FR2468813A1 - Soupape de surete souterraine commandee de la surface - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne une soupape de sûreté souterraine commandée de la surface. Cette soupape comporte un corps 12 traversé par un canal longitudinal 14, un obturateur 16 qui commande l'écoulement dans l'alésage 14, un élément 18 de manoeuvre mobile longitudinalement dans le corps 12 afin de déplacer l'obturateur 16 entre une première position dans laquelle il ferme le trajet d'écoulement et une seconde position dans laquelle il l'ouvre, une zone 23 de pression étant destinée à recevoir un fluide de commande sous pression et contenant un piston 20 qui sous l'effet d'un accroissement de la pression dans cette zone, déplace l'élément de manoeuvre 18 vers sa seconde position. Un organe élastique 40 tend à rappeler l'élément de manoeuvre 18 vers sa premiere position. Domaine d'application puits de pétrole et de gaz.
Description
L'invention concerne une soupape de sûreté de puits perfectionnée destinée
à agir sur les fluides d'un puits s'écoulant par la lumière de la colonne d'exploitation d'un puits. En particulier, la soupape de sûreté est destinée à être placée à des profondeurs beaucoup plus grandes que celles ayant pu être atteintes jusqu'à présent, au moyen d'une seule ligne de commande du fonctionnement de cette soupape. Des soupapes de sûreté souterraines commandées de la surface sont utilisées depuis un certain temps pour commander un écoulement dans un puits en des points se trouvant au-dessous de la surface. Il est bien connu d'utiliser une soupape de sûreté de puits pour commander l'écoulement de fluides dans un conduit du puits au moyen d'un obturateur placé dans l'alésage de la soupape de sûreté
et mobile entre des positions d'ouverture et de fermeture.
L'obturateur est déplacé vers la position d'ouverture de l'alésage au moyen d'un ensemble à piston et chambre de pression dans lequel un fluide de commande, mis en général sous pression à la surface du puits et dirigé vers la chambre de pression de la soupape de sûreté au moyen d'un conduit convenable, agit sur le piston afin qu'il actionne un organe de commande agissant sur l'obturateur. L'élimination de la pression permet à un ressort ou à tout autre organe élastique de rappel de ramener l'obturateur en position de fermeture de l'alésage. Pour que le ressort puisse pousser l'élément de manoeuvre vers sa position normale "de repos" dans laquelle il ferme l'obturateur, le ressort doit vaincre la pression hydrostatique exercée sur le piston par la colonne de fluide de commande comprise entre la soupape de sûreté et la surface du puits. Aux grandes profondeurs, ceci pose un problème difficile et on décide donc souvent d'utiliser une soupape de sûreté "équilibrée" à deux lignes, dans laquelle la pression hydrostatique régnant dans la ligne de commande est compensée par la pression hydrostatique d'un second conduit rempli de fluide et placé entre la soupape de sûreté et la surface du puits. Ces soupapes de sûreté équilibrées sont bien connues et l'une d'elles est décrite, par exemple, dans la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique No 960 168 qui a trait à une
soupape de sûreté souterraine équilibrée à deux lignes.
Cependant, s'il était possible de renforcer le ressort de fermeture de la soupape tout en diminuant la section annulaire du piston, des soupapes de sûreté souterraines à une seule ligne pourraient être placées à de plus grandes profondeurs. Le facteur limitatif de la sélection de la dimension et de la force d'un ressort a toujours été le volume à ménager dans la soupape de sûreté
pour loger le ressort. Le piston de commande étant placé au-
dessus du ressort, le corps de la soupape de sûreté doit supporter les fortes pressions différentielles dues à la position des joints extérieurs. Par conséquent, le volume
restant à l'intérieur du corps pour le ressort est faible.
En général, le piston et la chambre de pression étant placés à une extrémité de la soupape de sûreté opposée à celle de l'obturateur, le ressort de fermeture est placé entre eux. Cette disposition ne laisse qu'un espace limité
pour augmenter la dimension du ressort.
L'invention concerne donc une soupape de sûreté souterraine, commandée de la surface, possédant une seule ligne ou conduite de commande et pouvant être placée dans un puits à des profondeurs supérieures à celles utilisées jusqu'à présent pour les soupapes de sûreté à une seule conduite de commande. La soupape de sûreté selon l'invention comporte un ressort de fermeture relativement grand par rapport à la surface spécifique du piston. De plus, la pression du piston est très élevée par rapport à la dimension globale de la soupape selon l'invention et cette dernière comprend une zone à piston et chambre de pression extensible, destinée à recevoir un fluide de commande et intercalée entre l'obturateur et le corps du ressort de fermeture. De plus, la soupape de sûreté selon l'invention comporte un dispositif destiné à équilibrer la pression entre l'alésage de la soupape, l'intérieur du corps du ressort de fermeture et l'extérieur du corps du ressort, au-dessus de la
garniture dans une soupape récupérable.
L'invention concerne donc une soupape de sûreté souterraine, commandée de la surface, comprenant un corps traversé par un alésage longitudinal qui définit un trajet
d'écoulement, un élément d'obturation qui commande l'écoule-
ment dans l'alésage, un élément de manoeuvre mobile longitu- dinalement par rapport au corps afin de déplacer l'élément d'obturation et pouvant prendre une première position dans laquelle l'élément d'obturation ferme le trajet d'écoulement, et une seconde position dans'laquelle l'élément d'obturation ouvre le trajet d'écoulement, une zone de pression destinée à recevoir un fluide de commande sous pression, un piston logé dans cette zone de pression et
réagissant au fluide de commande de manière qu'un accroisse-
ment de la pression régnant dans la zone de pression provoque un déplacement du piston vers une position dans laquelle l'élément de manoeuvre est déplacé vers sa seconde position, un organe élastique de rappel qui agit sur l'élément de manoeuvre afin de déplacer l'élément d'obturation vers sa première position, la zone de pression étant espacée entre
l'organe élastique de rappel et l'élément d'obturation.
L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels: - la figure 1 est une élévation, avec coupe longitudinale partielle, d'une forme de réalisation de l'invention comprenant une soupape souterraine de sûreté, commandée de la surface, mise en place par pompage et dont l'obturateur est en position de fermeture de l'alésage; - les figures 2A à 2C sont des élévations, avec coupe partielle, montrant la soupape de sûreté de la figure 1 posée dans un raccord à portée intérieure convenable, à l'intérieur d'un puits, l'obturateur de la soupape étant en position d'ouverture de l'alésage et un outil de déplacement et un mandrin de blocage étant reliés à cette soupape; - les figures 3A à 3C sont des élévations, avec coupe partielle, montrant une forme de réalisation de la soupape souterraine de sûreté selon l'invention, commandée de
la surface, récupérable et destinée à une colonne d'exploita-
tion, l'obturateur de la soupape étant représenté en position de fermeture de l'alésage; et - la figure 4 est une élévation, avec coupe longitudinale partielle, de la soupape de sûreté selon l'invention dont l'obturateur est un clapet. L'invention concerne d'une manière générale les soupapes de sûreté souterraines, commandées de la surface, qu'elles puissent être montées dans une colonne d'exploitation, comme montré sur les figures 3A à 3C, ou bien qu'elles soient du type à mise en place par pompage ou par "câble". Lorsqu'on utilise un "câble", on fait descendre la soupape de sûreté dans la colonne d'exploitation d'un puits et on la retire de cette colonne au moyen d'un câble, contrairement aux outils qui sont mis en place dans la
colonne à l'aide d'une '"pompe de fond" ou par pompage.
La figure 1 représente une soupape 10 de sûreté
du type à mise en place par pompage, présentant les caracté-
ristiques de l'invention. Il apparaît que la soupape 10 de sûreté comprend un corps 12 traversé longitudinalement par un alésage 14 à l'intérieur duquel est disposé un obturateur 16 qui prend appui sur un siège métallique 17 situé sur une extrémité d'un tube 18 de manoeuvre mobile longitudinalement par rapport au corps 12 afin de déplacer l'obturateur 16 vers une première position dans laquelle cet obturateur ferme -l'alésage 14, et dans une seconde position dans laquelle cet obturateur 16 dégage l'alésage 14. Bien que les figures représentent un obturateur du type à bille, l'invention s'applique également à une soupape de sûreté à obturateur du type à "clapet", comme montré sur la figure 4 et comme décrit
plus en détail ci-après.
Le tube 18 de manoeuvre est déplacé vers sa seconde position, en entraînant l'obturateur 16 vers la position d'ouverture de l'alésage, par l'action d'un piston qui se présente sous la forme d'un anneau concentrique disposé essentiellement entre le tube 18 de manoeuvre et la paroi 12B du corps 12, délimitant l'alésage. La surface
cylindrique extérieure de l'anneau porte des joints annulai-
res 28 et 32 et sa surface cylindrique intérieure porte un joint 30. La zone annulaire comprise entre les joints 28 et 32 est la zone soumise à l'action d'un fluide de commande
sous pression.
Le piston 20 est disposé dans une zone 23 de pression qui est délimitée par une cavité située essentielle- ment entre le tube 18 de manoeuvre et une partie de la paroi 12B de l'alésage du corps. Un trajet 22 d'écoulement, permettant l'introduction d'un fluide de commande sous pression, fait communiquer l'extérieur du corps 12 de la
soupape de sûreté avec l'intérieur de la zone 23 de pression.
Lorsque le piston 20 est dans sa position de "repos" représentée sur la figure 1, sa face supérieure 54 est en
contact avec une face 52 du corps entourant ce piston.
Bien que la figure 1 représente la soupape 10 de sûreté comme comportant un piston 20 "flottant" librement dans la zone 23 de pression, le piston 20 peut être relié au tube 18 de manoeuvre dont il peut faire partie. Dans ce cas, il n'est plus nécessaire d'utiliser le joint 30 ou le piston 20. Cependant, en utilisant un piston 20 "flottant", tel que montré, il est possible de tuer le puits en refoulant sous pression vers le bas, dans la colonne, un fluide provoquant l'ouverture forcée de l'obturateur 16. Lorsque l'obturateur 16 est en position de fermeture, comme montré sur la figure 1, le piston 20 est dans sa position la plus haute. Si l'on suppose qu'il est souhaitable de "tuer" le puits au moyen de fluides refoulés sous pression à partir de la surface du puits, ces fluides doivent exercer sur l'obturateur 16 une certaine force le faisant descendre avec le tube 18 de manoeuvre. A un certain point, le siège métallique 17 est amené à force en position d'ouverture afin de permettre le passage des fluides refoulés. Le piston 20 flottant librement est élevé par la pression des fluides pompés dépassant le siège 17 à contact métal sur métal, de manière que la face supérieure 54 du piston entre sensiblement en contact avec la face 52 du corps entourant le piston. Si le piston 20 était fixé au tube 18 de manoeuvre, ce dernier devrait être élevé,
ce qui provoquerait un "cliquetis" de l'obturateur 16 condui-
sant à un risque de détérioration grave et à l'impossibilité de faire descendre une quantité suffisante de fluides dans le puits. Ceci constitue une caractéristique importante de sécurité pour les soupapes de sûreté souterraines commandées
de la surface.
Le fluide de commande sous pression est normale- ment fourni à une soupape de sûreté à mise en place par pompage ou par câble, tel que décrit dans le présent mémoire, par conduction de ce fluide au moyen d'une conduite (non représentée) qui traverse la surface extérieure de la colonne d'exploitation. La conduite descend généralement d'une tuyauterie sous pression, située à la surface du puits, jusqu'à un raccord à portée intérieure comme montré sur la figure 2, ou bien jusqu'à une soupape de sûreté récupérable pour colonne, comme montré sur la figure 3, conformément à
l'invention.
Lorsque le fluide de commande sous pression est soumis à une pression prédéterminée et suffisante pour actionner la soupape de sûreté, le piston 20 est déplacé vers l'obturateur, ce qui a pour effet de faire porter une face chanfreinée 26 faisant saillie du tube 18 de manoeuvre contre une face correspondante 24 présentée par le piston 20. La poursuite du mouvement du piston 20 dans ce sens provoque un déplacement du tube 18 de manoeuvre et une rotation de l'obturateur 16 vers sa position d'ouverture de l'alésage,
comme montré sur la figure 2C.
Tant qu'une pression suffisante est maintenue dans la zone 23 de pression, l'obturateur 16 reste dans la position d'ouverture de l'alésage. Lorsque la pression régnant dans la zone 23 est relâchée, le tube 18 de manoeuvre est ramené dans sa première position, comme montré sur la figure 1, par la force de "traction" qui lui est appliquée par un organe élastique de rappel représenté sous la forme d'un ressort 40. Ce ressort 40 est logé dans l'espace annulaire 41 compris entre le tube 18 de manoeuvre et la paroi de l'alésage présentée par l'élément 12A du corps. Cet
espace annulaire 41 est situé à une certaine distance au-
dessus de la zone 23 de pression, comme représenté, et il sera désigné ciaprès par l'expression "logement 41 du ressort".
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La zone 23 de pression, qui constitue une partie de la soupape de sûreté logeant le piston 20, est soumise à une pression différentielle. Cette zone est délimitée, sur le côté extérieur du corps de la soupape, par au moins deux joints 36 et 38. Lorsque ces joints 36 et 38 sont en contact avec la paroi polie de l'alésage d'un raccord à portée intérieure, dans la colonne d'exploitation du puits, comme montré sur les figures 2A à 2C, il s'établit une différence de pression entre: (a) la zone comprise entre les joints 36 et 38, et (b) la zone située à l'extérieur de cette zone fermée. Aucune différence de pression n'apparaît entre le logement 41 du ressort, l'alésage 14 de la soupape 10 de sûreté et l'espace 11 compris entre la surface extérieure de la soupape 10 et la paroi 130 de l'alésage du raccord 128 à
portée intérieure.
Par conséquent, l'épaisseur de la matière utilisée pour réaliser l'élément 12A du corps et le tube 18 de manoeuvre peut être sensiblement réduite. Ceci agrandit le volume du logement 41 du ressort, de sorte qu'il est possible d'utiliser un fil métallique de plus grand diamètre pour réaliser le ressort 40 devant être placé dans
le logement 41.
Le ressort 40 est maintenu- entre un épaulement 46, relié à l'extrémité supérieure du tube 18 de manoeuvre et
un épaulement 44 situé à l'extrémité inférieure du corps 12A.
Comme décrit précédemment, le relâchement de la pression de commande régnant dans la zone 23 permet au ressort 40 d'agir sur l'épaulement 46 du tube de manoeuvre pour "tirer" le tube 18 vers une position amenant l'obturateur 16 dans sa position de fermeture de l'alésage dans laquelle cet obturateur porte contre le siège métallique 17 situé à l'extrémité du tube 18
de manoeuvre.
Il est évident que le relâchement de la pression de commande régnant dans la zone 23 n'élimine pas les effets de la pression exercée sur le piston 20 par la colonne du fluide de commande sous pression comprise entre la soupape 10 de sûreté et la surface du puits. Cette charge hydrostatique exerce sur la zone 23 de pression une pression qui résiste à la fermeture de l'alésage 14 par l'obturateur 16. Le ressort 40 doit être dimensionné pour vaincre cette force. En raison des limitations d'espace à l'intérieur du logement 41 du ressort, il est possible de mettre en place un ressort constitué d'un fil métallique de dimension finie. Ainsi, lorsque les efforts du ressort et de la section annulaire du piston sont combinés, la profondeur à laquelle la soupape de sûreté peut être mise en place est limitée. La pression du piston est définie comme étant le rapport de la force du ressort lors de la fermeture à la section du piston. Par suite de la capacité notablement accrue du logement 41 du ressort dans la soupape de sûreté selon l'invention, ce qui permet la mise en place dans ce logement d'un ressort exerçant une force supérieure à la force normale de rappel et l'utilisation d'un piston à faible section, la soupape de sûreté selon l'invention peut être placée à de plus grandes profondeurs dans un puits. On obtient ce résultat en conservant les dimensions normalisées de l'alésage permettant l'écoulement des fluides de production à travers
la soupape de sûreté.
Un autre avantage est la possibilité de supprimer à présent les joints utilisés dans les articulations du train d'outils à mise en place par pompage. Ceci est dû au fait que tous les éléments d'étanchéité tels que les joints 36 et 38 sont montés sur la soupape 10 proprement dite, et que le fluide de commande sous pression est maintenu entre ces
éléments.
En supprimant la pression différentielle exercée sur le tube 18 de manoeuvre et/ou sur l'élément 12A du corps, il est possible de mettre en place dans le plus grand volume présenté par le logement 41 des ressorts de plus grandes dimensions. Un autre avantage de l'invention réside dans le fait que le piston 20 permet le pompage de fluides "à
travers" la soupape pour "tuer" le puits en cas d'urgence.
Ainsi, lors d'un pompage à travers la soupape 10, toute fuite de pression se produisant dans l'obturateur 16 permet au piston 20 de s'élever librement pendant que le ressort 40 peut se déplacer vers le bas lorsque l'obturateur 16 est ouvert. On a découvert qu'en maintenant la section du piston à une très faible valeur par rapport au ressort en fil métallique de grand diamètre, la pression du piston est suffisamment accrue pour permettre la mise en place de la soupape 10 de sûreté selon l'invention à des profondeurs
extrêmement grandes.
La soupape de sûreté représentée sur les figures 3A à 3C montre que l'invention s'applique également à des
soupapes de sûreté souterraines récupérables pour colonnes.
La soupape 60 de sûreté représentée peut être montée dans un train de tiges de puits (non représenté) et elle comprend un corps 61 traversé longitudinalement par un alésage 62 qui définit un trajet d'écoulement. Un obturateur 64 est logé dans l'alésage 62 et peut se déplacer entre les positions d'ouverture et de fermeture du trajet d'écoulement délimité
par l'alésage 62.
L'obturateur 64, représenté sous la forme d'une boule, est déplacé vers ses positions d'ouverture et de fermeture du trajet d'écoulement présenté par l'alésage 62
sous l'action d'un tube 66 de manoeuvre mobile longitudinale-
ment dans l'alésage 62 de la soupape 60 de sécurité, d'une manière analogue à celle décrite précédemment pour les
soupapes de sûreté à câble et à pompage.
Le piston 70 de la soupape 60 de sûreté porte contre le tube 66 de manoeuvre afin de le déplacer pour qu'il ouvre l'obturateur 64 en faisant porter un épaulement chanfreiné 71A, faisant saillie du tube 66 de manoeuvre, contre une surface chanfreinée correspondante 67A située à
l'extrémité du piston 70.
Le piston 70 est déplacé vers une position d'ouverture de l'obturateur 64 par l'expansion d'une zone 76 de pression qui communique avec la surface du puits par une conduite (non représentée) arrivant à un orifice 78 d'entrée
de fluide sous pression, cet orifice étant sous pression.
Lorsque la zone 76 de pression s'expanse, le piston 70 se déplace vers l'obturateur 64 de manière que la surface 71A du piston 70 porte contre l'épaulement 67A pour déplacer l'obturateur 64 et le faire tourner vers la position d'ouverture de l'alésage. La zone de pression du piston est définie comme étant une surface spécifique du piston 70,
comprise entre des joints 72 et 74 portés par le piston 70.
Tant que la pression de commande régnant dans la zone 76 est maintenue audessus d'une valeur prédéterminée par l'application continue de la pression établie à la surface du puits, l'obturateur 64 reste en position d'ouverture de l'alésage. Lorsque la pression de la surface est relâchée, l'obturateur 64 est ramené vers sa position de fermeture de l'alésage par l'action d'un organe élastique de rappel, représenté dans ce cas sous la forme d'un ressort 68 logé dans un espace 80 qui est ménagé entre la surface extérieure du tube 66 de manoeuvre et la paroi de l'alésage présentée par le corps 61A. L'espace ou la cavité 80 n'est pas séparé
de manière étanche de l'alésage 62 de la soupape de sûreté.
Par conséquent, aucune différence de pression n'existe entre
l'espace 80 et l'alésage 62. L'espace 80 sera désigné ci-
après par l'expression "logement du ressort", car le ressort
68 est placé à l'intérieur de cet espace.
Le déplacement du piston 70 pour amener l'obturateur 64 en position d'ouverture de l'alésage provoque une compression du ressort 68 dans le logement 80. Comme indiqué précédemment, le relâchement de la pression régnant dans la zone 76 permet au ressort 68 de revenir vers sa position normale dans le logement 80, comme montré sur la figure 3B. En position normale, le ressort 68 maintient l'obturateur 64 en position de fermeture de l'alésage. Le ressort 68 est retenu par un épaulement 84 faisant saillie vers l'extérieur du tube 66 de manoeuvre et portant contre la paroi intérieure de l'élément 61A du corps. L'extrémité opposée du ressort 68 porte contre un épaulement 82 situé à l'extrémité opposée de l'élément 61A du corps. L'épaulement 82 est en contact avec la paroi de l'alésage présentée par l'élément 61A du corps et il reste en position fixe. La course du piston 70 est limitée à la position de repos de ce piston par l'entrée en contact d'une surface chanfreinée 83 du piston 70 avec une face chanfreinée 71B de l'épaulement
82.
Etant donné que la zone de pression de la soupape de sûreté est limitée à l'espace compris entre les joints 72 et 74 du piston 70, il est possible d'atténuer les exigences de résistance et l'épaisseur du tube 66 de manoeuvre. Ceci permet d'utiliser un ressort 68 constitué d'un fil., métallique de plus grand diamètre que celui normalement possible. Ceci résulte de la mise en place du ressort 68 dans une position opposée à la zone 76 de pression par rapport à l'obturateur 64. La soupape de sûreté souterraine, récupérable, pour colonne, montrée sur les figures 3A à 3C, présente d'autres caractéristiques telles que la possibilité de bloquer l'obturateur 64 pour permettre l'utilisation d'une soupape de sûreté souterraine auxiliaire (non représentée) dans le cas o l'on souhaite retirer du
service la soupape 60 de sûreté.
A cet effet, on fait descendre un outil de déplacement dans l'alésage du train de tiges, on engage un élément profilé 92 dans un manchon latéral 90, et on déplace à force l'outil vers une position provoquant un déplacement du manchon 90 vers un second manchon intermédiaire 88. Le manchon 90 de déplacement doit être engagé avec le manchon intermédiaire 88 par contact de la face supérieure 97 du manchon intermédiaire 88 avec la face inférieure 99 du manchon de déplacement,- le cisaillement d'une goupille 98 de retenue et l'application à force du manchon intermédiaire 88 contre l'extrémité 85 du tube 66 de manoeuvre. L'extrémité 85 du tube 66 de manoeuvre est donc engagée par l'extrémité inférieure 86 du manchon intermédiaire 88, ce qui a pour effet de déplacer à force le tube de manoeuvre vers l'obturateur 64 et de faire tourner ce dernier vers la position d'ouverture de l'alésage. Un organe 96 de blocage est ensuite engagé contre le manchon intermédiaire 88 afin de retenir ce dernier danssa position déplacée pour maintenir
l'obturateur 64 en position d'ouverture de l'alésage.
Une fois que la soupape 60 de sûreté a été verrouillée en position d'ouverture de l'alésage, une soupape souterraine auxiliaire et secondaire de sûreté peut être mise en place dans un raccord à portée intérieure, de préférence au-dessus de la soupape de sûreté 60, afin de commander l'écoulement de fluides dans la colonne. Un raccord à portée intérieure convenable, pouvant recevoir une soupape de sûreté telle que celle décrite ci-dessus, est représenté sur la figure 2A, avec la soupape de sûreté selon l'invention mise en place à l'intérieur de ce raccord. Ainsi, de cette manière, l'invention peut être réalisée sous la forme d'une soupape de sûreté souterraine récupérable pour colonne, telle que celle montrée sur les figures 3A à 3C, un raccord à portée intérieure étant de préférence disposé au-dessus de cette soupape de sûreté, une soupape de sûreté mise en place par câble ou par pompage, selon l'invention, pouvant être placée à l'intérieur de ce raccord. Cependant, d'autres raccords à portée intérieure ou d'autres soupapes de sûreté peuvent être utilisés ensemble avec la soupape de sûreté récupérable pour colonne montrée sur les figures 3A à 3C. En variante, d'autres soupapes de sûreté souterraines récupérables pour colonnes peuvent être montées dans ce train de tiges, le raccord à portée intérieure et la soupape de sûreté auxiliaire étant placés dans ce train de tiges, comme
montré sur les figures 2A à 2C.
Lorsqu'on utilise un raccord à portée intérieure placé dans le train de tiges ou la colonne, par exemple le raccord 100 montré sur la figure 2A, un manchon coulissant 102 disposé dans l'alésage du raccord 100 occupe normalement une position de non-déplacement (non représentée). Comme représenté sur la figure 2B, le manchon 102 est déplacé vers le bas vers une position permettant à un fluide de commande provenant d'une source située à la surface d'un puits (non représentée) qui aboutit au raccord 100 à portée intérieure d'accéder à un orifice 35 d'arrivée de fluide de commande sous pression. Lorsque le fluide de commande sous pression pénètre dans le raccord 100 à portée intérieure en passant par l'orifice 35 d'entrée, le fluide est normalement retenu de manière étanche afin de ne pas pouvoir pénétrer dans l'alésage du raccord à portée intérieure par des joints 109A et 109B qui entourent un prolongement de l'orifice 35 d'entrée de fluide de commande. Le manchon étant déplacé vers le haut, l'orifice 33 d'accès à l'alésage est protégé de manière étanche contre toute communication avec l'orifice 35
d'entrée par le joint 109A intercalé entre ces deux orifices.
Ainsi, comme montré sur la figure 2C, le manchon a été déplacé vers le bas afin de permettre un accès, par l'orifice 33, à l'alésage 130 du raccord 100 à portée intérieure. Le manchon 102 est déplacé vers la position basse représentée au moyen de clavettes 112 s'engageant dans un alésage profilé 116 du manchon 102 et portées par un mandrin de déplacement qui est relié à la soupape souterraine 10 de sûreté par un raccord 50 à joint à rotule. Le montage représenté sur la figure 2A comporte un train de tiges d'outils à mise en place par pompage comprenant la soupape 10 de sûreté, l'outil 110 de déplacement et un mandrin 120 de blocage. Le mandrin 120 de blocage porte des clavettes 122 rappelées par un ressort 124 de manière à pénétrer dans un évidement 118 ménagé dans la paroi de l'alésage du raccord
à portée intérieure.
Les clavettes 112 du mandrin 110 de déplacement sont maintenues en position de rappel vers l'extérieur par un ressort ou tout autre organe 114 de rappel monté sur le corps du mandrin 110 de déplacement. Les mandrins de déplacement et les mandrins de blocage, qui agissent comme représenté sur la
figure 2A, sont bien connus de l'homme de l'art.
Le manchon est retenu dans sa position déplacée, qu'il ait été déplacé vers la position de travail montrée sur la figure 2B ou qu'il ait étédéplacé vers le haut ou vers sa position de repos, au moyen d'un organe 106 de traction qui s'engage dans des évidements 119A, 119B ou 119C. L'évidement 119B, qui est l'évidement central, est toujours enclenché avec l'organe 106 de traction, l'un ou l'autre des évidements 119A et 119C étant enclenché suivant que le manchon a été
déplacé vers le haut ou vers le bas.
Le manchon 102 étant déplacé vers le bas comme montré sur les figures 2A à 2C, la soupape souterraine 10 de
sûreté peut être manoeuvrée de la manière décrite précédem-
ment. -
La figure 4 représe e la soupape 10 de sûreté selon l'invention dont l'organe d'obturation est constitué
par un clapet 152 disposé dans l'alésage 14 de la soupape 10.
Cette dernière est destinée à être utilisée dans un train de
tiges d'outils à mise en place par pompage (non représenté).
Le fonctionnement et l'assemblage de la soupape de sûreté montrée sur la figure 4 sont sensiblement identiques à ceux de la soupape 10 de sûreté représentée sur la figure 1. Il apparaît que la soupape 10 de sûreté comprend un corps 12 traversé longitudinalement par un alésage 14 dans lequel est disposé un obturateur 152 du type à clapet, ajusté contre un siège métallique qui est formé à l'extrémité d'un tube 146 de manoeuvre mobile longitudinalement par rapport au corps 12 afin de déplacer l'obturateur 152 vers une première position dans laquelle il ferme l'alésage 14, et vers une
seconde position dans laquelle il ouvre l'alésage 14.
Le tube 146 de manoeuvre est déplacé vers sa seconde position, dans laquelle il amène l'obturateur 152 en position d'ouverture de l'alésage, par l'action d'un fluide hydraulique de commande sous pression agissant sur une surface 136 de piston formée sur le tube 146 de manoeuvre. Le fluide sous pression pénétrant dans le corps 12 pour agir sur la surface 136 de piston est retenu à l'intérieur du corps par des bagues annulaires 132 et 133 qui sont portées par la surface extérieure du tube 146 de manoeuvre et qui sont
placées de part et d'autre de la surface 136 de piston.
Ainsi, la zone annulaire comprise entre les bagues d'étanchéité 132 et 133 constitue la zone soumise à l'action
du fluide de commande sous pression.
Une seconde surface 134 soumise à la pression est située sur la surface extérieure du tube 146 de manoeuvre, au-dessus de la bague annulaire 133 d'étanchéité. Dans le cas o l'on souhaite tuer le puits en refoulant sous pression un fluide vers le bas, dans la colonne, afin d'ouvrir à force l'obturateur 152, le fluide utilisé pénètre dans l'espace annulaire 138 compris entre le corps 12 et le tube 146 de manoeuvre et il agit sur la surface 134 sensible à la pression afin de favoriser un mouvement de descente du tube 146 de manoeuvre suffisant pour ouvrir l'obturateur 152. Ceci permet au fluide destiné à tuer le puits de passer par l'obturateur 152 et de parcourir la colonne de production
(non représentée) afin de tuer le puits.
De même que dans le cas de la soupape 10 de sûreté décrite en regard de la figure 1, des joints 142 et 144 sont montés sur le corps 12 afin de délimiter une zone de pression dans laquelle est retenu le fluide de commande sous pression dirigé vers la soupape 10 de sûreté lorsque cette dernière est placée dans un raccord convenable à portée
intérieure.
Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à la soupape décrite et représentée
sans sortir du cadre de l'invention.
Claims (11)
1. Soupape de sûreté souterraine commandée de la surface, caractérisée en ce qu'elle comporte un corps (12, 61) traversé par un alésage longitudinal (14, 62) qui délimite un trajet d'écoulement, un élément d'obturation (16, 64, 152) destiné à commander l'écoulement dans cet alésage,
un élément de manoeuvre (18, 66, 146) mobile longitudinale-
ment par rapport au corps afin de déplacer l'élément d'obturation et pouvant prendre une première position dans laquelle l'élément d'obturation ferme le trajet d'écoulement et une seconde position dans laquelle l'élément d'obturation ouvre le trajet d'écoulement, une zone de pression (23, 76) destinée à recevoir un fluide de commande sous pression, un piston (20, 70) logé dans cette zone de pression et réagissant au fluide de commande de manière qu'un accroissement de la pression dans ladite zone de pression provoque un déplacement de l'élément de manoeuvre vers sa seconde position sous l'action du piston, un organe élastique de rappel (40, 68) étant destiné à déplacer l'élément de manoeuvre vers sa première position, la zone de pression étant comprise entre l'organe élastique de rappel et
l'élément d'obturation.
2. Soupape de- sûreté selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle peut être montée dans un train de tiges et récupérée avec ce train de tiges, la soupape de sûreté pouvant également être conçue pour être mise en place et récupérée par pompage ou encore par la mise en oeuvre d'un
procédé par câble.
3. Soupape de sûreté selon la revendication 1, caractérisée en ce que le piston, logé dans la zone de pression, comprend un anneau concentrique placé -entre l'élément de manoeuvre et le corps, ledit piston pouvant notamment réagir au fluide de commande de manière qu'un accroissement de la pression dans ladite zone de pression ait pour effet de faire porter le- piston contre l'élément de
manoeuvre et de déplacer ce dernier vers sa seconde position.
4. Soupape de sûreté souterraine commandée de la surface selon la revendication l,caractérisée en ce qu'elle comporte unoerps y (12) traversé par un alésage longitudinal (14) qui délimite un trajet d'écoulement, ce corps étant conçu pour être mis en place et récupéré par pompage, un élément d'obturation (16, 152) qui commande l'écoulement dans ledit alésage, un élément de manoeuvre (18, 146) mobile longitudinalement à l'intérieur du corps afin de déplacer l'élément d'obturation et pouvant prendre une première position dans laquelle l'élément d'obturation ferme le trajet d'écoulement et une seconde position dans laquelle l'élément d'obturation ouvre le trajet d'écoulement, une chambre annulaire (41) placée entre l'élément de manoeuvre et le corps, un organe élastique de rappel (40) disposé à l'intérieur de la chambre annulaire afin de déplacer l'élément de manoeuvre vers sa première position, une zone de pression (23) comprise entre l'élément d'obturation et la chambre annulaire et destinée à recevoir un fluide de
commande sous pression, et un piston (20) soumis à la.
pression du fluide de commande régnant dans ladite zone de pression de manière qu'un accroissement prédéterminé de la pression de ce fluide provoque un déplacement de l'élément de
manoeuvre vers sa seconde position sous l'action du piston.
5. Soupape de sûreté selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'elle porte des joints disposés circonférentiellement et en contact avec la surface d'un alésage (130) d'un raccord (100) à portée intérieure, convenablement dimensionné et logeant la soupape, les joints pouvant retenir dans ladite zone de pression le fluide de
commande sous pression conduit 'à cette zone.
6. Soupape de sûreté selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle présente un orifice (35) qui établit une communication entre l'extérieur de la soupape et une chambre de pression à capacité variable, située dans la zone de pression, l'orifice étant placé entre au moins deux
desdits joints (109A, 109B).
7. Soupape de sûreté souterraine commandée de la surfa( selon la revendication l,caractérisée. en ce qu'elle comporte un col (61) traversé par un alésage longitudinal (62) qui délimite un trajet d'écoulement, ce corps étant destiné à être monté dans une colonne, un élément d'obturation (64) destiné à commander l'écoulement dans l'alésage, un élément de manoeuvre (66) mobile longitudinalement à l'intérieur du corps et par rapport à ce dernier afin de déplacer ledit élément d'obturation, cet élément de manoeuvre pouvant prendre une première position dans laquelle l'élément d'obturation ferme le trajet d'écoulement et une seconde position dans laquelle l'élément d'obturation ouvre le trajet d'écoulement, une chambre annulaire (80) située entre l'élément de commande et le corps et exposée à la pression régnant dans l'alésage de la colonne, un organe élastique de rappel (68) placé à l'inntérieur de la chambre annulaire afin de tendre à déplacer l'élément de manoeuvre vers sa première position, une zone de pression (76) comprise entre l'élément d'obturation et la chambre annulaire et destinée à recevoir un fluide de commande sous pression, et un piston (70) exposé à la pression du fluide de commande régnant dans ladite zone de pression, de manière qu'un accroissement prédéterminé de la pression du fluide de commande provoque un déplacement de l'élément de manoeuvre
vers sa seconde position sous l'action du piston.
8. Soupape de sûreté selon l'une des
revendications 4 et 7, caractérisée en ce que le piston
comprend un anneau concentrique placé entre l'élément de manoeuvre et le corps et pouvant s'enclencher avec l'élément
de manoeuvre.
9. Soupape de sûreté selon la revendication 8 prise avec la revendication 7, caractérisé en ce que le piston est mobile indépendamment de l'élément de manoeuvre de manière que, dans le cas o un fluide est mis en circulation vers le bas, dans la colonne, pour ouvrir à force l'élément d'obturation et faire descendre l'élément de manoeuvre, le
piston puisse se déplacer en sens opposé.
10. Soupape de sûreté selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'elle comporte un organe destiné à déplacer l'élément de manoeuvre vers sa seconde position, et des organes de blocage destinés à bloquer ensuite l'élément
de manoeuvre dans sa seconde position.
11. Soupape de sûreté selon l'une quelconque des
revendications 1, 2, 4 et 7, caractérisée en ce que l'élément
d'obturation peut être constitué par une boule montée dans l'alésage du corps et pouvant tourner entre une première position dans laquelle elle ferme le trajet d'écoulement et une seconde position dans laquelle elle ouvre le trajet d'écoulement, l'élément d'obturation pouvant comprendre, en
variante, un clapet.
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| US7523979A | 1979-09-13 | 1979-09-13 |
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| FR (1) | FR2468813B1 (fr) |
| GB (2) | GB2060029B (fr) |
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|---|---|---|---|---|
| FR1285847A (fr) * | 1961-04-08 | 1962-02-23 | Camco | Soupape de sûreté fonctionnant dans la zone de sous-sol d'un puits |
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-
1982
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| Publication number | Publication date |
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| GB2060029B (en) | 1983-09-21 |
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| GB2060029A (en) | 1981-04-29 |
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