FR2465103A1 - Pompe a fluide - Google Patents

Abstract

CETTE POMPE A FLUIDE COMPREND UN CLAPET DE PIED 36 DISPOSE AU-DESSUS D'UN PISTON MOBILE 35 A L'INTERIEUR DE L'ALESAGE 24, 26 D'UN CORPS 10. CE PISTON MOBILE EST MONTE SUR UNE TIGE 28 QUI S'ETEND A TRAVERS LE CORPS JUSQU'A UN MECANISME D'ENTRAINEMENT. LE PISTON MOBILE 35 EST AGENCE DE TELLE SORTE QUE, LORS DE LA COURSE DESCENDANTE, DU FLUIDE PUISSE TRAVERSER UNE SOUPAPE 34 PREVUE DANS CE PISTON POUR PARVENIR DANS LA ZONE 24 DE L'ALESAGE SITUEE AU-DESSUS DU PISTON. AU BAS DE LA COURSE DESCENDANTE, DES ORIFICES D'ENTREE LATERAUX 42 SONT EXPOSES AU-DESSUS DU PISTON MOBILE 35 POUR PERMETTRE UNE NOUVELLE PENETRATION DE FLUIDE DANS LA ZONE 24 DE L'ALESAGE SITUEE AU-DESSUS DE CE PISTON. UNE ENTREE INFERIEURE 14 EST PREVUE POUR PERMETTRE AU FLUIDE DE PENETRER PENDANT LA COURSE DESCENDANTE DU PISTON MOBILE. LE CLAPET DE PIED SUPERIEUR 36 S'ELEVE PENDANT LA COURSE ASCENDANTE POUR DECOUVRIR DES ORIFICES DE SORTIE 40.

Description

Pompe à fluide.

La présente invention concerne les pompes à fluide.

Elle se rapporte plus spécialement aux pompes à fluide

utilisées au fond dans les puits de pétrole.

Un puits de pétrole en exploitation exige de façon caractéristique le montage d'un type quelconque de pompe au fond du puits pour pouvoir élever le pétrole fluide depuis le gisement, à travers les tubes d'extraction

jusqu'à la surface. De nombreux problèmes ont été soule-

vés avec ce type de pompe, qui est parfois dénommé pompe

à "tige de pompage" étant donné que de façon caractéris-

tique ces pompes sont actionnées par une tige animée d'un mouvement de vaet-vient qui s'étend au fond du

trou à travers les tubes d'extraction. On comprendra ra-

pidement qu'une pompe à tige de pompage doit être extr&-

mement fiable, étant donné qu'il est nécessaire de la repêcher au fond du trou pour la ramener à la surface

en vue de sa réparation ou de son remplacement.

Un type de pompe à tige de pompage utilisée en vue de réduire les problèmes liés à la production au

fond du trou, tels qu'un bouchon de gaz et une accumula-

tion de fluide, comprend un clapet de pied ou une soupa-

pe d'aspiration disposé au-dessus d'un piston mobile dans un carter commun. Le piston mobile est relié à la tige de pompage afin de pomper du fluide en direction du haut

à travers le clapet de pied.

Deux types fondamentaux de pompes utilisant un clapet de pied disposé dans un carter commun au-dessus d'un piston relié à la tige de pompage sont connus de la Société Demanderesse. Le premier, qui est illustré par les brevets des Etats Unis d'Amérique n0 2 517 952 et 3 697 199, comprend des orifices d'entrée latéraux situés de façon telle qu'à la partie inférieure de la course vers le bas du piston mobile le fluide soit aspiré dans l'alésage du corps de pompe au-dessus du piston mobile par une différence de pression. Le second type, qui est illustré par le brevet des Etats Unis d'Amérique n0 1 812 667, comprend une soupape placée à l'intérieur du piston mobile, permettant au pétrole provenant d'un orifice d'entrée inférieur de pénétrer dans l'alésage au-dessus du piston lors du mouvement

vers le bas de celui-ci.

Ces deux types posent des problèmes particuliers qui leur sont associés. Dans le cas du premier type, un gisement présentant une pression notable peut être à l'origine de difficultés pour le piston à franchir les orifices d'entrées latéraux lors de sa course vers le

bas en antagonisme, à la pression r4gnant dans le puits.

En outre, le laps de temps disponible pour l'entrée du fluide peut être insuffisant pour remplir complètement la cavité libre ce qui réduit nettement la production étant donné qu'une partie de la course ascendante n'est pas utilisée pour l'extraction. Dans le second type le fluide admis à travers la soupape prévue dans le piston mobile pendant la course vers le bas de ce piston peut également être insuffisant pour remplir également la cavité, ce qui réduit le rendemment. Ceci est le cas en particulier pour des puits de pétrole brut à haute

viscosité.

Le but de l'invention est de créer une pompe à fluide nouvelle et perfectionnée et en particulier une pompe entraînée par une tige de pompage, utilisable dans les puits de pétrole, de gaz et d'eau. Suivant un mode de réalisation, l'invention est utilisée comme pompe d'extraction au fond pour l'exploitation des puits de pétrole. L'invention est matérialisée dans une pompe comprenant un clapet de pied ou une soupape d'aspiration supérieur et un piston mobile monté dans un alésage d'un corps. Le piston mobile est monté sur une tige de piston qui s'étend à travers le corps et qui est reliée à un mécanisme d'entraînement tel qu'une tige de pompage. Le piston mobile est agencé de telle sorte que, lors de sa course vers le bas, du fluide puisse traverser une soupape prévue dans le piston, pour parvenir dans la

zone de l'alésage située au-dessus de ce piston mobile.

Au bas de la course descendante, des orifices d'entrées latéraux sont exposés au-dessus, du piston mobile,

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pour permettre à une plus grande quantité de fluide de pénétrer dans la zone de l'alésage au-dessus de ce piston mobile. Lors de la course ascendante, les orifices d'entrée latéraux de même que la soupape prévue sur le piston mobile sont fermés de façon étanche et le pétrole est refoulé vers le haut par le piston à travers un clapet de pied supérieur et à travers les orifices de sortie du corps. Le clapet supérieur est agencé de façon à rendre maximum le débit de fluide et à réduire l'usure

au minimum.

La description qui va suivre, faite en regard

des dessins annexés, donnés à titre non limitatif, per-

mettra de mieux comprendre l'invention.

La Fig. 1 est une vue en élévation de la pompe suivant l'invention et du milieu dans lequel elle est utilisée. La Fig. 2 est une vue en coupe de la pompe à

l'extrémité d'une course vers le bas.

La Fig. 3 est une vue en coupe de la pompe

pendant une course vers le haut.

La Fig. 4 est une vue en coupe de la pompe à la

fin de cette course vers le haut.

La Fig. 5 est une vue en coupe de la pompe pendant

une course vers le bas.

La Fig. 6 est une vue en coupe montrant une variante de réalisation de la pompe, comprenant une

troisième soupape.

La Fig 7 est une vue de détail avec arrachement

de la soupape cylindrique supérieure et de son siège.

La Fig. 8 est une vue de détail en coupe de la

troisième soupape représentée sur la Fig. 6.

La Fig 9 est une vue en coupe correspondant à une

variante de réalisation.

Si l'on se reporte aux dessins, la pompe P suivant l'invention est agencée de façon à être utilisée dans un puits de pétrole classique tel que représenté sur la Fig. 1. Ce puits est foré dans un gisement souterrain S et comprend un-tubage ou cuvelage C. Ce cuvelage est perforé pour permettre au pétrole fluide F de pénétrer dans ledit cuvelage C depuis le gisement S. A l'intérieur du cuvelage C, il est prévu une colonne de tubes T dans laquelle la pompe P est montée, cette pompe reposant sur un raccord N prévu dans la colonne de tubes T. Ce raccord N assure également l'étanchéité de la colonne de tubes T au-dessus du raccord N par rapport à la partie de la colonne qui se trouve au-dessous de ce raccord. Comme

dans le cas d'une pompe classique, la pompe P est entrai-

née par un jeu de tiges de pompage R animées d'un mouve-

ment de va-et-vient pour déplacer le fluide vers le haut depuis le dessous du raccord formant siège N et pour le refouler dans les tubes T au-dessus de ce raccord N. Cette action de pompage remplit éventuellement les tubes

T et refoule le fluide jusque dans une conduite d'ex-

1.5 ploitation L qui se trouve à la surface.

Comme montré sur la Fig.2 la pompe P comprend principalement un corps ou carter 10 de forme générale

cylindrique, qui est muni d'une partie d'alésage supé-

rieures 24 et d'une partie d'alésage inférieure 26, une tige 28 s'étendant à travers la partie d'alésage supérieure 24 et pénétrant dans la partie d'alésage inférieure 26, une soupape cylindrique inférieure 34, montée sur la tige 28 entre une butée supérieure 30 et une butée inférieure.32 et capable d'établir un joint étanche avec cette butée inférieure 32, une soupape cylindrique supérieure 36, montée sur la tige 28 dans la partie

d'alésage supérieure 24, des orifices de sortie 40 pou-

vant être obturés de façon étanche par la soupape cylindrique supérieure 36, des orifices d'entrée latéraux 42 pouvant être fermés de façon étanche par la soupape cylindrique inférieure 34, et un orifice d'entrée inférieur 14 ménagé dans le cylindre terminal inférieur

lOb du corps 10..

Les détails de construction de la pompe P suivant l'invention seront décrits en regard des Fig. 2 à 5. Le corps creux 10 de forme générale cylindrique de la pompe P est formé par une série de sections reliées entre elles par vissage, désignées dans l'ordre ascendant par 10a à 1Ch. A l'intérieur du corps 10, lOa désigne un raccord cylindrique, 1Ob désigne le cylindre terminal inférieur, l-c désigne un cylindre formant entretoise, 1-d désigne le cylindre principal, 10e désiane l'élément de retenue 1.f est le cylindre de la section intérieure, 1Og est le cylindre de sortie, et 1Oh est le cylindre terminal supérieur. Ces parties seront décrites plus en détail

plus loin.

Une section supérieure 13a est formée par les cylindres 1Og et 1Oh. Une section inférieure 13b est formée par les cylindres 1Oa - lOe. Une section intérieure 13c est formée par le cylindre intérieur 10f. Un filtre à gaz classique 12 est relié au cylindre formant raccord 1Oa. Ce filtre est constitué par un tube fermé à une extrémité en 12a et comportant des perforations multiples , 12b à travers lesquelles le pétrole fluide F s'écoule pour pénétrer dans l'orifice inférieur 14 formé par le cylindre creux terminal inférieur lOb. Le filtre à gaz 12 est agencé de façon à réduire la quantité de gaz pénétrant dans la pompe avec le pétrole fluide F. L'élément de retenue 10e, de type classique, remplit plusieurs fonctions. Cet élément 10e est utilisé pour positionner la pompe à la distance correcte dans le raccord foôrmant siège N, cet élément 10e permettant à la pompe d'être maintenue également dans la position correcte à l'intérieur du tube T, et ledit élément 10e assurant en outre l'étanchéité de la partie supérieure du tube T par rapport au pétrol fluide F qui se trouve au-dessous du raccord N. L'élément de retenue 10e comprend une section en caisson 16 ayant une dimension radiale accrue, qui s'étend à partir d'une partie plus étroite formant queue 18. Les dimensions extérieures de la partie en caisson 16 sont supérieures aux dimensions intérieures du raccord formant portée N, ce oui empêche la pompe P de se déplacer vers le bas au-dessous de ce raccord formant siège N à l'intérieur du tube T. Les dimensions extérieures des cylindres 10a lOd du corps et de la partie formant queue 18 du cylindre 10e au-dessous de la section en caisson de plus grand diamètre 16 sont inférieures aux dimensions intérieures du raccord formant siège N, ce qui par suite permet à la partie inférieure de la pompe P de s'étendre au-dessous de ce raccord

formant singe comme montré sur la Fig.1 des dessins.

La paroi extérieure de la partie plus étroite formant queue 18 de l'élément de retenue iQe supporte un système de joint d'étanchéité classique comprenant plusieurs cuvettes d'appui élastiques 20 axialement espacées l'une de l'autre par des entretoises ou cales 22. Les cuvettes d'appui 20 et les entretoises 22 sont

empêchées de se déplacer axialement par rapport à l'élé-

ment de retenue lOe au moyen d'un écrou à coincement (non représenté) qui est vissé sur des filetages de la partie formant queue 18 afin de maintenir avec certitude le système d'étanchéité contre la partie plus grosse en caisson 16. Comme cela est mieux visible sur la Fig.1, les cuvettes d'appui 22 établissent un joint étanche entre la pompe 10 et le raccord formant siège N, ce qui isole le tube intérieur T au-dessus du raccord N par rapport aux zones situées au-dessous de ce raccord N. Un alésage de forme générale cylindrique 23 est ménagé dans le corps 10 par les surfaces intérieures en principe cylindriques des cylindres 1-a - 10h de ce corps. Cet alésage 23 est divisé en une partie d'alésage supérieure 24 ménagée dans les cylindres 10q et lOh et une partie d'alésage inférieure 26 ménagée dans les cylindres lia - 10e.-Les alésages 24 et 26 sont séparés par la section d'alésage intermédiaire 25, qui est formée par les parois intérieures de la section en caisson plus grosse 16 et par le cylindre intérieur 10f et qui a un diamèÄtre plus petit que les parois formant

les parties d'alésage 24 et 2-:.

Une tige 28 s'étend à travers le cylindre terminal supérieur 10h du corps, la partie d'alésage supérieure 24, la partie d'alésage intermédiaire 25 et jusque dans la partie d'alésage inférieure 26. Le cylindre terminal supérieur 10h présente une partie supérieure de dimension radiale réduite, oui sert de quide pour la tige. La partie supérieure 28a de la tige 28 est reliée par vissage à l'extrémité des tiges de pompage R.

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Les tiges de pompage R fournissent l'énergie d'entrai-

nement en va-et-vient de la tige 2ú,X afin de lui trans-

mettre un mouvement de va-et-vient avec une course ascendante et une course descendante. Le sommet 28a de la tige est plus gros que le diamètre du reste de cette tige 28 et que le diamètre intérieur du cylindre terminal supérieur 10h, pour former une butée lors du mouvement vers le bas de la tige 28. La tige 28 est formée de deux sections à savoir: Une section supérieure 28b et une section inférieure 28c. La section supérieure 28b et la section inférieure 28c sont réunies à l'intérieur de la partie d'alésage inférieure 26 par la butée supérieure , à laquelle elles sont reliées par vissage. Cette butée supérieure 30 est par suite montée sur la tige 28 et sert également de dispositif d'accouplement. La butée supérieure 30 comprend un épaulement annulaire incliné 30a qui coopère avec un épaulement de butée inférieur orienté vers le bas 18a, prévu sur l'élément de retenue 10e et qui sert de butée pour la tige 28 lors

de sa course ascendante. La base 28d de la tige est-

reliée par vissage à la butée inférieure 32. Cette butée inférieure 32 est une pièce ayant une forme générale, de bouchon, munie d'une partie inférieure arrondie 32a pour faciliter le passage du fluide autour de cette butée inférieure. 32. Elle comprend une partie médiane de

forme générale cylindrique 3.2b, munie d'une partie supé-

rieure formant un épaulement 32c. Cette partie formant épaulement 32c est biseautée pour constituer une section de forme générale tronconique, permettant à la partie formant épaulement 32c de coopérer avec la soupape

cylindrique inférieure 34.

Cette soupape cylindrique inférieure 34 comprend un piston 35 qui est formé par un manchon de forme générale cylindrique 34a, ayant une forme tubulaire. Le diamètre extérieur de ce manchon 34a est juste un peu inférieur au diamètre intérieur du cylindre-principal lCd, pour permettre à ce manchon 34a de coulisser dans la partie d'alésage inférieure 26 et de réaliser un joint à glissement avec le cylindre principal iOd sur

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son diam"tre intérieur.

Le manchon 34a comprend une partie creuse inté-

rieure dont le diamètre intérieur est plus grand que le diamètre extérieur de la section inférieure 28c de la tige, pour ménager un espace entre la tige 28 et le manchon 34a, afin de permettre au fluide de s'écouler entre eux, et pour rendre possible un déplacement relatif entre la tige 28 et le manchon 34a, entre la butée supérieure 30 et la butée inférieure 32. Par suite, l'écoulement à travers la soupape cylindrique inférieure 34 peut être modifié en changeant le diamètre de la section inférieure 28c de la tige. Le diamètre du piston 28c formé par la tige peut être différent du diamètre

de la section supérieure 28b.

La soupape cylindrique inférieure 34 comprend une partie terminale supérieure 34b reliée par vissage à la partie supérieure du manchon 34a et une partie terminale inférieure 34c reliée par vissage à la partie

inférieure de ce manchon 34a. Le manchon 34a et les extré-

mités supérieure et inférieure 34b et 34c respectivement constituent le piston 35. Cette extrémité supérieure 34b présente un diamètre extérieur qui est un peu inférieur au diamètre extérieur du manchon 34a, et un sommet plat qui rencontre la base de la butée supérieure 30. Le diamètre intérieur de l'extrémité supérieure 34b est égal

au diamètre intérieur du manchon 34a. L'extrémité infé-

rieure 34c a une forme analogue. Toutefois, le bord inférieur de l'extrémité inférieure 34c est biseautée

en sens opposé par rapport à la partie formant l'épaule-

ment supérieur 32c de la butée inférieure 32, afin de pouvoir réaliser l'étanchéité quand ils sont appliqués l'un sur l'autre. Les diamètres extérieurs de la butée supérieure 30 et de la butée inférieure 32 sont plus grands que le diamètre intérieur des parties terminales 34b et 34c, pour éviter que le piston 35 ne franchise en glissant l'une ou l'autre des butées. La longueur du manchon 34a est variable et peut changer d'une pompe à l'autre, selon les conditions du puits. En général le manchon 34a va avoir approximativement 1 mëtre de long pour chaque fraction de mille mètres de profondeur du puits. Si l'on se reporte en outre à la Fig.7, on voit que la soupape cylindrique supérieure 36 est disposée à l'intérieur de la partie d'alésage supérieure 24. Cette soupape cylindrique supérieure 36 comprend un élément obturateur ou clapet cylindrique creux en forme de manchon 37, qui a comme indiqué une forme cylindrique ou analogue à celle d'une douille et oui a un diamèÄtre extérieur approximativement égal à celui de l'alésage intérieur du corps cylindrique extérieur lOg, pour établir un joint à glissement avec le cylindre de sortie lOg et pour permettre un mouvement à l'intérieur de la partie d'alésage supérieure 24 entre des positions haute et basseen réponse à une pression s'excerçant depuis le dessus ou depuis le dessouss, Le diamètre intérieur de l'élément obturateur 37 est approximativement égal au diamètre extérieur de la section supérieure 28b de la tige de piston, pour le montage de cet élément obturateur supérieur 37 en vue de son coulissement étanche par rapport à la tige 28. L'extrémité inférieure 37a de l'élément obturateur 37 a une forme biseautée, pour constituer une surface orientée vers le bas qui est inclinée vers le haut et radialement vers l'extérieur. Cette surface biseautée de l'extrémité inférieure 37a est complémentaire de la surface de portée supérieure 38a d'une bague formant sige 38 qui est maintenue entre le cylindre intérieur f et le cylindre de sortie lOg. L'extrémité inférieure 37a de l'élément obturateur supérieur 37 coopère avec la surface de portée 38a pour assurer l'étanchéité de la partie d'alésage supérieure 24 par rapport à la partie d'alésage inférieure 26 quand l'élément 37 et la bague 38 sont appliqués l'un sur l'autre. Ce joint empêche le fluide qui était pomp4 hors de la partie d'alésage inférieure 26 d'être refoulé dans cette partie d'alésage inférieure 26 pendant la course vers le bas de la pompe P.

L'extrémité supérieure 37b de l'élément 37 pré-

sente, comme visible sur la Fig.7, une serie de cannelures axiales 37c. Ces cannelures 37c ont une section droite en U, la taille des cavités en U diminuant jusqu'à zéro dans une direction verticale orientée vers le bas. Sans les cannelures 37c, il se pourrait que dans certains gisements du sable s'accumule à l'extrémité supérieure 37b de l'élément obturateur 37, en provoquant éventuel-

lement un grippage de la pompe. Les cannelures 37c ser-

vent z favoriser l'écoulement du fluide et ainsi l'éva-

cuation du sable avec le fluide, en empêchant ce grippage.

La longueur de cet élément obturateur 37 est variable et peut être augmentée ou réduite pour augmenter ou réduire le poids, afin d'agir sur le mouvement vers le haut et vers le bas de l'élément obturateur 37 à l'intérieur

de la partie d'alésage supérieure 24. Les angles d'incli-

naison entre la surface annulaire 38a et l'extrémité inférieure 37a sont de préférence légèrement différents pour obtenir initialement une seule ligne d'étanchéité, fournissant ensuite une meilleure assise entre ces

éléments par usure. Des angles identiques pour les sur-

faces 37a et 38a sont indésirables, étant donné qu'il se pourrait alors qu'une déformation localisée réduise la faculté d'étanchéité. Un angle de 280 est recommandé pour le biseau sur l'extrémité inférieure du manchon 37a et un angle de biseau de 30 semble judicieux pour la

surface de portée 38a de la bague 38.

Le cylindre de sortie lOg est muni de moyens de sortie qui sont désignés d'une façon générale par la référence 40. De préférence, ces moyens de sortie 4G sont constitués par six trous 40a ménagés dans le cylindre de sortie lOg et répartis circonférentiellement, en étant écartés de 60 . Les trous 40a sont orientés vers l'extérieur et vers le haut, leur point le plus bas se trouvant juste au-dessus de la bague 38, de sorte que

ces trous 40a peuvent fermés de façon étanche et décou-

verts avec un déplacement minimum de la soupape en forme de manchon 37. La section droite totale des six trous 40a est inférieure à la section droite disponible du corpis 10, ce qui augmente la vitesse d'écoulement du fluide à partir des trous de sortie 40a, pour créer un effet de jet qui va accroître l'efficacité de la pompe lors d'une combinaison avec une direction inclinée vers le haut des trous de sortie 40a. Les moyens de sortie 40

vont être obturés et découverts par le déplacement verti-

cal de la soupape cylindrique supérieure 37.

A l'intérieur du cylindre principal lOd du corps, il est prévu des moyens d'entrée latéraux, désignés d'une façon générale par 42 et constitués de préférence par quatre trous circonférentiellement espacés 42a,

écartés d'environ 900. Les trous d'entrée 42a sont dis-

posés en fonction des limites supérieure et inférieure de la course vers le bas du piston 35 de la soupape cylindrique inférieure. Au bas de sa course descendante et comme visible sur la Fig.2, les trous d'entrée latéraux 42a sont découverts par le piston 35 de la soupape cylindrique inférieure 34. A ce moment, la différence de pression dans la partie d'alésage inférieure 26, qui est créée comme expliqué plus loin, fait que le fluide du

gisement S va pénétrer dans cette partie d'alésage infé-

rieure 26 au-dessus du piston 35. Le diamètre de chacuns des trous d'entrée latéraux 42a va être déterminé par la

quantité de fluide que l'on désire admettre, pour augmen-

ter l'efficacité du rendement au maximum. Ceci va dépendre de la durée de la course descendante, de la viscosité du fluide F et de la pression dans le gisement S. Comme visible sur la Fig.4, au sommet de la course ascendante, les trous d'entrée latéraux 42a sont obturés par le piston 35 et il en est de même pendant la majeure partie des courses ascendante et descendante, comme visible sur

les Fig. 3 et 5.

On décrira maintenant le fonctionnement et l'uti-

lisation de la pompe P. Pour décrire le fonctionnement.

de la pompe C, on peut considérer qu'un cycle de travail de la pompe est constitué par une course descendante complète, plus une course ascendante compl4te de la tige 28. Les positions relatives du piston 35, de la soupape cylindrique inférieure et de l'élément 37 formé par la soupape cylindrique supérieure dépendent

de la position de la tige animée d'un mouvement de va-et-

vient 28. Si l'on se reporte aux figures, les points du cycle sont les suivants: La flèche 50 indique le sens de déplacement de la tige de piston 28, la flèche 51 indique le sens de déplacement du piston 35 et la

flèche 52 indique le sens de déplacement de l'élément 37.

La Fig. 2 montre la tige 28 à l'extrémité de sa course descendante. La Fig.3 montre la tige 28 pendant une course ascendante. La Fig.4 montre la tige 28 à la fin de cette course ascendante. La Fig. 5 montre la tige 28

pendant une course descendante.

Pendant la course descendante et comme visible sur la Fig.5, les tiges de pompage R déplacent la tige 28 vers le bas dans la direction de la flèche 50. Le poids du fluide qui se trouve dans le tube T au-dessus du raccord formant siège.N, s'exerçant par des passages de circulation 49, va provoquer la descente de la soupape cylindrique supérieure 37 dans la direction de la flèche 52, jusqu'à la bague formant siège 38, en isolant la partie d'alésage supérieure 24, par rapport à la partie d'alésage inférieure 26 et en fermant les orifices de sortie 40a, ce qui empêche le fluide de s'écouler à

partir du tube T jusque dans la partie d'alésa4e supé-

rieure 24 ou la partie d'alésage inférieure 26. La pression du fluide dans le tube T va être transmise pafú l'élément 37 et la bague 38, de sorte que pendant la partie de la course ascendante qui précède le soulèvement de l'élément 37, une moindre énergie est requise pour déplacer le

fluide vers le haut.

Lorsque la section inférieure 28c de la tige se déplace vers le bas dans la partie d'alésage inférieure 26, le fluide qui se trouve dans cette partie 26 va franchir la butée inférieure en mouvement 32 et va agir en direction du haut sur le piston 35, de sorte nue ce piston 35 va se soulever à l'écart de l'épaulement 32c de la butée 32, en supprimant ainsi le contact étanche entre l'extrémité inférieure 34c et l'épaulement 32c de

la butée inférieure 32. Le piston 35 de la soupape cylin-

drique inférieure 34 va se déplacer vers le haut par rapport à la section 28c de la tige de piston jusqu'à ce que la partie terminale supérieure 34b rencontre la butée supérieure 30 de la tige. Il s'établit alors un espace pour l'écoulement du fluide entre le diam?ètre intérieur de la soupape cylindrique inférieure 34, le manchon 34a et la tige 28. La butée supérieure 30 présente des encoches 30a qui permettent l'écoulement du fluide à travers elle. Le piston 35 se déplace alors vers le bas comme indiqué sur la flèche 52, en étant poussé par la

butée supérieure 30 de la tige.

Ainsi, lorsque la tige 28 et le piston 35 de la soupape cylindrique inférieure 34 se déplacent vers le bas, du fluide s'écoule entre eux, en sortant au-dessus de la butée supérieure 30 pour parvenir dans la partie

d'alésage inférieure 26 au-dessus du piston 35.

En général, étant donné que l'écoulement du fluide ne va pas être suffisament rapide, la section disponible au-dessus du piston 35 se déplaçant vers le bas dans la partie d'alésage inférieure 26 va augmenter plus vite que la section remplie par le fluide F, ce qui va créer une zone de basse pression relativement à la pression du fluide F à l'extérieur de la pompe P. Cette différence de pression va augmenter tandis que la tige 28 poursuit son mouvemant vers le bas jusqu'à ce que, au bas de la course descendante comme montré sur la Fig.2, les

trous d'entrée latéraux 42a soient momentanément ouverts.

Le fluide qui se trouve à l'extérieur de la pompe va alors s'écouler vers l'intérieur par des trous 42a, pour pénétrer dans la partie d'alésage inférieure 26 au-dessus du piston 35. L'écoulement va résulter de la différence

de pression.

Dans les puits de pétrole brut à faible viscosité ou dans les puits o règne une haute pression de fluide, l'écoulement à travers la soupape cylindrique inférieure 34 peut être suffisant pour remplir la partie d'alésage inférieure 26 au-dessus du piston 35 pendant la course descendante, de sorte qu'aucun moyen d'entrée latéral

42 n'est nécessaire. Une telle pompe va alors être cons-

truite sans trous d'entrée latéraux 42a.

Pendant la course ascendante et comme montré sur la Fig. 3, le piston 35 va venir reposer sur la butée

2465 1 03 inférieure 32 par l'épaulement 32c, pour éviter le passage du fluide entre

eux lorsque ce piston 35 est

soulevé par cette butée 32 se déplaçant avec la tige 28.

Lorsque la tige 28 est déplacée vers le haut comme indiqué par la flèche 50, le fluide retenu dans la partie d'alésage inférieure 26 au-dessus du piston 35 va être soulevé. La différence de pression entre le fluide qui se trouve dans la partie d'alésage inférieure 26 et celui qui se trouve à l'extérieur de la pompe P va provoquer

ici encore un écoulement du fluide vers la partie d'alé-

sage inférieure 26, jusqu'à ce que le piston 35, qui se déplace maintenant vers le haut, se soulève de la courte distance nécessaire pour obturer les trous d'entrée

latéraux 42a. Ces trous d'entrée latéraux 42a vont demeu-

ré fermés pendant le reste du cycle. Tandis que le fluide est déplacé vers le haut, il va traverser l'intérieur de la section 10f du corps et franchir la bague formant

siège 38 pour déplacer l'élément 37 de la soupape cylin-

drique supérieure 36 vers le haut, de sorte que cette

soupape cylindrique supérieure 36 va se soulever à l'in-

térieur de la partie d'alésage supérieure 24. Le fluide qui se trouve audessus de l'élément 37 dans la partie d'alésage supérieure 24 va sortir de cette partie d'alésage supérieure 24 par des canaux de circulation 49 tailles dans le cylindre terminal supérieur lOg. Ces canaux de

circulation-49 sont constitués par quatre encoches verti-

cales circonférentiellement espacées, qui communiquent avec le fluide présent dans le tube T. Le déplacement vers le haut de l'élément 37 va découvrir les trous de sortie 40a, en permettant au fluide de s'écouler vers l'extérieur. A cause du diamètre plus petit des trous de sortie 40a par rapport à la section droite du corps 10, ce fluide va subir une accélération, et étant donné aue les trous de sortie 40a sont dirigés vers le haut, un effet de jet va se produire pour refouler

le fluide hors de la pompe P, en augmentant ainsi l'effi-

cacité de celle-ci.

La tige 28 va continuer son mouvement vers le haut

jusqu'à ce qu'elle atteigne le sommet de sa course ascen-

dante comme montré sur la Fig.4, ce qui peut être con-

tr8lé par la longueur de la course des tiges de pompage R situées audessus ou par le blocage physique de la butée supérieure 30 par le diamètre intérieur de l'élément de retenue lOe au niveau de l'épaulement de butée 18a. Le fluide va pénétrer dans la partie d'alésage inférieure 26 à travers le filtre à gaz 12 et l'orifice d'entrée inférieur 14. Au début de la course vers le bas à partir de la position que montre la Fig. 4, la soupape cylindrique supérieure 36 n'est plus maintenue dans sa position haute par le fluide qui sort et elle va descendre en réponse à la pression de fluide régnant dans le tube T, pour pénétrer dans la partie d'alésage supérieure 24 afin d'obturer les moyens de sortie 40 lorsque le piston 35 de la soupape inférieure s'écarte de la butée inférieure 32 se déplaçant vers le bas pour le début d'un autre cycle.

Dans les puits moins visqueux, il peut être dési-

rable d'ajouter une troisième soupape 44 à l'orifice d'entrée inférieur 14. Une telle troisième soupape est de préférence disposée comme montré sur la Fig.6 dans l'extrémité inférieure lOb du corps. Comme visible sur la Fig.8 d'une façon plus détaillée, la troisième soupape 44 comprend une partie intérieure 44a qui fait partie de la section lOb du corps et qui ménage une surface de siège inclinée vers l'intérieur et vers le bas dans le sens radial, indiquée en 44b. Un clapet 45 est constitué par un disque tronconique 45a présentant une branche verticale 45b sur laquelle est fixée une barrette de butée horizontale 45c, pour limiter le mouvement vers le haut de ce clapet 45. La barrette horizontale 45c est reliée à la branche verticale 45b à travers un trou 45d prévu dans cette barrette horizontale 45c, ladite barrette c étant alors fixée sur la branche verticale 45b au moyen d'un éctou 45e. Le discue 45a va reposer au-dessus de la partie intérieure 44a et va obturer l'orifice d'entrée inférieur 14 lorsqu'il repose sur la surface formant siège 44b. Les surfaces inférieures du disque a et la surface formant singe supérieure 44b sont biseautées en sens opposés selon des angles légèrement

différents, pour fournir un système de portée préféren-

tiel. Ceci permet au fluide de pénétrer dans la partie inférieure 26 de l'alésage par l'orifice d'entrée inférieur 14, sans pouvoir en sortir. Ce clapet 45 est soulevé à l'écart de la surface formant siège 44b pendant la course ascendante de la tige 28, pour permettre au fluide de pénétrer dans la partie d'alésage inférieure 26. Pendant la course descendante, le clapet 45 repose sur la surface formant siège 44b, afin de retenir le fluide dans l'alésage 26, ce fluide devant alors s'écouler à travers la soupape cylindrique inférieure 34 pour pénétrer dans la zone située audessus

du piston 35 se déplaçant vers le bas. -

Une variante de réalisation P-1 de la pompe suivant l'invention est représentée sur la Fia.9. Dans ce cas, le corps de forme générale cylindrique 110 est constitué

par un cylindre supérieur l10a et par un cylindre infé-

rieur 110b, réunis par une section de raccordement inté-

2C rieure 112 qui est une pièce d'accouplement pleine munie de filetages extérieurs destinés à être fixés par vissage sur des filetages intérieurs du cylindre supérieur 1lOa

et du cylindre inférieur llOb.

La partie 11Oa du corps se termine à l'extrémité

supérieure IlCc, o elle est fermée par une pièce d'éx-

trémité supérieure 114. La pièce 114 présente un filetage extérieur qui est engagés dans un filetage intérieur prévu à l'extrémité supérieure 110c du cylindre supérieur ilQa du corps. Le cylindre inférieur 110b présente une extrémité inférieure 110d qui est fermée par une pièce terminale inférieure 116 munie d'un filetage extérieur fixé dans un filetage intérieur prévu à l'extrémité

inférieure 110d.

Les parties liQa et 110b du corps, la pièce d'accouplement 112 et les extrémités 114 et 116 coopèrent pour diviser la zone intérieure creuse en une partie

d'alésage supérieure 113a et une partie d'alésage infé-

rieure 113b, qui forment ensemble un alésage de forme

générale cylindrique 113.

Le cylindre supérieur llOa forme, par coopération

avec l'élément d'extrémité supérieur 114 et la pièce d'ac-

couplement intérieure 112, une section supérieure 111.-.

Le cylindre inférieur 11Ob forme, par coopération avec la pièce d'extrémité inférieure 116 et la pièce d'accou-

plement intérieure 112, une section inférieure 111b.

La pièce d'extrémité supérieure 114 présente un alésage central 114a de diamètre suffisant pour recevoir

la tige 118. Cette pièce d'extrémité supérieure 114 com-

prend en outre.plusieurs perçages verticaux 114b permet-

tant le passage du fluide. Le bouchon inférieur 116 présente également plusieurs perçages verticaux 116a

permettant le passage du fluide.

La tige 118 s'étend à travers l'alésage central 114a de la pièce d'extrémité supérieure 114, la zone supérieure 113a de l'alésage, le trou 112a prévu au centre de la pièce d'accouplement 112, et pénètre dans

la zone inférieure 113b de l'alésage. L'extrémité supé-

rieure de la tige 118 est reliée à un dispositif d'entrai-

nement en va-et-vient classique, tel que des tiges de pompage, afin de fournir une course ascendante et une

course descendante pour la tige.

L'extrémité inférieure de la tige 118 est filetée pour la réception d'une butée inférieure 120. Cette butée inférieure 120 est un cylindre dont le diamètre intérieur est adapté au filet de la tige 118 et qui a un diamètre extérieur suffisament inférieur au diamètre intérieur du corps 110 pour permettre le passage aisé du fluide à ce niveau. Au-dessus de la butée inférieure 120, il est prévu une soupape cylindrique inférieure 123 qui comporte un piston flottant 122 ayant un diamètre de paroi extérieur se rapprochant du diamètre intérieur du

cylindre inférieur llOb du corps, pour permettre au pis-

ton 122 d'être monté à coulissement de façon étanche à l'intérieur du cylindre inférieur 110b du corps. Le piston flottant 122 présente un alésage central 122a qui sert au montage à coulissement de ce piston 122 autour de la tige de piston 118. Des canaux verticaux 124 sont percés verticalement à travers le piston flottant 112 pour permettre au fluide de passer à travers ce piston 122 quand les canaux 124 ne sont pas obturés par la butée inférieure 120. De préférence, il est prévu huit canaux 124 circonférentiellement espacés, dont les bords situés radialement vers l'extérieur ne sont pas plus éloignés du centre de la tige 118 que la paroi extérieure de la butée inférieure 120, de sorte que cette butée inférieure peut agir pour empêcher l'écoulement du fluide à travers les canaux 124. Deux rainures 122b sont taillées dans la paroi extérieure du piston 122, pour éviter le

grippage de ce piston sous l'effet des saletés ou débris.

Le piston flottant 122 va, en l'absence d'autres forces, être maintenu contre la butée inférieure 120 par un ressort 126. Le ressort 126 est monté autour de la tige de piston 118 et il est maintenu en place par une butée supérieure 128. Cette butée supérieure 128 est formée par une bague qui est fixée sur la tige 118 par un trou (non représenté) correspondant à un trou 118a de la tige 118-,

pour la réception et la rétention de l'extrémité du res-

sort 126. Une butée supérieure 128 limite le mouvement

vers le haut du piston 122 par rapport à la tige 118.

La soupape annulaire supérieure 130 est formée par un bloc cylindrique 130d monté de façon coulissante autour de la tige de piston 118 à l'intérieur de la zone d'alésage supérieure 113a. La paroi extérieure 130a du bloc cylindrique 130d établit un joint étanche coulissant avec la paroi intérieure de l'élément cylindrique supérieur

liQa du corps.

Le bloc cylindrique 130d comprend un alésage central 130b associé à un élément d'étanchéité classique 130c, qui sert au montage du bloc cylindrique d'une manire permettant n coulissment étanche par rapport à la tige 118. Des moyens d'entrée latéraux 134 comprennent quatre trous 134a ménagés dans l'élément cylindrique inférieur du corps et circonférentiellement espacés de 90'. Les t:ous 134a sont prévus dans l'élément cylindrique inférieur llCb de façon à être situés juste audessus du piston flottant 122 quand la tige de piston se trouve à son point

bas. Cette position est représentée sur la Fig.9.

Les moyens de sortie 136 comprennent quatre trous 136a circonférentiellement espacés de 900 et prévus dans l'élément cylindrique supérieur l10a. Le diamètre des trous 136a est plus petit que le diamWtre des trous d'en- trée latéraux 134a. Ces trous 136a sont prévus au-dessus du sommet du bloc 130d de la soupape cylindrique 130 quand le bloc 130d se trouve à son point bas dans la partie

supérieure 113a de l'alésage.-Les trous sont situés au-

dessous et sont découverts par le bloc 130d quand celui-

ci se trouve à son point haut dans la partie supérieure

113a de l'alésage.

Le fonctionnement de la pompe est le suivant: Au début de la course ascendante de la tige 118 et de la butée inférieure 120 dans la direction indiquée par la flèche 140, l'élément cylindrique inférieur 110b de l'alésage 113b est partiellement rempli de fluide. Pendant

le mouvement vers le haut, le piston flottant 122 est re-

poussé par le ressort 126 et la pression du fluide dans l'alésage 113b, afin de s'appliquer contre la butée 120, de sorte que les conduits 124 sont obturés. Quand le piston flottant 122 et la butée inférieure 120 s'élèvent, les orifices d'entrée latéraux 134a sont obturés et la totalité du fluide qui se trouve au-dessus du piston flottant 122 va être refoulée vers le haut à travers le canal 112a prévu dans la pièce d'accouplement 112 et vi déplacer le bloc 130 vers le haut, de façon qu'il se soulève à l'intérieur de l'élément cylindrique supérieur llOb. Quand le bloc de la soupape supérieure 130 s'est élevé et a dépassé les trous de sortie 136a, le fluide est refoulé hors de ces trous. Etant donné que le dîamètre des trous de sortie 136a est plus petit que le diamâtre des trous d'entrée 134a, la vitesse de sortie de ce fluide va être supérieure à la vitesse d'entrée. La sortie du fluide va se poursuivre-jusqu'à la fin. de la course vers

le haut de la tige.

Quand la course descendante de la tige 118 commence, la pression de fluide agissant sur le sommet de la soupape cylindrique supérieure 130 et plus spécialement du bloc d va repousser ce bloc 130d vers le bas à l'intérieur de l'alésage 113a de l'élément cylindrique supérieur Il1a, de sorte que la paroi extérieure 130a va obturer

de façon étanche les orifices de sortie 136a, en empê-

chant le fluide aui est sortie de revenir à l'intérieur de la pompe P-1. Quand la butée inférieure 120 et le piston flottant 122 se déplacent vers le bas, une zone de basse pression est créée derrière eux à l'intérieur du cylindre inférieur 110b. La zone à basse pression, en combinaison avec la pression du fluide pénétrant par

les orifices d'entrée 134a et les canaux 116a, va repous-

ser le piston flottant 122 vers le haut en antagonisme à la force du ressort 126, en ouvrant les conduits 124 et en permettant par buite au fluide de parvenir à travers ces conduits 124 dans la zone 113b de l'alésage, au-dessus du piston flottant 122. De cette manière, quelle que soit la pression de fluide agissant depuis l'extérieur de la pompe P-1, la butée inférieure 120 et la tige de piston 118 vont être capables de poursuivre jusqu'au bout leur

course descendante. A l'extrémité de cette course descen-

dante, les moyens d'entrée latéraux 134 sont découverts et le fluide va pénétrer dans l'alésage 113b du cylindre inférieur 11Gb en réponse à la pression plus faible, en remplissant au moins partiellement ce cylindre inférieur l1ob au-dessus du piston 122 et en préparant la pompe

P-1 en vue du début d'une course ascendante comme indi-

qué précédemment. Les canaux 116a prévus dans le bouchon

d'extrémité 116 forment une entrée inférieure pour per-

mettre au pétrole de pénétrer par écoulement dans la partie d'alésage inférieure 113b. Les canaux 114b prévus dans le cylindre terminal supérieur 114 permettent au fluide de circuler en combinaison avec l'orifice de sortie 136a, pour réduire l'accumulation de sable et permettre à la soupape annulaire supérieure 130 de se soulever pour

une moindre pression.

Des modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation décrits, dans le domaine des équivalences

techniques, sans s'écarter de l'invention.

Claims (12)

REVENDICATIONS

1.- Pompe à fluide, caractérisée en ce qu'elle comprend, en combinaison, un corps creux de forme générale cylindrique ménageant un alésage également de forme générale cylindrique, ce corps présentant des sections supérieureet inférieure ainsi qu'une section intérieure,

qui divisent cet alésage en des parties d'alésage supé-

rieure et inférieure, une tige s'étendant à travers cette partie d'alésage supérieure et pénétrant dans cette partie d'alésage inférieure, cette tige étant munie de butées supérieure et inférieure montées sur elle et disposées

dans la partie d'alésage inférieure, ladite tige compor-

tant des moyens permettant de la relier à des organes d'entraînement en va-et-vient pour lui communiquer un l5 mouvement de va-et-vient comprenant une course ascendante

et une course descendante, une soupape cylindrique infé-

rieure montée sur cette tige de façon à pouvoir coulisser par rapport à elle à l'intérieur de la partie d'alésage inférieure, entre cette première et cette seconde butées, la butée inférieure de la tige empêchant la soupape cylindrique inférieure de se déplacer au delà de cette butée inférieure et réalisant un joint étanche avec elle

pendant la course ascendante de la tige, la butée supé-

rieure de la tige empêchant la soupape cylindrique infé-

tieure de se déplacer au delà de cette butée supérieure pendant cette course descendante de la tige, la soupape cylindrique inférieure étant séparée de cette butée inférieure de la tige pendant cette course descendante et comprenant des moyens permettant le passage du fluide à travers elle, une soupape cylindrique supérieure montée sur cette tige de façon à pouvoir coulisser par rapport à celle à l'intérieur de la partie d'alésage supérieure,

ce mouvement de coulissement le long de cette tige-

entre des positions haute et basse s'effectuant en réponse à la pression agissant au-dessus et au-dessous de la soupape cylindrique supérieure dans cette partie d'alésage supérieure, cette section supérieure du corps comportant des moyens de sortie disposés dans la partie d'alésage supérieure, ces moyens de sortie étant fermés de façon étanche par la soupape cylindrique supérieure dans cette position basse pendant la course descendante de la tige et étant au moins partiellement ouverts pendant une partie de cette course ascendante de la tige, quand la soupape cylindrique supérieure occupe sa position haute, la section inférieure du corps se terminant par une entrée inférieure permettant au fluide de pénétrer dans cette partie d'alésage inférieure, la soupape cylindrique inférieure étant écartée de la butée inférieure de la tige pendant la course descendante de cette tige,

afin de coopérer avec cette entrée inférieure pour per-

mettre au fluide de s'écouler à travers la soupape cylin-

drique inférieure et de pénétrer dans la partie d'alésage

inférieure au-dessus de la soupape cylindrique inférieure.

2.- Pompe suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la section inférieure du corps comporte des moyens d'entrée latéraux pour permettre l'écoulement du fluide en direction de cette partie d'alésage inférieure,

ces moyens d'entrée latéraux étant ouverts vers l'extré-

mité de la course descendante de la tige pour permettre une nouvelle admission de fluide dans cette partie d'alésage inférieure au-dessus de la soupape cylindrique inférieure.

3.--Pompe suivant la revendication, 2, caractérisée en ce que les moyens de sortie comprennent des trous de forme cylindrique prévus dans la section supérieure du corps, ces trous étant dirigés vers l'extérieur et vers

le haut.

4.- Pompe suivant la revendication 3, caractérisée en ce que la section droite totale des trous de sortie

cylindriques est inférieure à la section droite de l'alé-

sage du corps.

5.- Pompe suivant la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre une troisième soupape reliée à cette entrée inférieure et capable de permettre

au fluide de pénétrer dans cette partie c'alésage infé-

rieure mais s'opposant à sa sortie.

6.- Pompe suivant la revendication 2, caractérisée en ce que la soupape cylindrique supérieure comprend un clapet muni d'une surface d'étanchéité inférieure qui n'est pas parallèle à une surface supérieure de la section

inférieure, laquelle agit comme siège pour ce clapet-

7.- Pompe suivant la revendication 2, caractérisée en ce que les moyens d'entrée latéraux sont obturés par la soupape cylindrique inférieure pendant une partie notable du déplacement de cette soupape cylindrique

inférieure en direction du haut avec la tige.

8.- Pompe suivant la revendication 2, caractérisée en ce que la soupape cylindrique supérieure est un élément cylindrique monté de façon coulissante afin de pouvoir se déplacer par rapport à cette tige et comportant une

extrémité supérieure munie de cannelures axiales.

9.- Pompe suivant la revendication 2, caractérisée en ce que la soupape cylindrique inférieure est sollicitée vers la butée inférieure de la tige par un ressort monté

autour de cette tige.

10.- Pompe suivant la revendication 7, caractérisée en ce que la soupape cylindrique comprend un manchon de forme générale cylindrique, muni d'un alésage ayant un diamètre intérieur supérieur au diamètre de la tige, ce manchon étant monté autour de cette tige de façon à pouvoir coulisser entre les butées portées par ladite tige, ce manchon s'appliquant contre la butée inférieure de la tige lors de la course ascendante de celle-ci et en étant écarté lors de la course descendante de la tige, pour permettre l'écoulement du fluide entre cette tige et l'alésage de ce manchon.

11.Pompe suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la soupape cylindrique supérieure est formée par un élément cylindrique monté de façon coulissante afin de pouvoir se déplacer par rapport à la tige et présentant

une extrémité supérieure munie de cannelures axiales.

12.- Pompe suivant la revendication 11, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre une troisième soupape reliée à l'entrée inférieure et capable de permettre au fluide de pénétrer dans la partie d'alésage inférieure,

mais empêchant sa sortie.