FR3109543A1 - Insert precisement integre dans un corps brut realise par fabrication additive. - Google Patents
Insert precisement integre dans un corps brut realise par fabrication additive. Download PDFInfo
- Publication number
- FR3109543A1 FR3109543A1 FR2004017A FR2004017A FR3109543A1 FR 3109543 A1 FR3109543 A1 FR 3109543A1 FR 2004017 A FR2004017 A FR 2004017A FR 2004017 A FR2004017 A FR 2004017A FR 3109543 A1 FR3109543 A1 FR 3109543A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- insert
- female
- male
- conduit
- inserts
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000000654 additive Substances 0.000 title claims abstract description 62
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 title claims abstract description 61
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 57
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 62
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 48
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 48
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims abstract description 21
- 238000004873 anchoring Methods 0.000 claims abstract description 15
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 claims abstract description 9
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims abstract description 9
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000003754 machining Methods 0.000 claims description 14
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 13
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 6
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910000570 Cupronickel Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910001347 Stellite Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 4
- AHICWQREWHDHHF-UHFFFAOYSA-N chromium;cobalt;iron;manganese;methane;molybdenum;nickel;silicon;tungsten Chemical compound C.[Si].[Cr].[Mn].[Fe].[Co].[Ni].[Mo].[W] AHICWQREWHDHHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 2
- -1 vitroceramics Substances 0.000 claims description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 11
- 238000011161 development Methods 0.000 description 6
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002241 glass-ceramic Substances 0.000 description 2
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 230000001143 conditioned effect Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 description 1
- 229910001026 inconel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L15/00—Screw-threaded joints; Forms of screw-threads for such joints
- F16L15/001—Screw-threaded joints; Forms of screw-threads for such joints with conical threads
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K9/00—Arc welding or cutting
- B23K9/04—Welding for other purposes than joining, e.g. built-up welding
- B23K9/044—Built-up welding on three-dimensional surfaces
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y40/00—Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
- B33Y40/20—Post-treatment, e.g. curing, coating or polishing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y80/00—Products made by additive manufacturing
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L15/00—Screw-threaded joints; Forms of screw-threads for such joints
- F16L15/04—Screw-threaded joints; Forms of screw-threads for such joints with additional sealings
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L25/00—Constructive types of pipe joints not provided for in groups F16L13/00 - F16L23/00 ; Details of pipe joints not otherwise provided for, e.g. electrically conducting or insulating means
- F16L25/14—Joints for pipes of different diameters or cross-section
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L41/00—Branching pipes; Joining pipes to walls
- F16L41/02—Branch units, e.g. made in one piece, welded, riveted
- F16L41/023—Y- pieces
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K9/00—Arc welding or cutting
- B23K9/04—Welding for other purposes than joining, e.g. built-up welding
- B23K9/044—Built-up welding on three-dimensional surfaces
- B23K9/046—Built-up welding on three-dimensional surfaces on surfaces of revolution
- B23K9/048—Built-up welding on three-dimensional surfaces on surfaces of revolution on cylindrical surfaces
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
- E21B17/02—Couplings; joints
- E21B17/04—Couplings; joints between rod or the like and bit or between rod and rod or the like
- E21B17/042—Threaded
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/10—Geothermal energy
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Earth Drilling (AREA)
- Rigid Pipes And Flexible Pipes (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Sampling And Sample Adjustment (AREA)
Abstract
Conduit (1) en acier pour le forage, l’exploitation des puits hydrocarbures, le transport de pétrole et de gaz, la captation carbone ou la géothermie, comprenant au moins un insert mâle (2) ou femelle (3) et un corps métallique (4), ledit insert (2, 3) comprenant au moins un premier axe de filetage, au moins une surface d’étanchéité (21, 22) torique ou frusto-conique, une partie filetée (5) et une partie non filetée (6) reliée au corps métallique (4), caractérisé en ce que le corps métallique (4) est entièrement réalisé par fabrication additive et en ce que ledit insert (2, 3) comprend un profil d’ancrage (7) agencé pour adhérer la matière additivée du corps métallique (4).
[Fig 2a]
Description
L’invention concerne les composants ou conduits en acier dans le domaine pétrole et le gaz, l'énergie ou le stockage, pour une utilisation tel que l'exploitation de puits ou le transport d'hydrocarbures, la géothermie ou la capture de carbone.
On entend ici par “composant” tout élément, accessoire ou conduit, utilisé pour forer ou exploiter un puits et comprenant au moins une connexion ou connecteur ou encore extrémité filetée, et destiné à être assemblé par un filetage à un autre composant pour constituer avec cet autre composant un joint fileté. Le composant peut être par exemple un tube ou un élément tubulaire de relativement grande longueur (notamment d’environ une dizaine de mètres de longueur), par exemple un tube, ou bien un manchon tubulaire de quelques dizaines de centimètres de longueur, ou encore un accessoire de ces éléments tubulaires (dispositif de suspension ou « hanger », pièce de changement de section ou « cross-over », vanne de sécurité, connecteur pour tige de forage ou « tool joint », « sub », et analogues).
Les composants ou conduits sont dotés d’extrémités filetées. Ces extrémités filetées sont complémentaires permettant le raccordement de deux éléments tubulaires mâle (« Pin ») et femelle (« Box ») entre eux. Il y a donc une extrémité filetée mâle et une extrémité filetée femelle. Les extrémités filetées dites premium ou semi-premium comportent généralement au moins une surface de butée. Une première butée peut être formée par deux surfaces de deux extrémités filetées, orientées de façon sensiblement radiale, configurées de façon à être en contact l’une avec l’autre à l’issue du vissage des extrémités filetées entre elles ou lors de sollicitations de compression. Les butées ont généralement des angles négatifs par rapport à l’axe principal des connexions. On connaît également des butées intermédiaires sur des joints comportant au moins deux étages de filetage.
Il peut être nécessaire qu’un conduit ait un corps métallique avec une forme non tubulaire ou non rectiligne. En effet, un conduit peut comprendre une portion non droite, par exemple une forme en courbure ou en ‘‘S’’, ou encore des changements de diamètres intérieurs ou extérieurs. Cependant les moyens actuels pour y parvenir sont extrêmement limités et non fonctionnels.
De manière générale, pour des raisons techniques et d’usinage, les différentes parties d’un même composant, qu’il s’agisse du corps de l’élément tubulaire ou encore des extrémités filetées, sont conçues selon un seul et même type de matériau (alliage ou non).
Les tubes sont généralement rectilignes, d’axe rectiligne, les deux extrémités d’un tube étant alignées et ayant donc des axes d’extrémité substantiellement colinéaires. Il existe cependant un besoin dans l’industrie des hydrocarbures, la géothermie ou la capture de carbone d’un tube ou d’un conduit présentant des caractéristiques de géométries différentes notamment par la présence d’une déviation d’angle dans ledit tube entre l’axe d’une première extrémité et l’axe d’une deuxième extrémité. Ce type de géométrie est très utile pour prévoir des embranchements, coudes, contours et autres raccordements en fonction de la géologie lors des forages ou pour agencer plus facilement un transport de flux. Par ailleurs cela permet d’économiser le nombre de tubes exploités et la quantité de ressources nécessaires. Les solutions actuelles sont coûteuses à réaliser et/ou présentent des caractéristiques mécaniques non satisfaisantes.
Pour atteindre ce type de géométrie avec les moyens de l’état de l’art, une première solution consiste à partir d’une pièce métallique massive que l’on usine pour obtenir une déviation d’angle ou des extrémités terminales non co-axiales.
Cependant une telle solution présente de nombreux inconvénients majeurs ; notamment lors de la réalisation de ces pièces par tournage. On retrouve par exemple un balourd lors de la phase de réalisation, c’est-à-dire une masse non parfaitement répartie sur un volume de révolution entraînant un déséquilibre, au niveau de la partie déviée ou déformée du tube. Mais également des vibrations et de l’usure au moment de l’usinage qui fragilisent fortement le tube le rendant moins fiable. On retrouve également des défauts de géométrie, des tolérances non respectés et des pertes de charge lors des écoulements hydrauliques.
Une seconde solution consiste à concevoir et réaliser un tube (non usiné) directement avec la géométrie souhaitée, par exemple un tube admettant dans son corps un coude ou un décalage d’angle entre l’axe d’une première extrémité et celui d’une seconde extrémité. Cependant les inconvénients vont se répercuter au moment de l’usinage du filetage qui sera très compliqué à réaliser. En effet, une telle géométrie nécessitera de concevoir une méthode et des appareils spécifiquement adaptés. Cela implique donc des coûts importants ainsi qu’une très faible vitesse de production lié à un usinage complexe et non envisageable industriellement.
Les moyens actuels de l’état de l’art sont donc limités et ne permettent pas de conférer plus de flexibilité géométrique à la réalisation d’un tube sans engendrer des contraintes et des effets indésirables. Ils permettent encore moins de réaliser un tube en acier pour l'exploitation de puits ou le transport d'hydrocarbures, la géothermie ou la capture de carbone avec au moins 3 extrémités terminales.
La présente invention a pour but de résoudre les problèmes de l’état de l’art cité, en réalisant entièrement le corps métallique d’un conduit par fabrication additive sur au moins un insert.
L'invention consiste donc en un conduit (1) en acier pour le forage, l’exploitation des puits hydrocarbures, le transport de pétrole et de gaz, la captation carbone ou la géothermie, comprenant au moins un insert mâle (2) ou femelle (3) et un corps métallique (4), ledit insert (2, 3) comprenant au moins un premier axe de filetage, au moins une surface d’étanchéité (21, 22) torique ou frusto-conique, une partie filetée (5) et une partie non filetée (6) reliée au corps métallique (4), caractérisé en ce que le corps métallique (4) est entièrement réalisé par fabrication additive.
Selon un mode de réalisation, le conduit (1) est caractérisé en ce que l’épaisseur radiale d’un insert est déterminée selon l’équation :
Où :
Min thicknessValeur minimale de l’épaisseur d’un insert en mm
Rext Valeur du rayon extérieur
Epg Valeur de l’épaisseur d’un fond de gorge d’une dent de filetage
Ri Valeur du rayon intérieur
K Valeur du ratio d’épaisseur minimal
Selon un mode de réalisation, le conduit (1) est caractérisé en ce que le ratio d’épaisseur K est compris entre 0,25 et 0,7 et de préférence K = 0,510.
Selon un mode de réalisation, le conduit (1) est caractérisé en ce qu’un insert mâle (2) ou femelle (3) comprend une épaisseur radiale déterminée entre 4 mm et 20 mm.
Selon un mode de réalisation, le conduit (1) est caractérisé en ce que chacun des inserts mâle (2) ou femelle (3) présente un diamètre externe (OD) compris entre 100mm et 480mm.
Selon un mode de réalisation, le conduit (1) est caractérisé en ce que le corps métallique (4) est réalisé par dépôt par fabrication additive arc-fil.
Selon un mode de réalisation, le conduit (1) est caractérisé en ce que le corps métallique (4) s’adhère autour de l’insert mâle (2) ou femelle (3) sur sa partie non filetée.
Selon un mode de réalisation, le conduit (1) est caractérisé en ce que le corps métallique (4) réalisé par fabrication additive comprend un matériau de type métallique choisi parmi les aciers alliés, fortement alliés, alliages cupro-nickel, alliages de titane, céramiques, vitrocéramiques, ou cuivre, stellite, fero 55.
Selon un mode de réalisation, le conduit (1) est caractérisé en ce que le corps métallique (4) réalisé par fabrication additive comprend un matériau de module de Young entre 110 GPa et 210 GPa, de préférence entre 160 GPa et 210 GPa.
Selon un mode de réalisation, le conduit (1) est caractérisé en ce qu’un insert (2, 3) comprend un profil d’ancrage (7) agencé pour adhérer la matière additivée du corps métallique (4).
Selon un mode de réalisation, le conduit (1) est caractérisé en ce que le profil d’ancrage (7) comprend une ou plusieurs surfaces de cisaillement (11) et/ou au moins une extension d’arrimage (12).
Selon un mode de réalisation, le conduit (1) est caractérisé en ce qu’il comprend au moins 2 inserts mâle (2) et/ou femelle (3).
Selon un mode de réalisation, le conduit (1) est caractérisé en ce que chacun desdits insert mâle (2) et/ou femelle (3) présente respectivement un premier et un second axe de filetage A1 et A2, et en ce que lesdits premier et second axes A1 et A2 sont non colinéaires.
Selon un mode de réalisation, le conduit (1) est caractérisé en ce que l’axe de filetage d’un premier insert mâle (2) ou femelle (3) présente par rapport à l’axe d’un second insert mâle (2) ou femelle (3) d’un même conduit (1) un angle d’inclinaison compris entre 0 et 75 degrés.
Selon un mode de réalisation, le conduit (1) est caractérisé en ce qu’il comprend au moins trois inserts mâle ou femelle (62, 63, 64), les inserts (62, 63, 64) comprenant respectivement au moins un premier axe de filetage, un deuxième axe de filetage, un troisième axe de filetage, les inserts étant reliés par un corps (4) entièrement réalisé par fabrication additive, lesdits premier, second et troisième axes de chacun des inserts mâle ou femelle (62, 63, 64) étant non colinéaires.
L’invention comprends également un procédé de réalisation d’un conduit (1) comprenant :
- Une étape de maintien d’un ou plusieurs inserts mâle (2) ou femelle (3) selon une position déterminée.
- Une étape de réalisation du corps métallique (4) par fabrication additive par arc fil comprenant un dépôt de matière à partir d’une portion non filetée de l’insert (2, 3).
- Une étape de traitement thermique pour modifier les caractéristiques mécaniques du corps et libérer les contraintes mécaniques issues de la fabrication additive.
- Une étape d’usinage dans le corps métallique (4).
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaitront à l’examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés.
Les dessins annexés pourront non seulement servir à compléter l’invention, mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant. Ils ne sont pas limitatifs quant à la portée de l’invention.
La figure 1 représente de façon schématique, dans une vue en coupe longitudinale, un joint fileté tubulaire de l’art antérieur. Le joint fileté tubulaire comprend un élément mâle (22) et un élément femelle (24) dans un état assemblé ou connecté. Chaque élément comprend une partie filetée (5) et une partie non filetée (6). Le joint fileté tubulaire comprend une étanchéité (20) formée par contact interférant de deux surfaces d’étanchéité de type torique ou frusto-conique de part et d’autre de chacun desdits éléments mâle et femelle à l’état assemblé. Chacune des portions d’un élément sont réalisées selon un seul et même type de matériau, c’est-à-dire notamment la partie filetée, la partie non filetée et la surface d’étanchéité. Il n’y a donc pas deux types de matériaux différents pour deux parties différentes du tube. Chacun des éléments mâle (22) ou femelle (24) est rectiligne et possède un axe de révolution commun à la fois à son extrémité mâle, son corps tubulaire principale et son autre extrémité (non représenté).
Pour pouvoir obtenir un conduit avec une géométrie plus complexe qu’une simple forme tubulaire droite, c’est-à-dire pour obtenir un composant présentant par exemple des extrémités terminales non co-axiales et/ou non coplanaires, il existe deux propositions de solutions à ce jour qui nécessitent dans les deux cas un type d’intervention directe sur une pièce ou sur le tube.
La figure 2a représente un conduit (1) en acier comprenant un insert mâle (2) et un corps métallique (4), ledit insert (2) comprenant au moins un premier axe de filetage (représenté par l’axe X), au moins une surface d’étanchéité (21) pouvant être torique ou frusto-conique, une partie filetée (5) et une partie non filetée (6) reliée au corps métallique (4). Le corps métallique (4) est entièrement réalisé par fabrication additive. L’insert (2) peut comprendre avantageusement un profil d’ancrage (7) agencé pour adhérer la matière additivée du corps métallique (4).
Selon un aspect de l’invention, une partie non filetée (6) comprends une surface radiale (6R) qui peut être perpendiculaire à l’axe de filetage. Cette surface peut s’étendre radialement. Une partie non filetée (6) peut comprendre également une surface axiale (6A) opposé à la partie filetée (5). Cette surface (6A) peut être parallèle à l’axe de filetage. Cette surface axiale (6A) peut s’étendre axialement.
Selon un mode de réalisation, la partie non filetée (6) désigne la surface opposée à la partie filetée, parallèle à l’axe de filetage. Elle désigne également la surface radiale de l’insert (perpendiculaire à l’axe de filetage).
Selon un mode de réalisation, le corps métallique (4) est réalisé par dépôt par fabrication additive arc-fil. Avantageusement, la fabrication additive arc-fil confère une bonne intégrité structurelle et une faible distorsion au matériau additivé. Elle ne nécessite pas d’outillage complexe et optimise au mieux les pertes de matières faisant ainsi baisser les coûts de production.
Avantageusement le corps (4) métallique réalisé entièrement par fabrication additive permet une facilité de configuration géométrique. De cette manière il est possible d’obtenir un conduit configuré selon la difficulté géométrique ou géologique rencontrée lors de l’exploitation de puits ou le transport d'hydrocarbures, la géothermie ou la capture de carbone.
Avantageusement, un conduit selon l’invention présente un écoulement hydraulique beaucoup plus lisse et d’obtention facilitée par rapport aux solutions de l’état de l’art, notamment par l’absence de balourd à l’usinage.
Avantageusement, le matériau du corps (4) métallique peut être différent de celui de l’insert. On peut donc, lorsque cela est possible, faire un choix de matériau moins cher par rapport à celui de l’insert réduisant ainsi les coûts. On peut également choisir des matériaux ayant des propriétés différentes par rapport à l’insert en fonction de l’exploitation souhaitée.
Avantageusement le corps métallique (4) réalisé par fabrication additive comprend un matériau de type métallique choisi parmi les aciers alliés, fortement alliés, alliages cupro-nickel, alliages de titane, céramiques, vitrocéramiques, ou cuivre, stellite, fero 55.
Avantageusement le temps de production et d’usinage est significativement réduit et compatible des exigences industrielles.
Avantageusement le corps (4) métallique peut être réalisé par fabrication additive selon un matériau de module de Young entre 110 Gpa et 210 Gpa. De préférence le corps peut être réalisé par un matériau de module Young de 160 à 210 Gpa afin de se rapprocher de celui de l’insert mâle. En effet, à contrainte égale, un matériau ayant un module d'élasticité élevé subira une déformation plus faible qu'un matériau ayant un module d'élasticité petit.
Par exemple, les limites élastiques des matériaux pouvant être compris entre 300 Mpa et 950 Mpa un insert peut comprendre un matériau en acier, en acier alliés, inconel, une base nickel ou un acier selon les standards 13cr ou super 13Cr.
L’insert doit être une pièce maitrisée dont les dimensions doivent respecter des tolérances. L’insert (2) peut être usiné par les procédés classiques avec une grande précision. L’insert peut être obtenu séparément du corps (4). Avantageusement, l’obtention de l’insert (2) s’affranchit des contraintes imposées par la géométrie d’un conduit de forme complexe. Par tolérance, on entend la différence entre deux côtes limites considérées comme conforme aux dimensions nominales fixées au préalable sur un plan.
En outre, le corps (4) est obtenu par construction de fabrication additive sur l’insert (2). Ainsi, avec un insert déjà maitrisé, il est beaucoup plus aisé de conférer une forme géométrique complexe au conduit (1) en évitant tous les problèmes d’usinages liés à un filetage. Une forme géométrique complexe peut-être à la fois une forme rectiligne et/ou non rectiligne sur toute la longueur du conduit.
Selon un mode de réalisation, le profil d’ancrage (7) peut comprendre une surface de cisaillement (11) et/ou une extension d’arrimage (12). Le profil d’ancrage (7) peut également comprendre des ondulations annulaires, ou encore des nervures annulaires.
Avantageusement le profil d’ancrage (7) permet d’augmenter et d’assurer l’adhérence de la matière du corps additivé sur l’insert.
Avantageusement un profil d’ancrage (7) comprenant une ou plusieurs surfaces de cisaillement (11) permet une meilleure interpénétration entre l’insert et la matière réalisée par fabrication additive du corps.
Avantageusement, un profil d’ancrage (7) comprenant une ou plusieurs extensions d’arrimages (12) permet une meilleure accroche de la matière ajoutée par fabrication additive.
La demanderesse a déterminé des conditions additionnelles liant l’insert et la partie ajoutée par fabrication additive pour assurer l’intégrité du conduit. Une zone de transition entre un matériau de l’insert et celui du corps métallique est déterminée selon l’équation :
Où :
Valeur de la contrainte générée
Valeur de la limite élastique d’un insert
La zone de transition entre un insert (2) métallique et le corps (4) métallique est conditionnée par un seuil minimal de sécurité de 85% Ys. Ys étant la limite élastique du matériau de l’insert et σzz correspondant à la contrainte générée. La zone de transition est comprise dans l’insert. On peut donc faire une transition entre la matière métallique de l’insert à une matière additivé, lorsque l’on atteint au moins 85% Ys, sans risque d’ajouter de contraintes additionnelles. La zone de transition est comprise dans l’insert et correspond à l’épaisseur minimale de paroi de l’insert mesurée radialement.
En effet, à partir de 85% de Ys, on peut chercher des matériaux pour la matière additivé avec des limites élastiques jusqu’à 15% inférieur par rapport au matériau de l’insert. De manière surprenante, avec un choix de matériau pour la matière additivé ayant des limites élastiques jusqu’à 15% inférieur, on a moins de contraintes de cisaillement, une meilleure tenue du matériau et une meilleure adhérence.
Par exemple, un insert présentant une résistance de 125 KSI (≈ 862 MPA) pourra admettre un ajout de matière additivée, c’est-à-dire la matière réalisée par fabrication additive, de 106 Ksi (≈ 862 MPA). Ainsi, on peut faire un choix de matériau bien moins couteux tout en restant dans des limites acceptables.
Ainsi, l’épaisseur minimale d’un insert est déterminée par l’équation :
Où :
Valeur minimale de l’épaisseur d’un insert
Rext Valeur du rayon extérieur
Epg Valeur de l’épaisseur d’un fond de gorge d’une dent de filetage
Ri Valeur du rayon intérieur
K Valeur du ratio d’épaisseur minimal
K correspond à un ratio d’épaisseur minimum nécessaire pour atteindre la zone de transition minimale de 85% de la limite élastique Ys. La zone de transition est comprise dans l’insert et correspond à l’épaisseur minimale de paroi de l’insert mesurée radialement. Les inventeurs ont déterminé à la suite de plusieurs simulations de type FEA que K pouvait être compris entre 0,25 et 0,70 et de préférence à 0,510.
Lors de la simulation plusieurs paramètres ont été pris en compte figurant notamment dans la figure 4b, à savoir le rayon extérieur Rext, le rayon intérieur Ri, l’épaisseur de fond de gorge du filetage Epg, la profondeur du filet Th, et enfin le principal moteur du facteur de concentration de stress Tr.
Par exemple, les inventeurs ont réalisé un test avec une valeur choisie parmi les plus faibles des gammes et lignes de produits OCTG avec :
Rext = 89 mm, Ri = 79 mm, Epg = 8,5 mm, Th = 1,5 mm, Tr = 0,1 mm.
Le résultat suivant est obtenu :
L’épaisseur minimale d’un insert est donc déterminée par l’équation :
K correspondant donc à 0.510 pour cette simulation.
Cette équation permet donc de déterminer une épaisseur minimale d’un insert tout en s’assurant de respecter l’équation précédente de σzz ≥ 85% Ys.
La demanderesse expose ci-après un ensemble de dimensions et de valeurs d’épaisseurs d’inserts en fonction du diamètre externe (dit « Outside Diameter » ou « OD », voir fig. 3) du rayon extérieur Rext, du rayon intérieur Ri, de l’épaisseur de fond de gorge du filetage Epg, de la profondeur du filetage Th et de l’épaisseur du filetage Tw. La valeur du rayon de raccordement Tr (en mm) qui est un facteur de concentration de stress ne varie pas. Une représentation schématique de l’ensemble de ces paramètres sont présents fig. 4.b.
Certaines de ces dimensions sont consignées dans le tableau suivant :
| OD (pouces) | OD (mm) | Tw (mm) | Th (mm) | Rext (mm) | Ri (mm) | Epg (mm) | Insert Thickness (mm) |
| 4,5 | 114,3 | 8 | 1,2 | 57,2 | 49,15 | 6,8 | 4,532 |
| 4,5 | 114,3 | 10 | 1,2 | 57,2 | 47,15 | 8,8 | 5,512 |
| 7 | 177,8 | 9 | 1,4 | 88,9 | 79,9 | 7,6 | 5,124 |
| 7 | 177,8 | 12 | 1,4 | 88,9 | 76,9 | 10,6 | 6,594 |
| 9,625 | 244,5 | 9 | 1,58 | 122 | 113,2 | 7,425 | 5,21325 |
| 9,625 | 244,5 | 13 | 1,58 | 122 | 109,2 | 11,425 | 7,17325 |
| 13,625 | 346,1 | 9 | 1,9 | 173 | 164 | 7,1 | 5,379 |
| 13,625 | 346,1 | 25 | 1,9 | 173 | 148 | 23,1 | 13,219 |
| 16 | 406,4 | 14 | 1,9 | 203 | 189,2 | 12,1 | 7,829 |
| 16 | 406,4 | 30 | 1,9 | 203 | 173,2 | 28,1 | 15,669 |
| 18,625 | 473,1 | 15 | 1,9 | 237 | 221,5 | 13,1 | 8,319 |
| 18,625 | 473,1 | 37 | 1,9 | 237 | 199,5 | 35,1 | 19,099 |
Par conséquent, un conduit selon l’invention peut comprendre un insert ayant un diamètre externe (OD) compris entre 4 et 18,625 pouces soit environ entre 100 mm et 480 mm.
Un conduit selon l’invention peut donc comprendre un insert mâle (2) comprenant une épaisseur radiale déterminée entre 4 mm et 20 mm. La longueur de l’insert mâle (2) est comprise entre 50 mm et 300 mm.
Avantageusement, l’invention confère la possibilité de fabriquer un conduit par récupération des inserts usagés et de réaliser le corps métallique (4) entièrement réalisé par fabrication additive autour desdits inserts. Ceci permet également d’utiliser l’invention sur des portions de tubes récupérées destinées à être réhabilitées, par exemple des portions de tubes dont les extrémités sont encore fonctionnelles.
La figure 2b représente un conduit (1) en acier comprenant un insert femelle (3) et un corps métallique (4), ledit insert (3) comprenant au moins un premier axe de filetage (représenté par l’axe X), au moins une surface d’étanchéité (21) pouvant être torique ou frusto-conique, une partie filetée (5) et une partie non filetée (6) reliée au corps métallique (4). Le corps métallique (4) est entièrement réalisé par fabrication additive. L’insert (3) peut comprendre avantageusement un profil d’ancrage (7) agencé pour adhérer la matière additivée du corps métallique (4).
Selon un aspect de l’invention, une partie non filetée (6) comprends une surface radiale (6R) qui peut être perpendiculaire à l’axe de filetage. Cette surface peut s’étendre radialement. Une partie non filetée (6) peut comprendre également une surface axiale (6A) opposé à la partie filetée (5). Cette surface (6A) peut être parallèle à l’axe de filetage. Cette surface axiale (6A) peut s’étendre axialement.
Selon un mode de réalisation, la partie non filetée (6) désigne la surface opposée à la partie filetée, parallèle à l’axe de filetage. Elle désigne également la surface radiale de l’insert (perpendiculaire à l’axe de filetage).
Selon un mode de réalisation, le corps métallique (4) est réalisé par dépôt par fabrication additive arc-fil. Avantageusement, la fabrication additive arc-fil confère une bonne intégrité structurelle et une faible distorsion au matériau additivé. Elle ne nécessite pas d’outillage complexe et optimise au mieux les pertes de matières faisant ainsi baisser les coûts de production.
Avantageusement, le matériau du corps (4) métallique peut être différent de celui de l’insert. On peut donc, lorsque cela est possible, faire un choix de matériau moins cher par rapport à celui de l’insert réduisant ainsi les coûts. On peut également choisir des matériaux ayant des propriétés différentes par rapport à l’insert en fonction de l’exploitation souhaitée.
Avantageusement, le corps métallique (4) réalisé par fabrication additive comprend un matériau de type métal choisi parmi les aciers alliés, fortement alliés, alliages cupro-nickel, alliages de titane, céramiques, vitrocéramiques, ou cuivre, stellite, fero 55.
Avantageusement, le temps de production et d’usinage est significativement réduit permettant une production beaucoup plus envisageable industriellement.
Avantageusement le corps (4) métallique est réalisé par fabrication additive selon un matériau de module de Young entre 110 Gpa et 210 Gpa. De préférence le corps est réalisé par un matériau de module Young de 160 à 210 Gpa afin de se rapprocher de celui de l’insert femelle. En effet, à contrainte égale, un matériau ayant un module d'élasticité élevé subira une déformation plus faible qu'un matériau ayant un module d'élasticité petit.
Avantageusement l’insert est une pièce maitrisée au niveau de ses tolérances et de son usinage. Par tolérance, on entend la différence entre deux côtes limites considérées comme conforme aux dimensions nominales fixées au préalable sur un plan. Ainsi, avec un insert déjà maitrisé, il est beaucoup plus aisé de conférer une forme géométrique souhaité au conduit (1) en évitant tous les problèmes d’usinages liés au filetage.
Selon un mode de réalisation, le profil d’ancrage (7) peut comprendre une surface de cisaillement (11) et/ou une extension d’arrimage (12).
Avantageusement le profil d’ancrage (7) permet d’augmenter et d’assurer l’adhérence de la matière du corps additivé sur l’insert.
Avantageusement un profil d’ancrage (7) comprenant une ou plusieurs surfaces de cisaillement (11) permet une meilleure interpénétration entre l’insert et la matière réalisée par fabrication du corps.
Avantageusement, un profil d’ancrage (7) comprenant une ou plusieurs extensions d’arrimages (12) permet une meilleure accroche de la matière additivé.
L‘insert femelle (3) comprend également une épaisseur minimale liée à une zone de transition entre l’insert et le corps métallique. Les développements liés à l’insert mâle (2) de la figure 2a s’appliquent de manière analogue à l’insert femelle (3).
Par conséquent, un conduit selon l’invention peut comprendre un insert ayant un diamètre externe (OD) compris entre 4 et 18,625 pouces soit entre 100 mm et 480 mm.
Un conduit selon l’invention peut donc comprendre un insert femelle (3) comprenant une épaisseur déterminée entre 4 mm et 20 mm. La longueur de l’insert femelle (3) est comprise entre 50 mm et 300 mm.
Avantageusement, l’invention confère la possibilité de remodéliser un très grand nombre de fois un conduit par récupération des inserts et de refaire le corps métallique (4) entièrement réalisé par fabrication additive. Ceci permet également d’utiliser l’invention sur des portions de tubes récupérés destinés à être réhabilités, par exemple des portions de tubes dont les extrémités sont encore fonctionnelles.
La figure 3 représente de façon schématique, dans une vue en perspective, un conduit en acier comprenant un insert femelle (3) ainsi qu’une portion de corps métallique (4) entièrement réalisé par fabrication additive.
L’insert femelle (3) comprenant au moins un premier axe de filetage (représenté par l’axe X), au moins une surface d’étanchéité (21) pouvant être torique ou frusto-conique (non représenté), une partie filetée (5) et une partie non filetée (6) reliée au corps métallique (4). Le corps métallique (4) est entièrement réalisé par fabrication additive. L’insert (3) peut comprendre avantageusement un profil d’ancrage (7) agencé pour adhérer la matière additivée du corps métallique (4).
L’insert femelle (3) comprend notamment un diamètre externe OD compris entre 4 et 18,625 pouces soit entre 100 mm et 480 mm.
La figure 3 a été réalisé à titre de représentation et respecte pas systématiquement une échelle réelle.
La figure 4a représente un diagramme de concentration de contraintes qui s’applique au niveau d’un fond de filet selon l’invention et selon une échelle de nuance. La figure 4b représente un schéma d’une dent de filetage selon l’invention un diagramme de concentration de contraintes.
On observe dans la figure 4a que les concentrations de contraintes sont beaucoup plus fortes au niveau du fond de gorge d’une dent de filetage (partie la plus foncée du diagramme). Au fur et à mesure que l’on s’éloigne du fond de filetage les contraintes sont moins ressenties dans l’insert. Inversement, la valeur de la contrainte générée augmente (zones plus claires à zones plus foncées) depuis le rayon intérieur Ri jusqu’à la distance Rayon intérieur + Epaisseur du fond de gorge (Ri + Epg).
Un matériau additivé doit conférer entre autres des propriétés de résistances à la déformation élastique proches de ceux du matériau de l’insert. En effet, un matériau ayant un module d'élasticité élevé subira une déformation plus faible qu'un matériau ayant un module d'élasticité petit.
Avantageusement déterminer l’épaisseur minimale de l’insert selon l’équation nous permet de connaitre le seuil à partir duquel la transition entre le matériau de l’insert et celui de la matière additivé se fait en sécurité sans générer de contraintes additionnelles. C’est-à-dire à partir de 85% de limite élastique Ys du matériau de l’insert.
Où :
Valeur minimale de l’épaisseur d’un insert
Rext Valeur du rayon extérieur
Epg Valeur de l’épaisseur d’un fond de gorge d’une dent de filetage
Ri Valeur du rayon intérieur
K Valeur du ratio d’épaisseur minimal.
La figure 4b a été réalisé à titre de représentation et respecte pas systématiquement une échelle réelle.
La figure 5 représente, selon une vue hybride en coupe et en perspective, un conduit selon une variante de l’invention comprenant deux inserts non co-axiaux.
Un conduit selon cette variante comprend donc deux inserts qui peuvent être mâles (2) et/ou femelles (3).
De manière générale, un insert (2, 3) de conduit comprend un espace intérieur (31, 32).
Un corps métallique (4) entièrement réalisé par fabrication additive relie les inserts (2, 3) et comprend un espace intérieur de corps (33) communiquant avec les espaces intérieurs (31, 32) des inserts (2, 3).
Dans le cas de la figure 5 sont représentés deux inserts (3) femelles.
Chacun des inserts mâle (2) ou femelle (3) peuvent comprendre une épaisseur minimale liée à une zone de transition entre l’insert et le corps métallique. Les développements liés à l’insert mâle (2) de la figure 2a ainsi que les développements liés à l’insert femelle (3) de la figure 2b s’appliquent de manière analogue à chacun desdits inserts mâle (2) ou femelle (3) de la figure 5.
Un premier insert (2, 3) comprend un premier axe de filetage A1. Un second insert (2, 3) comprend également un second axe de filetage A2.
Les premier et second axes A1 et A2 peuvent être colinéaires.
Les premier et second axes A1 et A2 peuvent être parallèles l’un à l’autre et non sécants n’admettant aucun point en commun.
Les premier et second axes A1 et A2 peuvent être non parallèles l’un à l’autre et sécants admettant un point en commun.
Les premier et second axes A1 et A2 peuvent être non parallèles l’un à l’autre et non sécants n’admettant pas de point en commun.
Les trois dernières configurations admettent par conséquent un décalage dans l’espace des inserts (2, 3) Le conduit (1) comprend alors un espace intérieur réunissant les espaces intérieurs d’inserts et de corps et cet espace intérieur de conduit est non rectiligne.
L’axe de filetage d’un premier insert mâle (2) ou femelle (3) est incliné par rapport à l’axe d’un second insert mâle (2) ou femelle (3) d’un même conduit (1). Cet angle d’inclinaison est compris entre 0 et 75 degrés.
Aussi, un conduit (1) peut admettre des inserts mâles (2) ou femelle (3) avec des dimensions différentes. Par exemple une épaisseur minimale comprise entre 4 mm et 20 mm différente pour chacun des inserts ou alors un diamètre externe OD compris entre 4 et 18,625 pouces soit environ entre 100 mm et 480 mm différent pour chacun des inserts. Le conduit représenté en figure 5 comprend un premier insert avec un diamètre externe plus grand que le diamètre externe du second insert. Le premier insert a une épaisseur plus grande que l’épaisseur du second insert.
Avantageusement le corps (4) métallique réalisé entièrement par fabrication additive permet une facilité de configuration géométrique. De cette manière il est possible d’obtenir un conduit configuré selon la difficulté géométrique ou géologique rencontrée lors de l’exploitation de puits ou le transport d'hydrocarbures, la géothermie ou la capture de carbone.
Avantageusement, un conduit selon l’invention présente un espace intérieur agencé pour un écoulement hydraulique avec des turbulences réduites grâce à des variations de sections lissées et d’obtention facilitée par rapport aux solutions de l’état de l’art, notamment par l’absence de balourd à l’usinage.
La figure 6 représente selon une vue hybride en coupe et en perspective un conduit selon une autre variante de l’invention comprenant trois inserts non co-axiaux.
Selon un aspect de cette variante, un conduit comprend trois inserts qui peuvent être mâles et/ou femelles (62, 63, 64). Un corps métallique (65) entièrement réalisé par fabrication additive est relié à chacun des inserts (62, 63, 64). De cette manière, les inserts mâles et/ou femelles appartiennent donc au même conduit (1).
Les inserts (62, 63, 64) comprennent des espaces intérieurs d’insert. Le corps métallique (65) comprend un espace intérieur de corps communiquant avec les espaces intérieurs d’insert de façon à que tous les espaces intérieurs soient en communication.
Dans le cas de la figure 6, sont représentés trois inserts femelles.
Chacun des inserts mâle ou femelle peut comprendre une épaisseur minimale liée à une zone de transition entre l’insert et le corps métallique. Ainsi, les développements liés à l’insert mâle (2) de la figure 2a ainsi que les développements liés à l’insert femelle (3) de la figure 2b s’appliquent de manière analogue à chacun desdits inserts non coaxiaux mâle (2) ou femelle (3) de la figure 6. Par exemple les dimensions des inserts (3) de la figure 6 ne sont pas systématiquement égaux.
Un premier insert (2, 3) comprend un premier axe de filetage A1. Un second insert (2, 3) comprend également un second axe de filetage A2. Un troisième insert comprend un troisième axe de filetage A3.
Les premier, second et troisième axes A1, A2 et A3 peuvent être non parallèles l’un à l’autre et sécants admettant au moins un point en commun.
Les premier, second et troisième axes A1, A2 et A3 peuvent être non parallèles l’un à l’autre et non sécants n’admettant pas de point en commun.
Les premier, second et troisième axes A1, A2 et A3 peuvent être non tous parallèles l’un à l’autre mais deux des trois axes peuvent être colinéaires. Le troisième axe étant donc non colinéaire avec les deux autres axes.
Avantageusement le corps (4) métallique réalisé entièrement par fabrication additive permet une facilité de configuration géométrique. De cette manière il est possible d’obtenir un conduit configuré selon la difficulté géométrique ou géologique rencontrée lors de l’exploitation de puits ou le transport d'hydrocarbures, la géothermie ou la capture de carbone.
Avantageusement un conduit (1) selon cette variante de l’invention permet de créer un réseau de distribution, sur mesure, avec par exemple plusieurs points de sorties et plusieurs points d’entrées.
Avantageusement un conduit (1) selon cette variante de l’invention permet de réduire le nombre de conduits ou tubes nécessaires lors d’une opération dans le domaine du pétrole, du gaz, de la capture carbone ou de la géothermie.
Avantageusement, un conduit selon l’invention présente un espace intérieur à variations de dimensions lissées, facilitant l’écoulement hydraulique et d’obtention facilitée par rapport aux solutions de l’état de l’art, notamment par l’absence de balourd à l’usinage.
La demanderesse s’est aperçue que ce type de conduit n’existe pas sur le marché des équipements parapétroliers notamment par la difficulté d’obtention avec les moyens existants.
Avantageusement, l’invention confère la possibilité de fabriquer un conduit par récupération des inserts usagés et de réaliser le corps métallique (4) entièrement réalisé par fabrication additive autour desdits inserts. Ceci permet également d’utiliser l’invention sur des portions de tubes récupérées destinées à être réhabilitées, par exemple des portions de tubes dont les extrémités sont encore fonctionnelles.
De manière analogue, les développements apportés à la figure 5 et 6 sont applicables pour des conduits comprenant plus de 3 inserts mâles (2) ou femelles (3).
Claims (16)
- Conduit (1) en acier pour le forage, l’exploitation des puits hydrocarbures, le transport de pétrole et de gaz, la captation carbone ou la géothermie, comprenant au moins un insert mâle (2) ou femelle (3) et un corps métallique (4), ledit insert (2, 3) comprenant au moins un premier axe de filetage, au moins une surface d’étanchéité (21, 22) torique ou frusto-conique, une partie filetée (5) et une partie non filetée (6) reliée au corps métallique (4), caractérisé en ce que le corps métallique (4) est entièrement réalisé par fabrication additive.
- Conduit (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’épaisseur radiale d’un insert est déterminée selon l’équation :
Où :
Valeur minimale de l’épaisseur d’un insert en mm
Rext Valeur du rayon extérieur
Epg Valeur de l’épaisseur d’un fond de gorge d’une dent de filetage
Ri Valeur du rayon intérieur
K Valeur du ratio d’épaisseur minimal - Conduit (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce que le ratio d’épaisseur K est compris entre 0,25 et 0,7 et de préférence K = 0,510.
- Conduit (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’un insert mâle (2) ou femelle (3) comprend une épaisseur radiale déterminée entre 4 mm et 20 mm.
- Conduit (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chacun des inserts mâle (2) ou femelle (3) présente un diamètre externe (OD) compris entre 100mm et 480mm.
- Conduit (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le corps métallique (4) est réalisé par dépôt par fabrication additive arc-fil.
- Conduit (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le corps métallique (4) s’adhère autour de l’insert mâle (2) ou femelle (3) sur sa partie non filetée.
- Conduit (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le corps métallique (4) réalisé par fabrication additive comprend un matériau de type métallique choisi parmi les aciers alliés, fortement alliés, alliages cupro-nickel, alliages de titane, céramiques, vitrocéramiques, ou cuivre, stellite, fero 55.
- Conduit (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le corps métallique (4) réalisé par fabrication additive comprend un matériau de module de Young entre 110 GPa et 210 GPa, de préférence entre 160 GPa et 210 GPa.
- Conduit (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’un insert (2, 3) comprend un profil d’ancrage (7) agencé pour adhérer la matière additivée du corps métallique (4).
- Conduit (1) selon la revendication 10, caractérisé en ce que le profil d’ancrage (7) comprend une ou plusieurs surfaces de cisaillement (11) et/ou au moins une extension d’arrimage (12).
- Conduit (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend au moins deux inserts mâle (2) et/ou femelle (3).
- Conduit (1) selon la revendication 12, caractérisé en ce que chacun desdits insert mâle (2) et/ou femelle (3) présente respectivement un premier et un second axe de filetage A1 et A2, et en ce que lesdits premier et second axes A1 et A2 sont non colinéaires.
- Conduit (1) selon l’une des revendications 12 ou 13, caractérisé en ce que l’axe de filetage d’un premier insert mâle (2) ou femelle (3) présente par rapport à l’axe d’un second insert mâle (2) ou femelle (3) d’un même conduit (1) un angle d’inclinaison compris entre 0 et 75 degrés.
- Conduit (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend au moins trois inserts mâle ou femelle (62, 63, 64), les inserts (62, 63, 64) comprenant respectivement au moins un premier axe de filetage, un deuxième axe de filetage, un troisième axe de filetage, les inserts étant reliés par un corps (4) entièrement réalisé par fabrication additive, lesdits premier, second et troisième axes de chacun des inserts mâle ou femelle (62, 63, 64) étant non colinéaires.
- Un procédé pour obtenir un conduit (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 15, comprenant :
- une étape de maintien d’un ou plusieurs inserts mâle (2) ou femelle (3) selon une position déterminée ;
- une étape de réalisation du corps métallique (4) par fabrication additive par arc fil comprenant un dépôt de matière à partir d’une portion non filetée de l’insert (2, 3) ;
- une étape de traitement thermique pour modifier les caractéristiques mécaniques du corps et libérer les contraintes mécaniques issues de la fabrication additive ;
- une étape d’usinage dans le corps métallique (4).
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR2004017A FR3109543B1 (fr) | 2020-04-22 | 2020-04-22 | Insert precisement integre dans un corps brut realise par fabrication additive. |
| US17/996,873 US20230147500A1 (en) | 2020-04-22 | 2021-04-16 | Insert precision-integrated into a blank body by additive manufacturing |
| BR112022020564A BR112022020564A2 (pt) | 2020-04-22 | 2021-04-16 | Inserto integrado de modo preciso em um corpo bruto realizado por fabricação aditiva |
| MX2022013326A MX2022013326A (es) | 2020-04-22 | 2021-04-16 | Inserto integrado con precision en un cuerpo bruto hecho por fabricacion aditiva. |
| PCT/EP2021/059858 WO2021213902A1 (fr) | 2020-04-22 | 2021-04-16 | Insert precisement integre dans un corps brut realise par fabrication additive |
| EP21718887.9A EP4139555A1 (fr) | 2020-04-22 | 2021-04-16 | Insert precisement integre dans un corps brut realise par fabrication additive |
| ARP210101071A AR121904A1 (es) | 2020-04-22 | 2021-04-21 | Inserto integrado con precisión en un cuerpo bruto hecho por fabricación aditiva |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR2004017 | 2020-04-22 | ||
| FR2004017A FR3109543B1 (fr) | 2020-04-22 | 2020-04-22 | Insert precisement integre dans un corps brut realise par fabrication additive. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR3109543A1 true FR3109543A1 (fr) | 2021-10-29 |
| FR3109543B1 FR3109543B1 (fr) | 2023-12-29 |
Family
ID=71662054
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR2004017A Active FR3109543B1 (fr) | 2020-04-22 | 2020-04-22 | Insert precisement integre dans un corps brut realise par fabrication additive. |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20230147500A1 (fr) |
| EP (1) | EP4139555A1 (fr) |
| AR (1) | AR121904A1 (fr) |
| BR (1) | BR112022020564A2 (fr) |
| FR (1) | FR3109543B1 (fr) |
| MX (1) | MX2022013326A (fr) |
| WO (1) | WO2021213902A1 (fr) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2818728A1 (fr) * | 2000-12-22 | 2002-06-28 | Vallourec Mannesmann Oil & Gas | Joint filete tubulaire avec butee renforcee |
| CN108278088A (zh) * | 2018-03-29 | 2018-07-13 | 吉林大学 | 一种钢铝梯度复合材料钻杆及其制备方法 |
| WO2019016254A1 (fr) * | 2017-07-18 | 2019-01-24 | Vallourec Oil And Gas France | Procédé de fabrication d'une pièce de raccordement |
| EP3561218A1 (fr) * | 2018-04-26 | 2019-10-30 | Vallourec Oil And Gas France | Dispositif de protection pour une partie de boîte de raccordement d'un tube d'acier destiné à être utilisé dans une chaîne de travail tubulaire d'hydrocarbure |
-
2020
- 2020-04-22 FR FR2004017A patent/FR3109543B1/fr active Active
-
2021
- 2021-04-16 WO PCT/EP2021/059858 patent/WO2021213902A1/fr unknown
- 2021-04-16 US US17/996,873 patent/US20230147500A1/en active Pending
- 2021-04-16 EP EP21718887.9A patent/EP4139555A1/fr active Pending
- 2021-04-16 BR BR112022020564A patent/BR112022020564A2/pt unknown
- 2021-04-16 MX MX2022013326A patent/MX2022013326A/es unknown
- 2021-04-21 AR ARP210101071A patent/AR121904A1/es unknown
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2818728A1 (fr) * | 2000-12-22 | 2002-06-28 | Vallourec Mannesmann Oil & Gas | Joint filete tubulaire avec butee renforcee |
| WO2019016254A1 (fr) * | 2017-07-18 | 2019-01-24 | Vallourec Oil And Gas France | Procédé de fabrication d'une pièce de raccordement |
| CN108278088A (zh) * | 2018-03-29 | 2018-07-13 | 吉林大学 | 一种钢铝梯度复合材料钻杆及其制备方法 |
| EP3561218A1 (fr) * | 2018-04-26 | 2019-10-30 | Vallourec Oil And Gas France | Dispositif de protection pour une partie de boîte de raccordement d'un tube d'acier destiné à être utilisé dans une chaîne de travail tubulaire d'hydrocarbure |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR3109543B1 (fr) | 2023-12-29 |
| US20230147500A1 (en) | 2023-05-11 |
| BR112022020564A2 (pt) | 2022-12-06 |
| EP4139555A1 (fr) | 2023-03-01 |
| MX2022013326A (es) | 2023-03-01 |
| AR121904A1 (es) | 2022-07-20 |
| WO2021213902A1 (fr) | 2021-10-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2536969B1 (fr) | Joint fileté expansible et procédé de réalisation | |
| EP1373775B1 (fr) | Element filete pour joint filete tubulaire resistant a la fatigue | |
| EP2344802B1 (fr) | Composant pour le forage et l'exploitation des puits d'hydrocarbures | |
| WO2000022339A1 (fr) | Assemblage filete integral de deux tubes metalliques | |
| EP1295007A1 (fr) | Joint filete tubulaire avec butee renforcee | |
| FR2969738A1 (fr) | Joint filete pour le forage et l'exploitation des puits d'hydrocarbures | |
| EP3555412B1 (fr) | Joint fileté pour composant tubulaire | |
| EP3994382A1 (fr) | Joint filete avec epaulement realise par fabrication additive | |
| EP2798141B1 (fr) | Joint fileté à faible couple de vissage | |
| FR3098879A1 (fr) | Joint fileté à profil hélicoïdal dissymétrique | |
| WO2019016254A1 (fr) | Procédé de fabrication d'une pièce de raccordement | |
| FR3109543A1 (fr) | Insert precisement integre dans un corps brut realise par fabrication additive. | |
| WO2022184993A1 (fr) | Elément tubulaire fileté à segment | |
| CA2855931C (fr) | Composant tubulaire pour le forage et l'exploitation des puits d'hydrocarbures et joint filete resultant | |
| WO2021069402A1 (fr) | Joint filete avec portee d'etancheite realisee par fabrication additive | |
| EP1957850A1 (fr) | Ensemble a raccord pour masse-tiges ou tiges lourdes de forage | |
| FR2904031A1 (fr) | Element male, pour un composant de forage, a butee externe et butee interne adaptee au refacage sans perte de couple de resistance, et ensemble de composants de forage associe. | |
| FR2818728A1 (fr) | Joint filete tubulaire avec butee renforcee |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 2 |
|
| PLSC | Publication of the preliminary search report |
Effective date: 20211029 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 3 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 4 |