CA1336882C - Vanne a chemise coulissante pour la production de puits fores dans le sol - Google Patents
Vanne a chemise coulissante pour la production de puits fores dans le solInfo
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- CA1336882C CA1336882C CA 589342 CA589342A CA1336882C CA 1336882 C CA1336882 C CA 1336882C CA 589342 CA589342 CA 589342 CA 589342 A CA589342 A CA 589342A CA 1336882 C CA1336882 C CA 1336882C
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- E21B43/14—Obtaining from a multiple-zone well
Abstract
L'invention concerne une vanne à chemise coulissante comportant un corps extérieur cylindrique adapte à s'intercaler dans un tubage, une allonge intérieure à ce corps, une chemise coulissant entre le corps et l'allonge, et permettant la modification de l'ouverture d'orifices mettant en communication l'intérieur et l'extérieur de la vanne, une chambre de poussée délimitée par le corps, l'allonge et une extrémité de la chemise, la chambre étant reliée a des moyens de commande hydraulique, tels qu'une ligne reliée à un générateur hydraulique. Cette vanne est notamment caractérisée en ce qu'elle comporte en outre des moyens de rappel, tels qu'un ressort, agissant sur ladite chemise, les moyens de commande hydraulique tendant à déplacer ladite chemise à partir d'une position initiale, contre l'action des moyens de rappel, de manière à modifier l'ouverture des orifices, les moyens de rappel étant adaptes à ramener la chemise dans la position initiale en l'absence d'une action suffisante desdits moyens de commande hydraulique.
Description
La présente invention concerne une vanne utiLisable pour equiper les tubages de puits forés dans le sol, notamment les puits horizontaux.
Cette vanne permet notamment d'effectuer d'une manière simple la production sélective de formations géologiques ou de zones de productions traversées par le tubage à l'aide d'un nombre tres réduit de lignes de commande. Cette réduction du nombre de lignes est particulièrement avantageuse : au niveau de la traversée par les lignes des joints d'étanchéité, ces joints pouvant etre du type "packer" ; du point de vue de l'encombrement des lignes le long du tubage notamment à sa periphérie, et aussi pour la réduction des coûts de mise en place de ces lignes.
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Cette vanne permet notamment d'effectuer d'une manière simple la production sélective de formations géologiques ou de zones de productions traversées par le tubage à l'aide d'un nombre tres réduit de lignes de commande. Cette réduction du nombre de lignes est particulièrement avantageuse : au niveau de la traversée par les lignes des joints d'étanchéité, ces joints pouvant etre du type "packer" ; du point de vue de l'encombrement des lignes le long du tubage notamment à sa periphérie, et aussi pour la réduction des coûts de mise en place de ces lignes.
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- 2 - 1336882 L'invention s'applique avantageusement a la production de puits horizontaux. En effet, particulièrement en forage pétrol;er, la production d'un puits provoque un déplacement des differentes nappes de liquides de la zone de production appelé effet de cône (en anglais 5 "coning"). En production dans des puits hor;zontaux, la venue de liquides indésirables, tels que l'eau, s'effectue en general irregulièrement le long du puits, tant et si bien qu'une grosse partie du liquide recherché, tel que l'huile, n'est pas extraite des formations.
Pour pallier cet inconvénient, d'une part on réalise plusieurs zones de pro~uction que l'on equipe de moyens, t,els des vannes, permettant d'en régler le débit et d'autre part on contrôLe notamment la qualite et la quantite des fluides provenant de chacune des zones de 15 production. Ce contrôle peut être effectue par des ;nstruments, tels des débimetres et des instruments de mesure phys;que et/ou ch;m;que des fluides, disposés par exemple le long du puits ou du tubage suivant chacune des zones de production.
20 L' invention fournit une vanne à chemise coulissante pour la production de puits forés dans le sol, incluant un corps extérieur cylindrique adapte a s'intercaler dans un tubage, une allonge intérieure à ce corps, une chemise coulissant entre le corps et l'allonge, et permettant la modification du degré d'ouverture d'orifices 25 mettant en communication l'intérieur et l'extérieur de la vanne, une chambre de poussée délimitée par le corps, l'allonge et une extrémité de la chemise, la chambre étant reliée à des moyens de commande hydraulique.
Cette vanne est notamment caractérisée en ce qu'elle inclut en outre des moyens de rappel agissant sur la chemise, les moyens de commande hydraulique tendant à
déplacer la chemise à partir d'une position initiale, contre ~ .
l'action des moyens de rappel, de manière à modifier le degré d'ouverture des orifices, les moyens de rappel étant adaptés à ramener la chemise dans la position initiale en l'absence d'une action suffisante des moyens de commande hydraulique.
La vanne pourra comporter une chemise de sécurité commandée mécaniquement par l'intérieur du tubage et adaptée à
modifier l'ouverture des orifices.
Les moyens de commande hydraulique peuvent comprendre par exemple une ligne reliée à un générateur hydraulique, et les moyens de rappel peuvent être constitués d' un ressort.
L';nvention pourra etre bien compr;se et tous ses avantages apparaîtront cla;rement 3 la lecture de la descr;ption qu; su;t dont un exemple de realisation est illustre par les fiqures annexées parmi lesquelles :
- la figure 1 represente en coupe un puits equ;pe du dispositif selon l'invention, au cours de l'etape precédant la connexion, - la figure 2 montre en detail une vanne hydraulique sélective, a chemise coulissante utilisee dans un dispositif selon l'invention, et - la figure 3 montre schematiquement un dispositif selon l'invention comportant des outi(s et/ou instruments hydrauliques.
Sur la figure 1 le pu;ts, comportant une partie fortement inclinée sur la verticale, voire horizontale, et equipe d'un dispositif selon l'invention, est exploite à partir de la surface du sol. Ce puits 1 comporte sur une certaine longueur un cuvelage Z a l'interieur duquel se trouve un tubage 3 et un conduit 4, qu; traverse des format;ons geolog;ques dont on veut produire des fluides.
n - 3a -De manière a produire selectivement des fluides des formations geologiques, suivant des zones dites de pr,oduction 30, 31, 3Z, 33, on dispose, d'une part, entre le cuvelage 2 et les formations des moyens d'étancheite 7, 8, 9 du type packer et, d'autre part, entre le cuvelage 2 et le premier tubage 3 et le conduit 4 des moyens n ~
-~ 4 ~ 1336882 sont situés respectivement sensiblement au droit des joints les 7, 8, 9 et sont par exemple du type packer double.
Chacune des zones de production 30, 31, 32 communique avec des zones intérieures au cuvelage 2 par des orifices 13, 15, 17 respectivement.
On peut faire communiquer cette zone à volonté avec l'intérieur du premier tubage 3 par des vannes de circulation, telles des vannes à
chemises coulissantes 14, 16, 18 respectivement.
En production, Les vannes 14, 16, 18 sont normalement dotees de clapets anti-retour empechant la circulation de fluide du tubage vers les formations, mais on pourra très bien supprimer ces clapets, lorsque, par exemple, on voudra proceder a la fracturation d'une zone.
L'extrémité inférieure du conduit 4, comportent une vanne 11 pouvant etre commandee à distance, telle qu'une vanne à chemise coulissante semblable aux vannes 14, 16, 18 et permettant de mettre en communication la partie inférieure 33 du puits 1 avec le tubage 3 et le conduit 4, soit pour produire les fluides du fond du puits (par le conduit 4), soit pour les besoins de l'exploitation normale du puits.
Le conduit 4 relie au tubage 3 par l'élément de liaison hydraulique 12 comporte, si besoin est, disposée a la profondeur requise, une pompe 19 de circulation qui aspire le fluide des formations et le refoule à
la surface du sol par la bouche 20. La pompe 19 peut etre une pompe hydraulique, électrique ou mécanique, telle le plongeur d'une pompe à
tige et balancier. La position de la pompe 19 dans le puits pourra etre situee sensiblement au dessous du niveau dynamique d'une formation en production. Selon l'invention le sens de circulation du fluide de la pompe peut être unique et ascendant.
L'extrémité interieure et inférieure du tubage 3 comporte un premier organe de connexion 10 relie par des lignes électriques 40 à des instruments et/ou outils 34, 35, 36, 37 disposes dans chacunes des - 5 ~ 1336882 zones de production 30, 31, 32, 33.
Ce premier organe de connexion 10 est adapté à cooperer avec un deuxième organe de connexion 21 reLié à la surface du sol par un câble 5 de transmission 22. Ce deuxieme organe de connexion 21 est introduit dans le tubage 3 a sa partie superieure, puis est déplace jusqu'au deuxième organe de connexion 10 pour établir la coopération de ces derniers.
10 Le deuxième organe de connexion 21 peut comporter une barre de charge 21a qui permet la descente par gravite du ce deuxième organe 21, notamment pour les puits verticaux ou faiblement dévies de la verticale. Cet organe 21 peut aussi comporter des garnitures adaptées à coopérer avec l'intérieur du tubage 3, notamment pour les puits 15 fortement déviés de la verticale voire horizontaux ou encore remontant, afin de réaliser une etancheité et ainsi mouvoir cet organe 21 par un pompage hydraulique produit, soit par la station 29 qui est reliee au tubage 3 par une canalisation 28, soit par la pompe de circulation 19 située dans le conduit 4.
L'extrémite du tubage comporte un canal 12a, situe en dessous de la liaison hydraulique 12 et qui permet une circulation de fluide, cette liaison hydraulique etant adaptée à permettre l'evacuation des boues ou autres sediments et étant egalement adaptee a permettre 25 l'élimination du fluide present entre les premier 10 et deuxième 21 organes, notamment lors de leur connexion, et grâce à une section convenable. La liaison hydraulique 12 est aussi adaptee à permettre l'amortissement de l'inertie du deuxième organe 21 au cours de sa connexion avec le premier organe 10.
Pour réaliser la descente du deuxième organe 21 de connexion par un pompage hydraulique d'un fluide, tel une huile dégazee, l'extremité
superieure du tubage 3 comporte un presse-étoupe 23 au travers duquel passe le c3ble de transmission 22 avant d'etre renvoye par deux `- 1336882 poulies 24, 25 vers le treuiL 26 commandé par le poste 27.
Lorsque l'on effectue la production d'un puits 1, tel celui foré dans des formations géologiques comportant des hydrocarbures, le puits 1 est equipe d'au moins un tubage 3 et un conduit 4 pour des raisons de sécurité, de manière à éviter une circulation de fluide entre le cuvelage 2 et Le tubage 3. Ainsi, lorsque l'on déplace le deuxieme organe 21 de connexion, le fluide présent sous celui-ci remonte par le conduit 4. On ne sortira pas du cadre de l'invention, notamment lors de la production a partir d'un puits, en reliant la liaison hydraulique 12 à l'espace annulaire situé entre le tubage 3 et le cuvelage Z et en supprimant le conduit 4.
Le deuxième organe 10 de connexion est relie aux instruments de mesures 34, 35, 36, 37 respectivement, disposes dans les zones de complétion 30, 31, 3Z, 33, au moyen des lignes electriques 38, 39, 40, 41. Ces instruments 34, 35, 36, 37 sont adaptés a mesurer le debit de fluide traversant les vannes 14, 16, 18, 11 respectivement, la température et la pression des fluides dans chacunes des zones de completion 30, 31, 32, 33 respectivement. On pourra, de la même manière que l'on effectue les mesures de pression, de débit et de temperature, effectuer toutes autres sortes de mesures physiques et/ou chimique et/ou physico-chimique, telles que la résistivité des fluides des zones de production. En réalisant la liaison électrique entre les appareils de mesures et la surface, il est possible d'obtenir a tout moment et en temps reel les caractéristiques des fluides de chacune des zones et ainsi établir au mieux un programme de production en intervenant sur les vannes 14, 16, 18, 11 de chacune des zones. Par exemple, lorsque le câble de transmission ne comporte qu'un seul conducteur, on pourra utiliser un dispositif multiplex pour regrouper les informations p~ovenant des instruments de mesure.
` ~ 1336882 Les vannes 14, 16, 18 sont sélectivement commandées depuis la surface du sol, soit par des outils à cles (21, 21a), soit par une commande hydraulique. Ces outils à clés sont manies au câble pour les puits verticaux ou faiblement deviés, ou avec des moteurs hydrauliques pour les puits admettant une circulation hydraulique, telle qu'on le pratique avec la technique dite T.F.L. (de l'anglais "Through Flow Line"), ou tout autre moyen, tel celui de la demande de brevet ~AnA~i~ 575.162 du 19 août 1988.
La figure 2 montre en détàil une vanne 45 hydraulique à chemise coulissante 46, 47 adaptée à la production selective d'un puits selon l'invention. Cette vanne 45 permet de mettre en communication ou non l'exterieur et l'interieur du tubage.
Une ligne hydraulique 49, assurant la source d'énergie des élements de puissance, tels de élements similaires a la vanne 45, communique par un branchement 50 avec la vanne 45. Sur ce branchement 50 sont ~' .
disposés des moyens de distribution, tels une electrovanne 51, reliés par un câble électrique 48 à la prise 10 placee à l'extrémité
inférieure du tubage 3 (figure 1).
Cette électrovanne 45 assure l'ouverture et la fermeture de lacommunication entre la ligne hydraulique 45 et la chambre 52 de poussée hydraulique de la chemise coulissante hydraulique 46.
La vanne 45 comporte un corps 53 exterieur cylindrique intercalé dans le tubage 3 grâce à un raccord conique femelle 54 et un raccord conique mâle 55 respectivement disposes en haut et en bas de la vanne.
Dans ce corps 53 réalisant l'enveloppe exterieure de la vanne sont disposes, sensiblement dans le même plan perpendiculaire à l'axe du tubage, quatre orifices 56 obturables modifiant la communication entre l'interieur et l'extérieur du tubage.
.
L'obturation des orifices 56 est réalisée au moyen du coulissement de la chemise hydraulique 46 ou de la chemise de sécurité 47.
Une allonge 57, séparant les chemises 46 et 47, définit avec la chemise hydraulique 46 et le corps 53 la chambre 52 hydraulique de poussée, et assure le guidage des chemises 46 et 47.
ZS La chemise hydraulique 46 coulisse entre deux positions extrêmes définies d'une part par la cooperation d'une butée d'ouverture 58 avec l'embout superieur 59 de la chemise hydraulique 46, et d'autre part par la coopération d'un talon 60 d'une rainure 61 pratiquée à la partie inférieure de la chemise hydraulique 46 avec le talon 62 de la clavette 63. La clavette 63 est solidaire de l'allonge 57 et en cooperant avec la rainure 61 positionne en rotation la chemise hydraulique 46 par rapport au corps 53 de la vanne.
Un ressort de rappel 64, coopérant avec l'embout inférieur 65 de la chemise hydraulique 46 et un epaulement 66 de l'allonge 57, assure le retour à la position repos de la chemise hydraulique 46 lorsque la pression à l'interieur de la chambre de poussée 52 devient inférieure à une valeur prédéterminée.
L'espace cylindrique 67 défini par l'epaulement 66, l'embout inférieur 65, le corps 53 et l'allonge 57, et dans lequel est placé Le ressort 64, débouche à l'interieur du tubage par un orifice 68 inférieur de circulation et par un orifice 69 supérieur de circulation, une gorge 70 et des ajourages pratiqués dans la chemise 47 de sécurité, de manière à permettre une circulation de fluide et à éviter le colmatage du ressort 64. Au lieu de faire déboucher cet espace cylindrique 67 dans l'intérieur du tubage, on pourra connecter cet espace 67 avec une chambre de compensation remplie avec un fluide restant propre, tel de l'huile.
A l'intérieur de l'allonge cylindrique 57, coulisse La chemise 47 de securité, entre deux positions definies par la coopération d'une Lame élastique 71 comportant un ergot avec deux rainures annulaires intérieures 72, 73 usinées dans l'allonge 57 et assignant a la chemise 47 une position haute et une position basse correspondant respectivement à l'ouverture et la fermeture des orifices 56.
La chemise 47 de sécurité est commandée par un siège de clé 74 adapté
à coopérer avec la pene d'un outil circulant dans le tubage. La partie superieure 75 du corps 53 de vanne, comporte au niveau de la chemise 47 de sécurité un chanfrein 76 adapté au dégagement du pène. La chemise 47 est positionnée en rotation par rapport au corps 53 au moyen d'un ergot 77 solidaire de l'aLLonge 57 et coopérant avec une rainure 78 pratiquée dans La chemise 47.
L'extrémité inférièure de La vanne 45 comporte un embout 79 fixé au corps 53 par un fiLetage 80, L'embout étant muni du raccord conique mâLe 55.
- 10 - 13~6882 Sur le figure 2, la vanne 45 est représentée "normalement ouverte", c'est-à-dire que lorsque la pression du fluide agissant sur la chemise 46 hydraulique est inférieure à une valeur déterminee, les orifices disposes dans le corps de vanne ne sont pas obstrués par la chemise 46 du fait de la force de rappel du ressort 64 qui fait coopérer la butée d'ouverture 58 avec l'embout superieur 59 de la chemise hydraulique 46.
On ne sortira pas du cadre de l'invention en realisant et en utilisant une vanne "normalement fermée". Pour cela, il suffit par exemple de relever les orifices pratiques dans la chemise hydraulique 46 d'une manière telle que, lorsque la butée d'ouverture 58 coopère avec l'embout supérieur 59, les orifices 56 sont obstrués au niveau de la chemise hydraulique 46 et de manière que lorsque le talon 60 de la rainure 61 coopère avec le talon 62 de la clavette 63, les orifices 56 sont libres au niveau de la chemise hydraulique 46.
La chambre de poussée 52 correspond a un reservoir adapté à contenir une masse variable de fluide hydraulique.
La fermeture des orifices de la vanne 45 s'effectue en commandant par la ligne électrique 48 l'ouverture des moyens de distribution 51, en mettant une pression adaptée dans la ligne 49, de manière 3 créer un écoulement de fluide dans un premier sens et faire ainsi descendre la chemise 46.
Pour immobiliser la chemise 46 dans les positions où les orifices sont ouverts ou fermes, quelle que soit la pression dans la ligne 49, on ferme les moyens de distribution 51.
L'ouverture des orifices de la vannes 45 s'effectue en ouvrant les moyens de distribution 51, de manière à mettre en communication la chambre de poussee 52 avec la ligne hydraulique et en mettant une pression adaptée dans la ligne 49, de manière à créer un écoulement de fluide dans un deuxième sens opposé au premier sens et faire ainsi remonter la chemise 46, cette pression étant inférieure à la pression de fermeture des orifices.
La figure 3 montre shematiquement un dispositif comportant des outils et/ou instruments hydrauliques 81, 82, 83 disposés sur un tubage 90 placé dans le puits 1, le dispositif étant notamment adapté à la production sélective de differentes zones, telles les zones 30, 31, 32, 33 de la figure 1 ou 84, 85, 86 de la figure 3. Ces outils et/ou instruments peuvent être, par exemple des vannes illustrées par la figure 2. Les zones 84, 85, 86 sont respectivement délimitées par des éléments d'étanchéités 87-88, 88-89, 89 et le fond du puits.
Le dispositif comporte une première ligne 91 et eventuellement une deuxième ligne hydraulique 92, ces lignes étant reliees aux outils et/ou instruments par des branchements 93, 94 respectivement. Sur les branchements 93 de la première ligne hydraulique 91 sont disposes des moyens de distribution.
Des moyens de distribution des branchements 93 sont commandés par une ligne électrique 95 reliée à un premier organe 96 de connexion electrique dispose à la partie inférieure et intérieure du tubage et adapté à cooperer avec un deuxième organe de connexion électrique complémentaire relié à la surface du sol par un câble de transmission 22 (figure 1). Tout comme les moyens de distribution sont commandes par une ligne électrique 95, on pourra commander ces moyens par des lignes de commande hydraulique reliées, par exemple, à un organe de connexion de commande hydraulique.
La premiere ligne 91 et éventuellement la deuxième ligne hydraulique 92 sont reliees à génerateur d'énergie hydraulique disposé soit à la surface du sol, soit au voisinage des outils et/ou instruments.
Le câble de transmission pourra comporter une ligne électrique de -puissance permettant d'alimenter un genérateur d'énergie hydraulique disposé au voisinage des outils et/ou instruments.
La première ligne 91 et éventuellement la deuxieme ligne hydraulique 92 pourront etre reliees à un organe de connexion hydraulique disposé
à l'intérieur du tubage à sa partie inférieure, de la même manière que la ligne électrique 95 est reliee à l'organe de connexion électrique, cet organe de connexion hydraulique coopérant avec un organe complémentaire relié à la surface du sol par une canalisation hydraulique.
Ces organes de connexion hydrauliques et électriques pourront etre associes dans une meme organe de connexion, et de meme ces lignes hydrauliques et électriques pourront etre associées dans une meme ligne.
Pour commander hydrauliquement et sélectivement, par deux sens de circulation de fluide, au moins deux outils et/ou instruments 81, 82, 83 à l'aide seulement d'une ligne hydraulique, on utilise des outils et/ou instruments pourvus de moyens de rappel permettant de revenir dans une position initiale lorsque la pression a décru et on utilise des moyens de distribution disposés sur des branchements 93 de la premiere ligne 91 hydraulique avec les outils et/ou instruments.
Pour mettre en action un premier outil et/ou instrument :
- on ferme les moyens de distribution du deuxième desdits deux outils et/ou instruments ou des autres outils et/ou intruments de manière à
réduire, voire stopper, une circulation de fluide dans le branchement du deuxième outil et/ou instrument, - on ouvre les moyens de distribution du premier outil et/ou instrument de maniere à accroitre, la circulation de fluide dans le branchement du premier outil et/ou instrument, et - on met une pression dans la première ligne 91 hydraulique de manière à créer, dans le branchement du premier outil et/ou instrument, un écoulement du fluide allant dans un premier sens.
Lorsque L'on veut stopper l'ecoulement de fluide, comme cela peut-être le cas pour verrouiller une vanne, on ferme les moyens de distribution du premier outil et/ou instrument.
Pour produire un écoulement dans le branchement du premier outil et/ou instrument suivant un deuxième sens, opposé au premier sens, et de cette manière manoeuvrer le premier outil et/ou instrument, on ouvre les moyens de distribution du premier outil et/ou instrument, on relâche la pression dans la première ligne hydraulique.
En produisant selectivement un écoulement dans le branchement d'un outil et/ou instrument, suivant deux sens, il est ainsi possible de manoeuvrer independamment toutes sortes d'outil ou d'instrument et notamment des vannes.
De la même manière que l'on a manoeuvré le premier outil et/ouinstrument, on peut manoeuvrer autant d'outils et/ou instruments que l'on voudra.
Pour commander hydrauliquement et sélectivement, suivant deux sens de circulation de fluide, au moins deux outils et/ou instruments 81, 82, 83, à l'aide de deux lignes hydraulique seulement, on utilise une première ligne hydraulique 91 comportant des branchements 93 avec les outils et/ou instruments, la circulation dans ces branchements étant contrôlée par des moyens de distribution places sur chacun de ces branchements, et une deuxième ligne hydraulique 92 comportant des branchements avec les outils et~ou instruments.
Pour mettre en action un premier outil et/ou instrument, on ferme les moyens de distribution du deuxième desdits deux outils et/ou instruments, de manière à réduire voire à stopper, une circulation de fluide dans les branchements du deuxième outil et/ou instrument :
- on ouvre les moyens de distribution du premier outil et/ou instrument de manière à accro;tre, la circulation de fluide dans le branchement du premier outil et/ou instrument, et - on met, dans ladite premiere et/ou deuxième ligne, des pressions adaptées à creer une circulation du fluide dans le branchement avec la première ligne, suivant le premier et/ou le deuxième sens.
Pour permettre la circulation de fluide suivant le premier ou le deuxième sens de circulation, comme cela peut être le cas pour ouvrir ou fermer la vanne 45, on réalise une différence de pression positive ou négative entre la première et la deuxième lignes.
De la meme manière que l'on a commandé le premier outil et/ou instrument indépendamment du deuxieme, on pourra commander indépendamment les uns des autres toutes sortes d'outils et/ou instruments.
Pour pallier cet inconvénient, d'une part on réalise plusieurs zones de pro~uction que l'on equipe de moyens, t,els des vannes, permettant d'en régler le débit et d'autre part on contrôLe notamment la qualite et la quantite des fluides provenant de chacune des zones de 15 production. Ce contrôle peut être effectue par des ;nstruments, tels des débimetres et des instruments de mesure phys;que et/ou ch;m;que des fluides, disposés par exemple le long du puits ou du tubage suivant chacune des zones de production.
20 L' invention fournit une vanne à chemise coulissante pour la production de puits forés dans le sol, incluant un corps extérieur cylindrique adapte a s'intercaler dans un tubage, une allonge intérieure à ce corps, une chemise coulissant entre le corps et l'allonge, et permettant la modification du degré d'ouverture d'orifices 25 mettant en communication l'intérieur et l'extérieur de la vanne, une chambre de poussée délimitée par le corps, l'allonge et une extrémité de la chemise, la chambre étant reliée à des moyens de commande hydraulique.
Cette vanne est notamment caractérisée en ce qu'elle inclut en outre des moyens de rappel agissant sur la chemise, les moyens de commande hydraulique tendant à
déplacer la chemise à partir d'une position initiale, contre ~ .
l'action des moyens de rappel, de manière à modifier le degré d'ouverture des orifices, les moyens de rappel étant adaptés à ramener la chemise dans la position initiale en l'absence d'une action suffisante des moyens de commande hydraulique.
La vanne pourra comporter une chemise de sécurité commandée mécaniquement par l'intérieur du tubage et adaptée à
modifier l'ouverture des orifices.
Les moyens de commande hydraulique peuvent comprendre par exemple une ligne reliée à un générateur hydraulique, et les moyens de rappel peuvent être constitués d' un ressort.
L';nvention pourra etre bien compr;se et tous ses avantages apparaîtront cla;rement 3 la lecture de la descr;ption qu; su;t dont un exemple de realisation est illustre par les fiqures annexées parmi lesquelles :
- la figure 1 represente en coupe un puits equ;pe du dispositif selon l'invention, au cours de l'etape precédant la connexion, - la figure 2 montre en detail une vanne hydraulique sélective, a chemise coulissante utilisee dans un dispositif selon l'invention, et - la figure 3 montre schematiquement un dispositif selon l'invention comportant des outi(s et/ou instruments hydrauliques.
Sur la figure 1 le pu;ts, comportant une partie fortement inclinée sur la verticale, voire horizontale, et equipe d'un dispositif selon l'invention, est exploite à partir de la surface du sol. Ce puits 1 comporte sur une certaine longueur un cuvelage Z a l'interieur duquel se trouve un tubage 3 et un conduit 4, qu; traverse des format;ons geolog;ques dont on veut produire des fluides.
n - 3a -De manière a produire selectivement des fluides des formations geologiques, suivant des zones dites de pr,oduction 30, 31, 3Z, 33, on dispose, d'une part, entre le cuvelage 2 et les formations des moyens d'étancheite 7, 8, 9 du type packer et, d'autre part, entre le cuvelage 2 et le premier tubage 3 et le conduit 4 des moyens n ~
-~ 4 ~ 1336882 sont situés respectivement sensiblement au droit des joints les 7, 8, 9 et sont par exemple du type packer double.
Chacune des zones de production 30, 31, 32 communique avec des zones intérieures au cuvelage 2 par des orifices 13, 15, 17 respectivement.
On peut faire communiquer cette zone à volonté avec l'intérieur du premier tubage 3 par des vannes de circulation, telles des vannes à
chemises coulissantes 14, 16, 18 respectivement.
En production, Les vannes 14, 16, 18 sont normalement dotees de clapets anti-retour empechant la circulation de fluide du tubage vers les formations, mais on pourra très bien supprimer ces clapets, lorsque, par exemple, on voudra proceder a la fracturation d'une zone.
L'extrémité inférieure du conduit 4, comportent une vanne 11 pouvant etre commandee à distance, telle qu'une vanne à chemise coulissante semblable aux vannes 14, 16, 18 et permettant de mettre en communication la partie inférieure 33 du puits 1 avec le tubage 3 et le conduit 4, soit pour produire les fluides du fond du puits (par le conduit 4), soit pour les besoins de l'exploitation normale du puits.
Le conduit 4 relie au tubage 3 par l'élément de liaison hydraulique 12 comporte, si besoin est, disposée a la profondeur requise, une pompe 19 de circulation qui aspire le fluide des formations et le refoule à
la surface du sol par la bouche 20. La pompe 19 peut etre une pompe hydraulique, électrique ou mécanique, telle le plongeur d'une pompe à
tige et balancier. La position de la pompe 19 dans le puits pourra etre situee sensiblement au dessous du niveau dynamique d'une formation en production. Selon l'invention le sens de circulation du fluide de la pompe peut être unique et ascendant.
L'extrémité interieure et inférieure du tubage 3 comporte un premier organe de connexion 10 relie par des lignes électriques 40 à des instruments et/ou outils 34, 35, 36, 37 disposes dans chacunes des - 5 ~ 1336882 zones de production 30, 31, 32, 33.
Ce premier organe de connexion 10 est adapté à cooperer avec un deuxième organe de connexion 21 reLié à la surface du sol par un câble 5 de transmission 22. Ce deuxieme organe de connexion 21 est introduit dans le tubage 3 a sa partie superieure, puis est déplace jusqu'au deuxième organe de connexion 10 pour établir la coopération de ces derniers.
10 Le deuxième organe de connexion 21 peut comporter une barre de charge 21a qui permet la descente par gravite du ce deuxième organe 21, notamment pour les puits verticaux ou faiblement dévies de la verticale. Cet organe 21 peut aussi comporter des garnitures adaptées à coopérer avec l'intérieur du tubage 3, notamment pour les puits 15 fortement déviés de la verticale voire horizontaux ou encore remontant, afin de réaliser une etancheité et ainsi mouvoir cet organe 21 par un pompage hydraulique produit, soit par la station 29 qui est reliee au tubage 3 par une canalisation 28, soit par la pompe de circulation 19 située dans le conduit 4.
L'extrémite du tubage comporte un canal 12a, situe en dessous de la liaison hydraulique 12 et qui permet une circulation de fluide, cette liaison hydraulique etant adaptée à permettre l'evacuation des boues ou autres sediments et étant egalement adaptee a permettre 25 l'élimination du fluide present entre les premier 10 et deuxième 21 organes, notamment lors de leur connexion, et grâce à une section convenable. La liaison hydraulique 12 est aussi adaptee à permettre l'amortissement de l'inertie du deuxième organe 21 au cours de sa connexion avec le premier organe 10.
Pour réaliser la descente du deuxième organe 21 de connexion par un pompage hydraulique d'un fluide, tel une huile dégazee, l'extremité
superieure du tubage 3 comporte un presse-étoupe 23 au travers duquel passe le c3ble de transmission 22 avant d'etre renvoye par deux `- 1336882 poulies 24, 25 vers le treuiL 26 commandé par le poste 27.
Lorsque l'on effectue la production d'un puits 1, tel celui foré dans des formations géologiques comportant des hydrocarbures, le puits 1 est equipe d'au moins un tubage 3 et un conduit 4 pour des raisons de sécurité, de manière à éviter une circulation de fluide entre le cuvelage 2 et Le tubage 3. Ainsi, lorsque l'on déplace le deuxieme organe 21 de connexion, le fluide présent sous celui-ci remonte par le conduit 4. On ne sortira pas du cadre de l'invention, notamment lors de la production a partir d'un puits, en reliant la liaison hydraulique 12 à l'espace annulaire situé entre le tubage 3 et le cuvelage Z et en supprimant le conduit 4.
Le deuxième organe 10 de connexion est relie aux instruments de mesures 34, 35, 36, 37 respectivement, disposes dans les zones de complétion 30, 31, 3Z, 33, au moyen des lignes electriques 38, 39, 40, 41. Ces instruments 34, 35, 36, 37 sont adaptés a mesurer le debit de fluide traversant les vannes 14, 16, 18, 11 respectivement, la température et la pression des fluides dans chacunes des zones de completion 30, 31, 32, 33 respectivement. On pourra, de la même manière que l'on effectue les mesures de pression, de débit et de temperature, effectuer toutes autres sortes de mesures physiques et/ou chimique et/ou physico-chimique, telles que la résistivité des fluides des zones de production. En réalisant la liaison électrique entre les appareils de mesures et la surface, il est possible d'obtenir a tout moment et en temps reel les caractéristiques des fluides de chacune des zones et ainsi établir au mieux un programme de production en intervenant sur les vannes 14, 16, 18, 11 de chacune des zones. Par exemple, lorsque le câble de transmission ne comporte qu'un seul conducteur, on pourra utiliser un dispositif multiplex pour regrouper les informations p~ovenant des instruments de mesure.
` ~ 1336882 Les vannes 14, 16, 18 sont sélectivement commandées depuis la surface du sol, soit par des outils à cles (21, 21a), soit par une commande hydraulique. Ces outils à clés sont manies au câble pour les puits verticaux ou faiblement deviés, ou avec des moteurs hydrauliques pour les puits admettant une circulation hydraulique, telle qu'on le pratique avec la technique dite T.F.L. (de l'anglais "Through Flow Line"), ou tout autre moyen, tel celui de la demande de brevet ~AnA~i~ 575.162 du 19 août 1988.
La figure 2 montre en détàil une vanne 45 hydraulique à chemise coulissante 46, 47 adaptée à la production selective d'un puits selon l'invention. Cette vanne 45 permet de mettre en communication ou non l'exterieur et l'interieur du tubage.
Une ligne hydraulique 49, assurant la source d'énergie des élements de puissance, tels de élements similaires a la vanne 45, communique par un branchement 50 avec la vanne 45. Sur ce branchement 50 sont ~' .
disposés des moyens de distribution, tels une electrovanne 51, reliés par un câble électrique 48 à la prise 10 placee à l'extrémité
inférieure du tubage 3 (figure 1).
Cette électrovanne 45 assure l'ouverture et la fermeture de lacommunication entre la ligne hydraulique 45 et la chambre 52 de poussée hydraulique de la chemise coulissante hydraulique 46.
La vanne 45 comporte un corps 53 exterieur cylindrique intercalé dans le tubage 3 grâce à un raccord conique femelle 54 et un raccord conique mâle 55 respectivement disposes en haut et en bas de la vanne.
Dans ce corps 53 réalisant l'enveloppe exterieure de la vanne sont disposes, sensiblement dans le même plan perpendiculaire à l'axe du tubage, quatre orifices 56 obturables modifiant la communication entre l'interieur et l'extérieur du tubage.
.
L'obturation des orifices 56 est réalisée au moyen du coulissement de la chemise hydraulique 46 ou de la chemise de sécurité 47.
Une allonge 57, séparant les chemises 46 et 47, définit avec la chemise hydraulique 46 et le corps 53 la chambre 52 hydraulique de poussée, et assure le guidage des chemises 46 et 47.
ZS La chemise hydraulique 46 coulisse entre deux positions extrêmes définies d'une part par la cooperation d'une butée d'ouverture 58 avec l'embout superieur 59 de la chemise hydraulique 46, et d'autre part par la coopération d'un talon 60 d'une rainure 61 pratiquée à la partie inférieure de la chemise hydraulique 46 avec le talon 62 de la clavette 63. La clavette 63 est solidaire de l'allonge 57 et en cooperant avec la rainure 61 positionne en rotation la chemise hydraulique 46 par rapport au corps 53 de la vanne.
Un ressort de rappel 64, coopérant avec l'embout inférieur 65 de la chemise hydraulique 46 et un epaulement 66 de l'allonge 57, assure le retour à la position repos de la chemise hydraulique 46 lorsque la pression à l'interieur de la chambre de poussée 52 devient inférieure à une valeur prédéterminée.
L'espace cylindrique 67 défini par l'epaulement 66, l'embout inférieur 65, le corps 53 et l'allonge 57, et dans lequel est placé Le ressort 64, débouche à l'interieur du tubage par un orifice 68 inférieur de circulation et par un orifice 69 supérieur de circulation, une gorge 70 et des ajourages pratiqués dans la chemise 47 de sécurité, de manière à permettre une circulation de fluide et à éviter le colmatage du ressort 64. Au lieu de faire déboucher cet espace cylindrique 67 dans l'intérieur du tubage, on pourra connecter cet espace 67 avec une chambre de compensation remplie avec un fluide restant propre, tel de l'huile.
A l'intérieur de l'allonge cylindrique 57, coulisse La chemise 47 de securité, entre deux positions definies par la coopération d'une Lame élastique 71 comportant un ergot avec deux rainures annulaires intérieures 72, 73 usinées dans l'allonge 57 et assignant a la chemise 47 une position haute et une position basse correspondant respectivement à l'ouverture et la fermeture des orifices 56.
La chemise 47 de sécurité est commandée par un siège de clé 74 adapté
à coopérer avec la pene d'un outil circulant dans le tubage. La partie superieure 75 du corps 53 de vanne, comporte au niveau de la chemise 47 de sécurité un chanfrein 76 adapté au dégagement du pène. La chemise 47 est positionnée en rotation par rapport au corps 53 au moyen d'un ergot 77 solidaire de l'aLLonge 57 et coopérant avec une rainure 78 pratiquée dans La chemise 47.
L'extrémité inférièure de La vanne 45 comporte un embout 79 fixé au corps 53 par un fiLetage 80, L'embout étant muni du raccord conique mâLe 55.
- 10 - 13~6882 Sur le figure 2, la vanne 45 est représentée "normalement ouverte", c'est-à-dire que lorsque la pression du fluide agissant sur la chemise 46 hydraulique est inférieure à une valeur déterminee, les orifices disposes dans le corps de vanne ne sont pas obstrués par la chemise 46 du fait de la force de rappel du ressort 64 qui fait coopérer la butée d'ouverture 58 avec l'embout superieur 59 de la chemise hydraulique 46.
On ne sortira pas du cadre de l'invention en realisant et en utilisant une vanne "normalement fermée". Pour cela, il suffit par exemple de relever les orifices pratiques dans la chemise hydraulique 46 d'une manière telle que, lorsque la butée d'ouverture 58 coopère avec l'embout supérieur 59, les orifices 56 sont obstrués au niveau de la chemise hydraulique 46 et de manière que lorsque le talon 60 de la rainure 61 coopère avec le talon 62 de la clavette 63, les orifices 56 sont libres au niveau de la chemise hydraulique 46.
La chambre de poussée 52 correspond a un reservoir adapté à contenir une masse variable de fluide hydraulique.
La fermeture des orifices de la vanne 45 s'effectue en commandant par la ligne électrique 48 l'ouverture des moyens de distribution 51, en mettant une pression adaptée dans la ligne 49, de manière 3 créer un écoulement de fluide dans un premier sens et faire ainsi descendre la chemise 46.
Pour immobiliser la chemise 46 dans les positions où les orifices sont ouverts ou fermes, quelle que soit la pression dans la ligne 49, on ferme les moyens de distribution 51.
L'ouverture des orifices de la vannes 45 s'effectue en ouvrant les moyens de distribution 51, de manière à mettre en communication la chambre de poussee 52 avec la ligne hydraulique et en mettant une pression adaptée dans la ligne 49, de manière à créer un écoulement de fluide dans un deuxième sens opposé au premier sens et faire ainsi remonter la chemise 46, cette pression étant inférieure à la pression de fermeture des orifices.
La figure 3 montre shematiquement un dispositif comportant des outils et/ou instruments hydrauliques 81, 82, 83 disposés sur un tubage 90 placé dans le puits 1, le dispositif étant notamment adapté à la production sélective de differentes zones, telles les zones 30, 31, 32, 33 de la figure 1 ou 84, 85, 86 de la figure 3. Ces outils et/ou instruments peuvent être, par exemple des vannes illustrées par la figure 2. Les zones 84, 85, 86 sont respectivement délimitées par des éléments d'étanchéités 87-88, 88-89, 89 et le fond du puits.
Le dispositif comporte une première ligne 91 et eventuellement une deuxième ligne hydraulique 92, ces lignes étant reliees aux outils et/ou instruments par des branchements 93, 94 respectivement. Sur les branchements 93 de la première ligne hydraulique 91 sont disposes des moyens de distribution.
Des moyens de distribution des branchements 93 sont commandés par une ligne électrique 95 reliée à un premier organe 96 de connexion electrique dispose à la partie inférieure et intérieure du tubage et adapté à cooperer avec un deuxième organe de connexion électrique complémentaire relié à la surface du sol par un câble de transmission 22 (figure 1). Tout comme les moyens de distribution sont commandes par une ligne électrique 95, on pourra commander ces moyens par des lignes de commande hydraulique reliées, par exemple, à un organe de connexion de commande hydraulique.
La premiere ligne 91 et éventuellement la deuxième ligne hydraulique 92 sont reliees à génerateur d'énergie hydraulique disposé soit à la surface du sol, soit au voisinage des outils et/ou instruments.
Le câble de transmission pourra comporter une ligne électrique de -puissance permettant d'alimenter un genérateur d'énergie hydraulique disposé au voisinage des outils et/ou instruments.
La première ligne 91 et éventuellement la deuxieme ligne hydraulique 92 pourront etre reliees à un organe de connexion hydraulique disposé
à l'intérieur du tubage à sa partie inférieure, de la même manière que la ligne électrique 95 est reliee à l'organe de connexion électrique, cet organe de connexion hydraulique coopérant avec un organe complémentaire relié à la surface du sol par une canalisation hydraulique.
Ces organes de connexion hydrauliques et électriques pourront etre associes dans une meme organe de connexion, et de meme ces lignes hydrauliques et électriques pourront etre associées dans une meme ligne.
Pour commander hydrauliquement et sélectivement, par deux sens de circulation de fluide, au moins deux outils et/ou instruments 81, 82, 83 à l'aide seulement d'une ligne hydraulique, on utilise des outils et/ou instruments pourvus de moyens de rappel permettant de revenir dans une position initiale lorsque la pression a décru et on utilise des moyens de distribution disposés sur des branchements 93 de la premiere ligne 91 hydraulique avec les outils et/ou instruments.
Pour mettre en action un premier outil et/ou instrument :
- on ferme les moyens de distribution du deuxième desdits deux outils et/ou instruments ou des autres outils et/ou intruments de manière à
réduire, voire stopper, une circulation de fluide dans le branchement du deuxième outil et/ou instrument, - on ouvre les moyens de distribution du premier outil et/ou instrument de maniere à accroitre, la circulation de fluide dans le branchement du premier outil et/ou instrument, et - on met une pression dans la première ligne 91 hydraulique de manière à créer, dans le branchement du premier outil et/ou instrument, un écoulement du fluide allant dans un premier sens.
Lorsque L'on veut stopper l'ecoulement de fluide, comme cela peut-être le cas pour verrouiller une vanne, on ferme les moyens de distribution du premier outil et/ou instrument.
Pour produire un écoulement dans le branchement du premier outil et/ou instrument suivant un deuxième sens, opposé au premier sens, et de cette manière manoeuvrer le premier outil et/ou instrument, on ouvre les moyens de distribution du premier outil et/ou instrument, on relâche la pression dans la première ligne hydraulique.
En produisant selectivement un écoulement dans le branchement d'un outil et/ou instrument, suivant deux sens, il est ainsi possible de manoeuvrer independamment toutes sortes d'outil ou d'instrument et notamment des vannes.
De la même manière que l'on a manoeuvré le premier outil et/ouinstrument, on peut manoeuvrer autant d'outils et/ou instruments que l'on voudra.
Pour commander hydrauliquement et sélectivement, suivant deux sens de circulation de fluide, au moins deux outils et/ou instruments 81, 82, 83, à l'aide de deux lignes hydraulique seulement, on utilise une première ligne hydraulique 91 comportant des branchements 93 avec les outils et/ou instruments, la circulation dans ces branchements étant contrôlée par des moyens de distribution places sur chacun de ces branchements, et une deuxième ligne hydraulique 92 comportant des branchements avec les outils et~ou instruments.
Pour mettre en action un premier outil et/ou instrument, on ferme les moyens de distribution du deuxième desdits deux outils et/ou instruments, de manière à réduire voire à stopper, une circulation de fluide dans les branchements du deuxième outil et/ou instrument :
- on ouvre les moyens de distribution du premier outil et/ou instrument de manière à accro;tre, la circulation de fluide dans le branchement du premier outil et/ou instrument, et - on met, dans ladite premiere et/ou deuxième ligne, des pressions adaptées à creer une circulation du fluide dans le branchement avec la première ligne, suivant le premier et/ou le deuxième sens.
Pour permettre la circulation de fluide suivant le premier ou le deuxième sens de circulation, comme cela peut être le cas pour ouvrir ou fermer la vanne 45, on réalise une différence de pression positive ou négative entre la première et la deuxième lignes.
De la meme manière que l'on a commandé le premier outil et/ou instrument indépendamment du deuxieme, on pourra commander indépendamment les uns des autres toutes sortes d'outils et/ou instruments.
Claims (4)
1. Vanne à chemise coulissante pour la production de puits forés dans le sol, incluant un corps extérieur cylindrique adapté à l'intercaler dans un tubage, une allonge intéreure à ce corps, une chemise coulissante entre le coprs et l'allonge, et permettant la modification du degré d'ouver-ture d'orifices mettant en communication l'intérieure et l'extérieur de la vanne, une chambre de poussée délimitée par le corps, l'allonge et une extyrémité de la chemise, ladite chambre étant reliée à des moyens de commande hydraulique, caractérisée en ce que ladite vanne inclut en outre des moyens de rappel agissant sur ladite chemise, lesdits moyens de commande hydraulique tendant à déplacer ladite chemise à partir d'une position initiale, contre l'action des moyens de rappel, de manière à modifier le degré d'ouverture desdits orifices, lesdits moyens de rappel étant adaptés à ramener ladite chemise dans ladite position initiale en l'absence d'une action suffisante desdits moyens de commande hydraulique.
2. Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle inclut une chemise de sécurité commandée mécanique-ment par l'intérieur du tubage et adaptée à modifier le degré d'ouverture desdits orifices.
3. Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits moyens de commande hydraulique comprennent une ligne reliée à un générateur hydraulique.
4. Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits moyens de rappel sont constitués d'un ressort.
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