CA1273288A - Vanne de securite pour puits petrolier et outils en vue de la mise en oeuvre de ladite vanne - Google Patents
Vanne de securite pour puits petrolier et outils en vue de la mise en oeuvre de ladite vanneInfo
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Abstract
VANNE DE SECURITE POUR PUITS PETROLIER ET OUTILS EN VUE DE LA MISE EN OEUVRE SE LADITE VANNE L'invention concerne une vanne de sécurité pour puits pétroliers et des outils de mise en place ou de retra?t de ladite vanne. Cette vanne comprend de façon classique un organe mobile d'obturation (11) un coulisseau tubulaire interne (9) un ressort de rappel (10) du coulisseau vers sa position haute des moyens de déplacement hydraulique du coulisseau vers le bas par pressurisation d'un fluide de commande, un système d'ancrage (14) de la vanne dans un manchon-réceptacle (1) et des garnitures d'étanchéité (15, 16) au contact dudit manchon-réceptacle (1). La vanne conforme b l'invention se caractérisé en ce que le système d'ancrage est un système mécanique à sollicitation hydraulique, comprenant un piston-baladeur tubulaire (58) soumis à la pression du fluide de commande en vue d'être déplacé vers le haut par ce fluide, et une douille de verrouillage (55) située au-dessus du piston-baladeur en vue d'être repoussée vers le haut par ce dernier : au cours de son déplacement cette douille manoeuvre et verrouille des chiens d'ancrage (54) prévus flottants dans le corps du verrou.
Description
73~
VANN~ r~ S~CURITE POUR PUITS PETROLIER
~T OUTILS EN VUE DE A MISE EN OEUVRE DE LADITE ~ANNE
L'invention concerne une vanne de sécurit~
destinée ~ être insérée dans un tube de production de puits pétrolier en vue d'en assurer l'ouverture ou la fermeture.
L'invention s'étend ~ des outils, outil de pose et outil de repêchage, en vue de la mise en oeuvre de ladite vanne.
Les vannes de sécurité pour puits pétroliers ont pour fonct,on de stopper automatiquement la production d'effluent si un incident survient en tête de puits ou en aval de celles-ci. Elles sont commandées hydrauliquement à
l'ouverture depuis la surface et se ferment automatiquement au 15 moyen d'un puissant ressort de rappel d~s l'appsrition d'une chute de pression hydraulique, commandée ou accidentelle. Ces vannes ont fflit l'objet de nombreuses études de mise au point et de perfectionnement, et leur emploi s'est généralisé en particulier dans les puits éruptifs offshorP.
2û Lors de leur mise en place~ ces vannes sont ancrées dans un manchon-réceptacle logé dans le tube de production ; l'ancrage est réalisé flU moyen de chiens élastiques capables de subir une expansion radiale qui les am~nent à pén~trer dans une gorqe d'ancrage du manchon-25 réceptacle : ces chiens élastiques sont alors verrouillés dans leur posit on d'ancrage grâce à un ressort qui repousse une bague de verrouillage à l'intérieur desdits chiens.
Toutefois, les vannes existsntes de ce type présentent des défauts. En premier lieu, l'ancrage est une 30 operation laborieuse effectuée en aveugle à l'intérieur du puits et elle n'est assortie d'aucune qarantie de bonne Fin, l'opérateur r-'ayant aucun moyen de savoir si la vanne est correctement ancrée et verrouillée dans le manchon-réceptacle.
En cas de mauvais ancrage, la vanne sera inapte ~ résister à
35 la pression de l'effluent lors de sa fermeture, ce qu-implique un risque très grave de mise en éruption du puits. De même, les vannes existantes ne donnent aucune qarant e d'ouverture compl:ate aprbs mise en pression du fluide de commande hydraulique.
4~] En outre, dans ces vannes connues, les chiens ~/ 1 r 3~
élastiques et le ressort de verrouillage du systèmed'ancrage baignent dans l'effluent et sont soumis aux effets de corrosion et de dépô-t de ce dernier.
La présente inven-tion se propose de fournir une vanne de sécurité perfectionnée, exemple des défauts sus-évoqués.
Un objectif de l'invention est en particulier de garantir un ancrage correct de la vanne lors de sa mise en place dans le puits.
Un autre objectif est de garantir le fonctionnement satisfaisan-t de ladite vanne à l'ouverture et de n'autoriser son ancrage qu'en cas d'ouverture complète.
Un autre objectif est d'autoriser une remontée facile de la vanne dans tous les cas (remontée normale pour les opérations de maintenance ou remontée de secours en cas de non fonctionnement).
Un autre objectif est de fournir une vanne dont le système d'ancrage ne comporte aucune pièce élastique susceptible d'être soumise à des effets de corrosion ou dépôt.
Afin de faciliter la compréhension, la vanne conforme à l'invention est décrite en la supposant en place dans un puits pétrolier, les termes "haut", "bas", "supérieur", "inférieur" se référant à cette position.
La présente invention vise une vanne de sécurité
destinée à être insérée dans un tube de production de puits pétrolier pour ouvrir ou fermer ledit tube, ladite vanne comprenant:
un corps de vanne de forme générale tubulaire;
un organe mobile d'obturation, situé en partie basse dudit corps et sollicité vers une position de fermeture;
un coulisseau tubulaire agencé pour pouvoir coulisser longitudinalement à l'intérieur du corps de vanne L~73~
en vue d'engendrer dans son mouvement descendant une ouverture dudit organe d'obturation;
un ressort de rappel disposé dans un logement annulaire situé entre le coulisseau et le corps de vanne, de façon à solliciter ledit couliseau vers une position haute correspondant à une fermeture de l'organe d'obturation;
des moyens de déplacement hydraulique dudit coulisseau vers le bas, comportant une arrivée de fluide de commande à travers le corps de vanne et un volume étanche entre le coulisseau et le corps destiné à recevoir le fluide de commande, le coulisseau présentant une différence de section soumise à une pression dudit fluide contenu dans ledit volume étanche de façon à subir un effort vers le bas lorsque ledit volume est en pression;
un système d'ancrage situé en partie haute du corps de vanne et adapté pour assujettir ledit corps de vanne dans un manchon-réceptacle logé dans le tube de production, ledit système comprenant des chiens moviles radialement pour pouvoir pénétrer dans une gorge d'ancrage du manchon-réceptacle, un piston-baladeur tubulaire monté
coulissant dans le corps de vanne et présentant une surface soumise à la pression du fluide de commande de façon à subir un effort vers le haut lorsque ledit fluide de commande est en pression, et une douille de verrouillage monté au-dessus du pistion-baladeur en vue de pouvoir ê-tre repoussée vers le haut par ledit piston-baladeur, ladite douille possédant une came périphérique pour repousser lesdits chiens dans ladite gorge d'ancrage quand ladi.te came atteint le niveau desdits chiens durant son parcour jusqu'à une position d'ancrage; et des garnitures d'etanchéité, inférieure et supérieure, disposés autour du corps de vanne en vue d'assurer une étanchéité à l'interface entre ledit corps de vanne et le manchon-réceptacle à des niveaux situés au-dessous et au-dessus de ladite arrivée du fluide de ~L~
~73~8~
commande;
ledit piston-baladeur étant monté coulissant dans ledit corps de vanne de manière à pouvoir coulisser librement dans ledit corps de vanne entre une positlon d'arrêt basse et une position d'arrêt haute, led.it piston-baladeur étant seulement soumis au fluide de commande en absence d'un blocage mécanique disposé le long de son parcours;
ladite douille de verrouillage étant montée coulissante dans ledit corps de vanne indépendamment dudit piston-baladeur de manière que ledi-t piston-baladeur exerce seulement une pression vers le haut sur ladite douille de verrouillage sans commander ledit piston-baladeur lorsque ledit piston-baladeur est dans ladite position d'arrêt haute;
ledit corps de vanne ayant sur sa surface périphérique un épaulemen-t d'arrêt apte à coopérer avec des moyens d'arrêt dudit manchon-récep-tacle dans ladite position d'ancrage, ledit corps de vanne ayant une portion qui présente un diamètre qui est inférieur à celui de sa portion située au-dessous dudit épaulement d'arrêt de manière à
permettre une entrée dudit corps de vanne dans ledit manchon-réceptacle lorsque ledit épaulement d'arrêt vient en contact avec lesdits moyens d'arrê-t dudit manchon-réceptacle.
De preférence, selon la présente invention, laditevanne est caractérisée en ce que son système d'ancrage est un système mécanique à sollicitation hydraulique, comprenant des moyens mécaniques de manoeuvre et de verrouillage des chiens, agencés de façon à être soumis à la pression du fluide de commande contenu dans le volume étanche précité et adaptés pour repousser radialement lesdits chiens et les verrouiller dans la gorge d'ancrage sous l'effet de ladite pression.
, ~.~73~8 - 3b -Selon un mode de réalisation préféré, ces moyens de manoeuvre et de verrouillage comprennen-t:
. un piston-baladeur tubu:Laire, monté coulissant entre deux positions haute et basse dans le corps de vanne autour de la partie haute du coulisseau, ledit piston-baladeur étant agencé pour présenter une sur~ace soumise à
la pression du fluide de commande contenu dans le volume étanche de façon à subi.r un effort vers le haut lorsque ledit volume est en pression, . une douille de verrouillage montée coulissante longitudinalement dans le corps de vanne au-dessus ,~ ,,.', ~.~73~
du piston-baladeur en vue de pouvoir être repoussée vers le haut par celui-ci, ladite douille présentant une csme périphérique adHptée pour venir en correspondance avec les 5 chiens et repousser radialement ceux-ci dans la position haute du piston baladeur.
Ainsi, le verrouillage des chiens s'effectue par la douille de verrouillage, lnquelle est déplacée vers la position de verrouillage par le piston-baladeur lorsque le 10 fluide de commande est mis sous pression. Aucun moyen élastique n'intervient dans ~l'obtention de l'sncrage et du verrouillage, de sorte que sont supprimés les graves problèmes de corrosions et de dépôts qui af~ec~ent les systèmes d'ancrage classiques. En outre, comme on le verra plus loin, 15 une telle vanne ~ ancrage commandee hydrauliquement se prête à
la mise en oeuvre de procédures de sécurité, garantissant un ancrage et une ouverture correctes de ladite vanne.
De préférence selon une caractéristique de l'invention, le corps de vanne est constitué en partie haute 20 par un corps de verrou tubulaire, composé de deux pièces tubulaires assemblées dans le prolongement l'une de l'autre par des vis de cisaillement permettant de les libérer : 1H
pièce inférieure contient les chiens, cependant que la pièce supérieure est dotée en partie haute d'un profil d'accrochage 25 d'un outil de pose.De plus, selon une autre caractéristique, la douille de verrouillage comprend dans son alésage une rainure pour l'insertion de chiens de retenue équipant ledit outil de pose.
Une telle vanne peut être mise en place dans 30 le puits au moyen de l'outil de pose ci-après défini, qui ne la libère dans le manchon-réceptacle, lors de la mise en pression du fluide de commande, qu'en cas d'obtention d'un ancrage et d'un verrouillage correct, après ouverture complète de celle-ci.
Cet outil de pose comprend un outil standard de descente au cable, équipé de doigts d'accrochage du profil d'accrochage de la vanne, ainsi que d'un mandrin de maintien de l'organe d'obturation en position ouverte ; selon la présente invention, cet outil comprend un dispositif 40 d'assurance interposé entre l'outil standard et le mandrin ;
ce dispositif d'a3surQnce est fixé à l'outil st~ndard par une tige télescopique et comprend des chiens de retenue radialement rétractables, possédant une tête apte ~ s'ins~rer 5 dans la rainure de la douille de verrouillage de la vanne et, à l'opposé, un talon adapté pour se loger dans le coulisseau tubulaire de ladite vanne, lesdits chiens de retenue étant, d'une part, articulés autour d'axes médians sollicit~s dans le sens de leur écartement par des moyens élastiques et, d'autre 10 pflrt, sollicités par d'eutres moyens élastiques ayant tendance à écarter leurs tAlons.
Par eilleurs, l'invention s'étend à un outil de répêchage permettant le désancraqe et la remont~e de la vanne conforme ~ l'invention. Cet outil de repêchage comprend 15 un outil standard de descente au câble, équipé de doigts d'accrochage du profil d'accrochage de la vanne, ainsi que d'un mandrin de maintien de l'organe d'obturation en position ouverte ; selon la présente invention, cet outil comprend une tête d'appui interposée entre l'outil standard et le mandrin, 20 ladite tête d'appui possédant une face inférieure apte à venir au contact de l'extrémité haute de la douille de verrouillage de la vanne, en vue de pouvoir repousser celle-ci vers le bas lors de la p~océdure de repéchage (détaillée plus loin).
D'autres caractéristiques, buts et avantages 25 de l'invention ressortiront de la description qui suit en regard des dessins annexés, lesquels en présentent, ~ titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation préférentiel ;
sur ces dessins qui font partie intégrante de la présente description :
- la figure 1 est une vue en coupe r~iale par un plan vertical, d'une vanne conforme à l'invention, en position ouverte, ancrée dans son manchon-réceptacle, - la figure 2 est une demi-coupe de détail du système d'ancrage de ladite vanne, - la figure 3 est une vue similaire ~ celle de la figure 1, la vsnne se truuvant dans la positiDn de fermeture, - la Figure 4 est une coupe transversale de la vanne par un plan AA' (le manchon réceptacle n'étant pas 40 repr~sent~ sur cette coupe), ~, ~ t~
- la figure 5 est une vue ~chématique, en coupe a~iale, de la vanne sccroch~e b un outil de po~e permettsnt de réaliser son ~ncrage, (l'outil de po5e n'étant 5 pas hachuré à cette figure pour rendre celle-ci plus claire)~
- la figure 6 est une coupe axiale montrant de facon plus détaill~e l'outil de pose, - la figure 7 est une coupe transversale selon BF' de l'outil de pose (la vanne n'étant pas figuréel, lû - la figure 8 est une coupe axiale illustrant l'opération d'ancrage normal-de la vanne, avant remontée de l'outil de pose, - la figure 9 est- une coupe axiale, illustrant le cas d'un fonctionnement défectueux de la vanne, 15 celle-ci demeurant accrochée à l'outil de pose en vue de sa remontée, - la figure lû est une coupe axiale de detail de la vanne accrochée ~ un outil de repêchage, permettant de réaliser son désancrage et sa remontée, - enfin 1~ figure 11 est une coupe axlale, illustrant la prncédure de désancrage de secours de la vanne en cas d'impossibilité de purger son circuit hydraulique de comm~nd~e.
La v3nne de sécurit~ représentée à titre 25 d'exemple aux figures 1 à 4 est destinée a équiper un tube de ( production de puits pétrolier doté d'un msnchon-réceptacle 1.
De fason traditionnelle, ce manchon-réceptacle est pourvu d'une ligne d'arrivée de fluide de commande la et d'une gorge d'ancrage lb dont les bordures sont en forme de rampe conique.
3û Ladite vanne peut avantageusement présenter la structure génerale de la vanne perfectionnée décrite dans la demande de brevet FR d~posée simultanément par la demanderesse ; cette vanne comprend un corps de vanne de forme g~nérale tubulaire, constitué de plusieurs pièces tubulaires 35 assujetties les unes aux ~utres : corps de verrou supérieur 2, porte-joint supérieur 3 portant une qarniture d'étanchéité
supérieure 15, entretoise tubulaire 4, bsgue-écrou de blocage 5, chemise de ressort 6 possédant un talon supérieur 6a portant une gsrniture d'étanchéité inférleure 16, manchon hO inf~rieur 7, corps d'obturateur 8. Le porte-joint 3 et l'entretoise 4 sont percés de lumières 3a, 4a pour le passage du ~luide de commande provenant de la ligne la.
A l'intérieur du corps de vanne, est monté un 5 coulisseau tubulaire 9 apte à se déplecer longitudinalement dans le corps de vanne, entre une position basse (correspondant à l'ouverture) représentée à la figure 1 et une position haute (correspondsnt A la fermeture~ repré~entée à la figure 3. Ce coulisseau est rappelé vers S2 position haute par 10 un ressort de rappel 10 et est commandé hydrauliquement vers le bas par le fluide de commande arrivant par la l;gne la, lorsque cette dernière est mise sous pression.
En partie basse, le corps d'obturateur 8 ( comporte un org&ne mobile d'obturation, constitué en l'exemple 15 par un elapet 11 qui est articulé sur ledit corps de facon b pouvoir pivoter entre une position d'ouverture escamotée sur le coté (figure 1) et une position de fermeture où ledit clapet obture le corps de vanne en s'appliquant contre un joint d'étanchéité porté par celui-ci (figure 3). Le clapet 11 20 est r~ppelé vers la position de fermeture par un ressort 12 disposé autour de son axe d'articulation. Il est à noter que cet organe d'obturation, connu en lui-meme, peut être d'un autre type et en particulier un orgsne ~ bslle dans lequel l'obturation est assurée par une partie sphérique apte ~ se 25 déplacer lonsitudinalement avec une rotation associée, entre une position d'ouverture et une position de fermeture (un ressort rappelant la balle vers cette dernière position).
Sous l'effet de la commande hydrauligue, le coulisseau 9 est déplacé vers sa position basse jusqu'~ venir 30 en butée avec le nez de vanne 8a : ledit coulisseau repousse alors l'organe d'obturation 11 et le maintient dans la position d'ouverture. Lorsque la pression du fluide de commande baisse accidentellement ou volontairement, le ressort de rappel 10 engendre un déplacement du coulisseau vers le 35 haut, jusqu'a sa position haute où celui-ci se trouve en retrait dans le manchon inférieur 7 (figure 3). L'organe d'ohturation 11 est alors libér~ et se referme sous llaction de son propre ressort 12.
De facon classique, le manchon inférieur 7 40 est équipé d'une soupape d'équilibrage 13 qui est actionnée, ~.~73~
lors de la réouverture, QU début ~e la descente du coulisseau, par une ~ame 9a ~e ce ~ernier, en vue d'autoriser un equilibrage des pressions en-dlesa et su-delà de l'organe 5 d'obturation 11.
A l'opposé de cet organP d'obturation, la vanne est équipée d'un syst~me d'ancraqe mécanique à
sollicitation hydrsulique, qui fait plus particulièrement l'objet de la présente invention et qui comprend 10 essentiellement le corps de verrou 2, des chiens d'sncrage 54, une douille de verrouillage 55 et un piston-baladeur 5~.
Le corps de verrou e~t vissé par un filetage 5n sur le tronçon contigu du corps de vanne (constitué par le ( porte-joint supérieur 3). Son extr~mité basse 51c forme 15 intérieurement une saillie ~ppelée à servir de butée pour le piston-baladeur 5~ en position haute.
Ce corps de verrou est composé de deux pièces tubulaires, inférieure 51 et supérieure 52, qui sont assemblées dans le prolongement l'une de l'autre par des vis 20 de cisaillement telles que 53. Ces vls sont adaptées pour se rompre au-del~ d'un seuil de cisaillement prédéterminé afin de lib~rer les deux pièces 51 et 52 et de permettre, comme on le verra plus loin, une remontée de la vanne en cas de fonctionnement défectueux.
La pièce inférieure 51 est dot~e de chiens flottants tels que 54, qui sont logés dans des lumières de guidsge de celle-ci. En l'exemple représenté à la figure 4, ces chiens sont au nombre de quatre répertis autour de lad te pièce. Chaque chien formé par un dé possède des chanfreins 30 externes sup~rieur et inférieur, et interne inférieur, de fa~on à pouvoir jouer radialement lorsque la douille de verrouillage 55 ou le manchon-réceptacle 1 vient en 9ppUi contre l'un de ces chanfreins. De plusl des épaulements 54a, prévus latéralement ~ l'intérieur de chaque chien, interdisent 35 l'échappement complet vers l'extérieur de chaque chien en venant en butée contre la pièce 51 du corps de verrou. Chaque chien peut ainsi faire saillie du corps ds verrou comme le représente les figures 2 et 4 (position d'ancrage) ou au contraire s'escamoter dans celui-ci (comme representé aux 40 figures 5 ou 6).
28~3 LA pibce inférieure 51 du corps de verrou comporte un ép~ulement d'arrêt 51a, qui est situ~ ~u-des~ous et ~ proximité des chiens 54. Cet épaulement présente la forme 5 d'une rsmpe conique orientée ver~ le bas, de faSon b venir au contact de 18 FHce inférieure conique lbl de la gorge d'~ncrage lt; lorsque la vanne est descendue dans le manchon-réceptacle 1. Le corps de verrou présente, au-dessus de cet épaulement 51a, un diamètre légèrement plus grand qu'au-10 dessous de celui-ci, l'slésage du manchon-r~ceptacle 1 ayant des formes conjuguées. Ainsi, lor~ de la mise en place, la descente de la vanne dans le tube de production est ~rrêtée lorsque son épaulement 51a vient au cGntact oe la face infé rieure lbi de la gorge d'ancrage, les chiens 54 se 15 trouvant alors en regard de ladite gorge.
En outre, la pièce inférieure 51 du corps de verrou est intérieurement dotée au-dessous du niveau des chiens, d'un épaulement d'accrochage 51b présentant la forme d'une rampe conique orientée vers le bas. Comme on le verra 20 plus loin, cet épsulement permet l'accrochage de la douille de verrouillage 55 b la pièce 51 en cas de cisaillement des vis 53.
Par ailleurs, la pièce supérieure 52 du corps de verrou est dotée en partie haute d'un profil d'accrochage 25 52a qui, de facon classique, permet d'accrocher la vanne b un outil de pose lors de sa mise en place dans le tube de production Cette pièce supérieure 52 comprend égalenent une face interne 52b qui présente la forme d'une rampe conique 30 orientée vers le bas, adaptée pour servir d'appui extreme à la douille de verrouillage 55 et pour transmettre à la pièce 52 les efforts vers le haut subis par ladite douille.
La pièce supérieure 52 comprend enfin un épaulement interne 52c qui présente la forme d'une rampe 35 conique orientée vers le haut, en vue de permettre un accrochage de ladite pièce supérieure 52 sur la douille de verrouillage 55 après rupture des vis de cisaillement 53.
Le déplacement radial des chiens 54 vers leur position d'ancrage et le verrouillsge de ceux-ci dans cette 4n pos,tion sont assur~s par la douille de verroulllage 55 déj~
~.~7;~8~3 ~voqu~e, cette douille étant déplscée longitudinalement b cet effet psr le piston-baladeur sa.
Ladite douille de verrouillage 55 est montée 5 coulissante dans le corps de verrou avec interposition d'un ~oint d'étanch~.té 59 à l'interface douille/pièce infér.eure 51 ; elle possede une came périphérique 56 qui e~t sdaptée pour repousser radialement les chiens 54 vers l'extérieur lorsqu'elle parvient au niveau de ceux-ci.
Cette came 56 possède une face supérieure 56a, qui présente la forme d'une rsmpe conique orientée vers le heut, de facon b pouvoir repousser les chiens 54 lorsqu'elle rentre en contsct avec ceux-ci. De plus, cette I face supérieure 56a est adaptée pour venir en bout de course 15 en appui contre la face interne 52b de la pièce supérieure 52 du corps de verrou, en vue de la transmission à cette dernière des efforts vers le haut subis par la douille 55.
Ladite douille de verrouillage 55 est en outre pourvue d'un épaulement d'sccrochage 55a, situé 8U-20 dessous du niveau de sa came 56 et conjugué de l'épaulementd'accrochage 51b de la pièce 51 de fa~con à pouvoir coopérer avec ce dernier en cas de cisaillement des vis 53 après dégagement vers le haut de la came 56 par rapport aux chiens 54 : la pièce 51 se trouve alors accrochée à la 25 douille 55.
De plus, la douille de verroulllage 55 est extérieurement pourvue en partie haute d'un accrochage périphérique 57, constitué en l'exemple par une bague vissée autour de celle-ci. Cette bague présente une face inférieure 30 conique 57a, adaptée pour pouvoir venir en contact avec l'épaulement interne 52c de la pièce supérieure 52 du corps de verrou, en vue de réaliser un accrochage de ladite pièce supérieure sur ladite douille sprès rupture des vls de cisaillement 53.
Enfin, la douille de verrouillage comprend, dans son al~sage, une rainure circulaire 55b qui~ lors de la mise en place, permet à l'outil de pose de la maintenir (grâce a des chiens de retenue décrits plus loin, que comporte celui-ci). En l'exemple~ cette rainure 55b est ménsgée BU niveau de 4û la came 56 de façon ~ profiter de la surépaisseur conditionnée par celle-ci.
Par ailleurs, le plston-baladeur 58 qui est appel~ à déplacer la douille de verrouillage 55 vers .~a 5 position haute d'ancraqe est formé par un tronçon de tube, adapté pour pouvoir coulisser de façon étanche entre le corps de-vanne ~partie haute du porte-joint 3) et l'extrémité
supérieure du coulisseau 9.
Ce piston-balsdeur 58 est pourvu d'un joint lû d'étanchéité interne 21 ~ l'interfsce coulisseau/piston-baladeur, et d'un joint d'étanch~ité externe 24 b l'interface pi~ton-baladeur/corps de vanne ; ces joints qui limitent en partie haute le volume étanche contenant le-fluide de commande I sont de diam~tres différents de façon à déFinir une surface 15 par laquelle le piston-baladeur est soumis à la pression du fluide de commande en vue d'engendrer son déplacement vers le haut.
Le volume étanche contenant le fluide de commande est par ailleurs limité :
20~ en partie basse, b l'interface coulisseau/corps de vanne, par un joint d'étanchéité
inférieur 22, . et, de part et d'autre de l'arrivée du fluide de commande 3a, 4a, à l'interface mflnchon-25 réceptacle/corps de vanne par les garnitures d'étanchéit~ 15 et 16.
Le coulisseau 9 destiné à repousser l'organe d'obturation 11 vers sa position d'ouverture présente un diamètre externe plus grand au niveau du joint inférieur 22 30 qu'au niveau du joint supérieur 21 : grâce à cette différence de section, ce coulisseau est soumis à la pression du fluide de commande qui tend à le déplacer vers le bas et ~ comprimer son ressort de rappel 10.
Alnsi dans la vanne conforme à l'invention, 35 le fluide de commande agit en premier lieu, sur le piston-baladeur 58 pour tendre à le déplacer vers le haut depuis une position basse où celui-ci se trouve en butée contre un épaulement 3h du porte-joint 3 (figure 2) vers une position haute où ledit piston-baladeur vient en butée contre la 40 saill.e 51c que forme l'extr~mité basse de la pièce 51 ~.~7;~X~
(figure~ 1 ~t 2). Au cours de ~on déplacement, le piston-baladeur repousse la douille de verrouillage 55 amçnant la came 56 de celle-ci ~ manoeuvrer radialement les chiens 54 et 5 ~ les verrouiller.
D'autre partS le fluide de cnmmande agit sur le coulisseau 9 pour tendre à le déplacer vers le bas, depuis une position haute d'obturation (figure 3) où une bague-écrou 19 (solidsrisée audit coulisseau pour servir d'appui au 10 ressort de rappel lû) vient en butée supérieure contre le talon 6a de la chemise de ressort, vers une position basse d'ouverture (figure 1) où ledit coulisseau vient en butée contre le nez de vanne 8a.
La structure de i A vanne conforme ~
15 l'invention ayant été décrite en détail, on va préciser ci-apres les procédures d'Hncrage et de désancrage et décrire les outils correspondants, dits outil de pose et outil de repechage, en référence aux figures 5 à 11.
Les figures S et 6 présentent une vanne 20 conforme à l'invention, accrochée ~ un outil de pose, en vue de sa mise en place odans un puits pétrolier.
Cet outil de pose comprend, en partie haute, - un outil standard de descente au câble 60, connu en soi, qui de façon classique est équipé, d'une part, de doigts 25 d'accrochage 61, d'autre part, diun mandrin inf~rieur 62 (souvent désigné par le terme "prong"). Les doigts 61 ( permettent de suspendre la vanne à l'outil par son profil d'accrochage 52a, cependant que la mandrin 62 a pour fonction de maintenir ouvert l'organe d'obtur~tion 11 pendant la 3û descente afin d'éviter les phénomènes de pistonnage.
L'outil de pose conforme à l'invention est pourvu d'un dispositif d'assurance 63 interposé entre l'outil standard et le mandrin ; ce dispositif d'assurance est fixé à
l'outil standard par l'intermédialre d'une tige télescopique 35 64 qui lui confère une faculté de translation longitudinale vers le haut.
Le dispositif d'assurance comprend un corps central 65 vi~s~ en partie haute sur la tige télescopique 64 et portant en partie basse le mandrin 62 viss~ dans un 40 taraudage conique de celui-ci. Ce corps 65 présente une forme 3~
générsle cylindrique, dans lequel sont ménagés, d'une part~
deux fraisage~ opposés servant cie loge~ent ~ deux chiens de retenue 67 ci-après décrit, d'autre part, deux méplats 5 latéraux 65~ pour autoriser le passage de l'effluent.
Ce corps porte un ressort transversal 66 trsversant une lumière de celui-ci, ressort eux extrémités duquel sont articulés les deux chiens de retenue 67. Ces chiens sont ainsi maintenus ~lastiquement par le ressort 66 10 qui a tendance à les écsrter, chacun d'eux pouvant pivoter autour de son axe d'articulation 68. Comme l'illustre la figure 7, ces axes 68 sont guidés par des glissi~res 65b prstiquées dans le corps 65 de façon à définir une position ( d'écartement maximum lorsque les axes viennent en butée 8U
15 fond des glissières.
Chaque chien 67 possède, en partie haute9 une tête 67a de forme adapt~e pour s'insérer et s'encliqueter dans la rainure 55b de la douille de verrou-llage 55, comme le représente la figure 6.
~n outre, chaque chien 67 possède en partie basse un talon 67b agencé pour se loger dans le coulisseau tubuleire 9 de la vanne. Au voisinage des talons 67b, un autre ressort 69 est prévu entre les deux chiens pour solliciter leurs talons dans le sens de leur écartement.
La mlse en place de la vanne au moyen d'un tel outil de pose est réalisée de la façon suivante.
La vanne étant hors pression, son coulisseau 9 se trouve en position haute par l'~ction du ressort de rappel lû ; de plus, le piston-baladeur 58 et la douille de 30 verrouillage 55 sont en position basse, les chiens 54 de la vanne étant libres de s'effacer. L'outil de pose est introduit dans la vanne par son orifice supérieur : ses chiens de retenue 67a s'effacent au niveau de la douille de verrouillage 55 par l'effet du ressort 66. Lorsque les doigts 61 de l'outil 35 s'accrochent sur le profil d'accrochage 52a de la vanne, les chiens de retenue 67a parviennent au niveau de la rainure 55b de cette douille, et pénètrent et s'encliquettent dans celle-ci sous l'action du ressort 66. Dans cette position schématisée aux figures 5 et 6~ les talons 67b des chiens de 4û retenue sont logés dans le coulisseau 9 de la vanne et ~7~
repoussé5 vers le centre, svec compression du ressort 69. De plus, le mandrin 62 repousse l'organe d'obturation 11 qu'il maintient ouvert.
L'ensemble est alors descendu de fs~on trsditionnelle dans le puits pétrolier, jus~u'b ce que 1A
vanne pénètre dans le msnchon-réceptacle 1 de celu -ci (génralement situé à environ 150 m de la surface). L'effort d'engagement des garnitures d'étancheit~ 15 et 16 est vaincu 10 de façon classique ~ l'Hide d'une coulisse standard, accrochée su-dessus de l'outil de pose pour percuter celu.-ci à la manière d'un marteau. Les chiens 54 de la vanne qui sont flottants s'effacent à l'entrée du manchon-réceptacle.
L'engagement dans le manchon-receptacle se 15 poursuit jusqu'~ ce que la vanne soit arrêtée par l'épaulement d'arrêt lbi du manchon-réceptacle, contre lequel vient en butée l'épaulement d'arrêt 51a de celle-ci (figure 8).
On pressurise alors le circuit de fluide de commande ; l'huile pénètre dans le volume étanche décrit 20 précédemment et monte en pression. Le piston-baladeur 58 de la vanne subit une force vers le haut et monte en repoussant la douille de verrouillage 55 jusqu'à sa position haute. Au cours de son déplacement, la douille manoeuvre les chiens 54 et les verrouille à l'intérieur de la gorge d'ancrage lb comme le 25 montre la figure 6 : la vanne est ancrée.
Il est à noter que, en remontant, la ( douille 55 qui est toujours accrochée aux chiens de retenue 67 du dispositif d'assurance, déplace ce dernier vers le haut par le jeu de la tige télescopique 64.
La pression de l'huile contlnue à monter jusqu'à vaincre la force de rappel du ressort 10 : le coulisseau 9 se déplace alors vers le bas jusqu'à venir en butée contre le nez de vanne 8a ; l'organe d'obturation est repoussé vers 13 position d'ouverture : la vanne est ouverte 35 (position de la figure 1).
~ n fin de course, le coullsseau 9 dégage les talons 67b des chiens de retenue de l~outil et, sous l'act on du ressort 69, ces chiens pivotent autour de leur articulation 68 et leur tête 67a s'efface vers le centre comme 40 l'illustre la figure 8. La dou,lle de verrouillage 55 est 73 ~8~
ainsi libérée de l'outil de pose.
Cet outil de posle peut alors être remonté de Façon traditionnelle (aprb5 dégagement classique des doigts 5 d'accrochage 61 par rapport au profil d'accrochage 52a de la vanne).
- Il est essentiel de soul~gner que l'outil de pose ne rel~che la vanne par effacement des chiens de retenue 67a que lorsque l'&ncrage de celle-ci est réalisé et lû lorsqu'elle se trouve en position d'ouverture totale. A
défaut, les talons 67b des chiens de retenue demeurent enserrés dans le coulisseau, et leur tête 67a reste en prise dans la douille de verrouillage 55 de la vanne.
( Dans le cas où l'une des conditions de 15 fonctionnement correct n'est pas satisfaite (ancrage non réalisé ou ouverture défectueuse), la vanne reste donc accrochée à l'outil de pose et remonte &vec celui-ci.
Cette défaillance peut provenir de multiples causes : détérioration des garnitures d'étanchéité 15 et 16 en 20 cours de descente ou détérioration du manchon-r~ceptacle au niveau desdites gMrnitures (interdisant une mise en pression du volume ~tanche de fluide de la vanne), dépôt dû ~
l'effluent dans la gorge d'ancrage lb, (empêchant la sortie des chiens 54) ~n cas de telles déficiences, la remontée de la vanne est assurée, après dégagement des do gts 61 de ~' l'outil (figure 7), en opérant des percussions vers le haut au moyen de la coulisse. Les chiens de retenue 67 de l'outil demeurant accrochés à la douille de verrouillage 55 30 transrettent ~ ladite douille les efforts vers le haut et amènent la face supérieure 56a de sa came en butée contre la face interne 52b de la pièce supérieure 52 du corps de verrou.
Les chiens 54 de la vanne, mécaniquement repouss~s vers l'extérieur, font point Fixe, de sorte que les coups de 35 coulisse se répercutent sur les vis de cisaillement 53 qui cassent. La douille 55 libérée peut remonter dans le corps de verrou jusqu'à ce que son épaulement d'accrochage 55a vienne en but~e contre l'épaulement conjugué 51b de la pièce 51 du corps de verrou comme l'illustre la figure 9. Les chiens 54 40 sont ~ nouve 8 u libérés et les coups de coulisse ~.~7;~
supplémentsires engendrent une remontée de la vanne dans le manchon-réceptacle 1~ avec d~gagement des garnitures d'étanchéité 15 et 16.
Par ailleurs, la vanne une fois correctement ancre dans le puits pétrolier peut atre refermée de fason classique par une purge volontaire ou accidentelle de 58 ligne de co~mande hydraulique. Elle vient alors dans la position de la figure 3. Le ressort de rappel 10 9 entrainé un déplacement 10 vers le haut du coulisseau 9, libérant l'organe d'obturation 11 lequel se referme sous l'action de son ressort propre 12 aidé par le débit du puits.
Une fois la vanne fermée, le puits ne débite ( plu5, mais les pressions sont équilibrées su-dessus 2t 8U-15 dessous de l'organe 11 tant que le tube de production n'est pas purgé dans son tronçon supérieur. La pression qui règne dans ce dernier agit sur le piston-baladeur 58 qui redescend dans sa position basse ; toutefois9 la douille 55 reste en place grâce à la dureté du joint 59.
2û Lorsque l'on effectue la purge du tronSon supérieur du tube de production, la pression amont du puits s'applique sur la section complète de la vanne ; les chiens 54 de 1R vsnne viennent alors s'appliquer contre la face supérieure conioue de la gorge d'ancrage lb, ce qui 25 conditionne un effet de verrouillage de la douille 55 d'autant plus puissant que la pression du puits est élevée : la vanne bénéficie d'un auto-verrouillage proportionnel à la pression du puits.
La réouverture de la vanne est réalisée en 30 mettant à nouveau en pression la ligne de commande hydraulique : le piston-baladeur 58 remonte contre la douille 55 et contre sa butée 51c et l'ouverture se produit comme précédemment expl qué par déplacement du coulisseau 9 vers le bas sous la pression du fluide de commande.
Par ailleurs, le désancrage et la remontée de la vanne conforme à l'invention peuvent être réalisés au moyen d'un outil de repêchaqe tel que schématisé à la figure 10 Cet outil de repêchage comprend en partle haute un outil standard de descente au câble 70, identique à
40 l'outil standard 60 de l'outil de pose. Cet outil standard 7n ~.~732~3~
est ~quipé, d'une psrt, de doigts d'accrochsge 71 adaptés pour coopérer avec le profil d'accrochage 52a de la vanne, d'autre part, d'un manchon inférieur 72 ("prong") propre à maintenir 5 ouvert l'organe d'obturation 11 de la vanne pendant 18 descente.
~ L'outil de rep~chage conforme à l'invention est pourvu d'une tête d'appui 73 interposée entre l'outil standard 70 et le manchon 72. Cette tête est vissée psr un 10 filetage conique sous l'outil standard et porte le mandrin 72, lequel est vissé dans celle-ci par un filetsge conique.
L H dite t^ete 73, de forme générale cylindrique, possède une face inférieure 73a apte b venir au ( contact de l'extrémité haute de la douille de verrouillage 55 15 de la vanne.
La ligne de commande hydraulique étant purgée, on percute l'outil vers le bas au moyen d'une coulisse classique pour repousser la douille de verrouillage 55 vers le bas par l'action de la tête d'eppui 73 et pour engager les 20 doigts 71 de l'outil dans le profil d'accrochage 52a de la vanne. La douille de verrouillage descend jusqu'à venir en butée contre le piston-baladeur 58, lui-même en butée contre l'épaulement 3b du porte-joint 3 : les chiens 54 de la vanne sont libérés et peuvent s'effacer vers l'intérieur.
On engendre alors des percussions vers le haut sur l'outil qui, par l'entremise des doigts d'accrochage 71, entraîne un déboîtement des garnitures d'étanchéité 15 et 16, la vanne étant ensuite remontée au câble.
Dans le cas où la ligne de commande 30 hydraulique s'avèrerait impossible à purger, il n'est plus poss,ble d'accrocher les doigts 71 de l'outil au profil d'accrochage 52a de 18 vanne, puisque la douille 55 est maintenue en position haute par la pression.
On utilise alors pour r~aliser le désancrage, l 35 une procédure de secours au moyen de l'outil précédent dans lequel la tête 73 a été retirée ~figure 11), le mandrin 72 étant directement vissé sous l'outil standard 70. (A cet effet, le taraud3ge de la tête 73 est identique à celui de l'outil standard pour permettre d'effectuer cette 40 modification).
~ ~73 ~8~3 L'outil ainsi modifié peut s'accrocher par ses doigts 71 sur le profil d'accrochsge 52a de la vsnne, même 8i la douille 55 se trouve bloqu~e en position hsute. Après 5 obtention de cet accrochage, on tape vers le haut b l'aide de la coulisse jusqu'b cisailler les vis 53, comme l'illustre la fiqure 11.
La pièce supérieure 52 du corps de verrou est alors libérée et remonte avec l'outil 70 jusqu'à ce que son 10 épaulement interne 52c vienne en butée contre la bsgue supérieure 57 de la douille de verrouillage 55. Cette douille se d~place alors b son tour vers le haut jusqu'~ ce que ~on épaulement d'accrochage 55a vienne en butee contre ( l'épaulement conjugué 51b de la pièce inférieure 51 du corps 15 de verrou.
Dans cette position, les chiens 54 de la vanne sont libéres et l'ensemble peut remonter sous l'effet des chocs vers le haut de la coulisse : les garnitures d'étancheité 15 et 16 se dégagent du manchon-réceptacle 1 et 20 la vanne remonte dans le puits ~les différentes pièces du verrou se trouvant sccrochées les unes aux autres : pièce inférieure 51 accroch~e à la douille 55, douille 55 accrochée à la pièce supérieure 52, pièce sup~rieure 52 accrochée b l'outil ).
VANN~ r~ S~CURITE POUR PUITS PETROLIER
~T OUTILS EN VUE DE A MISE EN OEUVRE DE LADITE ~ANNE
L'invention concerne une vanne de sécurit~
destinée ~ être insérée dans un tube de production de puits pétrolier en vue d'en assurer l'ouverture ou la fermeture.
L'invention s'étend ~ des outils, outil de pose et outil de repêchage, en vue de la mise en oeuvre de ladite vanne.
Les vannes de sécurité pour puits pétroliers ont pour fonct,on de stopper automatiquement la production d'effluent si un incident survient en tête de puits ou en aval de celles-ci. Elles sont commandées hydrauliquement à
l'ouverture depuis la surface et se ferment automatiquement au 15 moyen d'un puissant ressort de rappel d~s l'appsrition d'une chute de pression hydraulique, commandée ou accidentelle. Ces vannes ont fflit l'objet de nombreuses études de mise au point et de perfectionnement, et leur emploi s'est généralisé en particulier dans les puits éruptifs offshorP.
2û Lors de leur mise en place~ ces vannes sont ancrées dans un manchon-réceptacle logé dans le tube de production ; l'ancrage est réalisé flU moyen de chiens élastiques capables de subir une expansion radiale qui les am~nent à pén~trer dans une gorqe d'ancrage du manchon-25 réceptacle : ces chiens élastiques sont alors verrouillés dans leur posit on d'ancrage grâce à un ressort qui repousse une bague de verrouillage à l'intérieur desdits chiens.
Toutefois, les vannes existsntes de ce type présentent des défauts. En premier lieu, l'ancrage est une 30 operation laborieuse effectuée en aveugle à l'intérieur du puits et elle n'est assortie d'aucune qarantie de bonne Fin, l'opérateur r-'ayant aucun moyen de savoir si la vanne est correctement ancrée et verrouillée dans le manchon-réceptacle.
En cas de mauvais ancrage, la vanne sera inapte ~ résister à
35 la pression de l'effluent lors de sa fermeture, ce qu-implique un risque très grave de mise en éruption du puits. De même, les vannes existantes ne donnent aucune qarant e d'ouverture compl:ate aprbs mise en pression du fluide de commande hydraulique.
4~] En outre, dans ces vannes connues, les chiens ~/ 1 r 3~
élastiques et le ressort de verrouillage du systèmed'ancrage baignent dans l'effluent et sont soumis aux effets de corrosion et de dépô-t de ce dernier.
La présente inven-tion se propose de fournir une vanne de sécurité perfectionnée, exemple des défauts sus-évoqués.
Un objectif de l'invention est en particulier de garantir un ancrage correct de la vanne lors de sa mise en place dans le puits.
Un autre objectif est de garantir le fonctionnement satisfaisan-t de ladite vanne à l'ouverture et de n'autoriser son ancrage qu'en cas d'ouverture complète.
Un autre objectif est d'autoriser une remontée facile de la vanne dans tous les cas (remontée normale pour les opérations de maintenance ou remontée de secours en cas de non fonctionnement).
Un autre objectif est de fournir une vanne dont le système d'ancrage ne comporte aucune pièce élastique susceptible d'être soumise à des effets de corrosion ou dépôt.
Afin de faciliter la compréhension, la vanne conforme à l'invention est décrite en la supposant en place dans un puits pétrolier, les termes "haut", "bas", "supérieur", "inférieur" se référant à cette position.
La présente invention vise une vanne de sécurité
destinée à être insérée dans un tube de production de puits pétrolier pour ouvrir ou fermer ledit tube, ladite vanne comprenant:
un corps de vanne de forme générale tubulaire;
un organe mobile d'obturation, situé en partie basse dudit corps et sollicité vers une position de fermeture;
un coulisseau tubulaire agencé pour pouvoir coulisser longitudinalement à l'intérieur du corps de vanne L~73~
en vue d'engendrer dans son mouvement descendant une ouverture dudit organe d'obturation;
un ressort de rappel disposé dans un logement annulaire situé entre le coulisseau et le corps de vanne, de façon à solliciter ledit couliseau vers une position haute correspondant à une fermeture de l'organe d'obturation;
des moyens de déplacement hydraulique dudit coulisseau vers le bas, comportant une arrivée de fluide de commande à travers le corps de vanne et un volume étanche entre le coulisseau et le corps destiné à recevoir le fluide de commande, le coulisseau présentant une différence de section soumise à une pression dudit fluide contenu dans ledit volume étanche de façon à subir un effort vers le bas lorsque ledit volume est en pression;
un système d'ancrage situé en partie haute du corps de vanne et adapté pour assujettir ledit corps de vanne dans un manchon-réceptacle logé dans le tube de production, ledit système comprenant des chiens moviles radialement pour pouvoir pénétrer dans une gorge d'ancrage du manchon-réceptacle, un piston-baladeur tubulaire monté
coulissant dans le corps de vanne et présentant une surface soumise à la pression du fluide de commande de façon à subir un effort vers le haut lorsque ledit fluide de commande est en pression, et une douille de verrouillage monté au-dessus du pistion-baladeur en vue de pouvoir ê-tre repoussée vers le haut par ledit piston-baladeur, ladite douille possédant une came périphérique pour repousser lesdits chiens dans ladite gorge d'ancrage quand ladi.te came atteint le niveau desdits chiens durant son parcour jusqu'à une position d'ancrage; et des garnitures d'etanchéité, inférieure et supérieure, disposés autour du corps de vanne en vue d'assurer une étanchéité à l'interface entre ledit corps de vanne et le manchon-réceptacle à des niveaux situés au-dessous et au-dessus de ladite arrivée du fluide de ~L~
~73~8~
commande;
ledit piston-baladeur étant monté coulissant dans ledit corps de vanne de manière à pouvoir coulisser librement dans ledit corps de vanne entre une positlon d'arrêt basse et une position d'arrêt haute, led.it piston-baladeur étant seulement soumis au fluide de commande en absence d'un blocage mécanique disposé le long de son parcours;
ladite douille de verrouillage étant montée coulissante dans ledit corps de vanne indépendamment dudit piston-baladeur de manière que ledi-t piston-baladeur exerce seulement une pression vers le haut sur ladite douille de verrouillage sans commander ledit piston-baladeur lorsque ledit piston-baladeur est dans ladite position d'arrêt haute;
ledit corps de vanne ayant sur sa surface périphérique un épaulemen-t d'arrêt apte à coopérer avec des moyens d'arrêt dudit manchon-récep-tacle dans ladite position d'ancrage, ledit corps de vanne ayant une portion qui présente un diamètre qui est inférieur à celui de sa portion située au-dessous dudit épaulement d'arrêt de manière à
permettre une entrée dudit corps de vanne dans ledit manchon-réceptacle lorsque ledit épaulement d'arrêt vient en contact avec lesdits moyens d'arrê-t dudit manchon-réceptacle.
De preférence, selon la présente invention, laditevanne est caractérisée en ce que son système d'ancrage est un système mécanique à sollicitation hydraulique, comprenant des moyens mécaniques de manoeuvre et de verrouillage des chiens, agencés de façon à être soumis à la pression du fluide de commande contenu dans le volume étanche précité et adaptés pour repousser radialement lesdits chiens et les verrouiller dans la gorge d'ancrage sous l'effet de ladite pression.
, ~.~73~8 - 3b -Selon un mode de réalisation préféré, ces moyens de manoeuvre et de verrouillage comprennen-t:
. un piston-baladeur tubu:Laire, monté coulissant entre deux positions haute et basse dans le corps de vanne autour de la partie haute du coulisseau, ledit piston-baladeur étant agencé pour présenter une sur~ace soumise à
la pression du fluide de commande contenu dans le volume étanche de façon à subi.r un effort vers le haut lorsque ledit volume est en pression, . une douille de verrouillage montée coulissante longitudinalement dans le corps de vanne au-dessus ,~ ,,.', ~.~73~
du piston-baladeur en vue de pouvoir être repoussée vers le haut par celui-ci, ladite douille présentant une csme périphérique adHptée pour venir en correspondance avec les 5 chiens et repousser radialement ceux-ci dans la position haute du piston baladeur.
Ainsi, le verrouillage des chiens s'effectue par la douille de verrouillage, lnquelle est déplacée vers la position de verrouillage par le piston-baladeur lorsque le 10 fluide de commande est mis sous pression. Aucun moyen élastique n'intervient dans ~l'obtention de l'sncrage et du verrouillage, de sorte que sont supprimés les graves problèmes de corrosions et de dépôts qui af~ec~ent les systèmes d'ancrage classiques. En outre, comme on le verra plus loin, 15 une telle vanne ~ ancrage commandee hydrauliquement se prête à
la mise en oeuvre de procédures de sécurité, garantissant un ancrage et une ouverture correctes de ladite vanne.
De préférence selon une caractéristique de l'invention, le corps de vanne est constitué en partie haute 20 par un corps de verrou tubulaire, composé de deux pièces tubulaires assemblées dans le prolongement l'une de l'autre par des vis de cisaillement permettant de les libérer : 1H
pièce inférieure contient les chiens, cependant que la pièce supérieure est dotée en partie haute d'un profil d'accrochage 25 d'un outil de pose.De plus, selon une autre caractéristique, la douille de verrouillage comprend dans son alésage une rainure pour l'insertion de chiens de retenue équipant ledit outil de pose.
Une telle vanne peut être mise en place dans 30 le puits au moyen de l'outil de pose ci-après défini, qui ne la libère dans le manchon-réceptacle, lors de la mise en pression du fluide de commande, qu'en cas d'obtention d'un ancrage et d'un verrouillage correct, après ouverture complète de celle-ci.
Cet outil de pose comprend un outil standard de descente au cable, équipé de doigts d'accrochage du profil d'accrochage de la vanne, ainsi que d'un mandrin de maintien de l'organe d'obturation en position ouverte ; selon la présente invention, cet outil comprend un dispositif 40 d'assurance interposé entre l'outil standard et le mandrin ;
ce dispositif d'a3surQnce est fixé à l'outil st~ndard par une tige télescopique et comprend des chiens de retenue radialement rétractables, possédant une tête apte ~ s'ins~rer 5 dans la rainure de la douille de verrouillage de la vanne et, à l'opposé, un talon adapté pour se loger dans le coulisseau tubulaire de ladite vanne, lesdits chiens de retenue étant, d'une part, articulés autour d'axes médians sollicit~s dans le sens de leur écartement par des moyens élastiques et, d'autre 10 pflrt, sollicités par d'eutres moyens élastiques ayant tendance à écarter leurs tAlons.
Par eilleurs, l'invention s'étend à un outil de répêchage permettant le désancraqe et la remont~e de la vanne conforme ~ l'invention. Cet outil de repêchage comprend 15 un outil standard de descente au câble, équipé de doigts d'accrochage du profil d'accrochage de la vanne, ainsi que d'un mandrin de maintien de l'organe d'obturation en position ouverte ; selon la présente invention, cet outil comprend une tête d'appui interposée entre l'outil standard et le mandrin, 20 ladite tête d'appui possédant une face inférieure apte à venir au contact de l'extrémité haute de la douille de verrouillage de la vanne, en vue de pouvoir repousser celle-ci vers le bas lors de la p~océdure de repéchage (détaillée plus loin).
D'autres caractéristiques, buts et avantages 25 de l'invention ressortiront de la description qui suit en regard des dessins annexés, lesquels en présentent, ~ titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation préférentiel ;
sur ces dessins qui font partie intégrante de la présente description :
- la figure 1 est une vue en coupe r~iale par un plan vertical, d'une vanne conforme à l'invention, en position ouverte, ancrée dans son manchon-réceptacle, - la figure 2 est une demi-coupe de détail du système d'ancrage de ladite vanne, - la figure 3 est une vue similaire ~ celle de la figure 1, la vsnne se truuvant dans la positiDn de fermeture, - la Figure 4 est une coupe transversale de la vanne par un plan AA' (le manchon réceptacle n'étant pas 40 repr~sent~ sur cette coupe), ~, ~ t~
- la figure 5 est une vue ~chématique, en coupe a~iale, de la vanne sccroch~e b un outil de po~e permettsnt de réaliser son ~ncrage, (l'outil de po5e n'étant 5 pas hachuré à cette figure pour rendre celle-ci plus claire)~
- la figure 6 est une coupe axiale montrant de facon plus détaill~e l'outil de pose, - la figure 7 est une coupe transversale selon BF' de l'outil de pose (la vanne n'étant pas figuréel, lû - la figure 8 est une coupe axiale illustrant l'opération d'ancrage normal-de la vanne, avant remontée de l'outil de pose, - la figure 9 est- une coupe axiale, illustrant le cas d'un fonctionnement défectueux de la vanne, 15 celle-ci demeurant accrochée à l'outil de pose en vue de sa remontée, - la figure lû est une coupe axiale de detail de la vanne accrochée ~ un outil de repêchage, permettant de réaliser son désancrage et sa remontée, - enfin 1~ figure 11 est une coupe axlale, illustrant la prncédure de désancrage de secours de la vanne en cas d'impossibilité de purger son circuit hydraulique de comm~nd~e.
La v3nne de sécurit~ représentée à titre 25 d'exemple aux figures 1 à 4 est destinée a équiper un tube de ( production de puits pétrolier doté d'un msnchon-réceptacle 1.
De fason traditionnelle, ce manchon-réceptacle est pourvu d'une ligne d'arrivée de fluide de commande la et d'une gorge d'ancrage lb dont les bordures sont en forme de rampe conique.
3û Ladite vanne peut avantageusement présenter la structure génerale de la vanne perfectionnée décrite dans la demande de brevet FR d~posée simultanément par la demanderesse ; cette vanne comprend un corps de vanne de forme g~nérale tubulaire, constitué de plusieurs pièces tubulaires 35 assujetties les unes aux ~utres : corps de verrou supérieur 2, porte-joint supérieur 3 portant une qarniture d'étanchéité
supérieure 15, entretoise tubulaire 4, bsgue-écrou de blocage 5, chemise de ressort 6 possédant un talon supérieur 6a portant une gsrniture d'étanchéité inférleure 16, manchon hO inf~rieur 7, corps d'obturateur 8. Le porte-joint 3 et l'entretoise 4 sont percés de lumières 3a, 4a pour le passage du ~luide de commande provenant de la ligne la.
A l'intérieur du corps de vanne, est monté un 5 coulisseau tubulaire 9 apte à se déplecer longitudinalement dans le corps de vanne, entre une position basse (correspondant à l'ouverture) représentée à la figure 1 et une position haute (correspondsnt A la fermeture~ repré~entée à la figure 3. Ce coulisseau est rappelé vers S2 position haute par 10 un ressort de rappel 10 et est commandé hydrauliquement vers le bas par le fluide de commande arrivant par la l;gne la, lorsque cette dernière est mise sous pression.
En partie basse, le corps d'obturateur 8 ( comporte un org&ne mobile d'obturation, constitué en l'exemple 15 par un elapet 11 qui est articulé sur ledit corps de facon b pouvoir pivoter entre une position d'ouverture escamotée sur le coté (figure 1) et une position de fermeture où ledit clapet obture le corps de vanne en s'appliquant contre un joint d'étanchéité porté par celui-ci (figure 3). Le clapet 11 20 est r~ppelé vers la position de fermeture par un ressort 12 disposé autour de son axe d'articulation. Il est à noter que cet organe d'obturation, connu en lui-meme, peut être d'un autre type et en particulier un orgsne ~ bslle dans lequel l'obturation est assurée par une partie sphérique apte ~ se 25 déplacer lonsitudinalement avec une rotation associée, entre une position d'ouverture et une position de fermeture (un ressort rappelant la balle vers cette dernière position).
Sous l'effet de la commande hydrauligue, le coulisseau 9 est déplacé vers sa position basse jusqu'~ venir 30 en butée avec le nez de vanne 8a : ledit coulisseau repousse alors l'organe d'obturation 11 et le maintient dans la position d'ouverture. Lorsque la pression du fluide de commande baisse accidentellement ou volontairement, le ressort de rappel 10 engendre un déplacement du coulisseau vers le 35 haut, jusqu'a sa position haute où celui-ci se trouve en retrait dans le manchon inférieur 7 (figure 3). L'organe d'ohturation 11 est alors libér~ et se referme sous llaction de son propre ressort 12.
De facon classique, le manchon inférieur 7 40 est équipé d'une soupape d'équilibrage 13 qui est actionnée, ~.~73~
lors de la réouverture, QU début ~e la descente du coulisseau, par une ~ame 9a ~e ce ~ernier, en vue d'autoriser un equilibrage des pressions en-dlesa et su-delà de l'organe 5 d'obturation 11.
A l'opposé de cet organP d'obturation, la vanne est équipée d'un syst~me d'ancraqe mécanique à
sollicitation hydrsulique, qui fait plus particulièrement l'objet de la présente invention et qui comprend 10 essentiellement le corps de verrou 2, des chiens d'sncrage 54, une douille de verrouillage 55 et un piston-baladeur 5~.
Le corps de verrou e~t vissé par un filetage 5n sur le tronçon contigu du corps de vanne (constitué par le ( porte-joint supérieur 3). Son extr~mité basse 51c forme 15 intérieurement une saillie ~ppelée à servir de butée pour le piston-baladeur 5~ en position haute.
Ce corps de verrou est composé de deux pièces tubulaires, inférieure 51 et supérieure 52, qui sont assemblées dans le prolongement l'une de l'autre par des vis 20 de cisaillement telles que 53. Ces vls sont adaptées pour se rompre au-del~ d'un seuil de cisaillement prédéterminé afin de lib~rer les deux pièces 51 et 52 et de permettre, comme on le verra plus loin, une remontée de la vanne en cas de fonctionnement défectueux.
La pièce inférieure 51 est dot~e de chiens flottants tels que 54, qui sont logés dans des lumières de guidsge de celle-ci. En l'exemple représenté à la figure 4, ces chiens sont au nombre de quatre répertis autour de lad te pièce. Chaque chien formé par un dé possède des chanfreins 30 externes sup~rieur et inférieur, et interne inférieur, de fa~on à pouvoir jouer radialement lorsque la douille de verrouillage 55 ou le manchon-réceptacle 1 vient en 9ppUi contre l'un de ces chanfreins. De plusl des épaulements 54a, prévus latéralement ~ l'intérieur de chaque chien, interdisent 35 l'échappement complet vers l'extérieur de chaque chien en venant en butée contre la pièce 51 du corps de verrou. Chaque chien peut ainsi faire saillie du corps ds verrou comme le représente les figures 2 et 4 (position d'ancrage) ou au contraire s'escamoter dans celui-ci (comme representé aux 40 figures 5 ou 6).
28~3 LA pibce inférieure 51 du corps de verrou comporte un ép~ulement d'arrêt 51a, qui est situ~ ~u-des~ous et ~ proximité des chiens 54. Cet épaulement présente la forme 5 d'une rsmpe conique orientée ver~ le bas, de faSon b venir au contact de 18 FHce inférieure conique lbl de la gorge d'~ncrage lt; lorsque la vanne est descendue dans le manchon-réceptacle 1. Le corps de verrou présente, au-dessus de cet épaulement 51a, un diamètre légèrement plus grand qu'au-10 dessous de celui-ci, l'slésage du manchon-r~ceptacle 1 ayant des formes conjuguées. Ainsi, lor~ de la mise en place, la descente de la vanne dans le tube de production est ~rrêtée lorsque son épaulement 51a vient au cGntact oe la face infé rieure lbi de la gorge d'ancrage, les chiens 54 se 15 trouvant alors en regard de ladite gorge.
En outre, la pièce inférieure 51 du corps de verrou est intérieurement dotée au-dessous du niveau des chiens, d'un épaulement d'accrochage 51b présentant la forme d'une rampe conique orientée vers le bas. Comme on le verra 20 plus loin, cet épsulement permet l'accrochage de la douille de verrouillage 55 b la pièce 51 en cas de cisaillement des vis 53.
Par ailleurs, la pièce supérieure 52 du corps de verrou est dotée en partie haute d'un profil d'accrochage 25 52a qui, de facon classique, permet d'accrocher la vanne b un outil de pose lors de sa mise en place dans le tube de production Cette pièce supérieure 52 comprend égalenent une face interne 52b qui présente la forme d'une rampe conique 30 orientée vers le bas, adaptée pour servir d'appui extreme à la douille de verrouillage 55 et pour transmettre à la pièce 52 les efforts vers le haut subis par ladite douille.
La pièce supérieure 52 comprend enfin un épaulement interne 52c qui présente la forme d'une rampe 35 conique orientée vers le haut, en vue de permettre un accrochage de ladite pièce supérieure 52 sur la douille de verrouillage 55 après rupture des vis de cisaillement 53.
Le déplacement radial des chiens 54 vers leur position d'ancrage et le verrouillsge de ceux-ci dans cette 4n pos,tion sont assur~s par la douille de verroulllage 55 déj~
~.~7;~8~3 ~voqu~e, cette douille étant déplscée longitudinalement b cet effet psr le piston-baladeur sa.
Ladite douille de verrouillage 55 est montée 5 coulissante dans le corps de verrou avec interposition d'un ~oint d'étanch~.té 59 à l'interface douille/pièce infér.eure 51 ; elle possede une came périphérique 56 qui e~t sdaptée pour repousser radialement les chiens 54 vers l'extérieur lorsqu'elle parvient au niveau de ceux-ci.
Cette came 56 possède une face supérieure 56a, qui présente la forme d'une rsmpe conique orientée vers le heut, de facon b pouvoir repousser les chiens 54 lorsqu'elle rentre en contsct avec ceux-ci. De plus, cette I face supérieure 56a est adaptée pour venir en bout de course 15 en appui contre la face interne 52b de la pièce supérieure 52 du corps de verrou, en vue de la transmission à cette dernière des efforts vers le haut subis par la douille 55.
Ladite douille de verrouillage 55 est en outre pourvue d'un épaulement d'sccrochage 55a, situé 8U-20 dessous du niveau de sa came 56 et conjugué de l'épaulementd'accrochage 51b de la pièce 51 de fa~con à pouvoir coopérer avec ce dernier en cas de cisaillement des vis 53 après dégagement vers le haut de la came 56 par rapport aux chiens 54 : la pièce 51 se trouve alors accrochée à la 25 douille 55.
De plus, la douille de verroulllage 55 est extérieurement pourvue en partie haute d'un accrochage périphérique 57, constitué en l'exemple par une bague vissée autour de celle-ci. Cette bague présente une face inférieure 30 conique 57a, adaptée pour pouvoir venir en contact avec l'épaulement interne 52c de la pièce supérieure 52 du corps de verrou, en vue de réaliser un accrochage de ladite pièce supérieure sur ladite douille sprès rupture des vls de cisaillement 53.
Enfin, la douille de verrouillage comprend, dans son al~sage, une rainure circulaire 55b qui~ lors de la mise en place, permet à l'outil de pose de la maintenir (grâce a des chiens de retenue décrits plus loin, que comporte celui-ci). En l'exemple~ cette rainure 55b est ménsgée BU niveau de 4û la came 56 de façon ~ profiter de la surépaisseur conditionnée par celle-ci.
Par ailleurs, le plston-baladeur 58 qui est appel~ à déplacer la douille de verrouillage 55 vers .~a 5 position haute d'ancraqe est formé par un tronçon de tube, adapté pour pouvoir coulisser de façon étanche entre le corps de-vanne ~partie haute du porte-joint 3) et l'extrémité
supérieure du coulisseau 9.
Ce piston-balsdeur 58 est pourvu d'un joint lû d'étanchéité interne 21 ~ l'interfsce coulisseau/piston-baladeur, et d'un joint d'étanch~ité externe 24 b l'interface pi~ton-baladeur/corps de vanne ; ces joints qui limitent en partie haute le volume étanche contenant le-fluide de commande I sont de diam~tres différents de façon à déFinir une surface 15 par laquelle le piston-baladeur est soumis à la pression du fluide de commande en vue d'engendrer son déplacement vers le haut.
Le volume étanche contenant le fluide de commande est par ailleurs limité :
20~ en partie basse, b l'interface coulisseau/corps de vanne, par un joint d'étanchéité
inférieur 22, . et, de part et d'autre de l'arrivée du fluide de commande 3a, 4a, à l'interface mflnchon-25 réceptacle/corps de vanne par les garnitures d'étanchéit~ 15 et 16.
Le coulisseau 9 destiné à repousser l'organe d'obturation 11 vers sa position d'ouverture présente un diamètre externe plus grand au niveau du joint inférieur 22 30 qu'au niveau du joint supérieur 21 : grâce à cette différence de section, ce coulisseau est soumis à la pression du fluide de commande qui tend à le déplacer vers le bas et ~ comprimer son ressort de rappel 10.
Alnsi dans la vanne conforme à l'invention, 35 le fluide de commande agit en premier lieu, sur le piston-baladeur 58 pour tendre à le déplacer vers le haut depuis une position basse où celui-ci se trouve en butée contre un épaulement 3h du porte-joint 3 (figure 2) vers une position haute où ledit piston-baladeur vient en butée contre la 40 saill.e 51c que forme l'extr~mité basse de la pièce 51 ~.~7;~X~
(figure~ 1 ~t 2). Au cours de ~on déplacement, le piston-baladeur repousse la douille de verrouillage 55 amçnant la came 56 de celle-ci ~ manoeuvrer radialement les chiens 54 et 5 ~ les verrouiller.
D'autre partS le fluide de cnmmande agit sur le coulisseau 9 pour tendre à le déplacer vers le bas, depuis une position haute d'obturation (figure 3) où une bague-écrou 19 (solidsrisée audit coulisseau pour servir d'appui au 10 ressort de rappel lû) vient en butée supérieure contre le talon 6a de la chemise de ressort, vers une position basse d'ouverture (figure 1) où ledit coulisseau vient en butée contre le nez de vanne 8a.
La structure de i A vanne conforme ~
15 l'invention ayant été décrite en détail, on va préciser ci-apres les procédures d'Hncrage et de désancrage et décrire les outils correspondants, dits outil de pose et outil de repechage, en référence aux figures 5 à 11.
Les figures S et 6 présentent une vanne 20 conforme à l'invention, accrochée ~ un outil de pose, en vue de sa mise en place odans un puits pétrolier.
Cet outil de pose comprend, en partie haute, - un outil standard de descente au câble 60, connu en soi, qui de façon classique est équipé, d'une part, de doigts 25 d'accrochage 61, d'autre part, diun mandrin inf~rieur 62 (souvent désigné par le terme "prong"). Les doigts 61 ( permettent de suspendre la vanne à l'outil par son profil d'accrochage 52a, cependant que la mandrin 62 a pour fonction de maintenir ouvert l'organe d'obtur~tion 11 pendant la 3û descente afin d'éviter les phénomènes de pistonnage.
L'outil de pose conforme à l'invention est pourvu d'un dispositif d'assurance 63 interposé entre l'outil standard et le mandrin ; ce dispositif d'assurance est fixé à
l'outil standard par l'intermédialre d'une tige télescopique 35 64 qui lui confère une faculté de translation longitudinale vers le haut.
Le dispositif d'assurance comprend un corps central 65 vi~s~ en partie haute sur la tige télescopique 64 et portant en partie basse le mandrin 62 viss~ dans un 40 taraudage conique de celui-ci. Ce corps 65 présente une forme 3~
générsle cylindrique, dans lequel sont ménagés, d'une part~
deux fraisage~ opposés servant cie loge~ent ~ deux chiens de retenue 67 ci-après décrit, d'autre part, deux méplats 5 latéraux 65~ pour autoriser le passage de l'effluent.
Ce corps porte un ressort transversal 66 trsversant une lumière de celui-ci, ressort eux extrémités duquel sont articulés les deux chiens de retenue 67. Ces chiens sont ainsi maintenus ~lastiquement par le ressort 66 10 qui a tendance à les écsrter, chacun d'eux pouvant pivoter autour de son axe d'articulation 68. Comme l'illustre la figure 7, ces axes 68 sont guidés par des glissi~res 65b prstiquées dans le corps 65 de façon à définir une position ( d'écartement maximum lorsque les axes viennent en butée 8U
15 fond des glissières.
Chaque chien 67 possède, en partie haute9 une tête 67a de forme adapt~e pour s'insérer et s'encliqueter dans la rainure 55b de la douille de verrou-llage 55, comme le représente la figure 6.
~n outre, chaque chien 67 possède en partie basse un talon 67b agencé pour se loger dans le coulisseau tubuleire 9 de la vanne. Au voisinage des talons 67b, un autre ressort 69 est prévu entre les deux chiens pour solliciter leurs talons dans le sens de leur écartement.
La mlse en place de la vanne au moyen d'un tel outil de pose est réalisée de la façon suivante.
La vanne étant hors pression, son coulisseau 9 se trouve en position haute par l'~ction du ressort de rappel lû ; de plus, le piston-baladeur 58 et la douille de 30 verrouillage 55 sont en position basse, les chiens 54 de la vanne étant libres de s'effacer. L'outil de pose est introduit dans la vanne par son orifice supérieur : ses chiens de retenue 67a s'effacent au niveau de la douille de verrouillage 55 par l'effet du ressort 66. Lorsque les doigts 61 de l'outil 35 s'accrochent sur le profil d'accrochage 52a de la vanne, les chiens de retenue 67a parviennent au niveau de la rainure 55b de cette douille, et pénètrent et s'encliquettent dans celle-ci sous l'action du ressort 66. Dans cette position schématisée aux figures 5 et 6~ les talons 67b des chiens de 4û retenue sont logés dans le coulisseau 9 de la vanne et ~7~
repoussé5 vers le centre, svec compression du ressort 69. De plus, le mandrin 62 repousse l'organe d'obturation 11 qu'il maintient ouvert.
L'ensemble est alors descendu de fs~on trsditionnelle dans le puits pétrolier, jus~u'b ce que 1A
vanne pénètre dans le msnchon-réceptacle 1 de celu -ci (génralement situé à environ 150 m de la surface). L'effort d'engagement des garnitures d'étancheit~ 15 et 16 est vaincu 10 de façon classique ~ l'Hide d'une coulisse standard, accrochée su-dessus de l'outil de pose pour percuter celu.-ci à la manière d'un marteau. Les chiens 54 de la vanne qui sont flottants s'effacent à l'entrée du manchon-réceptacle.
L'engagement dans le manchon-receptacle se 15 poursuit jusqu'~ ce que la vanne soit arrêtée par l'épaulement d'arrêt lbi du manchon-réceptacle, contre lequel vient en butée l'épaulement d'arrêt 51a de celle-ci (figure 8).
On pressurise alors le circuit de fluide de commande ; l'huile pénètre dans le volume étanche décrit 20 précédemment et monte en pression. Le piston-baladeur 58 de la vanne subit une force vers le haut et monte en repoussant la douille de verrouillage 55 jusqu'à sa position haute. Au cours de son déplacement, la douille manoeuvre les chiens 54 et les verrouille à l'intérieur de la gorge d'ancrage lb comme le 25 montre la figure 6 : la vanne est ancrée.
Il est à noter que, en remontant, la ( douille 55 qui est toujours accrochée aux chiens de retenue 67 du dispositif d'assurance, déplace ce dernier vers le haut par le jeu de la tige télescopique 64.
La pression de l'huile contlnue à monter jusqu'à vaincre la force de rappel du ressort 10 : le coulisseau 9 se déplace alors vers le bas jusqu'à venir en butée contre le nez de vanne 8a ; l'organe d'obturation est repoussé vers 13 position d'ouverture : la vanne est ouverte 35 (position de la figure 1).
~ n fin de course, le coullsseau 9 dégage les talons 67b des chiens de retenue de l~outil et, sous l'act on du ressort 69, ces chiens pivotent autour de leur articulation 68 et leur tête 67a s'efface vers le centre comme 40 l'illustre la figure 8. La dou,lle de verrouillage 55 est 73 ~8~
ainsi libérée de l'outil de pose.
Cet outil de posle peut alors être remonté de Façon traditionnelle (aprb5 dégagement classique des doigts 5 d'accrochage 61 par rapport au profil d'accrochage 52a de la vanne).
- Il est essentiel de soul~gner que l'outil de pose ne rel~che la vanne par effacement des chiens de retenue 67a que lorsque l'&ncrage de celle-ci est réalisé et lû lorsqu'elle se trouve en position d'ouverture totale. A
défaut, les talons 67b des chiens de retenue demeurent enserrés dans le coulisseau, et leur tête 67a reste en prise dans la douille de verrouillage 55 de la vanne.
( Dans le cas où l'une des conditions de 15 fonctionnement correct n'est pas satisfaite (ancrage non réalisé ou ouverture défectueuse), la vanne reste donc accrochée à l'outil de pose et remonte &vec celui-ci.
Cette défaillance peut provenir de multiples causes : détérioration des garnitures d'étanchéité 15 et 16 en 20 cours de descente ou détérioration du manchon-r~ceptacle au niveau desdites gMrnitures (interdisant une mise en pression du volume ~tanche de fluide de la vanne), dépôt dû ~
l'effluent dans la gorge d'ancrage lb, (empêchant la sortie des chiens 54) ~n cas de telles déficiences, la remontée de la vanne est assurée, après dégagement des do gts 61 de ~' l'outil (figure 7), en opérant des percussions vers le haut au moyen de la coulisse. Les chiens de retenue 67 de l'outil demeurant accrochés à la douille de verrouillage 55 30 transrettent ~ ladite douille les efforts vers le haut et amènent la face supérieure 56a de sa came en butée contre la face interne 52b de la pièce supérieure 52 du corps de verrou.
Les chiens 54 de la vanne, mécaniquement repouss~s vers l'extérieur, font point Fixe, de sorte que les coups de 35 coulisse se répercutent sur les vis de cisaillement 53 qui cassent. La douille 55 libérée peut remonter dans le corps de verrou jusqu'à ce que son épaulement d'accrochage 55a vienne en but~e contre l'épaulement conjugué 51b de la pièce 51 du corps de verrou comme l'illustre la figure 9. Les chiens 54 40 sont ~ nouve 8 u libérés et les coups de coulisse ~.~7;~
supplémentsires engendrent une remontée de la vanne dans le manchon-réceptacle 1~ avec d~gagement des garnitures d'étanchéité 15 et 16.
Par ailleurs, la vanne une fois correctement ancre dans le puits pétrolier peut atre refermée de fason classique par une purge volontaire ou accidentelle de 58 ligne de co~mande hydraulique. Elle vient alors dans la position de la figure 3. Le ressort de rappel 10 9 entrainé un déplacement 10 vers le haut du coulisseau 9, libérant l'organe d'obturation 11 lequel se referme sous l'action de son ressort propre 12 aidé par le débit du puits.
Une fois la vanne fermée, le puits ne débite ( plu5, mais les pressions sont équilibrées su-dessus 2t 8U-15 dessous de l'organe 11 tant que le tube de production n'est pas purgé dans son tronçon supérieur. La pression qui règne dans ce dernier agit sur le piston-baladeur 58 qui redescend dans sa position basse ; toutefois9 la douille 55 reste en place grâce à la dureté du joint 59.
2û Lorsque l'on effectue la purge du tronSon supérieur du tube de production, la pression amont du puits s'applique sur la section complète de la vanne ; les chiens 54 de 1R vsnne viennent alors s'appliquer contre la face supérieure conioue de la gorge d'ancrage lb, ce qui 25 conditionne un effet de verrouillage de la douille 55 d'autant plus puissant que la pression du puits est élevée : la vanne bénéficie d'un auto-verrouillage proportionnel à la pression du puits.
La réouverture de la vanne est réalisée en 30 mettant à nouveau en pression la ligne de commande hydraulique : le piston-baladeur 58 remonte contre la douille 55 et contre sa butée 51c et l'ouverture se produit comme précédemment expl qué par déplacement du coulisseau 9 vers le bas sous la pression du fluide de commande.
Par ailleurs, le désancrage et la remontée de la vanne conforme à l'invention peuvent être réalisés au moyen d'un outil de repêchaqe tel que schématisé à la figure 10 Cet outil de repêchage comprend en partle haute un outil standard de descente au câble 70, identique à
40 l'outil standard 60 de l'outil de pose. Cet outil standard 7n ~.~732~3~
est ~quipé, d'une psrt, de doigts d'accrochsge 71 adaptés pour coopérer avec le profil d'accrochage 52a de la vanne, d'autre part, d'un manchon inférieur 72 ("prong") propre à maintenir 5 ouvert l'organe d'obturation 11 de la vanne pendant 18 descente.
~ L'outil de rep~chage conforme à l'invention est pourvu d'une tête d'appui 73 interposée entre l'outil standard 70 et le manchon 72. Cette tête est vissée psr un 10 filetage conique sous l'outil standard et porte le mandrin 72, lequel est vissé dans celle-ci par un filetsge conique.
L H dite t^ete 73, de forme générale cylindrique, possède une face inférieure 73a apte b venir au ( contact de l'extrémité haute de la douille de verrouillage 55 15 de la vanne.
La ligne de commande hydraulique étant purgée, on percute l'outil vers le bas au moyen d'une coulisse classique pour repousser la douille de verrouillage 55 vers le bas par l'action de la tête d'eppui 73 et pour engager les 20 doigts 71 de l'outil dans le profil d'accrochage 52a de la vanne. La douille de verrouillage descend jusqu'à venir en butée contre le piston-baladeur 58, lui-même en butée contre l'épaulement 3b du porte-joint 3 : les chiens 54 de la vanne sont libérés et peuvent s'effacer vers l'intérieur.
On engendre alors des percussions vers le haut sur l'outil qui, par l'entremise des doigts d'accrochage 71, entraîne un déboîtement des garnitures d'étanchéité 15 et 16, la vanne étant ensuite remontée au câble.
Dans le cas où la ligne de commande 30 hydraulique s'avèrerait impossible à purger, il n'est plus poss,ble d'accrocher les doigts 71 de l'outil au profil d'accrochage 52a de 18 vanne, puisque la douille 55 est maintenue en position haute par la pression.
On utilise alors pour r~aliser le désancrage, l 35 une procédure de secours au moyen de l'outil précédent dans lequel la tête 73 a été retirée ~figure 11), le mandrin 72 étant directement vissé sous l'outil standard 70. (A cet effet, le taraud3ge de la tête 73 est identique à celui de l'outil standard pour permettre d'effectuer cette 40 modification).
~ ~73 ~8~3 L'outil ainsi modifié peut s'accrocher par ses doigts 71 sur le profil d'accrochsge 52a de la vsnne, même 8i la douille 55 se trouve bloqu~e en position hsute. Après 5 obtention de cet accrochage, on tape vers le haut b l'aide de la coulisse jusqu'b cisailler les vis 53, comme l'illustre la fiqure 11.
La pièce supérieure 52 du corps de verrou est alors libérée et remonte avec l'outil 70 jusqu'à ce que son 10 épaulement interne 52c vienne en butée contre la bsgue supérieure 57 de la douille de verrouillage 55. Cette douille se d~place alors b son tour vers le haut jusqu'~ ce que ~on épaulement d'accrochage 55a vienne en butee contre ( l'épaulement conjugué 51b de la pièce inférieure 51 du corps 15 de verrou.
Dans cette position, les chiens 54 de la vanne sont libéres et l'ensemble peut remonter sous l'effet des chocs vers le haut de la coulisse : les garnitures d'étancheité 15 et 16 se dégagent du manchon-réceptacle 1 et 20 la vanne remonte dans le puits ~les différentes pièces du verrou se trouvant sccrochées les unes aux autres : pièce inférieure 51 accroch~e à la douille 55, douille 55 accrochée à la pièce supérieure 52, pièce sup~rieure 52 accrochée b l'outil ).
Claims (10)
1. Vanne de sécurité destinée à être insérée dans un tube de production de puits pétrolier pour ouvrir ou fermer ledit tube, ladite vanne comprenant:
un corps de vanne de forme générale tubulaire;
un organe mobile d'obturation, situé en partie basse dudit corps et sollicité vers une position de fermeture;
un coulisseau tubulaire agencé pour pouvoir coulisser longitudinalement à l'intérieur du corps de vanne en vue d'engendrer dans son mouvement descendant une ouverture dudit organe d'obturation;
un ressort de rappel disposé dans un logement annulaire situé entre le coulisseau et le corps de vanne, de façon à solliciter ledit couliseau vers une position haute correspondant à une fermeture de l'organe d'obturation;
des moyens de déplacement hydraulique dudit coulisseau vers le bas, comportant une arrivée de fluide de commande à travers le corps de vanne et un volume étanche entre le coulisseau et le corps destiné à recevoir le fluide de commande, le coulisseau présentant une différence de section soumise à une pression dudit fluide contenu dans ledit volume étanche de façon à subir un effort vers le bas lorsque ledit volume est en pression;
un système d'ancrage situé en partie haute du corps de vanne et adapté pour assujettir ledit corps de vanne dans un manchon-réceptacle logé dans le tube de production, ledit système comprenant des chiens mobiles radialement pour pouvoir pénétrer dans une gorge d'ancrage du manchon-réceptacle, un piston-baladeur tubulaire monté
coulissant dans le corps de vanne et présentant une surface soumise à la pression du fluide de commande de façon à subir un effort vers le haut lorsque ledit fluide de commande est en pression, et une douille de verrouillage monté au-dessus du pistion-baladeur en vue de pouvoir être repoussée vers le haut par ledit piston-baladeur, ladite douille possédant une came périphérique pour repousser lesdits chiens dans ladite gorge d'ancrage quand ladite came atteint le niveau desdits chiens durant son parcour jusqu'à une position d'ancrage; et des garnitures d'étanchéité, inférieure et supérieure, disposés autour du corps de vanne en vue d'assurer une étanchéité à l'interface entre ledit corps de vanne et le manchon-réceptacle à des niveaux situés au-dessous et au-dessus de ladite arrivée du fluide de commande;
ledit piston baladeur étant monté coulissant dans ledit corps de vanne de manière a pouvoir coulisser librement dans ledit corps de vanne entre une position d'arrêt basse et une position d'arrêt haute, ledit piston-baladeur étant seulement soumis au fluide de commande en absence d'un blocage mécanique disposé le long de son parcours;
ladite douille de verrouillage étant montée coulissante dans ledit corps de vanne indépendamment dudit piston-baladeur de manière que ledit piston-baladeur exerce seulement une pression vers le haut sur ladite douille de verrouillage sans commander ledit piston-baladeur lorsque ledit piston-baladeur est dans ladite position d'arrêt haute;
ledit corps de vanne ayant sur sa surface périphérique un épaulement d'arrêt apte à coopérer avec des moyens d'arrêt dudit manchon-réceptacle dans ladite position d'ancrage, ledit corps de vanne ayant une portion qui présente un diamètre qui est inférieur à celui de sa portion située au-dessous dudit épaulement d'arrêt de manière à
permettre une entrée dudit corps de vanne dans ledit manchon-réceptacle lorsque ledit épaulement d'arrêt vient en contact avec lesdits moyens d'arrêt dudit manchon-réceptacle.
un corps de vanne de forme générale tubulaire;
un organe mobile d'obturation, situé en partie basse dudit corps et sollicité vers une position de fermeture;
un coulisseau tubulaire agencé pour pouvoir coulisser longitudinalement à l'intérieur du corps de vanne en vue d'engendrer dans son mouvement descendant une ouverture dudit organe d'obturation;
un ressort de rappel disposé dans un logement annulaire situé entre le coulisseau et le corps de vanne, de façon à solliciter ledit couliseau vers une position haute correspondant à une fermeture de l'organe d'obturation;
des moyens de déplacement hydraulique dudit coulisseau vers le bas, comportant une arrivée de fluide de commande à travers le corps de vanne et un volume étanche entre le coulisseau et le corps destiné à recevoir le fluide de commande, le coulisseau présentant une différence de section soumise à une pression dudit fluide contenu dans ledit volume étanche de façon à subir un effort vers le bas lorsque ledit volume est en pression;
un système d'ancrage situé en partie haute du corps de vanne et adapté pour assujettir ledit corps de vanne dans un manchon-réceptacle logé dans le tube de production, ledit système comprenant des chiens mobiles radialement pour pouvoir pénétrer dans une gorge d'ancrage du manchon-réceptacle, un piston-baladeur tubulaire monté
coulissant dans le corps de vanne et présentant une surface soumise à la pression du fluide de commande de façon à subir un effort vers le haut lorsque ledit fluide de commande est en pression, et une douille de verrouillage monté au-dessus du pistion-baladeur en vue de pouvoir être repoussée vers le haut par ledit piston-baladeur, ladite douille possédant une came périphérique pour repousser lesdits chiens dans ladite gorge d'ancrage quand ladite came atteint le niveau desdits chiens durant son parcour jusqu'à une position d'ancrage; et des garnitures d'étanchéité, inférieure et supérieure, disposés autour du corps de vanne en vue d'assurer une étanchéité à l'interface entre ledit corps de vanne et le manchon-réceptacle à des niveaux situés au-dessous et au-dessus de ladite arrivée du fluide de commande;
ledit piston baladeur étant monté coulissant dans ledit corps de vanne de manière a pouvoir coulisser librement dans ledit corps de vanne entre une position d'arrêt basse et une position d'arrêt haute, ledit piston-baladeur étant seulement soumis au fluide de commande en absence d'un blocage mécanique disposé le long de son parcours;
ladite douille de verrouillage étant montée coulissante dans ledit corps de vanne indépendamment dudit piston-baladeur de manière que ledit piston-baladeur exerce seulement une pression vers le haut sur ladite douille de verrouillage sans commander ledit piston-baladeur lorsque ledit piston-baladeur est dans ladite position d'arrêt haute;
ledit corps de vanne ayant sur sa surface périphérique un épaulement d'arrêt apte à coopérer avec des moyens d'arrêt dudit manchon-réceptacle dans ladite position d'ancrage, ledit corps de vanne ayant une portion qui présente un diamètre qui est inférieur à celui de sa portion située au-dessous dudit épaulement d'arrêt de manière à
permettre une entrée dudit corps de vanne dans ledit manchon-réceptacle lorsque ledit épaulement d'arrêt vient en contact avec lesdits moyens d'arrêt dudit manchon-réceptacle.
2. Une vanne de sécurité selon la revendication 1, comprenant un joint d'étanchéité interposé entre ladite douille de verrouillage et ledit corps de vanne pour maintenir, par sa rigidité, ladite douille de verrouillage en place.
3. Une vanne de sécurité selon la revendication 1, dans laquelle lesdits chiens mobiles comprenant plusieurs dés chanfreinés répartis dans des lumières de guidage dudit corps de vanne, chacun desdits chiens ayant un épaulement propre à éviter son échappement couplet vers l'extérieur dudit corps de vanne.
4. Une vanne de sécurité selon la revendication 1, dans laquelle lesdites garnitures d'étanchéité, inférieur et supérieur, sont situées immédiatement au-dessus et au-dessous d'une entrée dudit fluide de commande pénétrant directement à l'intérieur dudit corps de vanne entre ledit corps de vanne et ledit coulisseau tubulaire, ledit volume étanche contenant ledit fluide de commande, étant entièrement situé entre ledit corps de vanne et ledit coulisseau tubulaire, ledit volume étanche étant limité en partie haute par un premier joint d'étanchéité situé sur la surface extéxieure dudit piston-baladeur, à l'interface dudit piston-baladeur et dudit corps de vanne, et par un second joint d'étanchéité de diamètre plus faible que celui du premier joint d'étanchéité, situé sur la surface interne dudit piston-baladeur, à l'interface dudit piston-baladeur et dudit coulisseau tubulaire, ledit coulisseau tubulaire ayant une hauteur suffisante pour couvrir, au moins partiellement, ledit piston-baladeur à chacune des positions dudit piston-baladeur par rapport audit corps de vanne.
5. Une vanne de sécurité selon la revendication 1, dans laquelle ledit corps de vanne est constitué en partie haute par un corps de verrou tubulaire vissé sur un tronçon contigu inférieur dudit corps de vanne, ledit piston-baladeur étant monté coulissant dans ledit tronçon contigu inférieur, une extrémité basse du corps de verrou formant intérieurement une saillie de butée du piston-baladeur en position haute, ladite douille de verrouillage étant montée coulissante dans ledit corps de verrou de façon à pouvoir reposer contre une extrémité supérieure dudit piston-baladeur.
6. Une vanne de sécurité selon la revendication 3, dans laquelle ledit corps de verrou est composé de deux pièces tubulaires assemblées dans un prolongement de l'un vers l'autre par des vis de cisaillement permettant de libérer lesdites pièces, une desdites pièces, qui est inférieure à l'autre, contenant lesdits chiens, l'autre pièce,qui est supérieure, étant dotée en partie haute d'un profil d'accrochage d'un outil de pose.
7. Une vanne de sécurité selon la revendication 6, dans laquelle ladite pièce supérieure dudit corps de verrou est dotée d'une face interne agencée pour pouvoir servir d'appui à une face supérieure de la came de ladite douille de verrouillage afin de transmettre à ladite pièce supérieure des efforts vers le haut subis par ladite douille de verrouillage.
8. Une vanne de sécurité selon la revendication 6, dans laquelle ladite douille de verrouillage est pourvue d'un épaulement d'accrochage situé au-dessous de la came; la pièce inférieure dudit corps de verrou est dotée intérieurement, au-dessous des chiens, d'un épaulement d'accrochage conjugué à celui de la douille, lesdits épaulements d'accrochage étant agencés pour pouvoir coopérer après dégagement vers le haut de ladite came par rapport aux chiens, en vue de réaliser un accrochage de la pièce inférieure sur la douille.
9. Une vanne de sécurité selon la revendication 6, dans laquelle ladite douille de verrouillage est pourvue extérieurement en partie haute un accrochage périphérique, adapté pour pouvoir venir en contact avec un épaulement interne prévu dans ladite pièce supérieure dudit corps de verrou, en vue de réaliser un accrochage de ladite pièce supérieure sur ladite douille après rupture desdites vis de cisaillement.
10. Une vanne de sécurité selon la revendication 1, dans laquelle ladite douille de verrouillage comprend un alésage définissant une rainure dans laquelle des chiens de retenue équipant un outil de pose peuvent être insérés.
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