DE TUBES METALLIQUES.

Le dispositif qui fait l'objet de l'invention concerne la protection avant utilisation des filetages et des portées de joint formant butée qui permettent la réalisation des jonctions vissées de tubes métalliques de révolution et participent â l'étanchéité de ces

5. jonctions. Ce dispositif concerne les jonctions vissées de tubes métalliques reliés soit de façon directe les uns aux autres, soit par l'intermédiaire de raccords filetés ou manchons.

Ce dispositif concerne en particulier la protection des portées de 10. joint formant butée et des filetages des tubes utilisés pour le forage des puits de pétrole, ou pour l'exploitation (tubing) de ces puits, ou encore pour les cuvelages de ces puits (casing).

Parmi les différents types de jonctions vissées qui ont été développés 15. on connaît en particulier celui décrit dans le brevet FR 1489013. La portée de joint formant butée qui doit assurer l'étanchéité de la jonction comporte une surface annulaire tronconique concave, usinée à l'extrémité mâle d'un tube, qui vient en butée contre une surface annulaire tronconique convexe usinée au voisinage de l'extrémité 20. intérieure du filetage femelle.

L'étanchéité de la jonction dépend de la qualité des filetages et des portées de joint formant butée, qualité qui peut être détériorée soit par des chocs, au cours des transports par exemple, soit par 25. corrosion, en particulier au contact d'eau salée ou d'autres milieux agressifs.

Différents dispositifs ont été proposés en vue de protéger les zones de jonction de tubes vissés.

30.

La demande de brevet DE-OS 2834489 décrit une coiffe de protection en élastomère ou en matière plastique qui recouvre le filetage extérieur d'un tube. Des reliefs intérieurs, sensiblement parallèles à l'axe, assurent la tenue de la coiffe sur les filets. Le dispositif peut

35. aussi être adapté à la protection d'un filetage intérieur.

Ce dispositif n'est pas conçu pour la protection de portées de joint et, n'étant pas étanche, ne protège pas contre la corrosion.

Le modèle d'utilité DE-GBM 7800484.9 décrit un protecteur pour filetages tronconiques mâles ou femelles aux extrémités de tubes d'acier, comportant une pièce en matière souple, telle qu'un ëlastomère, à laquelle est liée une pièce de renfort tubulaire en 5. acier. La pièce en matière souple est pourvue d'un filetage tronconique qui épouse les filets du tube d'acier et comporte deux zones d'étanchéité dont l'une s'applique sur l'extrémité frontale du tube.

10. Un tel dispositif ne permet pas de protéger efficacement des portées de joint formant butée, telles que par exemple les portées tronconiques décrites dans le FR 1489013. Il est en effet difficile de visser correctement des filets en matière souple et la mise en appui étanche du joint sur les zones de butée est difficile à contrôler.

15. Enfin la souplesse de la matière fait que son rôle protecteur vis à vis des chocs dans les zones non recouvertes par la pièce de renfort est faible.

La demande de brevet GB 2093426 décrit une coiffe de protection pour 20, filetage extérieur de tube. Elle comporte une gaine extérieure de préférence en acier et une paroi intérieure de préférence en matière plastique résistant au choc. La paroi intérieur est filetée de façon à se visser sur l'extrémité du tube. Le bord d'extrémité du tube est protégé par un rebord arrondi de la coiffe qui le recouvre. 25.

Ce dispositif n'est pas conçu pour protéger de la corrosion des portées de joint formant butée telles que des portées tronconiques. Il ne comporte pas non plus de moyens permettant d'assurer la protection contre la corrosion de la zone recouverte par la coiffe. Enfin il ne 30. s'applique pas à la protection des filetages intérieurs des tubes.

On a recherché la possibilité de réaliser un dispositif pouvant assurer une protection efficace contre la corrosion et les chocs, avant utilisation, des filetages et des portées de joint formant 35.butée, qui permettent la réalisation des jonctions vissées de tubes métalliques. On a recherché en particulier la possibilité de protéger les filetages intérieurs ou extérieurs et les portées de joint formant butée, tels que ceux décrits par exemple dans le brevet

FR 1489013.

On a recherché aussi la possibilité de maintenir au contact des portées de joint formant butée un certain volume d'un fluide 5. protecteur.

Enfin on a recherché la possibilité de réaliser un dispositif protecteur facile à monter et démonter, résistant aux chocs et vibrations, et permettant si nécessaire le libre passage à l'intérieur 10. du tube métallique d'outils ou de calibres, sans démontage.

Le dispositif protecteur pour jonctions vissées de tubes métalliques qui fait l'objet de l'invention permet de résoudre ce problème de façon particulièrement simple et avantageuse. Ce dispositif concerne 15. la protection des filetages et des portées de joint formant butée de tubes métalliques et en particulier des portées de joint formant butée à surfaces tronconiques décrites daans le FR 1489013.

Ce dispositif comprend une bague en matière plastique rigide, munie 20. d'un filetage qui est engagée par vissage sur le filetage mâle ou femelle de la zone de jonction, pourvue d'une portée de joint formant butée, d'un tube, ou raccord tubulaire, métallique. Cette bague comporte une zone annulaire de butée dont la face frontale est disposée, de façon à se trouver en regard de la portée de joint du 25. tube métallique, lorsque la bague est vissée à fond sur le tube. Le bord intérieur de cette face frontale comporte un premier moyen d'étanchêité annulaire qui coopère avec la portée de joint du tube, au voisinage de son bord intérieur, pour assurer l'étanchéité. Le profil de cette face frontale est réalisé en tenant compte du profil de la 30. portée de joint du tube de façon à délimiter un volume annulaire, compris entre cette face frontale et la portée de joint, qui est clos grâce à l'appui étanche obtenu au voisinage des bords intérieurs de cette face frontale et de cette portée de joint.

35. Avantageusement ce volume annulaire clos est rempli, au moins en partie, d'un fluide tel qu'une graisse qui protège la portée de joint, notamment contre la corrosion.

La bague peut comporter un deuxième moyen d'étanchêité annulaire dont

l'action se combine avec celle du premier. Ce deuxième moyen est disposé de façon à se trouver en appui étanche contre le tube métallique, lorsque la bague est vissée à fond, au voisinage de l'une des extrémités de son filetage, la portée de joint formant butée se

5. trouvant au voisinage de l'autre extrémité de ce même filetage. Le premier moyen d'étanchêité annulaire est avantageusement une lèvre formée par le bord intérieur de la face frontale de la bague. Le deuxième moyen d 'étanchéitê peut être également une lèvre annulaire, solidaire de la bague et dont le profil est tel qu'elle est en contact

10. étanche avec la paroi du tube lorsque la bague est vissée à fond. Ce deuxième moyen d'étanchêité peut aussi être un joint rapporté, tel qu'un joint torique placé par exemple dans un logement annulaire ménagé dans la bague.

15.La zone de la bague qui se trouve en regard du filetage du tube métallique, lorsqu'elle est vissée à fond, peut ne comporter que quelques filets, le reste de la surface étant lisse.

Avantageusement aussi la bague comporte une zone arrière qui dépasse 20. l'extrémité du tube lorsqu'elle est vissée à fond. Cette zone peut comporter des moyens de prise tels que des reliefs qui facilitent la prise d'outils de vissage ou dévissage. Ces reliefs, de préférence parallèles à l'axe, sont disposés sur la paroi Intérieure et/ou extérieure de la bague.

25.

Afin de renforcer la tenue aux chocs de la bague on peut revêtir la majeure partie de la surface de celle-ci, du côté non fileté, d'une virole métallique qui est solidarisée avec elle par tout moyen convenable. Cette virole peut s'étendre au-delà de l'extrémité de la

30.bague en matière plastique dans la direction qui s'éloigne du tube métallique. C'est alors cette virole qui peut être conformée de façon à comporter une zone munie de moyens de prise tels que des reliefs facilitant la prise d'outils de vissage ou dévissage.

35. e diamètre intérieur de la bague en matière plastique, revêtue ou non d'une virole métallique est tel qu'il permet le libre passage d'outils ou de calibres sans dévissage du dispositif protecteur. Au contraire, pour certaines applications, le dispositif protecteur peut être fermé par un fond circulaire étanche solidaire de la bague en matière

plastique ou de la virole dont elle peut être revêtue. Ce fond circulaire peut être amovible.

On utilise avantageusement pour la réalisation de la bague une matière 5_ plastique ayant de bonnes caractéristiques de dureté et d'élasticité telle qu'une matière â base de polyuréthane. Avantageusement, en particulier lorsque la bague n'est pas revêtue d'une virole métallique, on utilise une matière plastique présentant en outre une très bonne résistance aux chocs, en particulier à basse température. 10. On peut faire appel par exemple à des polyamides modifiés pour une résistance accrue aux chocs ou â certaines qualités de polyéthylène.

La virole métallique dont peut être revêtue la bague est réalisée en un métal ou alliage approprié, tel que par exemple un acier ordinaire, 15. allié, ou inoxydable.

Le dispositif suivant l'invention convient, plus particulièrement, pour la protection des zones de jonction de tubes métalliques comportant des filetages mâles ou femelles tronconiques. La bague

20. comporte alors des filetages correspondants limités, de préférence, â quelques filets. On facilite ainsi le centrage de la bague avant vissage, on évite le coincement par superposition de filets et enfin on réduit les temps de vissage et dévissage. Enfin l'invention concerne aussi la bague en matière plastique en elle-même, revêtue ou

25.non d'une virole métallique, qui permet de réaliser le dispositif suivant l'invention.

La description et les figures ci-après permettent de mieux comprendre, de façon non limitative, les principales caractéristiques du 30.dispositif protecteur suivant l'invention, ainsi que les caractéristiques complémentaires avantageuses de certains modes particuliers de réalisation de ce dispositif.

La figure 1 est une vue, en demi-coupe axiale, d'un dispositif 35.protecteur suivant l'invention, comportant une bague en matière plastique vissée à l'extrémité mâle d'un tube métallique.

La figure 2 est une vue agrandie de la figure (1). montrant la disposition du deuxième moyen d'étanchêité dont est pourvue la bague

en matière plastique.

La figure 3 est une vue en demi-coupe axiale d'un dispositif protecteur suivant l'invention, comportant une bague en matière 5. plastique vissée à l'extrémité femelle d'un tube métallique.

La figure 4 est une vue en demi-coupe axiale d'un dispositif protecteur suivant l'invention, comportant une bague en matière plastique, revêtue d'une virole métallique, vissée à l'extrémité mâle 10. 'un tube métallique.

La figure 5 est une vue en demi-coupe axiale d'un dispositif protecteur suivant l'invention, comportant une bague en matière plastique, revêtue d'une virole métallique, vissée à l'extrémité 15.femelle d'un tube métallique.

La figure 6 est une vue en bout, suivant la flèche F , de la partie dépassante de la virole métallique de la figure 5.

20.On voit figure 1, en demi-coupe axiale, un tube métallique de révolution (1) d'axe (X -X£), dont la zone de jonction mâle (2) est protégée par un dispositif suivant l'invention. Cette zone de jonction comporte un filetage tronconique extérieur (3) et une portée de joint (4) tronconique concave formant butée dont la génératrice est inclinée

25.d'environ 15 â 25° par rapport à un plan perpendiculaire à (X^-X£). La portée (4) est raccordée à l'extrémité du filetage (3) par un chanfrein (5).

Le dispositif protecteur comprend une bague monobloc (6) en matière 30. plastique munie d'un filetage intérieur (7) comportant seulement quelques filets, qui est vissée à fond sur le filetage (3) du tube jusqu'à serrage en butée. La zone de butée (8) de la bague comporte une zone frontale (9) annulaire en regard de la portée de joint (4). Le bord intérieur de cette face frontale comporte un premier moyen 35. d'étanchêité annulaire, constitué par la lèvre (10) qui, grâce au serrage de la bague sur le tube, se trouve en appui étanche sur la portée de joint, au voisinage du bord intérieur (4A) de cette portée. On remarque que, dans le mode de réalisation du dispositif suivant l'invention représenté à cette figure 1, la lèvre annulaire (10)

orientée en direction de l'intérieur du tube est engagée à l'intérieur du cercle formé par le bord intérieur (4A) de la portée (4). Ainsi le bord extérieur (10A) de la lèvre (10) est en regard de la paroi intérieure du tube (l)dans sa zone de raccordement (4B) au bord

5. intérieur (4A) de la portée de joint (4) lorsque la bague est vissée à fond. Dans ces conditions le bord intérieur (4A) est en appui contre la face frontale (9) dans la zone de raccordement entre le bord extérieur (10A) de la lèvre (10) et la partie de la face frontale qui est en regard de la portée de joint (4). Entre cette face frontale et

10. cette portée de joint un volume annulaire clos (11) est réservé. Ce volume, de section sensiblement triangulaire dans le cas de la figure, est de préférence rempli d'un fluide protecteur tel qu'une graisse. On remarque que, grâce à la disposition particulière de la lèvre (10) représentée sur la figure, la portée de joint (4) est protégée par le

15. fluide protecteur contenu dans le volume annulaire clos (11), sur toute sa surface. De plus l'avancée de la lèvre (10), dans une direction sensiblement parallèle à l'axe, vers l'intérieur du tube, forme, une sorte de labyrinthe qui limite les pertes de fluide protecteur dans le cas où une perte d'étanchêité se produit au niveau

20. du contact entre le bord intérieur (4A) de la portée (4) et la face frontale (9) de la zone de butée (8) de la bague (6).

Afin d'améliorer l'étanchéité de cet espace clos, et aussi de protéger la zone du filetage, la bague peut comporter un deuxième moyen

25. d'étanchêité situé au delà de la zone du filetage (3) par rapport à la portée de joint (4). Ce deuxième moyen est représenté de façon agrandie par la figure 2 qui est un détail de la figure 1. Elle montre la zone d'introduction (12) de la bague (6) autour du tube (1). On voit que, au voisinage du bord d'introduction (13) de la bague (6) est

30. disposée une lèvre (14) orientée radialement en direction de l'axe (X1-X2) qui prend appui sur la paroi extérieure du tube. Cette lèvre constitue le deuxième moyen d'étanchêité. Ses dimensions sont telles que, lorsque la bague est vissée à fond, elle se trouve en appui élastique étanche. sur la paroi extérieure du tube. Ainsi la

35.pénétration de fluides corrosifs entre la bague et le tube, en direction du filetage (3) et du volume clos (11) est empêchée. Le diamètre intérieur minimal (D de la bague est supérieur au diamètre intérieur (D2 du tube dans une partie courante ce qui permet le passage d'outils ou de calibres. La zone (15) de la bague qui dépasse

l'extrémité du tube comporte des reliefs tels que (16, 17), formés respectivement sur ses parois extérieure et intérieure. Ces reliefs sont sensiblement parallèles à l'axe et permettent la prise d'outils pour le vissage ou le dévissage. L'épaisseur de la bague est

5_ déterminée de façon que celle-ci encaisse les chocs dus à la manutention du tube et protège efficacement la zone d'extrémité de celui-ci. Ainsi une surépaisseur (18) est réalisée au voisinage de la zone d'introduction (12) de la bague qui peut être soumise à des efforts et des chocs importants. Cette surépaisseur permet en particulier d'amortir les chocs perpendiculaires à l'axe X^ X «

10.

La figure 3 représente, en demi-coupe axiale le dispositif protecteur suivant l'invention monté â l'extrémité d'un tube métallique de révolution (19), d'axe (X3-X4), pour protéger sa zone de jonction femelle (20). Cette zone comprend un filetage tronconique intérieur

15 (21) et une portée de joint (22) tronconique convexe formant butée. Ce tube peut aussi être un raccord ou manchon utilisé pour l'assemblage de tubes comportant des zones de jonction à filetage tronconique mâle.

20.La génératrice de la portée de joint (22) est inclinée de 15 à 25° par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe (X3-X4). Cette portée de joint se raccorde à l'extrémité de la zone de filetage du tube par un chanfrein (24).

25. e dispositif protecteur comprend une bague monobloc (25) en matière plastique, munie d'un filetage extérieur (26) comportant seulement quelques filets, qui est vissée à fond sur le filetage intérieur du tube jusqu'à serrage en butée. La zone de butée (27) de la bague comporte une face frontale (28) en regard de la portée de joint (22).

30.

Comme dans le cas de la figure 1, la lèvre annulaire (29), orientée en direction de l'intérieur du tube (19), est engagée à l'intérieur du cercle formé par le bord intérieur (22A) de la portée de joint (22). Ce bord intérieur (22A) est à l'intersection de la portée (22) et de

35.1a paroi intérieure (23) du tube (19).

Lorsque la bague est vissée à fond, ce qui est le cas de la figure, ce bord intérieur (22A) est en appui contre la face frontale (28)

(29) et la partie de cette face frontale (28) qui se trouve en regard de la portée de joint (22). La génératrice de cette partie de la face frontale est inclinée par rapport à celle de la portée de joint de

5. façon à réserver un volume annulaire clos (30) qui peut être rempli d'un fluide protecteur tel qu'une graisse. L'avancée de la lèvre (29) vers l'intérieur du tube (19) forme une sorte de labyrinthe ce qui limite les pertes de fluide protecteur, et donc les risques de pénétration de fluides corrosifs, dans le cas où une perte

10. d'étanchêité se produit au niveau du contact entre le bord intérieur (22A) de la portée de joint (22) et la face frontale (28).

Pour compléter la protection, en particulier en ce qui concerne le filetage (21) du tube (20), un deuxième moyen d'étanchêité est disposé

15. au delà de ce filetage, par rapport à la portée de joint (22), entre la bague et la zone d'extrémité (31) du tube. Ce deuxième moyen est une lèvre annulaire (32), rattachée à un décrochement (33) de la paroi arrière renforcée (34) de la bague (25) qui vient en appui élastique et étanche sur la face d'extrémité (35) du tube (20). Les dimensions

20. de la bague (25) sont déterminées de façon que, lorsqu'elle est vissée à fond, des contacts étanches soient obtenus en même temps au niveau du premier et du deuxième moyen d'étanchêité. Le filetage (21) et volume clos (30) sont ainsi protégés, de façon particulièrement efficace contre la pénétration de fluides corrosifs, tels que de l'eau 25. de mer.

La zone annulaire renforcée (34) de la bague permet de protéger des chocs la zone d'extrémité (31) et la face (35) du tube. Cette zone renforcée (34) comporte des reliefs tels que (36, 37), disposés 30. respectivement sur la paroi extérieure et sur la paroi intérieure, qui permettent la prise d'outils de vissage ou de dévissage. Le diamètre intérieur minimal (D3) de la bague est peu inférieur au diamètre intérieur (D4) du tube, dans une partie courante pour permettre le passage d'outils ou de calibres de types habituels.

35.

Les figures 4 à 6 représentent un mode de réalisation du dispositif suivant l'invention dans lequel la bague en matière plastique est revêtue d'une virole métallique pour renforcer sa tenue aux chocs.

La figure 4 représente, en demi-coupe axiale, un mode particulier de réalisation d'un dispositif protecteur (38) suivant l'invention réalisé autour de l'extrémité d'un tube métallique (39), d'axe X5X6, muni d'un filetage tronconique mâle (40) et, â l'extrémité, d'une

5. portée de joint tronconique concave (41) formant butée. Ce dispositif comprend une bague en matière plastique (42) ne comportant que quelques filets (43).

Toute la zone d'entrée (44) de cette bague, sur plus de la moitié de 10. la portée tronconique, est lisse. Cette bague est représentée vissée à fond sur le tube.

A l'extrémité avant de la zone d'entrée (44) de la bague (42) une petite lèvre annulaire (45) vient en appui sur la paroi cylindrique

15. extérieure (46) du tube métallique (39). Elle constitue le deuxième moyen d'étanchêité. La bague (42) comporte, par ailleurs, une zone de butée (47) dont la lèvre (48) qui forme le bord intérieur de la face frontale (49) vient en appui contre le bord intérieur (50) de la portée de joint (41). Cette lèvre (48) constitue le premier moyen

20. d'étanchêité. Un volume annulaire clos (52) est ainsi formé entre la portée (41) et la face frontale (49).

La bague (42) est revêtue sur sa paroi extérieure d'une virole métallique (51) qui dépasse l'extrémité de la bague au delà de

25.1'extrémité du tube et la protège ainsi des chocs localisés. Cette virole peut, par exemple, être en acier doux. Il est avantageux de réaliser une liaison aussi solide que possible entre bague et virole. Pour cela on peut en particulier utiliser la virole comme l'une des parois d'un moule à l'intérieur duquel est effectuée la mise en forme

30.de la bague en matière plastique. On peut de plus réaliser sur la paroi intérieure de la virole (51) des reliefs et/ou des creux auxquels s'accrochera la matière plastique. D'autres moyens de liaison sont également réalisables.

35. a figure 5 représente, en demi-coupe axiale, un dispositif protecteur

(53) suivant l'invention réalisé à l'extrémité d'un tube métallique

(54) d'axe de révolution 7X8, pourvu d'un filetage tronconique femelle (55). La bague en matière plastique (56) ne comporte que quelques filets (57), à l'extrémité de fort diamètre de sa zone

d'engagement dans l'extrémité du tube (54). Une lèvre annulaire (59) formée sur le rebord arrière (60) de la bague est en appui sur le bord frontal (61) du tube (54).

5. A l'extrémité avant de la bague (56) est réalisée une zone de butée (62). Comme dans le cas de la figure 3 une lèvre annulaire (63), orientée en direction de l'intérieur du tube (54) est engagée à l'intérieur du cercle formé par le bord intérieur (65) de la portée de joint formant butée (66). Ce bord intérieur (65) est à l'intersection

10. de la portée de joint (66) et de la paroi intérieure (66A) du tube (54). Lorsque la bague est vissée à fond, ce qui est le cas de la figure, le bord intérieur (65) est en appui contre la face frontale

(64) dans la zone de raccordement entre le bord (63A) de la lèvre (63) et la partie de la face frontale (64) qui se trouve en regard de la

15. portée de joint (66). La génératrice de cette face frontale est inclinée par rapport à celle de la portée de joint de façon à réserver un volume annulaire clos (67) qui peut être rempli d'un fluide protecteur tel qu'une graisse. L'avancée de la lèvre (63) vers l'intérieur du tube (54) forme une sorte de labyrinthe ce qui limite

20. les pertes de fluide protecteur, et donc les risques de pénétration de fluides corrosifs, en particulier dans le cas où une perte d'étanchêité se produit au niveau du contact entre le bord intérieur

(65) et la face frontale (64).

25. La lèvre (59) qui constitue le deuxième moyen d'étanchêité améliore encore la protection de l'ensemble de l'espace compris entre la bague (56) et le tube (54) ce qui évite en particulier la corrosion du filetage du tube par pénétration d'humidité.

30. Une virole (68) est solidarisée avec la bague (56) de la façon déjà décrite plus haut. La partie dépassante (69) de diamètre accru se rattache à la partie recouverte par la bague (56) par un congé (70). Celui-ci permet d'accommoder les chocs reçus de l'extérieur. Par ailleurs, comme le montre la figure 6, qui est une vue suivant F de la

35. zone d'extrémité de la virole, deux bossages (71), (72) , parallèles aux génératrices, formant des reliefs à l'intérieur, sont réalisés sur la partie dépassante (69) de la virole (68). Ils permettent d'introduire, dans cette partie dépassante, l'extrémité (73) vue en coupe d'un outil rotatif non représenté.

On peut ainsi monter et démonter de façon très rapide le dispositif protecteur (53), l'outil rotatif (73) entraînant en rotation la virole grâce aux bossages (71) et (72).

5. Pour certaines utilisations la bague (6, 25, 42) peut comporter, au voisinage de son extrémité arrière par exemple, une paroi circulaire pleine qui ferme de façon étanche le passage à travers cette bague et donc l'entrée du tube métallique sur lequel elle est vissée. Dans le cas où la bague est revêtue d'une virole métallique (51, 68)

10. cette paroi circulaire pleine peut être solidaire de cette virole même. Cette paroi circulaire peut aussi être amovible.

De très nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif suivant l'invention sans sortir du domaine de celle-ci. On peut, comme 15.1e montre la figure 4, utiliser comme premier moyen d'étanchêité une lèvre qui, au lieu d'être engagée à l'intérieur du cercle formé par le bord intérieur de la portée de joint, se trouve en regard de cette portée au voisinage de ce bord intérieur. Un joint torique ou un autre type de joint peut être utilisé comme deuxième moyen d'étanchêité annulaire.