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FR3035476A1 - Joint filete tubulaire dote d'un revetement metallique sur le filetage et la portee d'etancheite - Google Patents

Joint filete tubulaire dote d'un revetement metallique sur le filetage et la portee d'etancheite Download PDF

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FR3035476A1
FR3035476A1 FR1553663A FR1553663A FR3035476A1 FR 3035476 A1 FR3035476 A1 FR 3035476A1 FR 1553663 A FR1553663 A FR 1553663A FR 1553663 A FR1553663 A FR 1553663A FR 3035476 A1 FR3035476 A1 FR 3035476A1
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FR
France
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threaded joint
male
coated
metal layer
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FR1553663A
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FR3035476B1 (fr
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Arnaud Verleene
Nicolas Baudin
Cedric Vogt
Adil Jaafar
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vallourec Oil and Gas France SAS
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Vallourec Oil and Gas France SAS
Nippon Steel and Sumitomo Metal Corp
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Priority to EA201791915A priority patent/EA035498B1/ru
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Abstract

L'invention a pour objet un joint fileté tubulaire pour le forage ou l'exploitation des puits d'hydrocarbures comprenant une portion d'un élément tubulaire d'extrémité mâle présentant un axe de révolution et pourvue d'un premier filetage s'étendant autour de l'axe de révolution, la portion d'extrémité mâle étant complémentaire d'une portion d'un élément tubulaire d'extrémité femelle présentant un axe de révolution et pourvue d'un deuxième filetage s'étendant autour de l'axe de révolution, les portions d'extrémité mâle et femelle étant aptes à être assemblées par vissage, chacune des portions d'extrémité mâle et femelle comprenant, en outre, une portée d'étanchéité avec une interférence métal-métal dont le filetage et la portée de l'une des portions d'extrémité mâle ou femelle sont revêtus d'une première couche métallique anti-corrosion et anti-grippage dont le zinc (Zn) est l'élément majoritaire en poids, ladite première couche métallique anti-corrosion et anti-grippage étant revêtue d'une première couche de passivation et le filetage et la portée de la portion complémentaire d'extrémité mâle ou femelle sont revêtus d'une deuxième couche métallique anti-grippage dont le zinc (Zn) est l'élément majoritaire en poids, la deuxième couche métallique anti-grippage étant revêtue au moins partiellement d'une couche lubrifiante comprenant une résine et une poudre de lubrifiant solide sec dispersée dans ladite résine.

Description

VOGFR 166.FRD 1 JOINT FILETÉ TUBULAIRE DOTÉ D'UN REVÊTEMENT MÉTALLIQUE SUR LE FILETAGE ET LA PORTÉE D'ETANCHÉITÉ. DOMAINE TECHNIQUE [001] La présente invention concerne un élément tubulaire destiné au forage et/ou à l'exploitation de puits d'hydrocarbures, et plus précisément l'extrémité filetée d'un tel élément. Cette extrémité peut être de type mâle ou femelle, et est apte à être raccordée à une extrémité correspondante d'un élément analogue pour former un joint ou une connexion. [002] L'invention concerne aussi un joint fileté résultant du raccordement par vissage de deux éléments tubulaires dont l'un peut tout à fait être un manchon avec deux extrémités femelles. [003] Par élément tubulaire destiné au forage et à l'exploitation des puits d'hydrocarbures, on entend tout élément de forme sensiblement tubulaire apte à être assemblé à un autre élément, du même type ou non, en vue de constituer, notamment, soit une colonne de forage de puits d'hydrocarbures, soit une colonne montante sous-marine pour la maintenance (appelée work-over riser en langue anglaise) ou l'exploitation de tels puits, telle qu'une colonne d'exploitation (riser en langue anglaise), soit une colonne de cuvelage ou de production intervenant dans l'exploitation du puits.
L'invention peut également s'appliquer aux éléments utilisés dans une colonne de forage, tels que, par exemple, les tiges de forage (drill pipes en langue anglaise), les tiges lourdes (heavy weight drill pipes en langue anglaise), les masses-tiges (drill collars en langue anglaise), et les parties de joints des tiges et des tiges lourdes (tool joint en langue anglaise). [004] Chaque élément tubulaire comporte une portion d'extrémité présentant une zone filetée mâle ou une zone filetée femelle destinée à être vissée avec une portion d'extrémité correspondante d'un élément analogue. Ainsi assemblés, les éléments composent ce que l'on appelle un joint ou une connexion. [005] Ces composants tubulaires filetés d'une connexion sont assemblés sous des contraintes définies afin de répondre aux exigences de serrage et d'étanchéités imposés par les conditions d'utilisation, plus précisément un couple défini est ciblé. En 3035476 2 outre, il faut savoir que les composants tubulaires filetés peuvent avoir à subir plusieurs cycles de vissage et de dévissage, en particulier en service. [6] Les conditions d'utilisation de ces composants tubulaires filetés donnent lieu à différents types de contraintes. Celles-ci ont été réduites, entre autres, par l'utilisation 5 de films ou de graisses sur les parties sensibles de ces composants, telles que les zones filetées, les zones en butée, ou encore les surfaces d'étanchéité métal / métal. [7] Les contraintes induites comprennent notamment des contraintes de tenues en stockage nécessitant l'application de graisses de stockage (différentes des graisses de vissage appliquées avant la mise en service). Il existe néanmoins d'autres solutions 10 consistant à utiliser des revêtements organiques. [8] Ainsi, les opérations de vissage se font généralement sous forte charge axiale, par exemple du fait du poids d'un tube de plusieurs mètres de longueur à assembler par le joint fileté, éventuellement aggravée par un léger désalignement de l'axe des éléments filetés à assembler. Ceci induit des risques de grippage au niveau 15 des zones filetées et/ou au niveau des surfaces d'étanchéité métal / métal. Ainsi, les zones filetées ainsi que les surfaces d'étanchéité métal/métal sont couramment revêtues avec des lubrifiants. [9] En outre, les composants tubulaires filetés sont souvent stockés, puis vissés, dans un environnement agressif. C'est par exemple le cas en situation dite « en mer » 20 (offshore en langue anglaise) en présence de brouillard salin ou en situation dite « à terre » (onshore en langue anglaise) en présence de sable, de poussières, et/ou autres polluants. Il est donc nécessaire d'employer différents types de revêtement contre la corrosion sur les surfaces sollicitées en vissage, ce qui est le cas des zones filetées ou bien en contact serrant, ce qui est le cas des surfaces d'étanchéité métal/métal et des 25 butées. [10] Toutefois, compte tenu des normes environnementales, il apparait que l'emploi de graisses répondant au standard API RP 5A3 (American Petrol institute) ne constitue pas une solution pour le long terme, dans la mesure où ces graisses sont amenées à être extrudées hors des composants tubulaires et à être relâchées dans 30 l'environnement ou dans le puits, induisant des bouchons qui nécessitent des opérations spéciales de nettoyage. [11] Afin de répondre aux problématiques de résistance durable à la corrosion, au grippage, et aux prérogatives liées à l'environnement, une alternative aux graisses a 3035476 3 été développée. Celle-ci répond non seulement aux performances de résistance à la corrosion et au grippage mais aussi aux contraintes industrielles de fabrication d'extrémités filetées. [12] La société WHITFORD (marque déposée) propose depuis 1969 des 5 revêtements de haute performance à partir de mélange de résine polyamide-imide et de fluoropolymères pour les systèmes filetés (threaded fasteners en langue anglaise) qui nécessitent une adaptation du frottement dans les opérations de vissage/dévissage rapide. [13] Il est étudié par ailleurs depuis 2002, dans le cadre des connexions filetées, 10 des revêtements à base de résine polyamide-imide, pour lubrifier et garantir la résistance au grippage au cours du vissage tels que décrits dans les documents EP1378698 et EP1959179. [14] Ces arts antérieurs proposent principalement d'obtenir des films secs à partir d'un précurseur acide polyamide-acide amique dissout dans un solvant polaire ou dans 15 un mélange éthanol/toluène. Le film sec est généralement appliqué pour assurer la lubrification en fonction des pressions de contact dans le filetage. La proportion des charges est relativement élevée avec un rapport de masse pigment/liant compris entre 0.25 et 4 et de préférence supérieure à 3. Le film sec est donc avantageusement sacrificiel et suffisamment résistant à l'usure en fonction du lubrifiant solide. 20 [015] La demande VVO 2004/033951 concerne un tube métallique fileté pour l'industrie de l'extraction pétrolière avec une portion d'extrémité filetée dont la surface est traitée et dans lequel la surface métallique présente une rugosité de surface (Ra) comprise entre 2,0 pm et 6 pm, cette surface étant couverte par une couche uniforme d'un revêtement sec anti-corrosion et d'une seconde couche uniforme d'un revêtement 25 lubrifiant sec. Alternativement, les deux couches peuvent être combinées en une seule couche d'un revêtement sec anti-corrosion comprenant une dispersion de particules de lubrifiant sec. Néanmoins, la dispersion de particules sur la couche anti-corrosive déposée sur le substrat introduit une certaine hétérogénéité. [016] On connait en outre la demande EP2128506 concernant un joint fileté de type 30 mâle/femelle pour tubes en acier ayant une surface de contact comprenant une partie filetée et une partie non filetée métal sur métal de contact. La surface d'au moins l'un des éléments mâle ou femelle est revêtue d'une première couche de placage faite d'un alliage Cu-Zn ou d'un alliage de Cu-Zn-M1 (où M1 est au moins un élément choisi parmi Sn, Bi et In). Malgré les résultats intéressants de ces couches contenant du 3035476 4 cuivre, les propriétés anti corrosives y étant associées ont montré des limites qu'il s'est avéré utile de dépasser. [17] Ainsi, la tenue en corrosion et au grippage de ces divulgations peut être améliorée et ce, en proposant, en sus des propriétés fonctionnelles de tenue à la 5 corrosion et d'une bonne résistance au grippage, une étanchéité au gaz et au liquide pour les connections grâce à l'invention exposée ci-dessous. À partir de ce constat, la présente invention propose de revêtir un élément fileté ou un joint formé par l'assemblage des éléments filetés, destiné au forage et/ou à l'exploitation de puits d'hydrocarbures.
10 EXPOSÉ DE L'INVENTION [18] Selon un premier aspect, l'invention porte sur une portion filetée d'un élément tubulaire pour un joint fileté tubulaire pour le forage ou l'exploitation des puits d'hydrocarbures présentant un axe de révolution, ladite portion comprenant un filetage s'étendant sur sa surface périphérique extérieure ou intérieure, et une première portée 15 d'étanchéité sur ladite surface périphérique, ladite première portée d'étanchéité étant apte à former une interférence métal-métal avec une seconde portée d'étanchéité correspondante et appartenant à une portion filetée complémentaire d'un tube, caractérisée en ce que ledit filetage et ladite première portée d'étanchéité sont revêtus d'une couche métallique anti-corrosion et anti-grippage dont le zinc (Zn) est l'élément 20 majoritaire en poids. [19] Préférentiellement, la couche métallique anti-corrosion et anti-grippage est déposée par voie électrolytique. [20] Préférentiellement, la couche métallique anti-corrosion et anti-grippage contient au moins 50% de zinc (Zn) en poids. 25 [021] Préférentiellement, la couche métallique anti-corrosion et anti-grippage est d'une épaisseur comprise entre 4 et 20 pm. [022] Préférentiellement, la couche métallique anti-corrosion et anti-grippage comporte une substance choisie parmi le groupe constitué de zinc (Zn) pur et d'un alliage binaire de zinc (Zn) de type Zn-X, dans lequel X est choisi parmi le nickel (Ni), 30 le fer (Fe), le magnésium (Mg) et le manganèse (Mn). Préférentiellement, la couche métallique anti-corrosion et anti-grippage est un alliage de zinc-nickel (Zn-Ni) dont la 3035476 5 teneur en nickel (Ni) est comprise entre 12-15% en poids et dont la microstructure est monophasée et de phase gamma (y). [23] Préférentiellement, la couche métallique anti-corrosion et anti-grippage est revêtue d'une couche lubrifiante comprenant une résine et une poudre de lubrifiant 5 solide sec dispersée dans ladite résine. [24] Préférentiellement, la couche métallique anti-corrosion et anti-grippage est revêtue d'une couche de passivation comprenant du chrome trivalent (Cr(III)), ladite couche de passivation étant formée entre la couche métallique et la couche lubrifiante. [25] Préférentiellement, la couche métallique anti-corrosion et anti-grippage est 10 revêtue d'une couche de passivation comprenant du chrome trivalent (Cr(III)). [26] Préférentiellement, la couche de passivation est revêtue d'une couche barrière constituée d'une couche matricielle minérale comprenant des particules de dioxyde de silicium (Si02). [27] Préférentiellement, la couche de passivation est revêtue d'une couche 15 barrière constituée d'une couche matricielle organo-minérale comprenant des particules de dioxyde de silicium (Si02). [28] Préférentiellement, la portion comprend en outre une première butée apte à venir en contact en fin de vissage avec une seconde butée correspondante et appartenant à une portion filetée complémentaire de tube. 20 [029] Préférentiellement, la portion filetée est en acier. [30] Dans une alternative, la portion filetée est de type mâle, présentant un filetage s'étendant sur sa surface périphérique extérieure ainsi qu'une première portée d'étanchéité sur ladite surface périphérique extérieure. [31] Dans une autre alternative, la portion filetée est de type femelle, présentant un 25 filetage s'étendant sur sa surface périphérique intérieure ainsi qu'une première portée d'étanchéité sur ladite surface périphérique intérieure. [32] Selon un second aspect, l'invention porte sur une portion filetée d'un élément tubulaire pour un joint fileté tubulaire pour le forage ou l'exploitation des puits d'hydrocarbures présentant un axe de révolution, ladite portion comprenant un filetage 30 s'étendant sur sa surface périphérique extérieure ou intérieure, et une première portée d'étanchéité sur ladite surface périphérique, ladite première portée d'étanchéité étant apte à former une interférence métal-métal avec une seconde portée d'étanchéité 3035476 6 correspondante et appartenant à une portion filetée complémentaire, caractérisée en ce que ledit filetage et ladite première portée d'étanchéité sont revêtus d'une couche métallique anti-grippage dont le zinc (Zn) est l'élément majoritaire en poids, ladite couche métallique anti-grippage étant revêtue au moins partiellement d'une couche 5 lubrifiante comprenant une résine et une poudre de lubrifiant solide sec dispersée dans ladite résine. [33] De manière préférentielle, dans cette portion filetée la couche métallique antigrippage est déposée par voie électrolytique. [34] De manière préférentielle, la couche métallique anti-corrosion et anti-grippage 10 contient au moins 50% de zinc (Zn) en poids. [35] De manière préférentielle, la couche métallique anti-grippage est d'une épaisseur comprise entre 4 et 20 pm. [36] De manière préférentielle, la couche lubrifiante est d'une épaisseur comprise entre 5 et 50 pm. 15 [037] De manière préférentielle, la couche métallique anti-grippage comporte une substance choisie parmi le groupe constitué de zinc (Zn) pur et d'un alliage binaire de zinc (Zn) de type Zn-X, dans lequel X est choisi parmi le nickel (Ni), le fer (Fe), le magnésium (Mg) et le manganèse (Mn). De manière préférentielle, la couche métallique anti-grippage est un alliage binaire de zinc-nickel (Zn-Ni) dont la teneur en 20 nickel (Ni) est comprise entre 12 % et 15 % en poids et dont la microstructure est monophasée et de phase gamma (y). [38] De manière préférentielle, la portion filetée selon l'invention comporte une couche de passivation comprenant du chrome trivalent (Cr(III)), ladite couche de passivation étant formée entre la couche métallique anti-grippage et la couche 25 lubrifiante. [39] De manière préférentielle, la poudre de lubrifiant solide sec est choisie parmi le groupe constitué des polytétrafluoroéthylènes (PTFE), des dithio-carbamates de molybdene (MoDTC), des disulfures de molybdène (M0S2), des noirs de carbone (C), des fluorures de graphite (CF) ou d'un mélange de ceux-ci. 30 [040] De manière préférentielle, la résine est choisie parmi le groupe constitué des résines polyvinyle, résines époxy, résines acrylique, résines polyuréthane et résines polyamide-imide. 3035476 7 [41] De manière préférentielle, la résine est de type acrylique et la poudre de lubrifiant solide sec contient 3% à 15% de noirs de carbone, de MoS2, ou de dithiocarbamates de molybdene (MoDTC), pris seuls ou en combinaison. [42] De manière préférentielle, la portion filetée selon l'invention comprend en 5 outre une première butée apte à venir en contact en fin de vissage avec une seconde butée correspondante et appartenant à une portion filetée complémentaire. [43] De manière préférentielle, la portion filetée est en acier. [44] Dans un cas, la portion filetée selon l'invention est de type mâle, présentant un filetage s'étendant sur sa surface périphérique extérieure ainsi qu'une première 10 portée d'étanchéité sur ladite surface périphérique extérieure. [45] Dans un autre cas, la portion filetée selon l'invention est de type femelle, présentant un filetage s'étendant sur sa surface périphérique intérieure ainsi qu'une première portée d'étanchéité sur ladite surface périphérique intérieure. [46] Selon un troisième aspect, l'invention porte sur un joint fileté tubulaire pour le 15 forage ou l'exploitation des puits d'hydrocarbures comprenant une portion d'un élément tubulaire d'extrémité mâle présentant un axe de révolution et pourvue d'un premier filetage s'étendant autour de l'axe de révolution, ladite portion d'extrémité mâle étant complémentaire d'une portion d'un élément tubulaire d'extrémité femelle présentant un axe de révolution et pourvue d'un deuxième filetage s'étendant autour de l'axe de 20 révolution, lesdites portions d'extrémité mâle et femelle étant aptes à être assemblées par vissage, chacune des portions d'extrémité mâle et femelle comprenant, en outre, une portée d'étanchéité avec une interférence métal-métal, caractérisé en ce que le filetage et la portée de l'une des portions d'extrémité mâle ou femelle sont revêtus d'une première couche métallique anti-corrosion et anti-grippage dont le zinc (Zn) est 25 l'élément majoritaire en poids, ladite première couche métallique anti-corrosion et antigrippage étant revêtue d'une première couche de passivation, le filetage et la portée de la portion complémentaire d'extrémité mâle ou femelle sont revêtus d'une deuxième couche métallique anti-grippage dont le zinc (Zn) est l'élément majoritaire en poids , ladite deuxième couche métallique anti-grippage étant revêtue au moins partiellement 30 d'une couche lubrifiante comprenant une résine et une poudre de lubrifiant solide sec dispersée dans ladite résine. 3035476 8 [47] Préférentiellement, le joint fileté tubulaire selon l'invention est tel qu'au moins une des première et deuxième couches métalliques est déposée par voie électrolytique. [48] Préférentiellement, le joint fileté tubulaire selon l'invention est tel qu'au moins 5 une des première et deuxième couches métalliques contient au moins 50% de zinc (Zn) en poids. [49] Préférentiellement, le joint fileté tubulaire selon l'invention est tel qu'au moins une des première et deuxième couches métalliques a une épaisseur comprise entre 4 et 20 pm. 10 [050] Préférentiellement, la couche lubrifiante est d'une épaisseur comprise entre 5 et 50 pm. [051] Préférentiellement, le joint fileté tubulaire selon l'invention est tel qu'au moins une des première et deuxième couches métalliques comporte une substance choisie parmi le groupe constitué de zinc (Zn) pur et d'un alliage binaire de zinc (Zn) de type 15 Zn-X, dans lequel X est choisi parmi le nickel (Ni), le fer (Fe), le magnésium (Mg) et le manganèse (Mn). Préférentiellement, le joint fileté tubulaire selon l'invention est tel qu'au moins une des première et deuxième couches métalliques est un alliage binaire de zinc-nickel (Zn-Ni) dont la teneur en nickel (Ni) est comprise entre 12 % et 15 % en poids et dont la microstructure est monophasée et de phase gamma (y). 20 [052] Préférentiellement, la première couche de passivation comprend du chrome trivalent (Cr(III)). [053] Préférentiellement, le joint fileté tubulaire selon l'invention est tel qu'une deuxième couche de passivation comprenant du chrome trivalent (Cr(III)) est formée entre la deuxième couche métallique anti-grippage et la couche lubrifiante. 25 [054] Préférentiellement, la poudre de lubrifiant solide sec est choisie parmi le groupe constitué des polytétrafluoroéthylènes (PTFE), des disulfures de molybdène (M0S2), dithio-carbamates de molybdene (MoDTC), des noirs de carbone (C), des fluorures de graphite (CF) ou d'un mélange de ceux-ci. [055] Préférentiellement, le joint fileté tubulaire selon l'invention est tel que la résine 30 est choisie parmi le groupe constitué des résines polyvinyle, résines époxy, résines acrylique, résines polyuréthane et résine polyamide-imide. 3035476 9 [56] Préférentiellement, la résine est de type acrylique et la poudre de lubrifiant solide sec contient 3% à 15% de noirs de carbone, de MoS2, ou de dithio-carbamates de molybdene (MoDTC), pris seuls ou en combinaison. [57] Préférentiellement, le joint fileté tubulaire selon l'invention est tel qu'au moins 5 une des première et deuxième couches de passivation est revêtue d'une couche barrière constituée d'une couche matricielle minérale comprenant des particules de dioxyde de silicium (Si02). [58] Préférentiellement, la couche matricielle minérale comprend en outre de l'oxyde de potassium. 10 [059] Préférentiellement, le joint fileté tubulaire selon l'invention est tel qu'au moins une des première et deuxième couches de passivation est revêtue d'une couche barrière constituée d'une couche matricielle organo-minérale comprenant du dioxyde de silicium (Si02). [60] Préférentiellement, le joint fileté tubulaire selon l'invention est tel qu'au moins 15 une des première et deuxième couches de passivation est revêtue d'une couche de lubrifiant sec. [61] Préférentiellement, la portion d'extrémité mâle selon l'invention comprend en outre une première butée et la portion d'extrémité femelle comprend en outre une deuxième butée, les première et deuxième butées étant aptes à venir en contact l'une 20 avec l'autre en fin de vissage. [62] Préférentiellement, le joint fileté tubulaire selon l'invention est tel que les portions d'extrémité mâle et femelle sont en acier. DESCRIPTION DES FIGURES 25 [063] La figure 1 représente une vue rapprochée d'une surface revêtue d'extrémité filetée de tube en coupe selon l'axe longitudinal dans un premier mode de réalisation selon l'invention. [064] La figure 2 représente une vue rapprochée d'une surface revêtue d'extrémité filetée de tube en coupe selon l'axe longitudinal dans un second mode de réalisation 30 selon l'invention. 3035476 10 [65] La figure 3 représente une vue rapprochée d'une surface revêtue d'extrémité filetée de tube en coupe selon l'axe longitudinal dans un troisième mode de réalisation selon l'invention. [66] La figure 4 représente une vue rapprochée d'une surface revêtue d'extrémité 5 filetée de tube en coupe selon l'axe longitudinal dans un quatrième mode de réalisation selon l'invention. [67] La figure 5 représente une vue rapprochée d'une surface revêtue d'extrémité filetée de tube en coupe selon l'axe longitudinal dans un cinquième mode de réalisation selon l'invention. 10 [068] La figure 6 montre des photographies comparatives entre un élément fileté selon l'invention et un élément fileté de l'art antérieur. [69] La figure 7 montre une photographie d'un élément fileté selon un mode de réalisation de l'invention.
15 MODES DE RÉALISATIONS [70] L'invention sera mieux comprise à travers les lignes suivantes qui en donnent les explications non limitatives. Il est à noter que le substrat sur lequel sont déposées les différentes couches selon l'invention est préférentiellement de l'acier et que l'on peut indifféremment réaliser l'invention sur une extrémité mâle ou femelle. 20 [071] La portion filetée selon l'invention comprend systématiquement un filetage qui s'étend sur sa surface périphérique extérieure ou intérieure selon qu'il s'agisse d'une portion filetée respectivement mâle ou femelle, et une première portée d'étanchéité sur ladite surface périphérique, ladite première portée d'étanchéité étant apte à former une interférence métal-métal avec une seconde portée d'étanchéité correspondante et 25 appartenant à une portion filetée complémentaire. La portée d'étanchéité est importante dans la portion filetée selon l'invention car, revêtue selon l'invention, elle apporte une étanchéité au gaz et au liquide avec le contact métal / métal. De manière préférentielle, le contact métal /métal s'effectue avec une interférence. [72] Dans les lignes ci-dessous les couches déposées le seront au moins sur le 30 filetage de la portion filetée selon l'invention et sur la portée d'étanchéité. [73] Selon l'invention, sur le substrat de la portion filetée tubulaire, préférentiellement en acier, sera déposée une couche métallique dont le zinc (Zn) est 3035476 11 l'élément majoritaire en poids. La couche métallique selon l'invention est idéalement déposée par voie électrolytique. Le principe de ce type de dépôt est rappelé ci-dessous. L'avantage majeur de la couche métallique, outre sa résistance mécanique, est son uniformité microstructurale. Il est précisé que l'uniformité microstructurale 5 n'implique pas nécessairement une structure cristalline monophasée ; l'inverse par contre, est vrai. [74] Au sens de l'invention, on entend par couche métallique une couche constituée de métal. Bien évidemment, des impuretés peuvent être présentes mais de manière préférentielle, la couche est exclusivement métallique. La couche 10 exclusivement métallique selon l'invention a l'avantage de présenter une uniformité microstructurale. En effet, au microscope optique, avec un grossissement x500 la microstructure observée présente un aspect homogène. [75] En effet, aussi bien la résistance mécanique que l'uniformité microstructurale de la couche métallique sont nettement supérieures à celles des revêtements 15 organiques, qui en outre, ont une tenue à la température plus faible. [76] Le dépôt par électrolyse est une technique ici utilisée pour réduire les ions métalliques ou oxydes en métaux purs grâce à l'application d'une densité de courant électrique pouvant aller de 1 ampère/dm2 à 100 ampère/dm2 dans le cadre de l'invention. Le bain électrolytique est à une température comprise entre 18°C et 50°C.
20 En dessous de 18°C, l'efficacité du bain est insuffisante. Au dessus de 50°C, les composants chimiques (par exemples les additifs) du bain seront dégradés. Par exemple une méthode de dépôt de revêtement métallique dite électrolyse au tampon peut nécessiter des courants très élevés se situant dans le haut de la fourchette citée. 25 [077] Les électrolytes sont nécessaires pour assurer la conductivité électrique et peuvent être des solutions aqueuses, des sels fondus. Une couche métallique dont le zinc (Zn) est l'élément majoritaire en poids peut être déposée par voie électrolytique et il s'agit de la technique utilisée dans l'invention. D'autres métaux tels que le cuivre, ou encore le nickel peuvent aussi être déposés par voie électrolytique. 30 [078] L'électrolyse en milieu aqueux est effectuée avec un système de deux électrodes composé d'une anode et d'une cathode. La réduction des ions s'opère à la cathode et est définie par la réaction suivante : 3035476 12 , où M représente un métal et n est un nombre entier. [079] Dans le cas d'un électro-dépôt, la cathode est le substrat sur lequel le dépôt est effectué. En l'occurrence, idéalement, un acier dans le cas de l'invention. 5 [080] À l'anode, la réaction obtenue est une oxydation de l'eau en dioxygène gazeux. Selon les deux équations ci-dessous selon que l'on soit en milieux acide ou en milieu alcalin respectivement: - 411 ±4L (1) OU 10 (2) [81] L'une des principales difficultés avec l'électrolyse en milieu aqueux est la compétition qui existe entre la réduction des ions métalliques et la réduction du solvant au niveau de la cathode, définie par la réaction : 15 (3) [82] En théorie, les réactions qui devraient avoir lieu sont liées aux potentiels des électrodes qui sont eux même liés à chaque matériau choisi, mais l'expérience selon l'invention montre des résultats qu'il était difficile de prévoir. En effet, la cinétique des 20 réactions est complexe. [83] L'ouvrage Modem Electroplating, John Wiley 8( Sons, Inc. 5ème édition, p285307, section 10: Electrodeposition of zinc and zinc alloys, R. VVinand, 2010 fournit davantage de détails sur le dépôt électrolytique de zinc ou d'alliage de zinc sur des 25 substrats. [84] Le dépôt d'une couche métallique dont le zinc (Zn) est l'élément majoritaire en poids selon l'invention sur le substrat qui est préférentiellement de l'acier, permet de modifier à la fois la tenue à la corrosion, la résistance au grippage et la résistance 3035476 13 mécanique de l'ensemble. La présence d'un dépôt d'alliage avec un élément autre que le zinc (Zn) comme élément majoritaire, c'est-à-dire ayant la teneur la plus élevée en poids parmi les éléments d'alliage, n'est pas souhaitée car les performances en tenue à la corrosion n'ont pas permis d'atteindre la cible visée. L'épaisseur de la couche 5 métallique dont le zinc (Zn) est l'élément majoritaire en poids est préférentiellement comprise entre 4 et 20 pm. En dessous de 4 pm on diminue l'effet anti-corrosion car la couche risque de présenter une tenue à la corrosion insuffisante. Au dessus de 20 pm il y a un fort risque d'accumulation de H2 par combinaison de H+ tel que formé selon l'équation (1). Cette accumulation est d'autant plus élevée que la couche est épaisse.
10 On risque ainsi de piéger le gaz H2 dans la structure ce qui va la fragiliser par génération de contraintes internes. De manière encore préférentielle, l'épaisseur de la couche métallique est comprise entre 6 et 15 pm. [85] La couche métallique dont le zinc (Zn) est l'élément majoritaire en poids, 15 déposée par voie électrolytique peut être complétée par des traitements additionnels, comme la formation d'une couche de passivation sur la couche métallique. En variante, il est également possible de déposer, sur toute la couche métallique ou sur une partie de cette dernière, une couche lubrifiante comprenant une résine et une poudre de lubrifiant solide sec dispersé dans cette résine. En plus de sa fonction lubrifiante, cette 20 couche peut contribuer à la fonction anti-corrosion. Il est tout à fait possible selon l'invention de déposer une telle couche lubrifiante sur la couche de passivation. La couche lubrifiante est d'une épaisseur comprise entre 5 pm et 50 pm. En dessous de 5 pm, l'effet lubrifiant n'est pas satisfaisant. Au dessus de 50 pm, le couple maximum au vissage devient trop élevé. Par ailleurs, au dessus de 50 pm il existe un risque de 25 formation de copeaux issus du revêtement endommagé. De tels copeaux peuvent tomber au fond du puits pétrolier, et par conséquent en dégrader les conditions opératoires. De manière préférentielle, la couche lubrifiante est d'une épaisseur comprise entre 10 pm et 30 pm. [86] D'autres variantes consistent à déposer sur la couche de passivation formée, 30 une couche barrière communément appelée sealer en langue anglaise. [87] Une autre variante consiste aussi à déposer sur toute la couche de passivation formée ou sur une partie seulement, une couche lubrifiante. 3035476 14 [88] Il est aussi tout à fait envisageable de déposer une couche lubrifiante avec ou sans fonction anti-corrosion sur la couche métallique, dans sa totalité ou sur une partie seulement, sans avoir formé de couche de passivation. [89] Le dépôt des différentes couches selon les différentes configurations de 5 l'invention est effectué par opérations successives sur le substrat préférentiellement métallique, voire de manière encore plus préférentielle sur l'acier. Il s'agit des opérations suivantes : dégraissage chimique ou électrochimique du substrat à l'aide de solvants, et/ou de solutions alcalines suivi d'un rinçage. Puis, il est effectué un décapage chimique ou électrochimique de la surface du substrat préférentiellement 10 réalisé par immersion du substrat dans une solution acide pour éliminer les oxydes de surface. [90] L'activation de surface peut être réalisée avec les produits suivants : acide hydrochlorique, acide sulfurique, acide phosphorique, acide nitrique, acide hydrofluorique ou un mélange de ces acides. 15 [091] Selon l'invention, il est déposé sur la portion filetée d'extrémité comprenant, un filetage et une première portée d'étanchéité une couche métallique dont le zinc (Zn) est l'élément majoritaire en poids. Ceci implique que le dépôt de la couche métallique, idéalement effectué par électrolyse, peut être : du zinc (Zn) uniquement ou un alliage binaire de zinc (Zn) de type Zn-X, dans lequel X est choisi parmi le nickel (Ni), le fer 20 (Fe), le magnésium (Mg) et le manganèse (Mn). [92] Le Zn pur serait utilisé pour ses caractéristiques anti-corrosion et antigrippage. Il est utilisé, selon l'invention, une couche métallique dont le zinc (Zn) est l'élément majoritaire en poids car, comparé au fer, dans le cadre d'un substrat de type acier, le zinc possède un potentiel standard plus négatif. Dit autrement, le Zn offre une 25 protection cathodique efficace contre la corrosion dans ce cas de figure. [93] Dans le cadre d'un substrat de type acier, l'utilisation du Zn pur n'est donc pas écartée mais il lui est préféré le Zn-Ni car le Zn pur se consomme (s'érode chimiquement) a une vitesse plus élevée. Il faudrait donc une couche particulièrement épaisse, ce qui est peu indiqué sur le filetage et la portée d'étanchéité. En effet, une 30 couche épaisse va se traduire par un jeu plus faible au niveau des filets, ce qui va nuire à l'optimisation des surfaces de contacts que l'on souhaite faire, selon le type de connexion. Le Zn-Ni, serait utilisé non seulement pour ses caractéristiques anticorrosion, mais aussi pour celles d'anti-grippage. 3035476 15 [94] Le Zn-Fe est également une protection sacrificielle vis-à-vis du substrat préféré de type acier. La couche de Zn-Fe est un bon promoteur d'adhésion. Le Zn-Fe permet d'avoir une vitesse de corrosion plus faible que le Zn pur. [95] Le Zn-Mg présente un intérêt car cet alliage ralentit la vitesse de corrosion du 5 fait de la présence du Mg dans le cas d'un substrat de type préférentiel c'est à dire en acier. [96] Le Zn-Mn, dans le cadre d'un substrat de type acier, est une protection barrière. Néanmoins, la fonction barrière présente un intérêt en termes de résistance anti-corrosion car elle ne sera pas attaquée et restera couvrante. En outre, il présente 10 une très bonne tenue à la corrosion en exposition naturelle. [97] Le dépôt électrolytique, on le rappelle, permet d'améliorer l'uniformité du dépôt d'un point de vue microstructural. Il existe bien entendu d'autres manières de déposer un revêtement métallique tels que la galvanisation, la pulvérisation, voire la shérardisation. 15 [098] L'alternative consistant à former une couche de passivation sur la couche métallique permet d'améliorer encore plus la résistance à la corrosion. [099] L'alternative consistant à déposer, sur au moins une partie de la portion, une couche lubrifiante comprenant une résine et une poudre de lubrifiant solide sec dispersée dans ladite résine permet de mieux contrôler le couple de serrage de la 20 connexion et d'éviter le grippage. [0100] La poudre de lubrifiant solide sec est préférentiellement choisie parmi le groupe constitué des polytétrafluoroéthylènes (PTFE), des disulfures de molybdène (M0S2), des noirs de carbone (C), des fluorures de graphite (CF) ou un mélange de ceux-ci. 25 [0101] Les PTFE (polytétrafluoroéthylènes) apportent des propriétés lubrifiantes avec un coefficient de frottement stable avec la pression de contact. Le couple de vissage est donc mieux contrôlé. La taille moyenne de particules de PTFE selon l'invention est inférieure à 15 pm. Au dessus de 15 pm la dispersion dans la résine serait hétérogène car les particules auraient une épaisseur trop grande par rapport l'épaisseur totale de 30 la couche lubrifiante. [0102] La résine est choisie parmi le groupe constitué des résines polyvinyle, résines époxy, résines acrylique, résines polyuréthanes et résines polyamide-imide. 3035476 16 [0103] Les résines polyvinyle, résines époxy et résines acrylique adhèrent de manière satisfaisante sur la couche métallique contenant du Zn ou la couche de passivation. [0104] Les résines polyuréthanes présentent l'intérêt d'être particulièrement stable 5 chimiquement et sont faciles à mettre en oeuvre par réticulation. [0105] Les résines polyamide-imide sont particulièrement résistantes à l'usure. [0106] Dans un mode préféré, la résine est de type acrylique et la poudre de lubrifiant solide sec dispersée dans ladite résine contient 3 à 15% de noirs de carbone, de MoS2, ou de dithio-carbamates de molybdene (MoDTC), pris seuls ou en combinaison.
10 Cette combinaison présente une synergie en termes de propriétés anti-grippage, d'adhérence et de contrôle du couple de vissage. [0107] Les disulfures de molybdène (M0S2), dithio-carbamates de molybdene (MoDTC) noirs de carbone (C), fluorures de graphite (CF) ou un mélange de ceux-ci, apportent des propriétés lubrifiantes avec un coefficient de frottement stable avec la 15 pression de contact. Le couple de vissage est donc mieux contrôlé. [0108] Les dérivés de MoS2 ont aussi toutes les propriétés lubrifiantes sus citées. [0109] Dans un mode préféré, les dépôts de couche métallique contenant du Zn sont un alliage binaire de Zn-Ni contenant entre 12% et 15% de Ni, le reste étant bien entendu du Zn et d'inévitables impuretés dont la somme des teneurs est strictement 20 inférieure à 3% en poids. En effet, en dessous de 12% de Ni, la résistance à la corrosion n'est pas optimisée tandis qu'au dessus de 15% de Nickel, la structure du revêtement n'est plus monophasée mais polyphasée et les phases en présence induisent des contraintes internes et la fragilité du revêtement. [0110] Enfin, la microstructure de ce dépôt métallique préféré de Zn-Ni avec 12% à 25 15% de Nickel est préférentiellement de type monophasée et la phase en présence est de type gamma. Cette structure cristalline de type gamma assure une meilleure résistance à la corrosion. [0111] Préférentiellement, la couche de passivation comprend du chrome trivalent Cr(III). Ce chrome trivalent est plus stable que le Cr(II) et non nocif pour la santé tel 30 que le Cr (VI). [0112] Préférentiellement, la couche de passivation, lorsqu'elle est présente, est revêtue d'une couche barrière, constituée d'une couche matricielle minérale 3035476 17 comprenant des particules de dioxyde de silicium (Si02). Cette couche barrière améliore la résistance anti-corrosion. [0113] Une alternative consiste à utiliser une couche de passivation revêtue d'une couche barrière, constituée d'une couche matricielle organo-minérale comprenant des 5 particules de dioxyde de silicium (Si02). Cette couche barrière améliore la résistance anti-corrosion. [0114] Un mode réalisation consiste à déposer une couche lubrifiante sur la couche de passivation afin de mieux contrôler le couple de serrage de la connexion et d'éviter le grippage. 10 [0115] Le contact métal/métal des portions filetés de l'invention s'effectue avec une interférence. L'interférence entre les éléments mâles et femelles de l'invention correspond à une interférence diamétrale entre les points conjugués des deux surfaces de révolution. Plus particulièrement, cette interférence diamétrale est définie par la différence de diamètre de section droite des surfaces en les points conjugués des deux 15 surfaces de révolution. Cette différence peut-être mesurée avant l'assemblage desdits éléments, puis peut-être évaluée au niveau de la surface de contact lorsque les deux éléments sont assemblés l'un à l'autre. En pratique, il est commun de prévoir un diamètre d'une partie de la surface périphérique extérieure de l'élément mâle légèrement supérieur au diamètre d'une partie de la surface périphérique intérieur de 20 l'élément femelle. Il y a alors un échange de matière dans la zone de contact de ces surfaces. Ainsi, une forte pression de contact est assurée entre lesdits points conjugués. EXEMPLES DE RÉALISATIONS 25 [0116] Les exemples non-limitatifs de portions filetés (soit mâles, soit femelles, soit les deux) en acier décrits ci-après ont été traités par voie électrolytique avec un alliage binaire de zinc-nickel. L'alliage binaire de zinc-nickel mis en oeuvre dans les exemples est disponible auprès de la société ELECTROPOLI (marque déposée) sous le nom commercial ZELTEC 2.4 (marque déposée). 30 [0117] Les paramètres du traitement électrolytique sont les suivants : - température du bain électrolytique : Temp. = 36°C; - pH du bain électrolytique : pH = 5,4; 3035476 18 - densité du courant appliqué : J = 2 A/dm2 ; - temps de séjour dans le bain électrolytique : t = 20 min. [0118] Il s'agit donc d'un traitement électrolytique en milieu acide. 5 [0119] Ceci donne une couche métallique comprenant du zinc (Zn). L'épaisseur de la couche métallique est comprise entre 4,0 pm et 12,5 pm (valeurs extrêmes), typiquement entre 6 pm et environ 8 pm. La teneur en nickel (Ni) est généralement comprise entre 12% et 15% (valeurs extrêmes). Il s'ensuit que la teneur en zinc (Zn) 10 est généralement comprise entre 85% et 88% (valeurs extrêmes). La couche métallique présente à la fois des propriétés anti-grippage et des propriétés anticorrosion. [0120] Lorsqu'une couche barrière est présente il peut notamment s'agir du produit 15 commercialisé sous le nom de FINIGARD 460 par la société COVENTYA (marque déposée). [0121] Lorsqu'une couche de passivation est présente il peut notamment s'agir du produit commercialisé sous le nom de FINIDIP 128 CF (cobalt free) par la société 20 CO VENTYA (marque déposée). Il peut également s'agir du produit commercialisé sous le nom d' Eco Tri (marque déposée) NoCo par la société ATOTECH (marque déposée) Deutschland GmbH. Ces deux produits présentent notamment l'avantage d'être dépourvus de chrome hexavalent (Cr(VI)). 25 [0122] Dans les exemples de réalisation ci-après chaque portion filetée est destiné à former une partie d'un joint fileté tubulaire. Chaque portion filetée présente un axe de révolution et comprend un filetage. Le filetage s'étend sur la surface périphérique extérieure de la portion filetée lorsqu'il s'agit d'un élément mâle ; à l'inverse le filetage s'étend sur la surface périphérique intérieure de la portion filetée lorsqu'il s'agit d'un 30 élément femelle. Chaque portion filetée comprend en outre un première portée d'étanchéité sur la surface périphérique qui est agencée pour former une interférence métal-métal avec une seconde portée d'étanchéité correspondante et appartenant à une portion filetée complémentaire d'un tube. Une portion filetée complémentaire d'une portion mâle est une portion filetée femelle. Une portion filetée complémentaire d'une portion femelle est une portion filetée mâle. 3035476 19 [0123] Dans les exemples de réalisation ci-après il est systématiquement fait référence à un ensemble de deux portions filetées complémentaires apte à former un joint tubulaire lorsqu'elles sont vissées l'une à l'autre. Il faut comprendre que les traitements de surfaces, les couches et les traitements de finition peuvent être 5 appliqués indifféremment sur une portion filetée mâle ou une portion filetée femelle. En conséquence, lorsqu'un exemple de réalisation fait référence à une portion mâle comportant un certain premier revêtement particulier (ensemble de couches) et fait référence une portion femelle comportant un certain deuxième revêtement particulier (autre ensemble de couches), il faut alors comprendre qu'il est possible d'intervertir les 10 premier et deuxième revêtements particuliers des portions filetées, c'est-à-dire d'appliquer le premier revêtement particulier sur la portion femelle et d'appliquer le deuxième revêtement particulier sur la portion mâle.
15 EXEMPLE 1 [0124] La figure 1 montre un substrat 100 en acier. Le substrat 100 est façonné de manière à former une portion filetée femelle 102 et une portion filetée mâle 104. 20 [0125] La portion filetée mâle 104 est revêtue d'une première couche métallique anticorrosion et anti-grippage 108. La première couche métallique 108 est déposée par voie électrolytique tel que décrit ci-dessus. La première couche métallique 108 est constituée d'un alliage binaire zinc-nickel (Zn-Ni) et contient du zinc (Zn), à savoir en moyenne 85,7%. La première couche métallique 108 présente une épaisseur moyenne 25 de 8,3 pm. Par ailleurs, la première couche métallique présente une microstructure monophasée de type gamma. [0126] La première couche métallique 108 est revêtue d'une couche de passivation 110 telle que décrite ci-dessus. Par définition, la couche de passivation présente des 30 propriétés anticorrosives. [0127] Optionnellement, la couche de passivation 110 est revêtue d'une couche barrière 114 telle que décrite ci-dessus qui présente également des propriétés anticorrosives. 35 3035476 20 [0128] La portion filetée femelle 102 est revêtue d'une deuxième couche métallique anti-grippage 106. La deuxième couche métallique 106 est constituée d'un alliage binaire de Zn-Ni. 5 [0129] La deuxième couche métallique 106 est déposée par voie électrolytique. La deuxième couche métallique 106 contient majoritairement du zinc (Zn) en poids. Par ailleurs, la deuxième couche métallique présente une microstructure monophasée de type gamma. 10 [0130] La deuxième couche métallique 106 est revêtue d'une couche lubrifiante 112. Dans le mode de réalisation de la figure 1, la couche lubrifiante 112 est de type thermo-fusible (hotmelt en langue anglaise) présentant à la fois des propriétés lubrifiantes et des propriétés anti-corrosives. 15 [0131] La couche lubrifiante thermo-fusible présente la composition pondérale suivante : Matrice : 70 à 95% Lubrifiant solide : 5 à 30% 20 En ce qui concerne la matrice, celle-ci présente la composition suivante : Polyéthylène homopolymère : 8 à 90% Cire de carnauba : 5 à 30% Stéarate de zinc : 5 à 30% Dérivé de sulfonate de calcium : 0 à 50% 25 Polyméthacrylate d'alkyle : 0 à 15% Colorant : 0 à 1% Antioxydant : 0 à 1% Silicone (élément tensio-actif) : 0 à 2% 30 EXEMPLE 2 [0132] La figure 2 montre un substrat 100 en acier. Le substrat 100 est façonné de manière à former une portion filetée femelle 102 et une portion filetée mâle 104. 35 3035476 21 [0133] La portion filetée mâle 104 est revêtue d'une couche métallique anti-corrosion et anti-grippage 108. La couche métallique 108 est déposée par voie électrolytique tel que décrit ci-dessus. La couche métallique 108 est constituée d'un alliage binaire zinc-nickel (Zn-Ni) et contient du zinc (Zn), à savoir en moyenne 86,5%. La première 5 couche métallique 108 présente une épaisseur moyenne de 6,7 pm. [0134] La couche métallique 108 de la portion filetée mâle 104 est revêtue d'une couche de passivation 110 telle que décrite ci-dessus. Par définition, la couche de passivation présente des propriétés anticorrosives. 10 [0135] La couche de passivation 110 de la portion filetée mâle 104 est revêtue d'une couche barrière 114 telle que décrite ci-dessus qui présente également des propriétés anticorrosives. 15 [0136] La portion filetée femelle 102 est revêtue d'une couche métallique anticorrosion et anti-grippage 108. La couche métallique 108 est déposée par voie électrolytique tel que décrit ci-dessus. La couche métallique 108 est constituée d'un alliage binaire zinc-nickel (Zn-Ni) et contient du zinc (Zn), à savoir en moyenne 86,4%. La couche métallique 108 présente une épaisseur moyenne de 7,4 pm. 20 [0137] La couche métallique 108 de la portion filetée femelle 102 est revêtue d'une couche de passivation 110 telle que décrite ci-dessus. Par définition, la couche de passivation présente des propriétés anticorrosives. 25 [0138] La couche de passivation 110 de la portion filetée femelle 102 est revêtue d'une couche lubrifiante 112. Dans le mode de réalisation de la figure 2, la couche lubrifiante 112 est de type thermofusible (hotmelt en langue anglaise) présentant à la fois des propriétés lubrifiantes et des propriétés anti-corrosives.
30 EXEMPLE 3 [0139] La figure 3 montre un substrat 100 en acier. Le substrat 100 est façonné de manière à former une portion filetée femelle 102 et une portion filetée mâle 104. 35 [0140] La portion filetée mâle 104 est revêtue d'une couche métallique anti-corrosion et anti-grippage 108. La couche métallique 108 est déposée par voie électrolytique tel 3035476 22 que décrit ci-dessus. La couche métallique 108 est constituée d'un alliage binaire zinc-nickel (Zn-Ni) et contient du zinc (Zn), à savoir en moyenne 86,5%. La première couche métallique 108 présente une épaisseur moyenne de 7 pm. 5 [0141] La couche métallique 108 de la portion filetée mâle 104 est revêtue d'une couche de passivation 110 telle que décrite ci-dessus. Par définition, la couche de passivation présente des propriétés anticorrosives. [0142] La couche de passivation 110 de la portion filetée mâle 104 est revêtue d'une 10 couche barrière 114 telle que décrite ci-dessus qui présente également des propriétés anticorrosives. [0143] Le substrat 100 de la portion filetée femelle 102 présente une rugosité de surface. La rugosité de surface a été obtenue par un procédé de sablage (sandblasting 15 en langue anglaise). Un procédé de sablage permet notamment d'obtenir une rugosité surface (Ra) comprise entre 1,0 pm et 10 pm. Dans l'exemple de réalisation de la figure 3, la rugosité de surface (Ra) est d'environ 2 pm. [0144] La portion filetée femelle 102 est revêtue d'une couche métallique anti- 20 corrosion et anti-grippage 108. La couche métallique 108 est déposée par voie électrolytique tel que décrit ci-dessus. La couche métallique 108 est constituée d'un alliage binaire zinc-nickel (Zn-Ni) et contient du zinc (Zn), à savoir en moyenne 85,6%. La couche métallique 108 présente une épaisseur moyenne de 7 pm. 25 [0145] La couche métallique 108 de la portion filetée femelle 102 est revêtue d'une couche de passivation 110 telle que décrite ci-dessus. Par définition, la couche de passivation présente des propriétés anticorrosives. [0146] La couche de passivation 110 de la portion filetée femelle 102 est revêtue 30 d'une couche lubrifiante 112. Dans le mode de réalisation de la figure 3, la couche lubrifiante 112 comprend une résine et un lubrifiant solide sec dispersé dans cette résine. En l'espèce, la couche lubrifiante 112 est constituée d'une résine de polyuréthane (type PU2K) dans laquelle sont dispersées des particules de noir de carbone.
35 EXEMPLE 4 3035476 23 [0147] La figure 4 montre un substrat 100 en acier. Le substrat 100 est façonné de manière à former une portion filetée femelle 102 et une portion filetée mâle 104. 5 [0148] La portion filetée mâle 104 est revêtue d'une couche métallique anti-corrosion et anti-grippage 108. La couche métallique 108 est déposée par voie électrolytique tel que décrit ci-dessus. La couche métallique 108 est constituée d'un alliage binaire zinc-nickel (Zn-Ni) et contient du zinc (Zn), à savoir en moyenne 86,3%. La première couche métallique 108 présente une épaisseur moyenne de 7,3 pm. 10 [0149] La couche métallique 108 de la portion filetée mâle 104 est revêtue d'une couche de passivation 110 telle que décrite ci-dessus. Par définition, la couche de passivation présente des propriétés anticorrosives. 15 [0150] Optionnellement, la couche de passivation 110 de la portion filetée mâle 104 est revêtue d'une couche barrière 114 telle que décrite ci-dessus qui présente également des propriétés anticorrosives. [0151] Le substrat 100 de la portion filetée femelle 102 présente une rugosité de 20 surface. La rugosité de surface a été obtenue par un procédé de sablage (sandblasting en langue anglaise). Dans l'exemple de réalisation de la figure 4, la rugosité de surface (Ra) est d'environ 2 pm. En variante, le procédé de sablage peut-être réalisé sur la couche métallique anti-corrosion et anti-grippage 108 de la portion filetée femelle 102 décrite ci-après. 25 [0152] La portion filetée femelle 102 est revêtue d'une couche métallique anticorrosion et anti-grippage 108. La couche métallique 108 est déposée par voie électrolytique tel que décrit ci-dessus. La couche métallique 108 est constituée d'un alliage binaire zinc-nickel (Zn-Ni) et contient du zinc (Zn), à savoir en moyenne 86,8%.
30 La couche métallique 108 présente une épaisseur moyenne de 7,7 pm. [0153] Tel que mentionné ci-dessus, un procédé de sablage peut-être réalisé sur la couche métallique 108 portion filetée femelle 102. Dans un mode de réalisation de l'invention, la couche métallique 108 présente une rugosité de surface (Ra) d'environ 35 2 pm. Cela permet une bonne accroche de la couche de passivation ou de la couche lubrifiante 112 décrites ci-après. 3035476 24 [0154] La couche métallique 108 de la portion filetée femelle 102 est optionnellement revêtue d'une couche de passivation 110 telle que décrite ci-dessus. Par définition, la couche de passivation présente des propriétés anticorrosives. 5 [0155] La couche de passivation 110 de la portion filetée femelle 102 est revêtue d'une couche lubrifiante 112. Dans le mode de réalisation de la figure 4, la couche lubrifiante est constituée d'époxy et MoS2. [0156] En variante, il est possible de ne pas prévoir de couche de passivation 110 et 10 d'appliquer la couche lubrifiante 112 directement sur le couche métallique 108 de la portion filetée femelle 102 (ou directement sur la couche métallique 108 de la portion filetée mâle le cas échéant).
15 EXEMPLES [0157] La figure 5 montre un substrat 100 en acier. Le substrat 100 est façonné de manière à former une portion filetée femelle 102 et une portion filetée mâle 104. 20 [0158] Le substrat 100 de la portion filetée mâle 104 présente une rugosité de surface. La rugosité de surface a été obtenue par un procédé de sablage. Dans l'exemple de réalisation de la figure 5, la rugosité de surface (Ra) est d'environ 2 pm. En variante, le procédé de sablage peut-être réalisé sur la couche métallique anticorrosion et anti-grippage 108 de la portion filetée femelle 102 décrite ci-après. 25 [0159] La portion filetée mâle 104 est revêtue d'une couche métallique anti-corrosion et anti-grippage 108. La couche métallique 108 est déposée par voie électrolytique tel que décrit ci-dessus. La couche métallique 108 est constituée d'un alliage binaire zinc-nickel (Zn-Ni) et contient du zinc (Zn), à savoir en moyenne 86,7%. La couche 30 métallique 108 présente une épaisseur moyenne de 7,2 pm [0160] Tel que mentionné ci-dessus, un procédé de sablage peut-être réalisé sur la couche métallique 108 portion filetée mâle 104. Dans un mode de réalisation de l'invention, la couche métallique 108 présente une rugosité de surface (Ra) d'environ 35 2 pm. Cela permet une bonne accroche de la couche de passivation ou de la couche lubrifiante 112 décrites ci-après. 3035476 25 [0161] La couche métallique 108 de la portion filetée mâle 104 est optionnellement revêtue d'une couche de passivation 110 telle que décrite ci-dessus. Par définition, la couche de passivation présente des propriétés anticorrosives. 5 [0162] La couche de passivation 110 de la portion filetée mâle 104 est revêtue d'une couche lubrifiante 112. Dans le mode de réalisation de la figure 5, la couche lubrifiante 112 est constituée de résine acrylique et de noir de carbone. [0163] En variante, il est possible de ne pas prévoir de couche de passivation 110 et 10 d'appliquer la couche lubrifiante 112 directement sur le couche métallique 108 de la portion filetée mâle 104. [0164] Le substrat 100 de la portion filetée femelle 102 présente une rugosité de surface. La rugosité de surface a été obtenue par un procédé de sablage. Dans 15 l'exemple de réalisation de la figure 5 la rugosité de surface (Ra) est d'environ 2 pm. En variante, le procédé de sablage peut-être réalisé sur la couche métallique anticorrosion et anti-grippage 108 de la portion filetée femelle 102 décrite ci-après. [0165] La portion filetée femelle 102 est revêtue d'une couche métallique anti- 20 corrosion et anti-grippage 108. La couche métallique 108 est déposée par voie électrolytique tel que décrit ci-dessus. La couche métallique 108 est constituée d'un alliage binaire zinc-nickel (Zn-Ni) et contient du zinc (Zn), à savoir en moyenne en teneur pondérale de 86,2%. La couche métallique 108 présente une épaisseur moyenne de 6,7 pm. 25 [0166] Tel que mentionné ci-dessus, un procédé de sablage peut-être réalisé sur la couche métallique 108 portion filetée femelle 102. Dans un mode de réalisation de l'invention, la couche métallique 108 présente une rugosité de surface (Ra) d'environ 2 pm. Cela permet une bonne accroche de la couche de passivation ou de la couche 30 lubrifiante 112 décrites ci-après. [0167] La couche métallique 108 de la portion filetée femelle 102 est optionnellement revêtue d'une couche de passivation 110 telle que décrite ci-dessus. Par définition, la couche de passivation présente des propriétés anticorrosives. 35 [0168] La couche de passivation 110 de la portion filetée femelle 102 est revêtue d'une couche lubrifiante 112. Dans le mode de réalisation de la figure 5, la couche 3035476 26 lubrifiante 112 est constituée d'une résine acrylique et d'une dispersion de noir de carbone dans cette résine. [0169] En variante, il est possible de ne pas prévoir de couche de passivation 110 et 5 d'appliquer la couche lubrifiante 112 directement sur le couche métallique 108 de la portion filetée femelle 102 (ou directement sur le couche métallique 108 de la portion filetée mâle le cas échéant). 10 [0170] Dans des modes de réalisation particuliers, certaines au moins des couches peuvent s'étendre sur d'autres éléments de la portion filetée. Par exemple lorsqu'une butée est présente sur la portion filetée, des couches peuvent s'étendre sur celle-ci. [0171] La Demanderesse a effectué des tests comparatifs de rugosité entre des 15 portions filetées avant dépôt électrolytique d'une couche métallique selon l'invention et après le dépôt électrolytique d'une couche métallique selon l'invention. La rugosité a été mesurée en direction parallèle à la direction d'usinage desdites portions. Les résultats sont reportés dans le tableau 1. Avant dépôt électrolytique Après dépôt électrolytique ZnNi ZnNi Rugosité Ra(um) Rz Qum) Rt(pm) Ra(um) Rz(um) Rt(pm) Aucun Moyenne 0,458 2,453 2,453 0,330 2023, 4,316 sablage Dév. St. n.a. n.a. n.a. 0,166 0,569 3,895 Sablage Moyenne 3,254 21,243 21,243 1,495 9,918 11,561 Dév. St. 0,171 1,271 1,271 0,166 1,127 2,060 20 Tableau 1. Comparatif de rugosité. Dév. St. = Déviation standard n.a. = Non applicable [0172] Ra est la rugosité dite d'écart moyen - il s'agit de la moyenne arithmétique 25 des valeurs absolues des écarts entre les pics et les creux mesurés sur profil de rugosité. Rz est la rugosité dite maximale moyenne - il s'agit de la moyenne des hauteurs maximales mesurées sur plusieurs (par exemple 5) parties choisies sur un 3035476 27 profil de rugosité. Rt est la rugosité dite totale - il s'agit de la hauteur maximale mesurée sur l'ensemble du profil de rugosité. [0173] Le tableau 1 montre que les échantillons de portions filetés après le dépôt 5 électrolytique présentent une rugosité en direction parallèle à la direction d'usinage diminuée par rapport aux échantillons de portions filetés avant le dépôt électrolytique. Le dépôt électrolytique selon de l'invention a notamment un effet nivelant. [0174] La figure 6 montre des photographies d'éléments filetés prises avec un 10 microscope optique. Plus particulièrement, la figure 6 montre deux parties choisies d'un élément fileté de l'art antérieur en comparaison avec deux parties choisies analogues d'un élément fileté selon l'invention. [0175] Le microscope utilisé est optique. Le grossissement est: x500. L'échelle 15 indiquée sur chaque photographie est de 50 pm. [0176] L'élément fileté de l'art antérieur est montré sur les photographies 200a et 200b. Le substrat 202 en acier de l'art antérieur est revêtu d'une couche 204 comportant des particules de zinc lamellaire dispersées dans une résine époxy. La 20 couche 204 a été appliquée selon un procédé connu dans l'art. Le procédé de l'art antérieur comprend une pulvérisation pneumatique de la couche 204 à température ambiante sur le substrat 202, suivi d'une cuisson à chaud de l'ensemble substrat/couche. Lors de la phase de pulvérisation la composition de la couche 204 comprend un solvant. La phase de cuisson permet d'éliminer le solvant et de réticuler 25 la couche 204. Les photographies 200a et 200b montrent que la couche 204 est hétérogène. En effet, la couche 204 de l'élément fileté de l'art antérieur présente une microstructure non-uniforme. [0177] L'élément fileté de l'invention est montré sur les photographies 300a et 300b.
30 Le substrat 100 est revêtu d'une première couche métallique 108 constituée d'un alliage binaire Zn-Ni du type décrit dans l'exemple 1 ci-dessus. L'alliage binaire a été appliqué par voie électrolytique afin de former une couche homogène. En effet, les photographies 300a et 300b de la figure 6 montrent que la première couche métallique de 108 de l'élément fileté de l'invention présente une microstructure uniforme. Dans le 35 présent cas il s'agit d'une microstructure monophasée de type gamme (y). 3035476 28 [0178] La figure 7 montre une photographies 400 d'un élément fileté selon l'invention prises avec un microscope optique. Le grossissement est de: x500. L'échelle indiquée sur chaque photographie est de 50 pm. 5 [0179] Le substrat 100 est revêtu d'une deuxième couche métallique 106 constituée d'un alliage binaire de Zn-Ni du type décrit dans l'exemple 1 ci-dessus. L'alliage binaire a été appliqué par voie électrolytique afin de former une couche homogène. La couche métallique présente une épaisseur d'environ 4 pm à environ 6 pm (épaisseur moyenne d'environ 5 pm). La couche métallique est revêtue d'une couche lubrifiante 112 de type 10 hotmelt HMS-3 tel que décrit dans l'exemple 1. La couche lubrifiante présente une épaisseur d'environ 40 pm à environ 43 pm. [0180] La deuxième couche métallique 106 présente une microstructure uniforme. En effet, la deuxième couche métallique constituée d'un alliage binaire de Zn-Ni présente 15 également une microstructure monophasée de type gamme (y). [0181] Les figures 6 et 7 démontrent donc que la couche métallique selon l'invention présente une microstructure uniforme. 20 [0182] Les éléments de tubes de l'invention, à savoir les portions filetées mâles ou femelles ainsi que les joints réalisés avec ces portions, répondent aux conditions du standard international API RP 505 (3ème Édition, Juillet 2003). Notamment, les éléments de tubes ont résisté à 15 procédures de vissage/dévissage tout en répondant positivement aux conditions d'étanchéité. 25 [0183] Les éléments de tubes de l'invention, à savoir les portions filetées mâles ou femelles ainsi que les joints réalisés avec ces portions, répondent parfaitement aux conditions de norme européenne NF EN ISO 9227 en relation avec des essais aux brouillards salins. Notamment, les éléments de tubes ont positivement présenté une 30 résistance à la corrosion durant 1000h d'exposition à un environnement agressif.

Claims (18)

  1. REVENDICATIONS1. Joint fileté tubulaire pour le forage ou l'exploitation des puits d'hydrocarbures comprenant une portion d'un élément tubulaire d'extrémité mâle présentant un axe de révolution et pourvue d'un premier filetage s'étendant autour de l'axe de révolution, ladite portion d'extrémité mâle étant complémentaire d'une portion d'un élément tubulaire d'extrémité femelle présentant un axe de révolution et pourvue d'un deuxième filetage s'étendant autour de l'axe de révolution, lesdites portions d'extrémité mâle et femelle étant aptes à être assemblées par vissage, chacune des portions d'extrémité mâle et femelle comprenant, en outre, une portée d'étanchéité avec une interférence métal-métal, caractérisé en ce que - le filetage et la portée de l'une des portions d'extrémité mâle ou femelle sont revêtus d'une première couche métallique anti-corrosion et anti-grippage dont le zinc (Zn) est l'élément majoritaire en poids, ladite première couche métallique anti- corrosion et anti-grippage étant revêtue d'une première couche de passivation ; - le filetage et la portée de la portion complémentaire d'extrémité mâle ou femelle sont revêtus d'une deuxième couche métallique anti-grippage dont le zinc (Zn) est l'élément majoritaire en poids, ladite deuxième couche métallique anti-grippage étant revêtue au moins partiellement d'une couche lubrifiante comprenant une résine et une poudre de lubrifiant solide sec dispersée dans ladite résine.
  2. 2. Joint fileté tubulaire selon la revendication 1, dans lequel au moins une desdites première et deuxième couches métalliques est déposée par voie électrolytique.
  3. 3. Joint filetée selon l'une des revendications précédentes, dans lequel au moins une desdites première et deuxième couches métalliques contient au moins 50% de zinc (Zn) en poids.
  4. 4. Joint fileté tubulaire selon l'une des revendications précédentes, dans lequel au moins une desdites première et deuxième couches métalliques a une épaisseur comprise entre 4 et 20 pm.
  5. 5. Joint fileté tubulaire selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la couche lubrifiante est d'une épaisseur comprise entre 5 et 50 pm. 35
  6. 6. Joint fileté tubulaire selon l'une des revendications précédentes, dans lequel au moins une desdites première et deuxième couches métalliques comporte une substance choisie parmi le groupe constitué de zinc (Zn) pur et d'un alliage binaire de zinc (Zn) de type Zn-X, dans lequel X est choisi parmi le nickel (Ni), le fer (Fe), 40 le magnésium (Mg) et le manganèse (Mn).
  7. 7. Joint fileté tubulaire selon l'une des revendications précédentes, dans lequel au moins une desdites première et deuxième couches métalliques est un alliage binaire de zinc-nickel (Zn-Ni) dont la teneur en nickel (Ni) est comprise entre 12 % 45 et 15 % en poids et dont la microstructure est monophasée et de phase gamma (y). 3035476 30
  8. 8. Joint fileté tubulaire selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la première couche de passivation comprend du chrome trivalent (Cr(III)). 5
  9. 9. Joint fileté tubulaire selon l'une des revendications précédentes, dans lequel une deuxième couche de passivation comprenant du chrome trivalent (Cr(III)) est formée entre la deuxième couche métallique anti-grippage et la couche lubrifiante.
  10. 10. Joint fileté tubulaire selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la 10 poudre de lubrifiant solide sec est choisie parmi le groupe constitué des polytétrafluoroéthylènes (PTFE), des disulfures de molybdène (M0S2), dithiocarbamates de molybdene (MoDTC), des noirs de carbone (C), des fluorures de graphite (CF) ou d'un mélange de ceux-ci. 15
  11. 11. Joint fileté tubulaire selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la résine est choisie parmi le groupe constitué des résines polyvinyle, résines époxy, résines acrylique, résines polyuréthane et résine polyamide-imide.
  12. 12. Joint fileté tubulaire selon les revendications 10 et 11, dans lequel la résine est 20 de type acrylique et la poudre de lubrifiant solide sec contient 3% à 15% de noirs de carbone, de disulfures de molybdène (M0S2), ou de dithio-carbamates de molybdene (MoDTC), pris seuls ou en combinaison.
  13. 13. Joint fileté tubulaire selon l'une des revendications précédentes, dans lequel au 25 moins une desdites première et deuxième couches de passivation est revêtue d'une couche barrière constituée d'une couche matricielle minérale comprenant des particules de dioxyde de silicium (Si02).
  14. 14. Joint fileté tubulaire selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la 30 couche matricielle minérale comprend en outre de l'oxyde de potassium.
  15. 15. Joint fileté tubulaire selon l'une des revendications 1 à 12, dans lequel au moins une desdites première et deuxième couches de passivation est revêtue d'une couche barrière constituée d'une couche matricielle organo-minérale comprenant du dioxyde de silicium (Si02)
  16. 16. Joint fileté tubulaire selon l'une des revendications précédentes, dans lequel au moins une desdites première et deuxième couches de passivation est revêtue d'une couche de lubrifiant sec.
  17. 17. Joint fileté tubulaire selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la portion d'extrémité mâle comprend en outre une première butée et la portion d'extrémité femelle comprend en outre une deuxième butée, les première et deuxième butées étant aptes à venir en contact l'une avec l'autre en fin de vissage. 3035476 31
  18. 18. Joint fileté tubulaire selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les portions d'extrémité mâle et femelle sont en acier.
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