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Dispositif de jonctionnement étanche pour tige rotative de forage des puits.
Cette invention concerne les dispositifs de jonctionnement applicables aux maîtresses.-'tiges utiliséesdans le forage rotatif des puits c'est-à-dire dans le procédé à injection de boue dans lequel les tiges sont animées d'un mouvement de rotation, le trépan agissant par rouage du terrain. Les dispositifs de jonctionnement de ce genre assurent la réunion amovible des tronçons des tiges de forage.
Les techniciens du forage des puits savent qu'avant que les sections du tuyau constituant par leur ensemble la maî- tresse-tige ne soient introduites dans le puits en cours de
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forage, elles sont généralement équipées à leurs extrémités de la broche de montage du joint et qu'on installe sur l'ex. trémité supérieure de chaque section du tuyau la douille du joint. Les sections du tuyau sont accouplées en vissant la broche d'assemblage-appartenant à chaque section dans la douille prévue sur l'extrémité supérieure de la section placée immédiatement au-dessous. Les organes de jonctionne- ment sont vissés sur les extrémités des sections du tuyau.
Mais ce mode d'assemblage entre les éléments mâles et les éléments femelles donne lieu à des difficultés considérables.
Il est probable qu'il n'existe pas d'autres types de tuyaux qui soient appelés à subir des efforts aussi cousin dérables qu'une tige de forage rotatif. En fait, dans les puits profonds, la tige de forage peut atteindre une longueur égale ou supérieure à trois kilomètres. Les puits ayant une profondeur d'un kilomètre et demi à deux kilomètres et même davantage ne sont pas rares. Dans la pratique industrielle, la tige de forage et le trépan sont entraînés suivant un mouvement de rotation rapide dans le trou en cours de forage, de sorte qu'il se produit des vibrations par suite de l'ac- tion de la mèche sur le fond du puits.
En outre, le poids de la tige de forage qui se trouve au-dessus impose des efforts de compression longitudinaux aux sections inférieures de cette tige au cours du travail et le poids ou la tension qui s'exerce sur ses sections supérieures lorsqu'on relève la tige de forage impose aux joints des efforts longitudinaux représentant une charge de plusieurs tonnes. De plus, la rotation rapide de la tige soumet les joints à un couple très
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fort et "fouette" la tige de forage dans le puits, de sorte qu'il se produit des efforts de torsion latéraux qui tendent à causer une fatigue qui se traduit par une fracture pro- gressive du métal.
D'ailleurs, la pression de pompage qui est employée pour refouler la boue abrasive résultant du forage à travers la tige de forage creuse peut s'élever jusqu'à 70 kgs par cm ou même davantage surtout quand il s'agit d'un puits profond. Ceci expose le tuyau à un risque d'éclatement et se traduit également par un cisaillement rapide si une fuite prend naissance dans le joint. Il est du reste extrêmement difficile de maintenir le trou suivant la rectitude désirable, de sorte que la plupart des puits ainsi forés sont plus ou moins tordus. Cette torsion du puits donne lieu à un effort de flexion latérale qui a tôt fait d'endommager tout joint imparfait.
On voit par ces différentes raisons qu'une tige de forage doit comporter entre ses tronçons constitutifs des joints reliés de telle sorte aux sections du tuyau qu'ils puissent résister aux fatigues considérables qui se produisent au cours du travail.
Il faut d'ailleurs que les joints de ce genre soient bien étanches aux liquides car toute fuite survenant aux points de jonctionnement ne tarde pas à cisailler et à dé- truire le joint. Enfin il faut prévoir les moyens aptes à em- pêcher la rupture du tuyau à la hauteur du dernier filet en- gagé à l'endroit ,de la liaison par vissage entre le tuyau et le joint.
Une caractéristique de l'invention réside dans la dis position d'un filetage sur l'extrémité du tuyau et sur la
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douille de jonctionnement,de façon que le dernier filet enga gé, qui représente l'endroit où une défaillance mécanique à le plus de chance de se produire, se trouve protégé des efforts de flexion latéraux. L'invention prévoit à cet égard le support du joint grâce à un contact intime entre le tuyau et le joint en un point comparativement éloigné du filetage. Cette disposition permet de supprimer la zone de fatigue maximum due aux efforts de flexion dans toute la mesure du possible dans le dernier filetage engagé et d'ob- vier par conséquent à une rupture du tuyau en cet endroit.
Une autre caractéristique de l'invention réside dans un jonctionnement par filetage étanche comportant des sur- faces d'étanchéité lisses aussi bien sur la face interne que sur la face externe des zones filetées, de façon à les sous, traire aux fuites et à la corrosion.
Une autre caractéristique encore de l'invention réside dans un joint à filetage étanche utilisant une broche soli daire du tuyau et une douille solidaire du joint ayant un fuselage uniforme et constituant des surfaces lisses présen- tant une zone intermédiaire filetée.
L'invention est matérialisée dans un dispositif de jonctionnement étudié pour soustraire le raccord entre le joint et le tuyau aux fatigues excessives et remarquable en ce que l'extrémité du tuyau est pourvue d'un filetage ne s'étendant que sur une portion de la partie fuselée et d'une zone lisse et non filetée au niveau de laquelle la douille est également emboîtée sur l'extrémité du tuyau. Cette zone lisse et non filetée constitue une surface d'étanchéité ainsi
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que le support, sa surface présentant un fuselage incliné vers l'intérieur vers l'axe du joint sensiblement dans l'alignement du fuselage des naissances des filets de l'extrémité du tuyau.
Dans les dessins schématiques annexés :-
La fig. 1 est une vue en coupe longitudinale frag- mentaire d'une partie d'un joint de tuyau de forage montrant le raccordement entre la douille du joint et l'extrémité de la section du tuyau établi suivant l' invention.
La fig. 2 est une vue analogue montrant une légère variante de construction.
La fig. 3 est une vue d'ensemble mettant en évidence le mode d'utilisation de ce joint pour réunir les extrémités du tuyau d'une tige de forage de puits.
La fig. 4 est une vue en coupe longitudinale frag- menta.ire d'une partie d'un joint de tuyau quelque peu modi- fié et semblable à la fig. 1.
La fig. 5 est une vue d'une autre variante du joint également semblable à la fig. 1.
On remarquera en se reportant tout d'abord à la fig. 3 que les sections 4 et 5 de la tige de forage sont réunies au moyen du joint. L'extrémité supérieure de la section 4 est reliée par un raccord 8 à une douille de jonc-- tionnement 6. Le raccord 8 sera le plus souvent un raccord fileté, mais l'invention comporte un perfectionnement par rapport aux modes de raccordement ordinaires. L'extrémité inférieure de la section 5 du tuyau est reliée à la broche
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7 du joint par un raccord fileté semblable au raccord 8.
Comme indiqué précédemment, le diamètre externe des éléments de la. tige de forage est limité par le fait qu'un espace doit être réservé, comme figuré en 23 , entre le joint et la paroi du trou ou puits en cours de forage pour permettre la circulation du liquide de lessivage et le passage des outils tels que les souricières à tige et les coupe-tubes. Ces éléments sont assez bien normalisés dans cette industrie. C'est ainsi par exemple que, dans les forages ordinaires on emploie fréquemment des tuyaux ayant un diamètre externe égal à 11 cm. Les tuyaux de ce genre sont raccordés au moyen de joints dont le diamètre externe est normalement compris entre 14,5 et 15 cm. Environ 67 % des joints destinés à des tuyaux de 11 cm mesurent un dia- mètre externe égal à 14,5 cm.
C'est ainsi que, dans un trou en cours de forage mesurant un calibre de 20 cm, il est prévu entre le joint et la paroi du puits, un espaça 23 mesurant environ 2,5 cm et permettant le passage du li- quide ou d'un outil de repêchage ou de sauvetage. Comme on le conçoit, toute réduction de la largeur de cet espace doit être évitée dans toute la. mesure du possible.
Au cours de la rotation de la tige de forage dans le puits, l'abrasion de la paroi de celui-ci contre la surface externe des joints se traduit par une réduction graduelle de l'épaisseur de la, paroi du oint. L'échéance à laquelle le joint est tellement usé qu'il ne peut plus être employé plus longtemps est fonction de l'épaisseur de paroi à l'ex- trémité inférieure du joint neuf c'est-à-dire à l'endroit où le harnais de manutention est engagé quand on l'utilise pour relever et abaisser la tige de forage dans le puits. Quand
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l'épaulement devient tellement mince que ce harnais ne main- tient plus le tuyau, le joint doit être mis au rebut. Il convient donc de donner à cet épaulement une largeur aussi grande que possible, afin de prolonger la durée utile du joint.
Dans le joint représenté dans la fig. 1, l'élément de tuyau 4 comporte une partie interne rétreinte 10 et une partie externe rétreinte 11. La paroi externe du tuyau pré- sente une courte surface cylindrique 12 ; audelà de cette dernière sa paroi externe est fuselée jusqu'à l'extrémité de la section du tuyau. A l'extrémité de cette dernière, le tuyau présente une partie filetée 13 s'étendant sur une partie de la paroi fuselée et qui peut être approximativement égale à la moitié de cette paroi fuselée. Au delà de la partie filetée, le tuyau est fuselé dans l'alignement des creux du pas de vis, ce qui réalise une surface d'étanchéité 14 contre laquelle le joint peut s' engager.
La douille 6 de jonctionnement est filetée le long du raccord fuselé intérieurement 8 pour se visser sur l'ex trémité filetée du tuyau. Cette partie filetée s'étend vers l'extérieur à partir de l'extrémité la plus grêle de la douille et sur la moitié environ de la distance jusqu'à l'extrémité du joint. Au delà de la partie filetée se trouve une surface cylindrique 15 qui permet l'engagement de la partie filetée de l'extrémité du tuyau. Au delà de la partie cylindrique 15 se trouve une partie conique 16 qui vient en contact avec la surface lisse 14 prévue sur l'extrémité du tuyau.
Il est pré- férable que l'extrémité de la douille du joint s'étende au delà de la surface externe cylindrique 12 du tuyau pour ménager
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en 17 un léger espace libre entre la douille du joint et le tuyau afin d'éviter que la paroi externe de celui-ci ne se trouve pincée ou abîmée par l'engagement de l'extré- mité du joint d'outil avec le tuyau pendant les déforma- tions par flexion latérale de la tige de forage qui se produisent au cours de l'usage.
On remarquera. qu'en prévoyant la surface conique d'étanchéité et de support 1416 sur le joint, on obtient la possibilité d'étendre l'engagement de support entre la douille du joint et le tuyau sur une notable distance au delà du dernier filet engagé 18. On remarquera également que ce résultat est atteint sans réduire matériellement l'épais- seur de paroi de l'extrémité ouverte 19 de la douille du joint. En effet, en constituant la partie conique 14 pour qu'elle forme le prolongement des creux des filets sur l'ex- trémité du tuyau, on obtient une plus grande épaisseur de la paroi de la douille du joint à son extrémité que cela ne serait le cas si la surface d'étanchéité située sur la partie conique lisse était .le prolongement des creux des filets de la douille.
L'épaisseur de paroi de la douille du joint est conservée, malgré sa longueur non usuelle, en prévoyant la surface conique lisse sur le tuyau vers l'in- térieur et vers l'axe du joint par comparaison avec le profil de conicité des crêtes des filets du tuyau. Toutefois ceci doit être exécuté en tenant compte de la résistance de la paroi du tuyau. On réalise ainsi une surface d'étanchéité et de support capable de s'opposer à tout passage de liquide en ce point mais comme cette surface s'étend jusqu'à un
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endroit situé à quelque distance du dernier filet engagé, la vibration ou l'effort latéral qui tend à gercer le métal dans le filet est réduite à la partie filetée.
En maintenant la présente épaisseur à l'extrémité de la douille du joint, on ne réduit pas la durée d'usure de la paroi externe du joint jusqu'à la mise au rebut.
Dans la fig. 2 est représentée la zone d'étanchéité entre la douille du joint et l'extrémité du tuyau en 16'.
Cette zone conique de support et d'étanchéité est constituée dans la présente réalisation, par un prolongement de la partie cylindrique 15' du joint vers l'extérieur et vers le bas dans la direction de l'extrémité de l'organe assurant le joint. Ce résultat est obtenu en prévoyant une partie cylin- drique de contact 20 sur l'extrémité des tuyaux sur une courte distance pour permettre l'allongement de la zone cy- lindrique sur la douille du joint.
Au delà de la partie cylindrique 20 sur l'extrémité du tuyau, le joint présente en 16' une conicité pouvant avoir n'importe quel angle dé- siré, la surface conique étant toutefois prévue pour se terminer non loin de l'endroit où la paroi du tuyau mesure l'épaisseur maximum. Il est préférable de ménager un léger intervalle 21 pour empêcher qu'au cours de l'usage le tuyau ne se trouve pincé par l'organe formant joint, comme expliqué précédemment.
Dans la fig. 4, le corps 30 du joint est muni du canal central usuel 31 qui présente une partie biseautée 32 et un épaulement 33 qui se raccorde sans rebroussement avec la paroi d'une douille conique 36.
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La douille que montre la fig. 4 présente une conicité uniforme, de manière à posséder une paroi circulaire fuselée 34. Cette paroi s'étend jusqu'à l'extrémité externe du corps du jointe de façon à. ménager les surfaces d'étanchéité telles que 35 à l'extrémité externe de la douille et telles que 37 à son extrémité interne. On remarquera que ces deux surfaces 35 et 37 présentent la même conicité et constituent un prolongement de la même surface 34. Cependant, les deux sur- faces 35 et 37 sont définies par suite du fait que la zone filetée 38 a été prévue entre les extrémités de la surface fuselée 34.
On remarquera que les filets 38 disparaissent avec le filet partiel vers l'extrémité externe de la douille et qu'une courte zone cylindrique 39 raccorde insensiblement la ligne formant la naissance du filet 38 avec la surface fuselée lisse 35,
Le tuyau 40 est muni d'une surface conique 41 dont la conicité est complémentaire de celle de la surface 34 de la douille 36. Cette surface 34 est interrompue par la zone filetée 42 de l'organe formant broche de raccordement. Les filets intéressant la partie conique créent ainsi une surface d'étanchéité interne 45 voisine de l'extrémité de cette broche. La zone filetée 42 de cette broche est disposée de manière à disparaître en 46 à l'endroit où la ligne 47 mar- quant la naissance des filets du tuyau forme le prolongement des surfaces coniques 41 et 45.
En d'autres termes, les surfaces d'étanchéité coniques présentent la même inclinaison que la ligne 47 des filets 42. A noter que cette ligne coïncide
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à peu près avec la ligne de crête 48 des filets de la douille.
Le fait que la conicité prévue aussi bien à l'inté- rieur qu'à l'extérieur des zones filetées a la même angula- @ rite simplifie la fabrication, la rend ? moins onéreuse et facilite l'étanchéisation et le service qu'on peut attendre de joints de ce type.
Dans la fig. 5 est représentée une variante de réa- lisation de l'invention selon laquelle la partie conique occupée par les filets et la surface externe d'étanchéité ne s'amorce qu'à la naissance des filets comme figuré en 50 et dans la douille et à la naissance des filets comme figuré en 51 sur la broche. Cette construction permet de réaliser une surface d'étanchéité cylindrique dans la douille et une surface d'étanchéité cylindrique complémentaire 53 sur la broche.
Pareille construction est avantageuse en ce sens que seules les faces coniques 35 et 41 ont besoin de se raccorder insensiblement selon une certaine conicité et que pour autant que la zone cylindrique constitue une partie d'emboîtement étanche, ceci peut simplifier la construction, la rendre moins onéreuse et se traduire par un avantage au cours du fonctionnement. Pour le reste, la construction que montre la fig. 5 est semblable à celle qui est représentée dans la fig. 4.
Comme précédemment indiqué, en prévoyant la conicité sur la partie lisse de l'extrémité du joint, de façon qu'elle s'applique à l'intérieur vers l'axe du joint par comparaison avec la conicité ordinaire qui forme le prolongement de celles des creux des filets du joint, l'épaisseur de la paroi de
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celui-ci peut être conservée, ce qui permet de maintenir au joint sa durée utile.
Dans cette variante est représentée une autre réalisa- tion possible de l'idée qui est à la base de l'invention.
P our emboîter l'extrémité du tuyau dans la douille du joint, il est préférable de chauffer celle-ci de façon qu'elle puisse se dilater légèrement et se prêter à un vissage à la main de l'extrémité du tuyau, On laisse ensuite refroidir la douille du joint pour qu'elle se rétreigne sur l'extrémi- té du tuyau,, ce qui a pour effet d'amener les surfaces de support et d'étanchéité intimement en prise sans endommager les parois en contact.
Il convient de noter qu'un léger intervalle 22 est ménagé entre les flancs des filets de la douille et l'extrémité du tuyau, Ce léger intervalle permet une dilatation longitudinale de la douille du joint lors- qu'elle est chauffée, ce qui évite une interférence mécani- que,
En prévoyant les surfaces coniques de support et d'éta.nchéisation sur le tuyau en un point espacé d'une notable distance du dernier filet engagé, on soustrait entièrement aux efforts de flexion latéraux exercés sur le joint la surface du dernier filet engagé. En outre; en pré- voyant la partie conique sur l'extrémité des tuyaux en un point situé vers l'intérieur par rapport aux crêtes des filets taillées sur le tuyau, on a la possibilité de conser ver à la paroi de la douille du joint son épaisseur et par là même de ne pas réduire la durée du joint.
Ce type de joint permet ainsi de réaliser une surface d'étanchéité antre le joint et l'extrémité des tuyaux sans risque que cette surface fuie en même temps que le point
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de support entre la douille du joint et le tuyau se trouve reporté à une certaine distance du dernier filet engagé c'est-à-dire à un endroit où la rupture doit être évitée.
Enfin, en prévoyant la surface d'étanchéité vers l'intérieur c'est-à-dire dans la direction de l'axe du tuyau et à l'écart de la ligne des crêtes des filets du tuyau, on peut conserver à la paroi de la douille du joint l'épaisseur désirée et éviter ainsi de réduire la durée utile du joint.
REVENDICATIONS
1. Dispositif de jonctionnement pour tige de forage de puits comprenant un tuyau à profil conique dont l'extrémité est engagée dans une douille formant joint grâce à des filetages appareillés caractérisé en ce qu'il comprend en plus des filetages ne s'étendant que sur une fraction de la partie conique. une zone lisse non filetée sur laquelle la douille est emboîtée sur l'extrémité du tuyau cette zone lisse constituant une surface de support et d'étanchéité présentant une conicité avec inclinaison vers l'intérieur et vers l'axe du joint sensiblement dans l'alignement de la conicité des naissances des filets de l'extrémité du tuyau.
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Sealed junction device for rotating well drilling rod.
This invention relates to junction devices applicable to masters .- 'rods used in the rotary drilling of wells, that is to say in the mud injection process in which the rods are driven in a rotational movement, the bit acting. by cog of the ground. Joining devices of this kind ensure the removable joining of the sections of the drill pipes.
Well drilling technicians know that before the sections of the pipe constituting the master rod as a whole are introduced into the well during
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drilling, they are generally equipped at their ends with the assembly pin of the seal and which is installed on the ex. upper end of each section of the pipe to the joint socket. The pipe sections are mated by screwing the assembly pin-belonging to each section into the socket provided on the upper end of the section placed immediately below. The joints are screwed onto the ends of the pipe sections.
But this method of assembly between the male elements and the female elements gives rise to considerable difficulties.
It is probable that there are no other types of pipe which are called upon to undergo such unreliable stresses as a rotary drill rod. In fact, in deep wells the drill pipe can reach a length of three kilometers or more. Wells with a depth of one and a half to two kilometers and even more are not uncommon. In industrial practice, the drill pipe and bit are driven in a rapid rotational motion in the hole being drilled, so that vibrations occur as a result of the action of the bit on the drill bit. bottom of the well.
In addition, the weight of the drill rod above it imposes longitudinal compressive forces on the lower sections of this rod during work and the weight or tension exerted on its upper sections when lifting. the drilling rod imposes longitudinal forces on the joints representing a load of several tons. In addition, the rapid rotation of the rod subjects the joints to a very high torque.
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hard and "whips" the drill pipe into the well, so that lateral torsional forces occur which tend to cause fatigue which results in progressive fracture of the metal.
Moreover, the pumping pressure which is employed to push back the abrasive mud resulting from the drilling through the hollow drill pipe can rise up to 70 kgs per cm or even more especially when it is about a well. deep. This puts the pipe at risk of bursting and also results in rapid shearing if a leak starts in the joint. It is, moreover, extremely difficult to maintain the hole at the desired straightness, so that most wells drilled in this way are more or less twisted. This torsion of the well gives rise to a lateral bending force which quickly damages any imperfect joint.
It can be seen from these different reasons that a drill rod must include between its constituent sections joints connected in such a way to the sections of the pipe that they can withstand the considerable fatigue which occurs during work.
It is necessary, moreover, that joints of this kind be well sealed against liquids, since any leakage occurring at the junction points will not take long to shear and destroy the joint. Finally, appropriate means must be provided for preventing the pipe from breaking at the height of the last thread entered at the location of the screw connection between the pipe and the joint.
A characteristic of the invention lies in the provision of a thread on the end of the pipe and on the
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Joining bush, so that the last thread engaged, which represents the place where mechanical failure is most likely to occur, is protected from lateral bending forces. In this regard, the invention provides for the support of the joint by means of intimate contact between the pipe and the joint at a point comparatively remote from the thread. This arrangement makes it possible to eliminate the zone of maximum fatigue due to bending forces as far as possible in the last thread engaged and consequently to obviate a rupture of the pipe at this point.
Another characteristic of the invention resides in a joint by sealed thread comprising smooth sealing surfaces both on the internal face and on the external face of the threaded zones, so as to protect them against leaks and leakage. corrosion.
Yet another feature of the invention resides in a sealed thread seal using a pin integral with the pipe and a bush integral with the seal having a uniform fuselage and constituting smooth surfaces having a threaded intermediate zone.
The invention is embodied in a junction device designed to prevent the connection between the joint and the pipe from excessive fatigue and remarkable in that the end of the pipe is provided with a thread extending only over a portion of the pipe. tapered part and a smooth, unthreaded area where the sleeve is also fitted onto the end of the pipe. This smooth, unthreaded area forms a sealing surface as well
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as the support, its surface having a fuselage inclined inwards towards the axis of the joint substantially in alignment with the fuselage of the births of the threads from the end of the pipe.
In the attached schematic drawings: -
Fig. 1 is a fragmentary longitudinal sectional view of a portion of a drill pipe joint showing the connection between the socket of the joint and the end of the pipe section made according to the invention.
Fig. 2 is a similar view showing a slight variant of construction.
Fig. 3 is an overview showing the mode of use of this joint to join the ends of the pipe of a well drilling rod.
Fig. 4 is a fragmentary longitudinal sectional view of part of a somewhat modified pipe joint similar to FIG. 1.
Fig. 5 is a view of another variant of the seal also similar to FIG. 1.
It will be noted by referring first of all to FIG. 3 that sections 4 and 5 of the drill pipe are joined by means of the joint. The upper end of section 4 is connected by a connector 8 to a junction sleeve 6. The connector 8 will most often be a threaded connector, but the invention comprises an improvement over ordinary connection methods. The lower end of section 5 of the pipe is connected to the spindle
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7 of the joint by a threaded connection similar to connection 8.
As indicated above, the external diameter of the elements of the. drill rod is limited by the fact that a space must be reserved, as shown at 23, between the joint and the wall of the hole or well being drilled to allow the circulation of the leaching liquid and the passage of tools such as rod mousetraps and pipe cutters. These items are fairly well standardized in this industry. Thus, for example, in ordinary boreholes, pipes having an external diameter equal to 11 cm are frequently used. Such pipes are connected by means of joints, the external diameter of which is normally between 14.5 and 15 cm. About 67% of joints for 11cm pipes have an external diameter of 14.5cm.
Thus, in a hole during drilling measuring a caliber of 20 cm, there is provided between the seal and the wall of the well, a space 23 measuring approximately 2.5 cm and allowing the passage of the liquid or a rescue or recovery tool. As will be appreciated, any reduction in the width of this space should be avoided throughout. whenever possible.
During the rotation of the drill pipe in the well, abrasion of the wall thereof against the outer surface of the joints results in a gradual reduction in the thickness of the wall of the anoint. The maturity at which the gasket is so worn that it cannot be used any longer is a function of the wall thickness at the lower end of the new gasket, i.e. at the point where the handling harness is engaged when used to raise and lower the drill rod into the well. When
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the shoulder becomes so thin that this harness no longer holds the pipe, the seal must be discarded. It is therefore advisable to give this shoulder as large a width as possible, in order to extend the useful life of the joint.
In the seal shown in fig. 1, the pipe member 4 has a constricted internal part 10 and a constricted external part 11. The external wall of the pipe has a short cylindrical surface 12; beyond the latter its outer wall is tapered to the end of the pipe section. At the end of the latter, the pipe has a threaded portion 13 extending over a part of the tapered wall and which may be approximately equal to half of this tapered wall. Beyond the threaded portion, the pipe is tapered in line with the recesses of the thread, which provides a sealing surface 14 against which the seal can engage.
The joining sleeve 6 is threaded along the internally tapered fitting 8 to screw onto the threaded end of the pipe. This threaded portion extends outward from the slender end of the sleeve and about half the distance to the end of the seal. Beyond the threaded portion is a cylindrical surface 15 which allows engagement of the threaded portion of the end of the pipe. Beyond the cylindrical part 15 is a conical part 16 which comes into contact with the smooth surface 14 provided on the end of the pipe.
It is preferred that the end of the seal sleeve extends beyond the cylindrical outer surface 12 of the pipe to provide relief.
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at 17 a slight free space between the sleeve of the joint and the pipe in order to prevent the outer wall of the latter from being pinched or damaged by the engagement of the end of the tool joint with the pipe during lateral bending deformations of the drill pipe which occur during use.
We will notice. that by providing the conical sealing and support surface 1416 on the joint, one obtains the possibility of extending the support engagement between the socket of the joint and the pipe a considerable distance beyond the last thread engaged 18. It will also be appreciated that this result is achieved without materially reducing the wall thickness of the open end 19 of the seal sleeve. In fact, by constituting the conical part 14 so that it forms the extension of the hollows of the threads on the end of the pipe, a greater thickness of the wall of the sleeve of the seal at its end is obtained than would be expected. the case if the sealing surface located on the smooth conical part was the extension of the hollow of the threads of the sleeve.
The wall thickness of the joint sleeve is maintained, despite its unusual length, by providing the smooth tapered surface on the pipe inward and towards the joint axis compared with the taper profile of the ridges threads of the pipe. However, this must be done taking into account the resistance of the pipe wall. This provides a sealing and support surface capable of opposing any passage of liquid at this point but as this surface extends to a
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place located some distance from the last thread engaged, the vibration or lateral force which tends to chafe the metal in the thread is reduced at the threaded part.
By maintaining the present thickness at the end of the seal sleeve, the wear time of the outer seal wall is not reduced until disposal.
In fig. 2 is shown the sealing zone between the seal sleeve and the end of the 16 'pipe.
This conical support and sealing zone is formed in the present embodiment by an extension of the cylindrical part 15 'of the seal outwardly and downward in the direction of the end of the member providing the seal. This is achieved by providing a cylindrical contact portion 20 on the end of the pipes for a short distance to allow elongation of the cylindrical area on the seal sleeve.
Beyond the cylindrical part 20 on the end of the pipe, the joint has at 16 'a taper which can have any desired angle, the tapered surface being however provided to end not far from the place where the pipe wall measures the maximum thickness. It is preferable to leave a slight gap 21 to prevent the pipe from being pinched by the seal member during use, as explained above.
In fig. 4, the body 30 of the seal is provided with the usual central channel 31 which has a bevelled part 32 and a shoulder 33 which connects without turning back with the wall of a conical bush 36.
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The socket shown in fig. 4 has a uniform taper, so as to have a tapered circular wall 34. This wall extends to the outer end of the body of the joint so as to. providing sealing surfaces such as 35 at the outer end of the sleeve and such as 37 at its inner end. It will be noted that these two surfaces 35 and 37 have the same taper and constitute an extension of the same surface 34. However, the two surfaces 35 and 37 are defined as a result of the fact that the threaded zone 38 has been provided between the ends. of the tapered surface 34.
It will be noted that the threads 38 disappear with the partial thread towards the outer end of the sleeve and that a short cylindrical zone 39 insensibly connects the line forming the birth of the thread 38 with the smooth tapered surface 35,
The pipe 40 is provided with a conical surface 41 whose taper is complementary to that of the surface 34 of the sleeve 36. This surface 34 is interrupted by the threaded zone 42 of the member forming the connecting pin. The threads affecting the conical part thus create an internal sealing surface 45 close to the end of this pin. The threaded zone 42 of this pin is arranged so as to disappear at 46 at the place where the line 47 marking the birth of the threads of the pipe forms the extension of the conical surfaces 41 and 45.
In other words, the conical sealing surfaces have the same inclination as the line 47 of the threads 42. Note that this line coincides.
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roughly with the crest line 48 of the socket threads.
The fact that the taper provided both inside and outside the threaded areas has the same angularity simplifies the manufacture, makes it? less expensive and easier to seal and service that one would expect from such gaskets.
In fig. 5 is shown an alternative embodiment of the invention according to which the conical part occupied by the threads and the external sealing surface begins only at the birth of the threads as shown at 50 and in the sleeve and at the birth of the threads as shown at 51 on the spindle. This construction allows for a cylindrical sealing surface in the socket and a complementary cylindrical sealing surface 53 on the pin.
Such a construction is advantageous in the sense that only the conical faces 35 and 41 need to be insensibly connected according to a certain conicity and that as long as the cylindrical zone constitutes a tight fitting part, this can simplify the construction, make it less expensive and result in a benefit during operation. For the rest, the construction shown in fig. 5 is similar to that shown in FIG. 4.
As previously indicated, by providing the taper on the smooth part of the end of the seal, so that it applies inside towards the axis of the seal in comparison with the ordinary taper which forms the extension of those of the hollow of the joint threads, the wall thickness of
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this can be preserved, which allows the seal to maintain its useful life.
This variant shows another possible embodiment of the idea which is the basis of the invention.
T o fit the end of the pipe into the socket of the joint, it is preferable to heat the latter so that it can expand slightly and lend itself to screwing the end of the pipe by hand. cooling the seal bush to shrink onto the end of the pipe, which has the effect of bringing the support and sealing surfaces intimately into engagement without damaging the mating walls.
It should be noted that a slight gap 22 is made between the flanks of the threads of the sleeve and the end of the pipe. This slight gap allows longitudinal expansion of the seal sleeve when it is heated, which prevents mechanical interference,
By providing the conical support and sealing surfaces on the pipe at a point spaced a significant distance from the last thread engaged, the lateral bending forces exerted on the joint are entirely subtracted from the surface of the last thread engaged. In addition; by providing the conical part on the end of the pipes at a point situated towards the inside of the crests of the threads cut on the pipe, it is possible to keep the wall of the joint sleeve its thickness and thereby not to reduce the duration of the seal.
This type of joint thus makes it possible to achieve a sealing surface between the joint and the end of the pipes without the risk of this surface leaking at the same time as the point.
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of support between the sleeve of the seal and the pipe is located at a certain distance from the last thread engaged, that is to say at a place where breakage must be avoided.
Finally, by providing the sealing surface towards the interior, that is to say in the direction of the axis of the pipe and away from the line of the ridges of the threads of the pipe, it is possible to keep the wall the seal bush to the desired thickness and thus avoid reducing the service life of the seal.
CLAIMS
1. Joining device for well drilling rod comprising a pipe with a conical profile, the end of which is engaged in a sleeve forming a joint by means of matching threads characterized in that it further comprises threads extending only over a fraction of the conical part. a smooth, unthreaded zone on which the sleeve is fitted onto the end of the pipe, this smooth zone constituting a support and sealing surface having a taper with inclination towards the interior and towards the axis of the joint substantially in alignment the conicity of the births of the threads at the end of the pipe.