisation, la surface radiale d’extrémité s’étend radialement dans le prolongement de la surface de butée interne. Selon un mode de réalisation, la portion radiale du revêtement s’étend le long de la surface radiale d’extrémité de l’épaulement formé par la deuxième surface isolante. Selon un mode de réalisation, la couche de matériau thermiquement isolant est entièrement revêtue par le revêtement. Ici, il doit être compris que au moins la deuxième surface isolante, ce qui inclut la surface radiale d’extrémité, est entièrement revêtue par le revêtement. Grâce à cette caractéristique, la couche de matériau thermiquement isolant est entièrement protégée par le revêtement, notamment vis-à-vis des fluides circulants. Selon un mode de réalisation, le composant tubulaire métallique peut comprendre une deuxième extrémité axiale identique ou différente de la première extrémité axiale. Par exemple, la deuxième extrémité axiale peut être pourvue d’un connecteur mâle ou femelle présentant une structure et une géométrie identique ou différente du connecteur de la première extrémité axiale. Selon un mode de réalisation, le revêtement est soudé au connecteur. Le soudage permet une meilleure association entre le matériau dans lequel le revêtement est fait et le matériau dans lequel le composant tubulaire est fait. Cela résulte en une fixation solide et durable du revêtement, en particulier lorsque celui-ci est pincé entre deux surfaces de butées internes dans un joint. Cela permet donc d’assurer une bonne étanchéité et une bonne protection de la couche de matériau thermiquement isolant par le revêtement. Selon un mode de réalisation, la portion radiale du revêtement est soudée au connecteur : soit à une extrémité distale mâle lorsque le connecteur est un connecteur mâle, soit à une base de butée interne femelle lorsque le connecteur est un connecteur femelle. Grâce à ces caractéristiques, la couche de matériau thermiquement isolant est recouverte par le revêtement, y compris au niveau de sa surface radiale d’extrémité. De plus, lorsque le connecteur est un connecteur mâle, le revêtement s’étend radialement depuis l’extrémité distale mâle sur toute la longueur d’une surface de butée interne mâle. Lorsque le connecteur est un connecteur femelle, le revêtement s’étend radialement depuis la base de butée interne femelle sur toute la longueur d’une surface de butée interne femelle. Ainsi, que le connecteur soit mâle ou femelle, la surface de butée interne est entièrement recouverte par le revêtement. Par conséquent, le composant tubulaire présente une meilleure étanchéité sur toute sa longueur axiale, et une meilleure protection vis-à-vis des produits circulants dans le composant tubulaire métallique. En outre, lorsqu’un tel composant tubulaire selon l’invention est couplé à un autre composant tubulaire selon l’invention, le joint ainsi formé présente une étanchéité améliorée du fait de la compression des portions radiales des revêtements de chacun des deux composants tubulaires entre leurs surfaces de butées respectives et entre la surface radiale d’extrémité de leurs couches respectives de matériau thermiquement isolant. Selon un mode de réalisation, lorsque le connecteur est un connecteur mâle, ledit connecteur mâle peut en outre comprendre une lèvre, ladite lèvre s’étendant axialement entre l’extrémité distale mâle et le filetage mâle. Dans la présente demande de brevet, l’expression « s’étend axialement » signifie que l’élément concerné s’étend selon l’axe longitudinale x. Ainsi, la lèvre s’étend selon l’axe longitudinale x. On comprend donc que, lorsque le connecteur mâle comprend une lèvre, l’extrémité distale mâle correspond au bout de la lèvre, et qu’en l’absence d’une telle lèvre, l’extrémité distale mâle correspond au bout du filetage mâle. Autrement dit, selon que le connecteur mâle comprend une lèvre ou pas, le terme « extrémité distale mâle » peut désigner soit, la jonction entre le surface de butée interne mâle et la lèvre, soit la jonction entre la surface de butée interne mâle et le filetage mâle. Selon un mode de réalisation, la lèvre peut comprendre une portée d’étanchéité. Selon un mode de réalisation, lorsque le connecteur est un connecteur femelle, ledit connecteur femelle peut en outre comprendre un diamètre intérieur de logement femelle, ledit diamètre intérieur de logement femelle s’étendant axialement entre la base de butée interne femelle et le filetage femelle. On comprend donc que, selon que le connecteur femelle comprend un diamètre intérieur de logement femelle ou pas, le terme « base de butée interne femelle » peut désigner soit, la jonction entre la surface de butée interne femelle et le diamètre interne de logement femelle, soit la jonction entre la surface de butée interne femelle et le filetage femelle. Selon un mode de réalisation, le revêtement est un revêtement métallique réalisé avec un alliage ape à résister à la corrosion. Dans la présente invention, le terme « revêtement » peut désigner un élément communément nommé « liner » par l’homme du métier, tel qu’un liner métallique. Préférentiellement, le revêtement est donc un liner réalisé avec un alliage apte à résister à la corrosion. De manière générale, le liner peut être réalisé avec différents aciers apte à résister à la corrosion, tel que des aciers contenant du Chrome et/ou du Nickel. Ce type d’acier est notamment décrit dans la demande EP3314032 du titulaire. A la lumière de la présente description, l’homme du métier comprend donc sans ambiguïté que, même lorsque le revêtement est courbé de sorte à former une structure tubulaire, il ne peut être comparé à un tube métallique tel que défini dans l’industrie des tubes en acier pour les domaines d’application de la présente invention. En effet, un tube dont la structure serait essentiellement constituée d’un revêtement, ou liner, ne conviendrait évidemment pas à une utilisation dans le domaine de l’invention. Il ne s’agit donc pas d’un premier tube métallique à l’intérieur d’un second tube métallique tel que pour une structure « VIT ». Selon un mode de réalisation, le revêtement présente une épaisseur comprise entre 1 mm et 10 mm, préférentiellement une épaisseur comprise entre 1 mm et 5 mm. Selon un mode de réalisation, le matériau thermiquement isolant présente une masse volumique inférieure ou égale à 50% de la masse volumique de l’acier, préférentiellement inférieure ou égale à 40% de la masse volumique de l’acier, encore plus préférentiellement inférieure ou égale à 35% de la masse volumique de l’acier, la masse volumique dudit acier étant comprise entre 6800 et 9000 kg/m3. La masse volumique d’un tel acier est en moyenne d’environ 7850 kg/m3. Selon un mode de réalisation, le matériau thermiquement isolant peut être en béton ou en céramique. Préférentiellement, la couche de matériau thermiquement isolant peut être réalisée avec des briques en céramique ou des briques en béton, encore plus préférentiellement avec des briques en céramiques ou en béton enrichies en particules isolantes. On entend ici par « particules isolantes » des éléments aptes à limiter les échanges thermiques dans le matériau thermiquement isolant, tels que des particules de vermiculites ou des billes de verre. Le matériau thermiquement isolant peut être un matériau apte à résister à des températures supérieures à 100°C. Le matériau thermiquement isolant peut également être un matériau apte à résister à des forces de compression supérieures ou égales à 100 bar, préférentiellement supérieures ou égales à 250 bars, encore plus préférentiellement supérieures ou égales à 300 bars. Selon un mode de réalisation, le rapport entre l’épaisseur du revêtement et l’épaisseur d’isolation de la couche de matériau thermiquement isolant est d’au moins 1/4, préférentiellement d’au moins 1/5, et idéalement d’au moins 1/6. Selon un mode de réalisation, la couche de matériau thermiquement isolant présente une épaisseur d’isolation comprise entre 5 mm et 60 mm, préférentiellement une épaisseur d’isolation comprise entre 6 mm et 30 mm. Ces caractéristiques contribuent au fait qu’un composant tubulaire selon l’invention présente un poids bien plus faible que les structures « VIT » utilisés en géothermie. Par conséquent, les colonnes peuvent être plus longues, ce qui permet de réaliser des puits à de plus grandes profondeurs. Selon un mode de réalisation, une jonction entre la portion axiale et la portion radiale du revêtement forme un angle β compris entre 85° et 90°, préférentiellement entre 89° et 90°. Un angle β inférieur à 85° risque de générer un vide entre le revêtement et la couche de matériau thermiquement isolant, notamment lorsque deux tubes selon l’invention sont couplés. Cela pourrait générer des déformations sur le revêtement qui risquerait de se briser, notamment au niveau de la jonction entre sa portion axiale et sa portion radiale. La présente invention se rapporte également à un joint fileté tubulaire comprenant : un premier composant tubulaire selon l’invention, ledit premier composant tubulaire comprenant un connecteur mâle, un deuxième composant tubulaire selon l’invention, ledit deuxième composant tubulaire comprenant un connecteur femelle, le premier composant tubulaire et le deuxième composant tubulaire étant assemblés par vissage du connecteur mâle du premier composant tubulaire au connecteur femelle du deuxième composant tubulaire. Selon un mode de réalisation, le diamètre intérieur de logement femelle est supérieur au diamètre de la lèvre mâle. Une telle caractéristique permet d’éviter les interférences radiales. Ainsi, l’usure des composants tubulaires, qui est notamment due à leurs multiples assemblages par vissage, est limitée. Selon un mode de réalisation, le joint fileté tubulaire peut comprendre : un premier composant tubulaire selon l’invention, ledit premier composant tubulaire comprenant un premier connecteur mâle, un deuxième composant tubulaire selon l’invention, ledit deuxième composant tubulaire comprenant un deuxième connecteur mâle, et un élément de couplage assemblé par vissage avec le premier connecteur mâle et avec le deuxième connecteur mâle. Au sens de la présente invention, on entend par « élément de couplage » un accessoire de liaison, ou raccord, destiné à raccorder deux éléments tubulaires filetés et fréquemment désigné dans la littérature par le terme anglais « coupling ». Un tel élément de couplage correspond donc à une pièce de raccordement tubulaire métallique qui s’étend selon un axe longitudinal et qui possède deux extrémités filetées pouvant être identiques ou différentes. Avec une telle configuration, le joint formé est entièrement isolé thermiquement. Par conséquent, lorsqu’un tel joint est utilisé dans un puits de géothermie et qu’un fluide passe à l’intérieur des tubes, les pertes d’énergie par émission de chaleur sont fortement réduites, y compris au niveau des joints qui connectent ces tubes. La production d’énergie d’un tel puits de géothermie est par conséquent significativement optimisée. Par ailleurs, dans un tel joint, le contact entre les surfaces des butées internes des connecteurs entraine un pincement des revêtements à la fois sur toute la longueur des surfaces de butée internes, mais également sur toute la longueur de la surface radiale d’extrémité de l’épaulement formé par la deuxième surface isolante. Une telle configuration génère donc une étanchéité par compression des revêtements l’un contre l’autre, ce qui améliore l’étanchéité du joint. Enfin, un autre objet de la présente invention concerne un procédé pour obtenir un composant tubulaire métallique selon l’invention, ledit procédé comprenant au moins les étapes suivantes : une étape de plaquage du revêtement contre la couche de matériau thermiquement isolant par expansion hydraulique et, une étape de fixation du revêtement au connecteur mâle par soudage. 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’une portion d’un composant tubulaire métallique pourvue d’un connecteur mâle, selon un mode de réalisation de l’invention (revêtement non représenté). La est un schéma d’une vue en coupe longitudinale d’une portion d’un composant tubulaire métallique tel que schématisé à la , dans lequel le revêtement est représenté. La est un schéma d’une vue en coupe longitudinale d’une portion d’un composant tubulaire métallique pourvue d’un connecteur femelle, selon un mode de réalisation de l’invention. La est un schéma d’une vue en coupe longitudinale d’une partie d’un joint comprenant deux composants tubulaires métalliques tel que schématisé à la , et assemblés par un élément de couplage (filetages non représentés). La est un schéma d’une vue en coupe longitudinale d’une partie d’un joint comprenant un premier composant tubulaire tel que schématisé à la et un deuxième composant tubulaire métallique tel que schématisé à la (filetages non représentés). Composant tubulaire métallique (1) apte à être associé à au moins un autre composant tubulaire métallique pour former un joint, ledit composant tubulaire métallique (1) comprenant un axe longitudinal (x), un corps (12) et au moins une première extrémité axiale (2) adjacente au corps (12), ladite première extrémité axiale (2) étant pourvue d’un connecteur comprenant un filetage (3, 300) et une surface de butée interne (5, 500), le composant tubulaire métallique (1) comprenant en outre une paroi (7) pourvue d’une surface interne (8), ladite surface interne (8) étant revêtue d’une couche d’un matériau thermiquement isolant (9), ladite couche de matériau thermiquement isolant (9) étant revêtue d’un revêtement (11), ledit revêtement (11) présentant une portion axiale (11ax) s’étendant selon l’axe longitudinal (x) et, une portion radiale (11rad), ladite portion radiale (11rad) s’étendant le long de la surface de butée interne (5, 500). Composant tubulaire métallique (1) selon la revendication 1, dans lequel le revêtement (11) est soudé au connecteur. Composant tubulaire métallique (1) selon l’une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel la portion radiale (11rad) du revêtement (11) est soudée au connecteur : soit à une extrémité distale (4, 401) lorsque le connecteur est un connecteur mâle, soit à une base de butée interne femelle (400) lorsque le connecteur est un connecteur femelle. Composant tubulaire métallique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le revêtement (11) est un revêtement métallique réalisé avec un alliage apte à résister à la corrosion. Composant tubulaire métallique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le revêtement (11) présente une épaisseur comprise entre 1 mm et 10 mm, préférentiellement une épaisseur comprise entre 1 mm et 5 mm. Composant tubulaire métallique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le matériau thermiquement isolant (9) présente une masse volumique inférieure ou égale à 50% de la masse volumique de l’acier, préférentiellement inférieure ou égale à 40% de la masse volumique de l’acier, encore plus préférentiellement inférieure ou égale à 35% de la masse volumique de l’acier, la masse volumique dudit acier étant comprise entre 6800 et 9000 kg/m 3 . Composant tubulaire métallique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel une jonction entre la portion axiale (11ax) et la portion radiale (11rad) du revêtement (11) forme un angle β compris entre 85° et 90°, préférentiellement entre 89° et 90°. Joint fileté tubulaire (20) comprenant : un premier composant tubulaire (1a, 1b) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, ledit premier composant tubulaire (1a) comprenant un connecteur mâle, un deuxième composant tubulaire (1c) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, ledit deuxième composant tubulaire (1b) comprenant un connecteur femelle, le premier composant tubulaire (1a, 1b) et le second composant tubulaire (1c) étant assemblés par vissage du connecteur mâle du premier composant tubulaire (1a, 1b) au connecteur femelle du deuxième composant tubulaire (1c). Joint fileté tubulaire (20) comprenant : un premier composant tubulaire (1a) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, ledit premier composant tubulaire (1a) comprenant un premier connecteur mâle, un deuxième composant tubulaire (1b) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7 et, ledit deuxième composant tubulaire (1b) comprenant un deuxième connecteur mâle, et un élément de couplage (30) assemblé par vissage avec le premier connecteur mâle et avec le deuxième connecteur mâle. Procédé pour obtenir un composant tubulaire métallique (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, ledit procédé comprenant au moins les étapes suivantes : une étape de plaquage du revêtement (11) contre la couche de matériau thermiquement isolant (9) par expansion hydraulique et, une étape de fixation du revêtement (11) au connecteur mâle par soudage.