FILM POLYMÈRE POUR LE CONDITIONNEMENT DE TUBES D'EXTRACTION DE PÉTROLE |
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| 申请号 | EP11757228.9 | 申请日 | 2011-09-01 | 公开(公告)号 | EP2611983B1 | 公开(公告)日 | 2015-06-17 |
| 申请人 | Premium Protector; | 发明人 | DROUIN, Alexis; CHARRUE, Thomas; CHOFFART, Philippe; | ||||
| 摘要 | |||||||
| 权利要求 | |||||||
| 说明书全文 | La présente invention concerne le domaine du conditionnement de tubes d'extraction de pétrole, et plus particulièrement les moyens d'étanchéité des protecteurs de filetages disposés aux extrémités de ces tubes. Les tubes d'extraction de pétrole sont utilisés pour la réalisation de forages de puits, afin d'atteindre des profondeurs importantes. Ces tubes présentent à chacune de leurs extrémités des filetages permettant de les relier entre eux soit directement, soit au moyen d'éléments intermédiaires. Les extrémités filetées des tubes sont qualifiées d'extrémités mâles, tandis que les extrémités taraudées des tubes sont qualifiées d'extrémités femelles. Conformément à la pratique de l'Homme de l'Art, un protecteur venant s'adapter sur une extrémité mâle d'un tube est qualifié de protecteur mâle (ou Pin), et un protecteur venant s'adapter sur une extrémité femelle d'un tube est qualifié de protecteur femelle (ou Box). De manière conventionnelle, ces filetages étaient lubrifiés une première fois avant leur stockage avec une graisse dite de stockage, puis à nouveau légèrement avant utilisation, avec un lubrifiant que l'on qualifie de « opérationnel ». Cela impliquait des pertes de temps importantes lors de chaque utilisation de ces tubes. Des tubes présentant des moyens de lubrification solides ou permanents au niveau de leurs filetages ont donc été proposés, visant ainsi à ne pas nécessiter des opérations de lubrification des filetages préalablement à chaque utilisation des tubes, les tubes étant alors lubrifiés de manière permanente dès leur fabrication. Les tubes d'extraction de pétrole nécessitent alors des protecteurs afin de protéger leurs extrémités filetées, de manière à ce que le filetage et le lubrifiant ne soit pas endommagé lors du stockage et des manutentions lors du transport des tubes. Ces protecteurs répondent avantageusement aux exigences suivantes :
La norme API 5CT, également appelée ISO 11960 définit plus précisément les exigences auxquelles doivent répondre ces protecteurs. L'utilisation de lubrifiants solides vient ajouter une exigence supplémentaire de non dégradation de ces lubrifiants lors de la mise en position ou du retrait du protecteur. La demande de brevet Ce protecteur amélioré peut présenter plusieurs variantes mâles ou femelles, de manière à s'adapter aux différentes extrémités de tubes. Le document Dans sa variante mâle, le protecteur est avantageusement associé à un moyen assurant l'étanchéité de la liaison entre le protecteur et le tube. Ce moyen présente typiquement des propriétés particulières, notamment de manière à assurer une étanchéité suffisante sans dégrader le lubrifiant se trouvant sur le filetage lors de sa mise en place et de son retrait. La présente invention vise à proposer un moyen de réalisation d'une liaison étanche entre un tube d'extraction de pétrole et un protecteur de filetage d'un tel tube. A cet effet, l'invention propose un ensemble comprenant :
ledit ensemble étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre un film élastomère fixé audit protecteur, et adapté pour réaliser une liaison étanche entre le tube d'extraction et le protecteur lorsque ledit protecteur est mis en position sur le tube d'extraction. Selon des modes de réalisation particuliers, ledit film élastomère est :
Selon une variante, ledit film a une épaisseur comprise entre 0.001 mm et 5 mm. Selon une variante, ledit film est fixé au protecteur par collage ou au moyen d'un anneau soudé audit protecteur. Selon une variante particulière, le protecteur présente une section sensiblement tronconique ayant une paroi interne, et le film est collé sur la paroi interne dudit protecteur. Selon un mode de réalisation particulier, le film présente un coefficient de glissement compris entre 0,05 et 0,5. Selon une variante, le film forme un manchon ayant une longueur comprise entre 15 et 30 cm, ou telle que le ratio de la longueur du manchon par le diamètre du tube d'extraction est compris entre 0,5 et 10. Selon un mode de réalisation particulier, le film forme un manchon présentant une première extrémité fixée au protecteur, et une seconde extrémité libre, ledit manchon ayant sur au moins une partie de sa longueur un diamètre au repos inférieur au diamètre externe du tube. L'invention concerne également un procédé d'assemblage d'un tel ensemble, comprenant les étapes suivantes :
L'invention concerne en outre un procédé de fabrication d'un protecteur de filetage de tube d'extraction de pétrole, ledit procédé, comprenant les étapes suivantes:
D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés, sur lesquels :
La Le protecteur mâle 1 tel qu'illustré comprend un corps pouvant être décomposé en deux parties :
Le segment de liaison 2 présente une extrémité proximale 21 et une extrémité distale 22, et a une forme sensiblement tronconique dont le diamètre diminue de l'extrémité proximale 21 vers l'extrémité distale 22. Le segment pare choc 3 présente quant à lui une extrémité de liaison 31 et une extrémité libre 32, son extrémité de liaison 31 étant dans le prolongement de l'extrémité distale 22 du segment de liaison 2. Le segment pare choc 3 comprend une couronne interne 33 et une couronne externe 34, ces deux couronnes 33 et 34 étant concentriques et définissant entre elles un espace interne 35. La couronne interne 33 telle que représentée comprend une portion tronconique dans le prolongement de l'extrémité distale 22 du segment de liaison 2, et une portion ayant une forme de cylindre creux dans le prolongement de cette portion tronconique, le diamètre de cette section cylindrique correspondant sensiblement au diamètre interne du tube sur lequel le protecteur mâle est destinée à être positionné. La couronne interne 33 est ainsi typiquement décalée radialement par rapport au segment de liaison 2 tronconique et comprend ainsi typiquement une cloison de liaison 23, visible sur la Le protecteur mâle 1 illustré présente deux rainures 40 s'étendant selon un diamètre du protecteur mâle 1, à partir de l'extrémité libre 32. Ces rainures 40 sont adaptées pour permettre d'y insérer un outil pour le vissage et le dévissage du protecteur sur un tube. Ces rainures 40 présentent de plus des orifices 41 aménagés sur une de leurs parois, ces orifices 41 étant destinés à permettre la fixation d'une capsule sensiblement circulaire venant obstruer l'extrémité libre 32 du protecteur mâle 1. La Dans ces deux modes de réalisation 45 et 46, les capsules comprennent des saillies 47 complémentaires aux orifices 41 du protecteur mâle 1, de manière à être maintenues en position au niveau de son extrémité libre 32. Le mode de réalisation 45 de la capsule vient recouvrir toute son extrémité libre 32, et a un diamètre correspondant au diamètre maximum du protecteur mâle 1. Le mode de réalisation 46 se contente pour sa part de venir obstruer l'ouverture définir par la couronne interne 33, et a donc un diamètre correspondant sensiblement au diamètre interne de cette couronne interne 33. Dans le mode de réalisation illustré, le protecteur mâle 1 comprend des nervures 36 longitudinales venant relier la couronne interne 33 et la couronne externe 34, et segmentant ainsi l'espace interne 35 entre la couronne interne 33 et la couronne externe 34 en de multiples compartiments. Tel que représenté sur la figure, le protecteur mâle 1 comprend douze nervures 36 longitudinales, les côtés de chacune des rainures 40 sont délimités par deux nervures 36, et les nervures 36 restantes sont réparties de manière sensiblement uniforme entre la couronne interne 33 et la couronne externe 34. Tel qu'illustré, l'extrémité libre 32 du protecteur mâle 1 est biseautée à sensiblement 45%, résultant en un rétrécissement du diamètre en allant vers l'extrémité libre 32. Cette inclinaison à 45% permet d'augmenter la résistance du protecteur mâle 1 aux chocs, et ainsi de protéger plus efficacement le tube sur lequel il est destiné à être monté qu'un protecteur ayant une extrémité libre 32 à angle droit. Le protecteur mâle 1 comprend par ailleurs des filets 42 disposés au niveau de la paroi interne du segment de liaison 2, ces filets 42 étant adaptés pour venir coopérer avec les filets d'un tube sur lequel ledit protecteur mâle 1 est destiné à être assemblé. Ces filets 42 forment un filetage mâle, sont typiquement réalisés par taraudage, et sont avantageusement discontinus. Les filets 42 du protecteur mâle 1 comprennent typiquement une, deux ou trois spires, d'autres variantes étant bien entendu possibles. Un nombre réduit de spires permet de limiter l'impact sur le lubrifiant des filets du tube que le protecteur mâle 1 est destiné à protéger, ce nombre de spires étant toutefois choisi de manière à assurer un maintien suffisant du protecteur mâle 1 sur le tube. Le protecteur mâle 1 est réalisé en polycarbonate par injection. La géométrie spécifique du protecteur 1 présente des avantages importants pour sa réalisation par injection. En effet, l'ensemble des parois du protecteur 1 ont une épaisseur sensiblement égale, y compris les parois du segment pare choc 3 en raison de la présence des nervures 36. Cette épaisseur sensiblement constante sur l'ensemble du protecteur mâle permet :
Ainsi, le protecteur 1 tel que décrit présente un cout de production réduit par rapport à un protecteur de forme globale équivalente, mais dont le segment pare choc 3 serait « plein ». De plus, l'ensemble des liaisons et des arêtes présente avantageusement des congés ou des arrondis afin que le protecteur 1 ne comprenne pas d'angles vifs, ce qui permet de favoriser le démoulage. Par ailleurs, le fait de ne pas comprendre d'angles vifs permet d'éviter les risques de dégradation du film qui sera décrit ci-après. Le polycarbonate est un matériau très performant pour la réalisation du protecteur 1, dont l'injection est rendue possible en raison de la forme spécifique du protecteur. De plus, le polycarbonate est un matériau transparent, ce qui permet à l'utilisateur de contrôler directement l'état des filets du tube sur lequel le protecteur 1 est positionné, sans qu'il soit nécessaire de retirer le protecteur 1 pour procéder à un tel contrôle. Cette facilité de contrôle permet d'éviter les risques de détérioration de la lubrification des filets du tube à chaque retrait et repositionnement du protecteur 1. En outre, le protecteur 1 est avantageusement soumis à un traitement de surface, afin de réaliser un filtrage des ultraviolets et/ou infrarouges, un tel traitement étant typiquement composé d'un trempage, puis d'un traitement plasma sous micro ondes en présence d'ozone. Le matériau dont est constitué le protecteur 1, typiquement du polycarbonate, peut être choisi de manière à présenter de telles caractéristiques de filtrage des ultraviolets et/ou infrarouges. Les lubrifiants solides utilisés sur les filets des tubes peuvent en effet être sensibles aux ultraviolets et infrarouges, et doivent donc en être protégés. Ainsi, les protecteurs mâle 1 proposés permettent de protéger efficacement les extrémités filetées d'un tube d'extraction de pétrole, en réalisant une liaison étanche tout en autorisant les différentes opérations de manutention et de contrôle du tube, et en conservant un coût de production raisonnable du fait de leur forme spécifiquement adaptée à l'injection. Le protecteur mâle 1 tel que représenté sur la Le film élastomère 60 est typiquement un film élastomère comprenant une ou plusieurs couches, et présentant avantageusement tout ou partie des propriétés suivantes :
Selon un premier mode de réalisation avantageux, le film élastomère est un film monocouche de type ester uréthane, par exemple le film commercialisé sous la référence Vacfilm 430 par la société Richmond Aerovac. Le film a une épaisseur utile typiquement comprise entre 0.001 mm et 5 mm, par exemple entre 100 et 200 µm, typiquement de l'ordre ou égale à 100 ou 200 µm. Selon un second mode de réalisation, le film élastomère est un film tri couche de composition EPDM (éthylène propylène diène monomère) sur les couches externes, et EMA (éthylène méthyle acrylate) sur la couche interne Le film a une épaisseur utile typiquement comprise entre 0.001 mm et 5 mm, par exemple de l'ordre ou égale à 200 µm. Un additif glissant, par exemple la molécule d'Erucamide dans une proportion comprise entre 0.1 et 50% de la masse de l'EPDM est typiquement ajouté à l'EPDM de manière à réduire son adhérence, par exemple pour avoir un coefficient de glissement compris entre 0,05 et 0,80. La
Le film 60 présente ainsi les propriétés suivantes :
Le coefficient de glissement, également appelé coefficient de frottement est défini par la loi de Coulomb, qui définit pour deux solides glissant l'un par rapport à l'autre, T = f x N, où :
Afin d'obtenir un film aux propriétés souhaitées, on utilise par exemple des polymères linéaires ou à faible densité, qui permettent d'obtenir un film souple. En outre, les polymères semi-cristallins de faible densité ont une phase amorphe plus importante, et permettent donc une additivation mieux contrôlée car les charges se logent dans la phase amorphe. Selon un troisième mode de réalisation, le film élastomère est un film bi couche composé d'une première couche d'élasthanne, par exemple en matériau commercialisé sous le nom Lycra (marque déposée par un tiers), ou un mélange d'élasthanne et de Polyhexaméthylène adipamide, commercialisé sous le nom nylon (marque déposée par un tiers), par exemple dans des proportions 20%/80%, et d'une seconde couche de type ester uréthane, par exemple le film commercialisé sous la référence Vacfilm 430 par la société Richmond Aerovac. Le film bi couche ainsi formé a une épaisseur utile typiquement comprise entre 0.001 mm et 5 mm, par exemple de l'ordre ou égale à 1050 µm, correspondant à 1000 µm de la première couche de Lycra et 50 µm de la seconde couche. Le film élastomère 60 est mis en forme de manière à former un tube ou manchon, et est fixé au protecteur mâle 1. Cette fixation peut par exemple être réalisée par collage du film 60 directement sur le protecteur 1, ou par soudage ou encastrement d'un anneau au protecteur 1 de manière à venir enserrer le film 60. Dans le cas de la fixation par collage, on peut réaliser les étapes suivantes :
L'adhésif est choisi de manière à ce que la fixation du film polymère 60 sur le protecteur mâle 1 soit définitive, c'est-à-dire que le film polymère 60 ne puisse pas être retiré du protecteur mâle sans se dégrader, contrairement à une fixation amovible. Selon une autre variante, le film élastomère 60 peut être fixé au protecteur 1 au moyen d'un anneau 70 soudé au protecteur 1. La Dans ce mode de réalisation, la fixation du film 60 sur le protecteur 1 peut comprendre les étapes suivantes :
Le film élastomère 60 est ainsi fixé de manière permanente sur le protecteur 1. En variante, le film 60 peut être préfixé à l'anneau 70 préalablement à sa mise en position sur le protecteur 1, de manière à faciliter sa mise en place. Le manchon réalisé en film élastomère 60 présente typiquement une longueur comprise entre 15 et 30 cm, ou par exemple une longueur telle que le ratio de la longueur du manchon par le diamètre du tube d'extraction est compris entre 0,5 et 10. Une fois fixé au protecteur mâle 1, le film élastomère 60 est typiquement replié autour de l'extrémité proximale 21 de manière à venir recouvrir la paroi externe du protecteur mâle 1, comme illustré sur la Le manchon présente typiquement une première extrémité fixée au protecteur 1, et une seconde extrémité libre. Selon un mode de réalisation particulier, le film élastomère 60 est dimensionné et présente des propriétés d'étirement de sorte que le manchon a sur au moins une partie de sa longueur, un diamètre au repos (lorsqu'il n'est pas étiré) inférieur au diamètre externe du tube 4, le manchon pouvant être étiré pour sa mise en place et son repliement sur le protecteur 1. Le protecteur mâle 1 est ensuite mis en position sur un tube d'extraction de pétrole, typiquement en venant le visser à une extrémité du tube. Lors de cette mise en place, le film élastomère vient glisser sur le filetage du tube, sans en dégrader le lubrifiant du fait des propriétés du film élastomère 60, notamment son adhérence et son coefficient de glissement. Selon une première variante, la partie du film élastomère 60 qui était repliée sur la face externe du protecteur mâle 1 est ensuite déroulée ou rabattu de manière à venir recouvrir une partie du tube, typiquement une longueur comprise entre 15 et 30 cm. Le manchon enserre alors le tube 4 du fait de son diamètre inférieur au diamètre externe du tube 4. La Selon une autre variante, la partie du film élastomère 60 qui était repliée sur la face externe du protecteur mâle 1 est ensuite séparée de la partie du film élastomère 60 fixée au protecteur 1, typiquement par déchirement ou par découpe. Cette séparation du film élastomère 60 est avantageusement réalisée sensiblement au niveau de l'extrémité proximale 22 du segment de liaison 2 du protecteur 1. Une fois cette séparation réalisée, la partie du film élastomère 60 fixée au protecteur 1 se rétracte sur le tube fileté 4 du fait de son diamètre inférieur au diamètre externe du tube 4. Le film élastomère 60 présente alors avantageusement une ou plusieurs prédécoupes, afin de faciliter sa séparation. Les La L'utilisateur peut alors tirer sur la languette 65, ce qui va entrainer une déchirure du film élastomère 60 au niveau de la zone de prédécoupe 67 située entre les deux zones d'épaisseur accrue définies par les deux nervures 66, tout d'abord selon une portion sensiblement longitudinale 68, puis selon une portion circulaire 69 permettant de réaliser la séparation du film élastomère 60. Ainsi, le film élastomère 60 réalise l'étanchéité de la liaison entre le protecteur mâle 1 et un tube sur lequel il est fixé au niveau de l'extrémité proximale 21 du protecteur mâle 1, sans affecter la lubrification du filetage du tube sur lequel le protecteur est fixé. |
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