FR2463405A1 - Procede de controle des fuites des tubes et de leurs raccords, et outil pour la mise en oeuvre de ce procede - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE LE CONTROLE DES FUITES PRESENTEES PAR LES TUBES ET LEURS RACCORDS. CE PROCEDE COMPREND LA DISPOSITION DANS LE TUBE 90 A CONTROLER D'UN OUTIL 100 AYANT DES JOINTS DISTANTS 102 PLACES DE PART ET D'AUTRE DU RACCORD 92 A VERIFIER. LES JOINTS SONT APPLIQUES CONTRE LA SURFACE INTERNE DU TUBE 90 ET UN FLUIDE DE RECHERCHE, PAR EXEMPLE DE L'AIR CONTENANT 1 D'HELIUM, PARVIENT SOUS PRESSION DANS L'OUTIL ET DANS L'ESPACE ANNULAIRE SEPARANT LA FACE EXTERNE DE L'OUTIL DE LA FACE INTERNE DU TUBE ENTRE LES JOINTS. LA PRESENCE D'HELIUM A L'EXTERIEUR EST DETECTEE A L'AIDE D'UN SPECTROMETRE DE MASSE. APPLICATION A LA DETECTION DES FUITES DES TRAINS DE TIGES ET TUBAGES DES PUITS DE GAZ ET DE PETROLE.

Description

i La présente invention concerne les procédés et outils de contrôle des

fuitesdes tubes et de leurs raccords. Dans le présent mémoire, le terme "tubes" désigne tous les tronçons de canalisation, tous les tubes, tous les organes tubulaires, tous les conduits et analogues dans lesquels des fluides tels que des

gaz, des vapeurs et des liquides, peuvent circuler.

En outre, dans le présent mémoire, l'expres-

sion "fluide de recherche" désigne tous les gaz, les liquides et leurs mélanges dont la présence en quantité

minuscule peut être facilement détectée, et cette ex-

pression recouvre notamment l'hélium et les mélanges de l'héllum avec d'autres gaz, ainsi que les "Freon"

et l'hexafluorure de soufre.

Dans l'industrie de l'exploration pétrolière et gazière et de la production du gaz et du pétrole ainsi que dans des installations géothermiques, des fluides circulent à haute pression dans un train de

tiges ou de tubes d'un puits.

Le tube passe dans un tubage externe et est formé de tronçons de tubes raccordés bout à bout, les

tronçons adjacents étant reliés par des raccords notam-

ment formés par des extrémités filetées et taraudées respectivement des tubes eux-mêmes. Il n'est pas rare

qu'un train de tiges comprennent jusqu'à 500 raccords.

Des remarques analogues s'appliquent au tubage lui-même

et, dans certaines conditions impératives de fonctionne-

ment, la détection des fuites des raccords du tubage est importante malgré le fait que ce tubage est normalement

cimenté dans le puits.

Parfois, il apparaît une fuite au raccord

entre deux tronçons de tube, permettant une entrée in-

désirable de fluide dans l'espace annulaire séparant le train de tiges du tubage. Ce phénomène peut avoir une

influence sur la sécurité de la structure et du fonc-

tionnement du puits.

On a déjà soumis des trains de tiges ou de tubes à des essais de contrôle de fuite avant 'Leur abaissement dans le tubage d'un puits afin d'éliminer ou de réduire au moins de telles fuites, après mise en place dans un puits. Un tel contrôle utilisé en prati-

que comprend l'application interne d'une pression hy-

draulique au raccord et la détermination d'une éventuelle baisse de pression du fluide hydraulique. Ce procédé connu présente l'inconvénient que l'essai ne simule pas la condition réelle de fonctionnement du train de tiges,

c'est-à-dire que la pression est appliquée depuis l'ex-

térieur du raccord et non depuis l'intérieur comme dans

le cas des conditions normales de fonctionnement. Sui-

vant le filetage du tube et/ôu du raccord et le type de joint mécanique, cet essai peut donner des résultats trompeurs puisque les conditions ne reflètent pas véritablement les conditions réelles d'utilisation dans

un puits.

Un inconvénient fondamental de ce type d'essai est qu'il ne fait pas la différence entre une fuite dans le raccord et une fuite dans le système de mise sous

pression puisque son seul but est d'enregistrer une chu-

te de pression. Un autre inconvénient est que la préci-

sion absolue est limitée par la précision de la jauge de

mesure de la réduction de pression et par le temps dis-

ponible pour l'enregistrement d'un résultat, ce temps devant parfois être important lorsqu'une chute de pression de 0,1 % sur une heure doit être détectée. Un autre essai de contrôle comprend la circulation d'un gaz dans deux tronçons de tube reliés par un raccord,

et le revêtement du raccord par une solution de savon.

Toute fuite est détectée par observation de bulles à

son niveau.

- Ce procédé connu ne s'est pas révélé parfai-

tement satisfaisant en pratique étant donné que le vo-

lume de gaz mis en oeuvre dans un tel essai est impo-

tant car il doit occuper pratiquement toute la longueur du tube éprouvé, et plusieurs considérations de sécurité

sont défavorables à un tel procédé. En outre, la con-

dition externe du tronçon de tube empêche souvent la formation d'un film cohérent d'une solution de savon sur la surface étudiée si bien que cette technique

d'observation n'est pas fiable.

On a aussi proposé le contrôle des raccords et des tronçons de tube par application à l'intérieur d'une pression à l'aide d'un gaz, par mise en oeuvre d'un outil d'obturation, mais ce procédé nécessite l'utilisation d'un gaz tel que l'azote ou l'hélium,

à des pressions de l'ordre de 1000 bars, et des pré-

cautions de sécurité très particulières sont nécessaires à ces pressions. En outre, le problème de l'isolement du tronçon du train de tiges (tube de pompage ou tubage) est délicat à ces pressions étant donné les propriétés

de fluage des joints de caoutchouc (naturel ou sypthé-

tique). Il apparaît que ce procédé nécessite obligatoi-

rement des contrôles à ces pressions élevées afin que les pressions subies lors de l'utilisation réelle du

train de tiges soient simulées, que toute fuIte immi-

nente possible apparaisse et que la vitesse de détec-

tion soit élevée, compte tenu du retard propre présen-

té par les contrôles sous pression. En outre, ce pro-

cédé nécessite l'utilisation d'un outil d'obturation ayant une longueur d'environ 10 a, et la manipulation de cet outil pose des problèmes importants. L'outil est aussi difficilement utilisable en pratique parce qu'il a une longueur fixe, et est placé sur la longueur

nominale d'un tronçon d'un tube de pompage ou d'un tuba-

ge. En pratique, la longueur de ces tronçons de tube

varie d'une valeur pouvant atteindre 25 % des dimen-

sions nominales.

Le coût de la suppression d'une fuite dans

un tube de pompage ou un tubage est en général extrême-

ment élevé et l'apparition d'une fuite dans le train de tiges ou de tubes, in situ, nécessite en général l'extraction du train du puits. Etant donné ce prix important, on consacre des efforts particuliers à la suppression des fuites, au cours de la fabrication des tubes et des raccords, mais néanmoins, les conditions sévères subies dans le contexte de l'exploitation du

pétrole et du gaz provoquent parfois des détériora-

tions et des fuites ultérieures. On peut montrer que,

même lorsqu'un fuite apparaît dans un raccord seule-

ment sur 1000, l'augmentation du coût du contrôle avant abaissement du train de tiges, tronçon par tronçon dans le puits, est tout à fait justifiée. Néanmoins, il est souhaitable que le contrôle soit peu coûteux, aussi

bien par le cott des matières que par celui de l'ap-

pareillage et surtout que les contrôles soient effec-

tués rapidement et avec une perturbation minimale de

l'installation du train de tubes.

L'invention concerne un procédé de contrôle des fuites des tubes et des raccords, comprenant (a) la disposition dans le tube à contrôler d'un outil ayant des joints distants afin que ceux-ci se trouvent de part et d'autre du raccord ou du tronçon de tube à contrôler, (b) la commande de l'outil afin que les joints:

soient déformés et qu'une pression constante soit mainte-

nue contre la surface interne du tube, (c) la circulation d'pn fluide de recherche sous pression dans l'outil et dans l'espace annulaire délimité entre cet outil et la surface interne du tube contrôlé, et (d) la détection de lA présence d'un fluide

de recherche à l'extérieur du raccord ou du tube con-

trôlé. L'invention concerne aussi un outil destiné à la mise en oeuvre du procédé précité, comprenant un dispositif de montage d'un premier et d'un second joint annulaire distants, formésd'une matière élastique, deux

pistons associés chacun à l'un des joints et mobiles en-

tre une première position de repos et une seconce posi-

tion de travail dans laquelle le joint correspondant coopère avec la surface interne du tube et maintient

unepression constantecontre sa surface interne, un pre-

mier passage de distribution d'un fluide sous pression vers une face de chaque piston afin que les pistons se déplacent de leur première à leur seconde position, et un second passage destiné à transmettre un fluide de recherche dans l'outil, vers une position qui se trouve à la surface externe de l'outil, entre les joints distants, le montage étant tel que, lors du fonctionnement, le fluide de recherche occupe l'espace annulaire délimité entre la surface externe de l'outil et la surface interne du raccord ou du tronçon de tube

contrôlé, entre les joints annulaires distants.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris a la lecture de la

description qui.va suivre d'exemples de réalisation et

en se référant aux dessins annexés sur lesquels;

- la figure 1 est un schéma d'une installa-

tion destinée à la mise en oeuvre du procédé selon l'invention; - la figure 2 est un schéma d'un circuit hydraulique utilisé dans un traîneau de support de treuil du type représenté sur la figure 6; - la figure 3 est une élévation schématique d'une installation assurant la mise en position précise d'un outil d'obturation, du type représenté sur les figures 4A et 4B, de manière qu'il se trouve à cheval sur un raccord à contrôler; - les figures 4A et 4B forment ensemble une coupe longitudinale de l'outil d'obturation convenant à la mise en oeuvre du procédé décrit en référence à la figure 1;

- les figures 5A et 5B sont des coupes lon-

gitudinales représentant des collecteurs de gaz ou des pièges à gaz ayant fui; et - la figure 6 est une élévation latérale d'un traîneau portant un treuil utilisé pour la mise

en oeuvre du procédé selon l'invention.

On considère d'abord le procédé et l'instal-

lation utilisés pour la mise en oeuvre de l'invention, en référence aux figures 1, 2 et 3. Le train de tubes à contrôler, qui peut être un tube de pompage ou un tubage, est progressivement abaissé dans un puits (non

représenté) de manière classique, et des tronçons suc-

cessifs sont raccordés par un appareil classique qui applique un couple et qui fixe un manchon de raccord

sur des tronçons adjacents de tube ou qui fixe direc-

tement les parties d'extrémité des tubes l'une sur l'autre lorsque les tubes sont directement fileté et taraudé respectivement afin qu'ils puissent pénétrer l'un dans l'autre. Le procédé convient à la plupart des raccords classiques. Normalement, les raccords sont contrôlés au niveau du pont de la plate-forme de forage ou juste au-dessus, mais, avec quelques modifications, le contrôle peut aussi être effectut dans le puits en vue de la détection de l'emplacement d'une fuite dont on connaît l'existence à un emplacement quelconque le

long d'un train de tiges.

On suppose que les raccords doivent être contrôlés avant la descente du train de tiges dans le

puits, et un outil 100 d'obturation est abaissé ini-

tialement par un cable 103, dans un tronçon 90 de tube, avant formation du raccord. Une canalisation hydraulique 101 passe sur une poulie 105 montée sur un support fixé en un point fixe du c&ble 103. Lorsque

le point central X2 de l'outil 100 est placé avec pré-

cision au centre du raccord, un repère X1 est appliqué sur la canalisation 101, en face d'un dispositif 107 de

visée monté sur le traîneau qui porte le treuil. Le dis-

positif 107 de visée peut être sous forme d'une lunette ou simplement d'un tronçon de tube, L'outil est alors

retiré, le raccord est monté et il est serré au maximum.

L'outil 100 d'obturation est à nouveau introduit dans le tronçon de tube et, lorsque le dispositif 107 de visée et le repère X1 sont alignés avec précision, on sait que l'outil est convenablement disposé de manière que ses joints se trouvent dé part et d'autre du rac- cord. D'autres repères peuvent être utilisés sur la

canalisation hydraulique comme indiqué par les réfé-

rences Y et Z afin qu'ils indiquent des positions haute et basse de l'outil, indiquant le rapprochement de

l'emplacement convenable par le haut ou par le bas.

En pratique, la canalisation 101 comporte deux tuyau-

teries, l'une pour le fluide hydraulique sous pression et l'autre pour le mélange comprimé d'air et d'hélium

(formant le fluide de recherche).

Le panneau de commande monté sur le traîneau

à treuil (figure 6) est alors commandé afin qu'il trans-

mette le fluide hydraulique à une pression supérieure de 35 bars (en général supérieure d'environ 10 %) à celle du gaz de recherche, et les joints 102 sont

appliqués fermement et immédiatement, avec une pres-

sion constante, contre la face interne du tube de part et d'autre du raccord 92 à contrôler. Un dispositif mécanique de sécurité empêche l'admission du gaz de recherche avant la mise en position des joints et, de manière analogue, les joints ne peuvent pas être

retirés tant que le gaz de recherche n'a pas été évacué.

Il n'est pas nécessaire que les joints 102 assurent une étanchéité parfaite contre la surface interne du tube

puisque le procédé selon l'invention est totalement in-

dépendant des mesures de réduction de pression. Les

joints doivent être appliquée avec une pression cons-

tante contre la surface interne du tube.

Lorsque les joints ont été mis en place, le

gaz de recherche qui est par exemple un mélange conte-

nant 1 % d'hélium dans de l'air, pénètre à une pression de 455 bars, et les fuites éventuelles sont détectées par un spectromètre de masse de type rudimentaire (non

représenté) communiquant avec le collecteur 109 (repré-

senté en traits interrompus sur la figure 1 et plus en détail sur les figures 5A et 5B). Le *spectromètre de

masse est très sensible si bien que de faibles quanti-

tés d'hélium, formant une proportion connue du gaz de recherche, peuvent être détectées et un calcul simple permet facilement la détermination quantitative du

débit absolu de la fuite.

Le spectromètre de masse fonctionne de ma-

nière bien déterminée mais le montage classique selon lequel une dépression interne permet l'aspiration du gaz à analyser, par une fuite contrôlée,est remplacé par un mode visqueux en surpression. Les traces

de gaz sont transformées de manière classique en par-

ticules chargées positivement par un filament lumines-

cent sur lequel les particules prélèvent leurs charges.-

Si l'instrument ne fonctionnait pas sous un vide poussé de l'ordre de 104 mbar ou plus poussé, le filament

grillerait rapidement et le nombre de particules char-

gées créées serait excessif.

Selon le procédé décrit, du fluide de re-

cherche éventuellement présent est aspiré par un tronçon de canalisation d'environ 31 m, par une pompe à vide, et une petite proportion prédéterminée de ce fluide de recherche est transmise au spectromètre de masse par un trajet de fuite réglé avec précision. Cette petite

proportion prédéterminée du fluide de recherche, trans-

mise dans l'instrument, n'est pas en quantité suffisante

pour que le fonctionnement de l'instrument en sait af-

fecté. Etant donné la très grande sensibilité et la très grande précision d'un spectromètre de masse, le

débit de fuite peut être calculé avec une grandeepré-

cision. La petite quantité de fluide de recherche a

haute pression qui est nécessaire indique que la ré-

ponse est rapide et le fait que cette quantité soit pe-

tite est aussi souhaitable au point de vue de la sécurité.

Le compresseur non représenté qui commande l'outil et transmet le fluide de recherche peut fournir de l'air comprimé à 455 bars. Un compresseur convenable à quatre cylindres est du type 170V fabriqué par Williams and James (Engineers) Ltd, Chequer's Bridge, Glouces- tershire, GrandeBretagne. La proportion nécessaire d'hélium est introduite à l'aspiration du compresseur par un injecteur convenable, travaillant pratiquement à pression atmosphérique. Le compresseur a un dispositif

de purge automatique d'humidité et, en aval du compres-

seur, un filtre de carbone est monté afin qu'il retire l'humidité résiduelle et l'huile éventuelle qui, aux pressions élevées, peut s'enflammer d'elle-même. Le mélange comprimé est transmis à l'accumulateur à 455 bars et est détendu à une pression de 385 bars. Cette détente ne provoque pas de formation de glace étant donné le séchage poussé et le refroidissement assuré par cette

détente accroît la sécurité de l'opération.

Bien que le procédé décrit soit destiné à la

détection de fuites, il possède une caractéristique sup-

plémentaire de contrôle car toute réduction des dimen-

sions internes du tube est détectée car l'outil ne peut

pas dépasser un rétrécissement interne. Cette caracté-

ristique est importante car, après Le montage, les outils descendus dans le train de tiges peuvent se coincer et peuvent parfois nécessiter l'extraction

très conteuse du train de tiges.

On considère maintenant les circuits hydrau-

liques qui permettent la mise en oeuvre du procédé pré-

cité, en référence aux figures 1 et 2.

Le mélange comprimé d'air et d'hélium prove-

nant de l'accumulateur est transmis à un collecteur 111 par une canalisation 113. Le collecteur a un manomètre et une sortie de décharge est réglée par une soupape 117 qui débouche à l'atmosphère. Cette soupape 117 est normalement fermée et le collecteur alimente donc une canalisation 119 ayant un filtre 121 et deux vannes 123,

d'isolement permettant le nettoyage ou le remplace-

ment du filtre.

La pression dans la canalisation 119 est contrôlée par un manomètre 127 et, en aval de la prise du manomètre, la canalisation se divise, une dérivation

129 comprenant un régulateur 131 de pression, un robi-

net 133 à quatre voies et deux manomètres 135, 137 alors

que l'autre dérivation comprend un clapet 131, un régu-

lateur de pression 143, un manomètre 145, un robinet 147 à quatre voies, un vérin ou surpresseur 149 et un

manomètre aval 151. La dérivation 129 transmet le mé-

lange gazeux à l'outil et la canalisation 139 le trans-

met au surpresseur gaz-liquide hydraulique, ce dernier

commandant les joints 102 de l'outil 100 d'obturation.

Le surpresseur 149 a un fonctionnement tel que la pres-

sion du liquide hydraulique est toujours supérieure d'une valeur prédéterminée à celle du fluide de recherche (par exemple supérieure de 35 bars) afin que tout risque

d'augmentation des forces appliquées par le gaz de re-

cherche sur l'outil et pouvant déplacer ce dernier,

soit supprimé.

L'anneau délimité entre l'outil 100 d'obtura-

tion et le raccord 92 est purgé d'air avant la mise en place des joints 102, par introduction d'une petite quantité du fluide de recherche d'un réservoir 253 de purge, relié à une canalisation 255 de dérivation par

un clapet 257, afin que cet anneau contienne unique-

ment le "fluide de recherche" au cours du contrôle.

Un robinet 259 à quatre voies assure la con-

nexion et la déconnexion du réservoir de purge. Un ma-

nomètre 261 indique la pression de ce réservoir. Lors-

que la purge a été terminée, le robinet à quatre voies est tourné afin que le réservoir de purge ne soit plus

connecté.-

Les deux robinets 133, 147 à quatre voies sont solidarisés mécaniquement afin que le fluide de recherche ne puisse jamais parvenir à l'outil et dans il l'espace annulaire délimité entre l'outil et la paroi du tube tant que le liquide hydraulique n'a pas été transmis pour la commande des joints 102. Inversement, le liquide hydraulique ne peut pas être évacué tant que le fluide de recherche n'a pas été rejeté. Le circuit hydraulique du traîneau 151 qui porte le treuil est représenté sur la figure 2, et les détails mécaniques sont représentés sur la figure 6. Le traîneau 151 a une base 153, un bâti 155 et un panneau

157 de commande portant les différentesparties des cir-

cuits hydrauliques des figures 1 et 2. Le bâti porte

un treuil 159 permettant l'enroulement du câble 103, en-

trainé par un moteur pneumatique 161, et un tambour 163 entraîné par un moteur pneumatique 165 et provoquant en permanence l'enroulement de la canalisation ou des

tuyauteries souples 101 à haute pression.

Le circuit de la figure 2 comporte une cana-

lisation 167 montéede façon qu'elle reçoive de l'air à la pression d'alimentation de la plate-forme, par exemple à 8,75 bars et, après un clapet 169 de retenue

et une vanne 171 d'arrêt, la canalisation 167 se di-

vise en deux dérivations 173 et 175 au niveau d'un collecteur 177. La dérivation 173 alimente le moteur pneumatique 165 par l'intermédiaire d'un filtre 179 et d'un graisseur, et la dérivation 175 alimente le moteur pneumatique 161 par l'intermédiaire d'un filtre 183 et d'un graisseur 185. Un manomètre 187 est relié

au collecteur 177.

On se réfère maintenant aux figures 4A et 4B qui indiquent que l'outil 100 d'obturation ou de blocage a une forme cylindrique allongée et un diamètre externe qui est à peu près égal au diamètre interne du raccord à contrôler. Les joints 102 permettent l'utilisation dans des tubes ayant toute une plage de dimensions, 35. sans modification de l'outil de base, mais entre des

limites déterminées, les tubes de plus grande dimen-

sion pouvant être contrôlés par mise en oeuvre des

modifications décrites dans la suite du présent mémoire.

L'outil 100 comporte un corps central 104, deux vérins 106 et les joints 102. On décrit l'outil

à partir d'un nez 108 faisant partie d'une tige infé-

rieure 110. Cette dernière a une butée annulaire 112 qui forme un appui pour un organe annulaire 114 de caoutchouc destiné à guider le nez et retenue par un

ensemble 116 comprenant une rondelle et une bague élas-

tique. La butée 112 permet aussi l'appui d'un organe annulaire 118 formant butée pour le joint et ayant lui-même une cavité annulaire destinée au logement d'une bague 120 destinée à empêcher l'extrusion du caoutchouc du joint inférieur 102. La butée annulaire

112 et la bague 120 sont fixées par des vis non repré-

sentées.

Le joint 102 est formé de caoutchouc naturel ou synthétique qui ne subit pas d'extrusion aux pressions

utilisées lors du fonctionnement. Un vérin 122 est en-

suite placé le long de la tige 110 et il a une forme

annulaire, une cavité annulaire externe logeant une ba-

gue supplémentaire 124 empêchant l'extrusion du joint; deux cavités annulaires internes logent chacune un joint annulaire 126. Il faut noter que le vérin n'est pas ajusté sur la tige 110 si bien que les tolérances

d'usinagene sont pas très serrées.

Le vérin 122 est commandé par un ensemble comprenant un premier piston annulaire 128, ayant un prolongement interne disposé axialement mais dépassant radialement vers l'intérieur et dont une extrémité est

en butée contre le joint adjacent 126, sa section cor-

respondant à celle de ce joint. Le prolongement 130 laisse un petit espace entre-lui et la tige 110. Le piston a aussi un prolongement 132 disposé axialement

et radialement vers l'extérieur, permettant le raccor-

dement, par un taraudage,' sur un second piston 134 ayant un prolongement annulaire axial 136. Les deux pistons 128, 134 forment un ensemble dont l'extrémité opposée au vérin est en butée, en position de repos représentée, contre un épaulement annulaire interne 138 d'un manchon 140. Chaque piston 128, 134 a une gorge périphérique annulaire logeant un joint torique, par exemple de la marque de fabrique "Hallprene". Le piston en deux parties permet des économies importantes sur les coûts de fabrication car il autorise la suppression d'un

usinage relativement coûteux et permet un allégement.

La face 142 d'extrémité de l'organe 134 for-

me une extrémité d'une chambre 144 sous pression qui est aussi délimitée en partie par la périphérie interne du manchon 140 et par une face 146 d'extrémité du corps central 104, décrit maintenant en détail. La chambre 144 reçoit du fluide sous pression d'un passage 148 formé

dans une partie d'extrémité de la tige 110.

Le corps central 104 a deux prolongements cylindriques axiaux 150, 150' qui sont analogues si bien qu'on n'en décrit qu'un. Le prolongement droit 150 a un alésage axial taraudé 152 qui loge la partie

d'extrémité de la tige 110 qui a un filetage correspon-

dant. L'alésage 152 a un gradin à son extrémité interne.

Le prolongement 150 comporte, à l'extérieur de son ex-

trémité libre, une cavité annulaire 154 ayant une sec-

tion en T, destinée à loger un joint 156 de forme com-

plémentaire par exemple un joint "Hallprene Alpha".

La face externe du prolongement 150 laisse un espace entre elle et la face interne du manchon 140. Ce dernier se termine à une faible distance du gradin formé entre

le prolongement 150 et le corps central 104. Ce der-

nier a un passage axial 158 assurant la communication entre la partie interne de l'alésage 152, comportant le gradin, et un alésage de plus petit diamètre formé dans l'autre prolongement d'extrémité 150'. Un passage transversal 160 assure la communication avec l'espace

annulaire délimité entre l'eoutil et le raccord à con-

trôler par le fluide de recherche.

L'alésage taraudé 152' du prolongement gau-

che 1501 (placé vers le haut sur la figure 4B) coopère avec une extrémité filetée d'une tige supérieure 162 ayant un passage 164 disposé suivant son axe et logeant une tuyauterie 166 d'acier inoxydable. L'extrémité de la tuyauterie 166 a un embout 168 qui est fileté et coopère avec un alésage taraudé complémentaire 170

du corps central 104, débouchant dans le passage trans-

versal 160. Un espace annulaire délimité entre la tu-

* yauterie 166 et le passage 164 permet au fluide sous

pression de communiquer avec la chambre 144 par l'inter-

médiaire des passages 158 et 148.

La tige supérieure 162 porte un manchon supé-

rieur 140', un ensemble supérieur de pistons, un joint supérieur et un vérin supérieur 106', tous ces éléments étant identiques aux éléments correspondants placés à

la partie inférieure de la tige, ayantles mêmes réfé-

rences mais sans le signe '. L'organe 118' formant bu-

tée pour le joint supérieur est bloqué par un écrou 172 car il ne peut pas être retenu par une butée, afin que le montage soit possible. L'organe 118' de butée du joint sulkrieur, contrairement à l'organe inférieur correspondant, est taraudé et coopère avec un filetage

complémentaire de la tige supérieure 162. La face su-

périeure 174 d'extrémité de la tige supérieure se trou-

ve à une certaine distance de la partie inférieure d'un alésage taraudé 176 d'un bloc 178 de connecteur et un joint 180 empêche les fuites du gaz comprimé

dans cet alésage. L'alésage 176 débouche dans un alé-

sage 182 de plus petit diamètrequi loge un raccord 184 de la tuyauterie 166. L'alésage 176 communique avec un alésage transversal fermé par unbouchon 186 et qui

communique avec un alésage axial 188.-Ce dernier re-

çoit du fluide sous pression par l'intermédiaire d'un embout et d'un tube189 d'acier'inoxydable qui rejoint la canalisation 139 d'alimentation (figure 1). De bloc

178 a trois alésages taraudés 190 (un seul est repré-

senté) logeant chacun l'extrémité d'un boulon 192 (un seul est représenté) . Enfin, ce bloc a un alésage 194 à taraudage conique qui coopère avec un embout 196 d'une extrémité d'une tuyauterie 198 d'alimentation

en fluide sous pression.

L'outil est complété par un tube supérieur monté sur le bloc 178 et fixé à celui-ci par les boulons 192. A l'extrémité éloignée du bloc 178, le tube 200 porte un bouchon 202 ayant des ouvertures pour le passage des boulons et un alésage central

taraudé 204 coopérant avec un raccord 206 de soulève-

ment qui peut être utilisé pour le levage et l'abaisse-

ment de l'outil et pour sa récupération au cas o

l'outil tombe dans le train de tiges.

L'outil ainsi décrit est destiné à être

utilisé dans un train de tiges ayant un diamètre no-

minal de 114 mm, mais l'utilisation d'une série de

manchons et de joints principaux de plus grande di-

mension, avec une bague de plus grand diamètre sur le

nez, comme indiqué en traits interrompus, permet l'uti-

lisation du même outil pour des tubes dont le diamètre

peut atteindre 140 mm.

Comme décrit précédemment, le procédé met en oeuvre la détection d'un fluide de recherche par

spectrométrie de masse et en théorie, tout spectromè-

tre de masse permet la détection nécessaire avec pré-

cision et est sensible au gaz particulier utilisé comme

ingrédient actif du fluide de recherche. Un spectromè-

tre de masse de laboratoire donne des résultats excel-

lents mais il ne peut pas supporter les conditions très sévères existant sur les plate-formes de recherche de pétrole et de gaz et en conséquence le spectromètre

utilisé est spécialement adapté e cette application.

Le collecteur ou piège 109 à gaz peut être adapté afin qu'il corresponde à différents raccords de tube, les figures 5A et 5B représentant deux types de piège, Sur la figure 5A, le tube 90 est couplé par un

raccord 92 et le pioge comporte deux parties semi-

annulaires 201, 203, articulées l'une sur l'autre autour d'un axe vertical (non représenté) et, lorsqu'elle sont assemblées autour d'un raccord, les deux parties sont

maintenues l'une contre l'autre par un dispositif conve-

nable non représenté, opposé diamétralement à l'axe d'articulation. Chacune des parties comporte deux joints toriques semi-annulaires 205, 207, chaque paire assurant

l'étanchéité d'un espace 209 qui reçoit le fluide de re-

cherche en cas de fuite. Des trous 211 sont formés entre

les espaces 209 afin qu'ils permettent la sortie à l'at-

mosphère du gaz qui peut avoir fui hors de l'espace infé-

rieur et qui pourrait autrement pénétrer dans l'espace supérieur 209 et inversement. La configuration de la

surface interne de chacune des deux parties 201, 203-

entre les joints 205, 207, est inclinée comme indiqué par la référence 210 afin que le piège à gaz soit mis automatiquement en position lors du montage sur les bords

spérieur et inférieur du raccord 92. Le fluide de recher-

che qui peut avoir fui vers l'un ou l'autre des espaces 209 est transmis par des passages 213 à des raccords 215 (de préférence d'un type permettant un montage et

un démontage rapides). Dans une variante, les connec-

teurs 215 peuvent être couplés à un collecteur 217 qui est lui-même relié à une sonde 220 d'un spectromètre de masse par un autre connecteur 219. Cette disposition permet une détection primaire des fuites au niveau

d'un raccord et une détection secondaire pour la dé-

termination du trajet particulier suivi par les fuites.

Le piège représenté sur la figure 5B est destiné à être utilisé avec un raccord sans organe intermédiaire, les tubes étant directement vissés l'un sur l'autre. Le piège comporte deux parties 221, 223 semi-annulaires et deux joints semi-annulaires 225, 227. Un seul espace collecteur 229 est relié à un connecteur 231 de sortie et ainsi à une sonde 233

d'un spectromètre de masse.

Dans les deux pièges, des joints non repré-

sentés sont aussi placés le long des bords longitudi-

naux des deux parties du piège et ils sont destinés à limiter les fuites au niveau de ces bords. Il faut noter que les volumes internes des pièges sont faibles afin que le fluide de recherche qui a pu fuir parvien- ne rapidement au spectromètre de masse, mais ils ne sont pas petits au point de pouvoir être bouchés par une matière quelconque d'étanchéité ou une autre

matière étrangère.

Lorsque les raccords sont du type représenté par la référence 92, la disposition initiale du piège

peut être facilitée par les surfaces internes chanfrei-

nées 210.

Si l'outil 100 d'obturation ne peut pas être

facilement soulevé après la fin d'un essai, l'applica-

tion d'une Force très élevée au câble de support pourraitprovoquer une détérioration de l'outil ou du train de tiges si bien qu'il est préférable de fixer le câble sur l'outil d'une manière qui libère le câble pour une force qui est par exemple de 2,25.105 N. Des dispositifs d'accrochage qui s'ouvrent automatiquement en cas de surcharge sont déjà connus

et on ne les décrit pas en détail. Le dispositif d'ac-

crochage est sous forme d'un organe creux ayant une ouverture suffisamment grande à une première extrémité pour que le câble y passe et, après introduction, le câble est évasé dans le dispositif de fixation et du

plomb est versé par l'autre extrémité ouverte.

On considère maintenant rapidement les avan-

tages du procédé et de l'appareil décrits précédemment.

L'utilisation d'un gaz et non d'un liquide comme fluide de recherche présente les avantages d'une viscosité bien plus faible et de l'absence de force

de tension superficielle. En conséquence, un gaz as-

sure une meilleure recherche qu'un liquide et en outre

il a une tendance faible ou nulle à refermer temporai-

rement un trajet potentiel de fuite par déplacement d'un composé d'étanchéité dans une cavité formée dans un filetage. Un gaz est aussi particulièrement avantageux lors du contrôle d'un train de tiges d'un puits de gaz

puisqu'il simule les conditions de travail.

L'hélium est l'ingrédient actif le plus avantageux du fluide de recherche car il a une petite

molécule, il est léger et il se disperse donc facile-

ment après chaque essai, il est inerte et non toxique, il est moins coûteux que d'autres gaz utilisables, et il est facilement disponible. La légèreté de l'hélium

a aussi tendance à favoriser son passage dans les tra-

jets de fuite. En outre, on peut construire un appa-

reillage de détection qui est spécifique de l'hélium

alors que la réalisation d'appareils de détection spé-

cifiques d'autres gaz présents à l'état de traces est difficile. La dimension de la molécule permet aussi la détection des fuites lorsque le gaz est sous forme pure, alors que ces fuites ne pourraient pas être détectées par d'autres gaz présents à l'état de

traces.

Le procédé, sous sa forme la plus générale, simule les conditions réelles existant dans un train de tiges, alors que la quantité de fluide de recherche à pression élevée et de liquide hydraulique de commande de l'outil est faible si bien que les risques en cas de fracture de tubes sont réduits. Le faible volume du fluide de recherche réduit aussi le temps nécessaire à un essai. L'outil de blocage ou d'obturation peut être manipulé de façon commode, sa longueur étant à peine supérieure à 1 m, et il n'est pas nécessaire que les joints formés par l'outil Au niveau d'un raccord soient étanches. La lecture peut être très sensible, correspondant par exemple à un débit de fuite de 28 1 dans les conditions normales en 10 ans. Le procédé

n'est pas affecté par les changements de température.

L'outil peut être utilisé dans des tubes de

dimension variant entre des limites relativement loi-

gnées, et peut être utilisé par simple adaptation dans

des tubes de dimensions différentes.

Le procédé et l'outil donnent globalement une sécurité élevée, avec une précision et une sensibilité qui ne pouvaient pas être obtenues jusqu'à présent. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs et procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre

d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'in-

vention.

Claims (12)

REVENDICATIONS

1. Procédé de contrôle de fuites de tubes et de raccords, caractérisé en ce qu'il comprend

(a) la disposition dans le tube (90) à con-

trôler, d'un outil (100) ayant des joints distants (102) afin que les joints se trouvent de part et d'autre du raccord ou du tronçon de tube à contrôler, (b) la commande de l'outil (100) afin que

les joints (102) se déforment et maintiennent une pres-

sion constante contre la face interne du tube (90), (c) la transmission de fluide de recherche

sous pression dans l'outil (100) et dans l'espace an-

nulaire compris entre l'outil et la surface interne du tube (90) à contrôler, et (d) la détection de la présence du fluide de

recherche à l'extérieur du raccord ou du tube contrôlé.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide de recherche est soit un mélange d'hélium et d'un ou plusieurs gaz, soit de l'hélium pur, mais il est de préférence formé d'un mélange d'hélium

et d'air.

3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'hélium forme 0,1 à 10 % du volume du fluide

de recherche, avantageusement 1 % en volume.

4. Procédé selon l'une quelconque des revendi-

cations 1 à 3, caractérisé en-ce que le gaz qui peut fuir par le raccord ou le tronçon de tube contrôlé est contenu par un piège (109) qui entoure le raccord ou

le tronçon de tube, une sonde faisant partie d'un dé-

tecteur, avantageusement un spectromètre de masse,

communiquant avec le piège à gaz.

5. Procédé selon l'une quelconque des revendi-

cations 1 à 4, caractérisé en ce que le fluide de re-

cherche est utilisé à une pression comprise entre 350

et 700 bars, avantageusement de.455 bars.

6. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le spectromètre de masse fonctionne en mode

visqueux en surpression.

7. Outil destiné à la mise en oeuvre du procédé

selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il com-

prend un dispositif (104) de montage d'un premier et d'un second joint annulaire distants (102) formés d'une matière élastique, deux pistons (128, 134; 128', 134'), chaque piston étant associé à l'un des joints (102) et étant mobile entre une première position de repos et une seconde position de travail dans laquelle le joint correspondant coopère avec la surface interne du tube et maintient une pression constante, un premier passage (148) de transmission d'un fluide sous pression à une première face de chaque piston afin que les pistons

soient déplacés de leur première à leur seconde posi-

tion, et un second passage (129) destiné à transmettre un fluide de recherche sous pression dans l'outil vers

une position qui se trouve à la surface externe de l'ou-

til, entre les joints distants (102), le montage étant tel que, lors du fonctionnement, le fluide de recherche

occupe l'espace annulaire compris entre la surface ex-

terne de l'outil et la surface interne du raccord ou du tronçon de tube contrôlé, entre les joints annulaires distants.

8. Outil selon la revendication 7, caractérise

en ce que le dispositif (104) de montage des joints an-

nulaires (102) comporte des tiges axiales (110, 162) sur lesquelles les pistons (128, 134; 128', 134')

peuvent coulisser.

9. Outil selon l'une des revendications 7 et 8,

caractérisé en ce que chaque piston est en deux parties et coopère avec un vérin (122, 122') qui est au contact du joint annulaire associé (102) afin qu'il provoque

l'application du joint avec une pression constante con-

tre la surface interne du tube.

10. Outil selon la revendication 9, caractérise en ce que chaque vérin (122, 122') est monté librement sur la tige correspondante et porte des joints & chaque extrémité axiale, ces joints pouvant glisser le long de

la tige.

11. Outil selon l'une quelconque des revendica-

tions 7 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend un dis-

positif (124) destiné à empêcher l'extrusion des joints

annulaires (102) lorsqu'ils sont sous pression.

12. Outil selon l'une quelconque des revendica-

tions 7 à 11, caractérisé en ce que les dimensions des pistons (128, 134; 128', 134') sont telles que ceux-ci permettent des fuites en cas d'application d'une

pression excessive.