CH650321A5 - Bloc obturateur annulaire pour puits de forage et obturateur. - Google Patents
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Description
60 L'invention a pour but de fournir un bloc obturateur annulaire de construction simple et d'une durée de service relativement longue.
A cet effet, le bloc obturateur selon l'invention est agencé tel que défini par la revendication 1.
Un obturateur pour le bloc selon l'invention est défini par la re-65 vendication 3.
L'objet et les avantages de l'invention seront décrits ci-après à titre d'exemple et en se référant au dessin annexé, sur lequel :
la fig. 1 est une vue en élévation partielle et en coupe partielle
3
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de la forme d'exécution préférée du bloc obturateur annulaire selon l'invention, muni de son obturateur en position relâchée ou ouverte;
— la fig. 2 est une vue analogue à la fig. 1, mais illustrant l'obturateur en position fermée ou d'obturation étanche;
— la fig. 3 est une vue de dessus, en plan, de l'obturateur dans sa position relâchée ou d'ouverture;
— la fig. 4 est une vue analogue à la fig. 3, mais avec l'obturateur en position fermée ou d'obturation étanche;
— la fig. 5 est une vue en coupe partielle d'une forme d'exécution modifiée de l'obturateur.
Le bloc obturateur annulaire 10, représenté aux fig. 1 et 2, comprend un corps annulaire 12 traversé par un alésage vertical 13, un piston annulaire 14, une bague de retenue 16, une bague de blocage 18 et un obturateur 20. Le corps 12 comprend une bride inférieure 22 reliée à un col 24, un rebord annulaire 26 s'étendant vers le haut, à partir du col 24, et une partie annulaire extérieure 28 du corps, qui s'étend radialement vers l'extérieur, à partir du col 24 et vers le haut, sur le pourtour et à distance du rebord 26. Une chambre 30 est formée par l'espace annulaire compris entre le rebord 26 et la partie 28 se trouvant en dessous de l'extrémité inférieure de la bague de retenue 16. Le piston 14 est positionné de manière à pouvoir se déplacer partiellement à l'intérieur de la chambre 30, comme représenté. Un passage 32 s'étend au travers de la partie 28 du corps, vers la chambre 30, pour envoyer du fluide sous pression à la base du piston 14, provoquant ainsi son déplacement vers le haut, et pour expulser le fluide lorsque le piston 14 se déplace vers le bas. Un passage 34 s'étend au travers de la partie 28 du corps, vers la chambre 30, afin d'envoyer du fluide sous pression sur le haut du piston 14, provoquant ainsi son déplacement vers le bas, et d'expulser le fluide lorsque le piston 14 se déplace vers le haut.
L'obturateur 20, de forme annulaire, comme décrit ci-après, est positionné dans un logement 37 formé entre un épaulement 36 de la bague de retenue 16 et au-dessus de l'extrémité supérieure d'un bras annulaire 38 du piston 14, lequel coopère avec l'extrémité inférieure de l'obturateur 20. De cette façon, losque le piston 14 se déplace vers le haut, son bras 38 exerce une force axiale sur l'obturateur 20. L'épaulement 36 empêche le déplacement de l'obturateur 20 vers le haut, cependant que la surface intérieure 40 de la bague de retenue 16 empêche le déplacement radial extérieur de l'obturateur 20, de sorte que l'obturateur se déplace vers sa position fermée ou d'obturation étanche, comme représenté à la fig. 2.
L'obturateur 20, représenté plus en détail aux fig. 3 et 4, comprend un anneau élastique 42, une série circulaire supérieure d'éléments d'insertion rigides 44 agencés, liés et encastrés dans la surface supérieure de l'anneau 42, ainsi qu'une série circulaire inférieure d'éléments d'insertion 46, liés à la surface inférieure de l'anneau 42 et encastrés dans cet anneau. Chaque élément d'insertion rigide 44 est constitué par un corps plat 48, de forme triangulaire, muni d'une tige 50 formant saillie à partir de l'extrémité interne ou sommet du corps 48. La tige 50 s'étend vers le bas, dans la partie interne de l'anneau 42 et est d'une longueur suffisante pour assurer son déplacement intérieur, conjointement au déplacement de l'anneau, et assurer le pivotement de l'extrémité interne du corps 48, vers l'intérieur, comme représenté à la fig. 4. En outre, la tige 50 se termine à une certaine distance des extrémités supérieures des tiges des éléments d'insertion inférieurs 46, de sorte qu'une longueur axiale suffisante de l'anneau 42 n'est pas resserrée, ce qui permet sa fermeture étanche, comme représenté à la fig. 2. Dans la position détendue d'ouverture de l'anneau 42, telle que représentée à la fig. 3, les corps de configuration triangulaire 48 sont disposés obliquement par rapport à l'axe de l'obturateur et en contact entre eux, de sorte que, lorsque l'anneau se déplace vers sa position de fermeture, telle que représentée à la fig. 4, les éléments d'insertion 44 sont entraînés en rotation, à la manière d'un diaphragme-iris, en des positions moins obliques, pour se déplacer radialement vers l'intérieur. Cela accroît l'appui de l'anneau, par suite de l'accroissement des longueurs radiales efficaces (c'est-à-dire des étendues radiales) des éléments d'insertion.
Des éléments d'insertion rigides 46 peuvent être les mêmes que les éléments 44, ou peuvent être sensiblement identiques à ces derniers, sauf que, comme représenté à la fig. 4, ils sont l'inverse desdits éléments 44, de façon qu'ils aient le même mouvement relatif que les éléments 44. Il y a lieu de penser que l'utilisation d'éléments d'insertion rigides 46 qui soient identiques aux éléments 44 peut être avantageuse. Lors de l'actionnement, la rotation opposée des éléments 46 à partir des éléments 44 impartira une légère torsion à l'anneau 42. On admet que cette torsion de l'anneau 42 assiste ce dernier lors de l'ouverture.
Une bague-support 52 est encastrée à l'extérieur de l'anneau élastique 42, immédiatement au-dessous de la partie externe des corps 48 des éléments d'insertion 44. Comme représenté à la fig. 2, lesdites bagues-supports étant positionnées entre l'anneau élastique et les extrémités externes des éléments d'insertion 44, permettront d'assister et de soutenir les éléments d'insertion lorsque le bloc obturateur est déplacé en position de fermeture étanche. Cela permet d'empêcher que les extrémités internes des éléments d'insertion 44 ne s'inclinent vers le haut, à l'intérieur de l'alésage, à travers la bague de retenue 16. Cet appui obtenu pour les éléments 44 permet donc que Iesdits éléments supportent de façon continue l'anneau élastique 42 jusqu'à ce qu'il se soit déplacé complètement en position d'obturation étanche.
Comme précédemment décrit, le déplacement de l'anneau élastique 42 lorsqu'il est axialement déformé par le mouvement du piston annulaire 14, provoque un mouvement de pivotement du corps 48 des éléments d'insertion 44, ce qui assure le maintien de l'extrémité supérieure de l'anneau élastique 42. Ce déplacement des corps 48 peut être désigné sous le nom d'effet de diaphragme-iris, du fait qu'il provoque une réduction de diamètre intérieur du support efficace par les éléments 44. Les éléments 46 ont un effet similaire de dia-phragme-iris.
La forme d'exécution modifiée de l'invention, représentée à la fig. 5, comprend l'anneau élastique 42 présentant des éléments d'insertion supérieurs 44 et une bague-support 52 qui est maintenue dans une gorge 54 ménagée à la surface intérieure de la bague de retenue 56, au moyen d'une coiffe annulaire de retenue 58 qui est fixée de façon appropriée sur la bague de retenue 56. Cette fixation de la bague-support 52 dans la gorge 54 entre les éléments 56 et 58 permet d'obtenir un support continu pour les parties extérieures des éléments d'insertion 44 et d'assurer que la bague-support 52 n'est pas déplacée par le mouvement de l'anneau élastique 42.
Durant les opérations normales de forage, le piston 14 est en bas de sa course, et l'obturateur 20 est détendu, ce qui permet d'obtenir un trou complet 62 qui est au moins d'aussi grand diamètre que l'alésage 13, tel que représenté à la fig. 1. Lorsqu'on veut que le bloc obturateur 10 soit fermé, le fluide sous pression est envoyé par le passage 32 dans la chambre 30, le passage 34 étant mis en communication avec une sortie appropriée (non représentée). II s'ensuit que le piston 14 se déplace vers le haut, de sorte que le bras 38 compresse l'obturateur 20. Cette déformation axiale déplace l'anneau élastique 42 vers l'intérieur, comme représenté à la fig. 2. En outre, les éléments d'insertion 44 et 46 pivotent vers la position représentée aux fig. 2 et 4, en vue d'accroître le maintien de la partie centrale de l'anneau. Le fait d'inclure la bague-support 52 permet d'assurer ce maintien supplémentaire pendant le mouvement complet de déformation axiale de l'obturateur 20. La détente de l'anneau 42 est obtenue en relâchant la pression sous le piston 14, par le passage 32, et en appliquant la pression au-dessus du piston 14, par le passage 34. Il s'ensuit que le piston 14 se déplace vers la position représentée à la fig. 1, ce qui permet à l'obturateur 20 de reprendre sa position d'ouverture complète.
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Claims (6)
- 650 3212REVENDICATIONS1. Bloc obturateur annulaire comprenant un obturateur, caractérisé en ce qu'il comprend:— un corps (12) traversé par un alésage vertical (13) et présentant une chambre annulaire (30) s'étendant axialement,— des moyens (16) formant, à l'intérieur du corps, un épaule-ment (36) en saillie et orienté dans le sens de la chambre annulaire (30),— un piston annulaire (14) positionné dans la chambre et comportant un bras (38) s'étendant à partir de la chambre, de manière à être en prise avec l'extrémité de l'obturateur à distance de l'épaule-ment (36),— des moyens (32, 34) d'alimentation et d'évacuation de fluides sous pression à partir des faces opposées du piston (14) à l'intérieur de la chambre (30) provoquant le déplacement axial du piston (14),et— un obturateur (20) élastique annulaire, disposé à l'intérieur du corps et prenant appui contre l'épaulement (36), et comprenant:— un anneau élastique (42) présentant une partie interne et une partie externe,— une série circulaire d'éléments d'insertion (44) à effet de diaphragme, encastrés dans l'extrémité supérieure de l'anneau (42), orientés obliquement par rapport à l'axe de l'obturateur et mutuellement en contact, et— une bague de support (52) prévue dans la partie externe supérieure de l'anneau (42), maintenant les parties radialement extérieures des éléments d'insertion (44), les éléments d'insertion (44) présentant des corps plats (48) de forme triangulaire et des tiges (50) s'étendant à travers la partie interne de l'anneau (40) sur une distance suffisante pour que les éléments d'insertion (44) se déplacent vers l'intérieur, avec effet de diaphragme, lorsque l'anneau (42) se détend vers l'intérieur, et se terminant à une distance suffisante de l'extrémité opposée de l'anneau (42), de façon qu'une quantité suffisante de cet anneau ne soit pas resserrée pour l'obturation étanche en réponse à une compression axiale.
- 2. Bloc obturateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps (12) présente une gorge (54) dans la surface formant la chambre (30) annulaire, et en ce que la bague (52) est positionnée dans cette gorge.
- 3. Obturateur pour un bloc obturateur annulaire selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend:— un anneau élastique (42) présentant une partie interne et une partie externe,— une série circulaire d'éléments d'insertion (44) à effet de diaphragme, encastrés dans l'extrémité supérieure de l'anneau (42), orientés obliquement par rapport à l'axe de l'obturateur et mutuellement en contact, et— une bague de support (52) prévue dans la partie externe supérieure de l'anneau (42), maintenant les. parties radialement extérieures des éléments d'insertion (44), les éléments d'insertion (44) présentant des corps plats (48) de forme triangulaire et des tiges (50) s'étendant à travers la partie interne de l'anneau (40) sur une distance suffisante pour que les éléments d'insertion (44) se déplacent vers l'intérieur, avec effet de diaphragme, lorsque l'anneau (42) se détend vers l'intérieur, et se terminant à une distance suffisante de l'extrémité opposée de l'anneau (42), de façon qu'une quantité suffisante de cet anneau ne soit pas resserrée pour l'obturation étanche en réponse à une compression axiale, les éléments étant de forme générale triangulaire, orientés obliquement par rapport à l'axe de l'obturateur et en contact mutuel, chaque tige s'étendant sur une distance vers le bas, dans l'anneau, inférieure à la longueur compressée de l'anneau, lorsque ce dernier est resserré, les éléments d'insertion (44) étant sensibles à la compression axiale de l'anneau (42), de manière à provoquer leur pivotement vers une position où leurs extrémités internes supportent un diamètre intérieur réduit de l'anneau, lorsque la périphérie interne est resserrée, avec extension radiale vers l'intérieur de l'anneau lorsqu'il est déformé axialement, les éléments d'insertion(44) ayant leurs extrémités externes supportées par la bague (52), de façon que les parties internes ne pivotent pas dans une direction axiale lorsque l'anneau est resserré.
- 4. Obturateur selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il5 comprend une série circulaire d'éléments d'insertion rigides (46) qui sont agencés sur l'extrémité inférieure de l'anneau élastique (42) et reliés à cette extrémité.
- 5. Obturateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que les éléments d'insertion inférieurs (46) sont identiques aux éléments io d'insertion supérieurs (44).
- 6. Obturateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que les éléments d'insertion inférieurs (46) sont l'inverse des éléments d'insertion supérieurs (44).Les blocs obturateurs sont utilisés pour régulariser la pression 20 dans les puits de pétrole et de gaz au cours du forage et de l'achèvement de ces puits. Les blocs obturateurs annulaires du type concerné par la présente invention comprennent une garniture élastique annulaire simple, disposée à l'intérieur d'un corps présentant des moyens permettant à cette garniture de se déplacer pour être engagée de 25 manière étanche avec une partie d'une colonne de tubage s'étendant à travers le bloc obturateur ou contre celui-ci, de manière à obturer hermétiquement un puits lorsque aucune colonne de tubage ne traverse ledit bloc obturateur.Un bloc obturateur annulaire est illustré et décrit dans le brevet 30 des Etats-Unis d'Amérique N° 3572627 (Jones et collaborateurs). L'obturateur présente un anneau élastique avec une série circulaire d'éléments d'insertion rigides s'étendant à travers l'obturateur et munis de rebords terminaux à diaphragme-iris aux deux extrémités, qui se déplacent pour fournir un support d'extrémité de l'anneau 35 élastique lorsqu'il est compressé radialement vers l'intérieur au moyen de pistons. Ces pistons sont positionnés sur le pourtour de l'anneau élastique, de manière à exercer une force radiale dirigée vers l'intérieur, sur ledit anneau élastique. D'autres blocs obturateurs annulaires utilisent une déformation axiale de l'anneau élasti-40 que, de façon à le déplacer radialement vers l'intérieur, en une position d'obturation étanche. Les brevets des Etats-Unis d'Amérique Nos 4099699, 2387205, 3667721, 3323773,2148844, 2812197 et 2846178 sont des exemples de blocs obturateurs annulaires de la technique connue.45 En outre, la demande de brevet américaine N° 06/137549 est un exemple plus récent du type de construction auquel s'applique le perfectionnement de la présente invention.L'application d'une force axiale sur l'anneau élastique d'un bloc obturateur annulaire est plus simple et moins coûteuse que l'applicalo tion d'une force radiale relativement uniforme sur l'anneau élastique. Comme spécifié dans la demande de brevet précitée, l'utilisation d'une force axiale sur l'anneau élastique du brevet de Jones et collaborateurs ne serait pas appropriée, du fait que les éléments d'insertion rigides empêcheraient une déformation axiale effective de 55 l'anneau. En l'absence de tiges s'étendant à partir du haut vers les brides d'extrémité inférieures, on a remarqué que les éléments d'insertion peuvent être soumis à une inclinaison autour de l'épaulement supérieur, lorsque l'anneau a été compressé axialement vers la position d'obturation étanche.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PFA | Name/firm changed |
Owner name: CAMERON IRON WORKS, INC. TRANSFER- COOPER INDUSTRI |
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| PUE | Assignment |
Owner name: COOPER INDUSTRIES, INC. TRANSFER- COOPER CAMERON C |
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| PL | Patent ceased |