FR2490717A1 - Appareil pour realiser entre deux conduites un joint annulaire pouvant etre utilise comme packer dans un trou de forage - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN APPAREIL DE FOND DE PUITS DESTINE A REALISER UN ENGAGEMENT D'ETANCHEITE OU UN ENGAGEMENT MECANIQUE ENTRE DEUX CONDUITES. L'APPAREIL COMPORTE UN CORPS 32 ET UN MANDRIN 16 MOBILES TELESCOPIQUEMENT L'UN PAR RAPPORT A L'AUTRE AFIN D'ACTIONNER DES SYSTEMES DE JOINTS ET D'ANCRAGE POUR L'INSTALLATION D'UN OBTURATEUR ANNULAIRE 10. UN MECANISME DE VERROUILLAGE DE L'OBTURATEUR EN POSITION COMPREND UNE BAGUE CYLINDRIQUE 72 DE BLOCAGE QUI COMPORTE UNE DENTURE DE CREMAILLERE DESTINEE A S'ENCLENCHER AVEC UNE DENTURE DE CREMAILLERE CORRESPONDANTE FORMEE SUR LE CORPS 32. DOMAINE D'APPLICATION : MISE EN PLACE D'OBTURATEURS ANNULAIRES ET D'AUTRES EQUIPEMENTS RECUPERABLES DANS DES PUITS.

Description

1. L'invention concerne les outils de fond de puits généralement utilisés

dans les industries pétrolières et connexes pour réaliser un joint annulaire et/ou un système d'ancrage entre une conduite et une autre conduite dans laquelle la première conduite est disposée, l'exemple le plus courant étant un obturateur annulaire ou packer qui comprend également un système d'ancrage et qui réalise un joint annulaire entre la colonne de production et le tubage d'un puits. Il existe de nombreux outils de fond de puits

différents dans l'industrie pétrolière, ces outils néces-

sitant la réalisation d'un joint dans l'espace annulaire compris entre une première conduite et une autre conduite, à l'intérieur du puits, par exemple entre la paroi du sondage ou le tubage du puits et la colonne de production ou autre. Ces outils peuvent concerner le forage et la complétion du puits, la mise en production du puits, l'entretien et la réparation du puits ou l'abandon du puits. Certains de ces outils exigent également un système d'ancrage pour maintenir le joint en position, contre les pressions différentielles agissant vers le haut ou vers le bas:et, dans de nombreux outils, il est très souhaitable ou absolument nécessaire de pouvoir libérer le dispositif d'étanchéité et/ou le système d'ancrage et

récupérer l'outil avec un travail minimal.

L'un des exemples les plus courants d'outils de fond de puits de ce type est l'obturateur annulaire ou packer utilisé pour la réalisation d'un joint annulaire entre la colonne de production et le tubage du sondage. Ces packers sont en général descendus et mis en place soit au moyen d'un train de tiges, soit au moyen d'un outil de positionnement par câble. Lorsque la mise en place s'effectue au moyen d'un train de tiges, on installe généralement le packer en utilisant la pression hydraulique régnant dans la colonne, la pression hydrostatique régnant dans le sondage ou une combinaison des deux pressions, et en utilisant également de façon mécanique la masse de la colonne. Dans la plupart des cas, il est souhaitable d'éviter une installation prématurée au moyen d'un mécanisme quelconque de déclenchement. Ces obturateurs 2. annulaires peuvent être réalisés en combinaison avec le train de tiges, auquel cas le conduit intérieur de l'obturateur est relié à l'extrémité supérieure et à l'extrémité inférieure du train de tiges, ou bien elles peuvent être des obturateurs annulaires du type permanent présentant un alésage interne d'étanchéité et un système de verrouillage destiné à recevoir un manchon de raccordement équipé d'un verrou afin que la colonne puisse être récupérée en laissant l'obturateur en place. L'un quelconque de ces types de packer peut être utilisé pour supporter des charges de colonne suspendues à la partie inférieure de l'ensemble ou appliquées à la partie supérieure de l'ensemble. Ces types d'obturateurs annulaires peuvent être associés à des systèmes de sécurité, des joints de dilatation, des systèmes à obturateurs multiples ou des trains de tiges multiples pour des zones de production multiples. Dans l'art antérieur, chaque type d'outil tendait à avoir des caractéristiques de réalisation et des éléments très différents pour présenter les caractéristiques et avoir

le comportement nécessaires à des applications particulières.

Ces outils tendent à être complexes, longs et coûteux à fabriquer, et le grand nombre de pièces différentes nécessaires à la grande variété d'outils différents entraîne des coûts supplémentaires par suite des inventaires de pièces

importants nécessaires.

L'invention concerne un mécanisme de base destiné à des outils du type décrit ci-dessus, ce mécanisme étant simple, comportant un nombre minimal de pièces et ayant une longueur minimale. Il est donc relativement peu coûteux à fabriquer. Le mécanisme de base peut être avantageusement utilisé avec pratiquement tous les types d'outils, y compris la mise en place hydraulique, par câble et mécanique, et il peut être du type permanent ou à alésage d'étanchéité monté librement; il peut être incorporé dans le train de tiges; et il peut fonctionner lorsque des charges sont suspendues à la partie inférieure ou appliquées à la partie supérieure de l'outil. Ce dernier peut être récupéré simplement par déplacement axial d'un manchon au moyen d'un outil approprié

de récupération ou d'un mécanisme analogue.

3. L'outil selon l'invention comprend un mandrin tubulaire intérieur qui comporte, à une première extrémité, un premier élément sollicitant un joint et, à son autre extrémité, un corps disposé autour de cette autre extrémité et comportant un second élément sollicitant un joint et espacé du premier élément. Un ensemble annulaire d'étanchéité est disposé entre les deux éléments de sollicitation de manière à s'expanser en contact étanche avec le tubage ou autre lorsqu'une force de compression est appliquée par un mouvement du mandrin par rapport au corps de façon à rapprocher les éléments de sollicitation l'un de l'autre. Le corps peut également comprendre un ensemble classique à coins destiné à ancrer le dispositif en réponse à ce mouvement relatif du mandrin et du corps. Un système de verrouillage coopère directement entre le mandrin et le corps afin de s'opposer directement au mouvement relatif des deux parties et de maintenir ainsi en position les ensembles d'étanchéité et/ou d'ancrage. Ce système de verrouillage comprend un manchon disposé à l'intérieur du mandrin, auquel il est possible d'accéder et qui peut être sorti axialement du mandrin afin de libérer le système de verrouillage et permettre au mandrin et au corps de revenir vers leurs positions initiales respectives et de libérer ainsi les ensembles d'étanchéité et/ou d'ancrage. En particulier, le système de verrouillage comprend une bague de blocage qui est reliée au corps par des dentures de crémaillère qui coopèrent et qui est accouplée de manière

amovible au mandrin par un dispositif d'accouplement téles-

copique, mobile entre une position extérieure dans laquelle il est accouplé à la bague de blocage, et une position de repli, déplacée vers l'intérieur et dans laquelle il est désaccouplé de la bague de blocage. Le manchon mobile supporte le dispositif d'accouplement télescopique en position extérieure d'accouplement et il permet à ce dispositif d'être rétracté en

position de désaccouplement lorsqu'il est déplacé.

Le mandrin peut être déplacé par rapport au corps afin d'appliquer la force de compression aux systèmes d'étanchéité et/ou d'ancrage par l'intermédiaire d'une chambre expansible à fluide destinée à recevoir un fluide sous 4. pression, par l'intermédiaire d'un ensemble à adaptateur et outil de pose à câble engagé avec les éléments respectifs, ou

bien mécaniquement, sous l'effet de la masse de la colonne.

Cette dernière ou tout train de tiges équivalent peut être relié à l'extrémité du mandrin, soit de manière définitive, soit par un ensemble d'étanchéité et de verrouillage introduit dans un alésage d'étanchéité du mandrin, tout prolongement de la colonne étant relié soit à l'extrémité inférieure du mandrin, soit à l'extrémité inférieure du corps. Dans le dernier cas, toute charge placée au-dessous de l'outil peut être transmise par des épaulements associés situés sur le mandrin et sur le corps. Le manchon peut être déplacé ou translaté pour libérer l'outil au moyen de tout élément passant dans le mandrin, le même élément pouvant être utilisé pour élever le mandrin dans le manchon et récupérer ainsi

l'outil et toute charge suspendue à ce dernier.

Dans une autre forme de réalisation de l'invention, l'élément de sollicitation du joint porté par le mandrin peut être déplacé vers l'élément de sollicitation du joint porté par le corps, généralement au moyen d'un ensemble à adaptateur et outil de pose par câble, afin de produire la compression provoquant l'expansion du système d'étanchéité et/ou l'engagement du système d'ancrage. Dans ce cas, la bague de blocage est disposée entre le mandrin et le mécanisme déplaçant les éléments de sollicitation des joints, alors que le verrou télescopique et le manchon mobile sont disposés directement entre le corps et le mandrin afin de libérer l'outil. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels: les figures 1A à 1C sont des coupes longitudinales de l'obturateur annulaire ou packer selon l'invention; - la figure 2 est une coupe transversale suivant la ligne 2-2 de la figure 1C; - la figure 3 est une coupe longitudinale partielle, à échelle agrandie, de la bague de blocage, montrant les positions relatives des dentures de crémaillère sur les éléments 5. - respectifs lorsque le mécanisme de blocage est déplacé vers la position de mise en place; - les figures 4A à 4D sont des coupes longitudinales d'une autre forme de réalisation de l'invention; - la figure 5 est une coupe longitudinale partielle de l'extrémité inférieure de la forme de réalisation montrée sur les figures 4A à 4D, cette figure montrant une variante de la liaison de mise en place réalisée entre le corps et le mandrin de l'obturateur annulaire; - les figures 6A à 6C sont des coupes longitudinales d'une autre forme de réalisation de l'invention; - la figure 7 est une coupe transversale suivant la ligne 7-7 de la figure 6B; et - la figure 8 est une coupe transversale suivant la ligne 8- 8

de la figure 6C.

Sur les dessins, les figures portant des références numériques suivies d'une lettre sont à considérer dans une disposition verticale bout à bout, la première lettre de ces références désignant la partie supérieure de la vue et la dernière lettre désignant la partie inférieure. Dans la

description qui suit, les termes "supérieur" et "inférieur'

sont utilisés, pour plus de commodité, d'après la disposition normale des éléments de l'obturateur annulaire lorsque ce dernier est disposé dans un tubage de puits à peu près vertical. Cependant, dans de nombreuses applications, il est

possible de retourner l'appareil si cela est souhaité.

Les figures 1A à 1C représentent un obturateur annulaire récupérable ou packer de puits, désigné globalement par la référence numérique 10. Cet obturateur 10 est conçu pour être descendu depuis le haut d'un puits jusqu'à une position choisie dans un tubage 12 de puits, dans un sondage non tube ou autre, et à être mis en place par rapport à la paroi intérieure 14 du tubage du puits afin de réaliser un joint étanche aux fluides avec cette paroi. L'obturateur annulaire 10 peut être le seul obturateur placé dans le tubage, ou bien il est possible de placer plusieurs

obturateurs annulaires espacés axialement le long du tubage.

L'obturateur 10 peut être adapté à diverses installations pour

l'exécution de diverses opérations dans des puits.

6. Comme représenté sur la figure 1A, l'obturateur annulaire 10 comprend un mandrin tubulaire allongé indiqué globalement par la référence numérique 16. Ce mandrin 16 est traversé par un alésage 18 dans lequel divers outils de puits peuvent être descendus dans le puits et retirés de ce dernier et dans lequel également un fluide sous pression peut être introduit pour l'exécution de diverses opérations. Le mandrin 16 comprend un raccord femelle double supérieur 20 qui est vissé à un tronçon tubulaire allongé 17 et qui présente un filetage intérieur 22 permettant une fixation sur un train de tiges ou un outil de mise en place. Le raccord -femelle 20 présente un épaulement annulaire 24 tourné vers le bas destiné à solliciter un joint et adjacent à une bague cylindrique 26 de calibrage. L'épaulement 24 est conçu pour s'appliquer à force contre un premier côté de l'un de plusieurs joints et garnitures élastiques et déformables 28 d'étanchéité, disposés côte à côte sur un tronçon 30 de diamètre réduit du

raccord femelle 20.

Le joint inférieur 28 porte par l'un de ses côtés contre un épaulement annulaire 29, tourné vers le haut et présenté par une bague cylindrique 31 de calibrage. La bague 31 de calibrage est fixée de manière amovible sur un corps allongé dont elle fait partie et qui est indiqué globalement par la référence numérique 32. Comme représenté également sur les figures 1B et 1C, le corps 32 comprend un élément tubulaire allongé 34 qui est vissé à un raccord femelle double inférieur 36 présentant un filetage extérieur 37 à son extrémité libre. L'élément tubulaire 34 comporte un épaulement annulaire 38 qui porte contre des joints supplémentaires 28 disposés entre l'épaulement 38 et une bague 40 présentant un

épaulement 42 tourné vers le bas.

Le corps 32 comprend un système de coins d'ancrage mobiles radialement, indiqués globalement par la référence numérique 44 et pouvant être commandés de manière bien connue afin de se déplacer radialement vers l'extérieur pour s'appliquer fixement contre la paroi intérieure 14 du tubage 12 en réponse à un mouvement axial du mandrin 16 par rapport au corps 32. Le système 44 de coins comprend des parties 7. supérieure et inférieure 46 et 48 de corps qui sont destinées, en réponse à un mouvement du mandrin 16 par rapport au corps 32, à forcer les coins 45 radialement vers l'extérieur pour les faire porter fixement contre le tubage 12. Le système 44 de coins est de configuration connue, et il est de préférence d'un type analogue, par exemple, à celui utilisé sur la garniture de puits récupérable du type "Retrieva D", produite par la firme Baker Packers Completion Systems, Houston, Texas, E.U.A. Il suffit d'indiquer que le système 44 de coins est en général connu dans le domaine des -obturateurs annulaires de puits et qu'il est utilisé avantageusement avec l'obturateur

annulaire 10.

Comme représenté sur la figure 1B, le mandrin 16 peut être déplacé longitudinalement par rapport au corps 32, qui comprend les éléments 34 et 36 et le système 44 de coins, et il est en contact étanche avec la paroi intérieure de l'élément 34 du corps par l'intermédiaire d'un joint convenable 50 comprenant une bague annulaire, par exemple. Le mandrin 16 comprend également un tronçon 52 de plus grand diamètre, vissé à l'extrémité inférieure de l'élément 17 et pouvant coulisser le long d'un alésage 54 de plus grand diamètre ménagé dans l'élément 34 du corps. Le mandrin 16, y compris la partie 52, forme, avec l'élément 34 du corps, une chambre expansible 56 qui comprend un canal 58 débouchant dans l'alésage 18. Un fluide sous pression peut être introduit dans la chambre 56 afin d'agir contre une face extrême 60 faisant saillie axialement de la partie 52 et contre des faces complémentaires faisant saillie axialement de l'élément 34 du corps pour produire un mouvement du mandrin 16 par rapport au corps 32 lorsque l'on souhaite appliquer les coins 45 contre la paroi intérieure du tubage du puits, ce qui est suivi d'une déformation radiale vers l'extérieur des joints élastiques 28 qui s'appliquent ainsi de manière étanche contre la paroi du

tubage, dans la position de montage de l'obturateur annulaire.

L'obturateur annulaire 10 comporte un dispositif perfectionné de verrouillage destiné à bloquer le mandrin 16 par rapport au corps 32 après que la garniture d'étanchéité a été mise en place et que les joints ont été appliqués contre 8.

la paroi du tubage, de façon à maintenir l'obturateur annu-

laire dans la position de montage. Le dispositif perfectionné de verrouillage selon l'invention comprend également des éléments destinés à dégager ce dispositif pour permettre un mouvement du mandrin 16 par rapport au corps 32 afin de libérer l'obturateur annulaire de sa position de fixation et de contact étanche contre le tubage du puits pour que ledit

obturateur puisse être retiré du puits.

Comme représenté sur les figures 1C, 2 et 3, une paroi intérieure 35 de l'élément 34 du corps comporte une denture de crémaillère comprenant une série de dents ou crans 62 de pas relativement fin, espacés axialement et qui, comme montré sur la figure 3, font saillie à peu près radialement vers l'intérieur. Les dents 62 comportent des premiers flancs 64 qui forment un angle aigu avec l'axe longitudinal 66 de l'obturateur annulaire 10, et des seconds flancs 68 qui sont presque perpendiculaires à l'axe longitudinal. Les dents 62 sont destinées à s'enclencher avec des dents complémentaires , espacées axialement et formées sur la surface cylindrique extérieure d'une bague 72 de blocage. Comme représenté sur la figure 2, la bague 72 de blocage présente une fente axiale 75 qui s'étend sur toute sa longueur et qui permet à cette bague de se contracter à peu près radialement vers l'intérieur lorsqu'elle est déplacée à force axialement dans un premier sens par rapport aux dents 62 de l'élément 34 du corps. Comme représenté sur les figures, la bague 72 de blocage comporte également une denture de crémaillère comprenant des dents ou crans 74 espacés axialement, disposés sur la paroi cylindrique

intérieure de la bague et enclenchés avec des dents complé-

mentaires 76 formées sur la surface cylindrique extérieure de deux segments cylindriques 78, opposés diamétralement et faisant partie d'un système télescopique de verrouillage qui

est accouplé au mandrin 16. La disposition des dents complé-

mentaires 62 et 70 et des dents complémentaires 74 et 76 permet un mouvement du mandrin 16 vers le bas par rapport au corps 32, comme montré sur les figures 1A à IC, mais empêche tout mouvement du mandrin 16 par rapport au corps en sens

opposé ou vers le haut.

9. Comme représenté sur les figures 1C et 2, les segments 78 sont disposés dans des fentes axiales 80 réalisées dans la paroi tubulaire cylindrique de l'extrémité libre de la partie 52 du mandrin. Les fentes ou encoches 80 ont la forme d'un secteur annulaire lorsqu'elles sont considérées en coupe transversale comme montré sur la figure 2. Les segments 78 sont dimensionnés pour pouvoir se déplacer radialement vers l'intérieur dans les fentes 80, sur une distance suffisante pour dégager les dents 76 des dents 74, sans cependant pouvoir se dégager totalement des fentes. Les segments 78 sont retenus dans les fentes 80, dans la position montrée sur les figures 1C et 2, par un manchon tubulaire 82 destiné à s'ajuster étroitement et à glissement contre la paroi intérieure 84 de l'élément 52. Le manchon 82 présente un évidement annulaire 86 qui, comme montré sur la figure 1C, s'étend jusque dans un chapeau 88 d'extrémité fixé de manière amovible sur l'extrémité libre 53 de la partie 52 du mandrin au moyen d'organes convenables 90 de fixation, disposés radialement et dont l'un est représenté sur la figure 1C. Le chapeau 88 d'extrémité présente un alésage axial évasé 92 qui s'étend le long d'un alésage 98 afin de permettre un mouvement des outils dans l'alésage du mandrin, sans enclenchement accidentel du manchon 82. Ce dernier est retenu dans la position montrée sur les figures 1C et 2 par des goupilles 95 de cisaillement qui font saillie radialement et dont l'une est représentée comme étant montée sur la partie 52 du mandrin, ces goupilles pouvant se présenter sous la forme de vis à tête creuse, de dimension connue et présentant une résistance connue au cisaillement. Le manchon 82 présente également un évidement annulaire 96 réalisé dans l'alésage 98 et dans lequel peut s'engager un outil convenable de récupération afin que le manchon 82 puisse être élevé axialement à force pour cisailler les goupilles 95 et amener l'évidement 86 dans une position adjacente aux fentes 80. Dans cette position du manchon 82, les segments 78 peuvent se déplacer radialement vers l'intérieur par rapport à l'axe 66 afin de pénétrer dans l'évidement 86 sur une distance suffisante pour dégager les dents 74 des dents 76 et libérer ainsi le blocage réalisé 10. entre le mandrin 16 et le corps 32 afin que le mandrin et les éléments du corps puissent se déplacer les uns par rapport aux

autres pour libérer le système 44 de coins et les joints 28.

Par conséquent, le mécanisme de verrouillage selon l'invention comporte aussi avantageusement des moyens permettant de libérer la bague 72 de blocage par rapport au mandrin. La combinaison des fonctions de blocage et de libération dans un mécanisme compact et peu complexe du point de vue mécanique est particulièrement avantageuse dans le cas d'obturateurs annulaires récupérables pour puits, car la structure globale

d'un tel obturateur est simplifiée, sa fiabilité de fonction-

nement est améliorée et l'obturateur peut être fabriqué sous de plus faibles dimensions et de manière moins coûteuse que

les obturateurs de l'art antérieur.

Comme représenté sur la figure 3, les dents 74 et 76 comportent des flancs complémentaires 77 et 79 inclinés axialement et qui coopèrent de façon à tendre à déplacer à force et radialement vers l'intérieur les segments 78 et qui tendent également à expanser à force, radialement vers l'extérieur, la bague 72 pour réaliser un enclenchement franc des dents 70 avec les dents 62 afin d'empêcher tout mouvement de la bague 72 vers le haut, dans l'orientation de la figure 3. Les dents 74 et 76 comportent également des flancs complémentaires 81 et 83 de butée qui font saillie à peu près radialement et qui permettent un resserrement radial de la bague 72 lorsque cette dernière est déplacée vers le bas, dans l'orientation de la figure 3, par rapport à l'élément 34 du corps. La hauteur radiale des dents complémentaires 74 et 76 est supérieure à celle des dents complémentaires 62 et 70 afin que ces dernières puissent se déplacer les unes sur les autres lorsque la bague 72 est déplacée vers le bas par rapport à l'élément 34 du corps, comme montré sur la figure 3. De plus,

l'angle du flanc 64 des dents 62 par rapport à l'axe 66 semble-

devoir être de préférence inférieur à l'angle formé par le flanc correspondant 71 de la dent 70 afin de faciliter l'enclenchement des dents 62 et 70 dans certaines conditions lorsque des fluides souillés et d'autres débris risquent de circuler à l'intérieur de l'obturateur annulaire avant sa mise i1. en place. Les dents complémentaires 62 et 70 ainsi que les dents 74 et 76 sont de préférence réalisées sous la forme de filets hélicoïdaux afin de faciliter l'assemblage du mécanisme de verrouillage ainsi que la fabrication des divers éléments sur lesquels les dents respectives sont formées, L'obturateur annulaire 10 peut être actionné pour la mise en place de manière à provoquer l'entrée en contact des joints 28 avec la paroi intérieure du tubage 12 par divers procédés de mise en place comprenant l'utilisation d'un fluide sous pression pour déplacer le mandrin 16 par rapport au corps 32, comme décrit précédemment. Si une opération hydraulique de mise en place doit être exécutée, l'obturateur 10 est relié par le filetage 22 à l'extrémité inférieure d'un train de tiges et il est descendu jusqu'à la profondeur de pose, un bouchon expansible étant disposé à l'extrémité inférieure de l'obturateur annulaire et fermant l'alésage 18 afin de réaliser un joint étanche aux fluides à l'intérieur de cet alésage 18. Un fluide sous pression est ensuite introduit dans l'alésage 18 et, par le canal 58, dans la chambre 56 de manière que le mandrin 16 soit déplacé axialement par rapport au corps 32 pour faire porter les coins 45 contre le tubage du puits, puis pour appliquer les joints 28. Lorsque le mandrin

16 est déplacé par rapport au corps 32, les dents complé-

mentaires 62 et 70 resserrent radialement à force la bague 72 pour permettre à cette dernière de se déplacer le long des dents 62 jusqu'à ce que l'obturateur annulaire soit en position de montage. Lorsque le mandrin 16 tente de se déplacer en sens opposé par rapport au corps 32, par exemple sous l'effet de la déformation élastique des joints flexibles 28, les dents 62 et 70 s'enclenchent à force afin d'empêcher

tout mouvement de la bague 72 et du mandrin 16.

Lorsqu'on souhaite libérer l'obturateur annulaire afin de le récupérer, un outil de récupération, analogue, par exemple, à l'outil du type "Baker Packers Product Number 646-17", peut être actionné pour engager les filets 22 du raccord femelle 20 et l'évidement annulaire 96 du manchon 82 et pour déplacer axialement ce manchon vers le haut afin de cisailler les goupilles 95 de manière que les segments 78 12. pénètrent dans l'évidement 86 pour rompre le verrouillage réalisé entre le mandrin 16 et le corps 32. Lorsque le mandrin 16 se déplace en sens opposé à-celui ayant amené la mise en place de l'obturateur, les joints 28 reviennent dans leur configuration relâchée et l'élément 46 du corps est déplacé longitudinalement par rapport à l'élément 48 par suite de l'entrée en contact d'une bague annulaire 100 avec un bord transversal de la bague 31 de calibrage. Une fois que les joints 28 et les coins 45 ont été éloignés de la paroi 14,

l'obturateur annulaire peut être récupéré de manière connue.

L'obturateur 10 peut également être mis en place par engagement mécanique du raccord femelle 20 et du raccord femelle 36 avec un ou plusieurs types convenables d'outils de pose ou d'ensembles de pose qui, lorsqu'ils sont sollicités, font descendre le mandrin 16 par rapport au corps 32, comme

montré sur les figures 1A à 1C.

Les figures 4A à 4D et la figure 5 représentent une deuxième forme de réalisation de l'invention indiquée globalement par la référence numérique 110. Cet obturateur annulaire 110 d'étanchéité est également destiné à être

introduit dans le tubage 12 d'un puits, et il est particu-

lièrement conçu pour des applications dans lesquelles des

charges relativement lourdes de trains de tiges ou de tubes-

queues doivent être portées par le raccord femelle inférieur de l'obturateur. L'obturateur annulaire 110 comprend un mandrin allongé indiqué globalement par la référence numérique 116. Ce mandrin 116 comprend une partie tubulaire 117 qui présente un alésage 118 et qui est vissé à un raccord femelle double supérieur 120. Ce dernier présente un épaulement annulaire 124 tourné vers le bas et portant contre l'un de plusieurs joints 28 disposés de la même manière que les joints de l'obturateur 10. Le mandrin 116 comprend également un second élément tubulaire 152 qui est vissé à l'élément 117, par une première extrémité, et- qui est également vissé, par son extrémité opposée, à un raccord femelle double inférieur 136. Par conséquent, le mandrin 116 forme un élément continu

du raccord femelle 120 au raccord 136, permettant à l'obtu-

rateur 110 de porter des charges relativement importantes,

appliquées au raccord femelle 136 au-dessous de l'obturateur.

13. L'obturateur annulaire 110 comprend un corps extérieur allongé, indiqué globalement par la référence numérique 132 et comportant un élément 134, et un système 144

de coins analogue au système 44 de coins de l'obturateur 10.

Le système 144 de coins comprend des éléments de corps espacés 146 et 148, conçus pour déplacer des coins 145 radialement

vers l'extérieur afin de les appliquer contre la paroi inté-

rieure du tubage d'un puits tel que le tubage 12 montré sur la figure 1A. L'élément 146 de corps comporte un tronçon 147 de diamètre réduit, qui fait saillie axialement et qui est convenablement relié à un autre élément tubulaire 149 présentant un épaulement annulaire 129 tourné vers le haut.

L'épaulement 129 est conçu pour entrer en contact avec une paroi latérale de l'un des joints 28. L'élément 149 est fixé à l'élément 146 par un organe fileté 150 de fixation qui fait saillie radialement vers l'intérieur en passant dans un trou complémentaire 155 ménagé dans l'élément 147 et qui pénètre dans un trou allongé 154 ménagé dans la paroi cylindrique

extérieure de l'élément 117.

L'obturateur annulaire 110 comprend un piston allongé 156 en forme de manchon, qui porte de manière étanche contre la paroi circonférentielle extérieure de l'élément 117, la paroi intérieure 121 du raccord femelle 120 et la paroi intérieure 151 de l'élément 149. Le piston 156 est également disposé à l'intérieur des joints annulaires 28 afin de les supporter. Le piston 156 divise un espace annulaire, compris entre l'élément 117 et le corps 149, ainsi que le raccord femelle 120, en chambres respectives 158 et 160. La chambre 158 est ventilée par un canal radial 159 et la chambre 160 est convenablement ventilée par des dégagements ménagés entre

l'élément 146 et l'élément 117.

Comme représenté sur la figure 4C, l'obturateur annulaire 110 comprend également une chambre expansible épaulée 166 formée entre des surfaces annulaires 168 et 171 de pression, orientées axialement et formées sur l'élément 152, et des surfaces opposées 169 et 172 de pression formées sur l'élément 148 de corps. Un fluide sous pression peut être introduit dans la chambre 166 par un canal 174 qui débouche

dans l'alésage 118.

14. Un espace annulaire et allongé 182 de dégagement est formé entre la paroi intérieure de l'élément 134 et la paroi cylindrique extérieure de l'élément 152, comme montré sur la figure 4C. La paroi intérieure 135 de l'élément 134 comporte des dents 62 espacées axialement et ayant la même disposition que les dents formées sur la paroi intérieure 35 du corps de l'obturateur 10. L'obturateur 110 comporte également deux fentes ou ouvertures axiales 184 opposées diamétralement et analogues aux fentes 80, ces fentes 184 étant réalisées dans la paroi de l'élément 152. Des segments 78 sont disposés dans les fentes respectives 184 dans lesquelles ils sont retenus par un manchon tubulaire cylindrique 186 qui est ajusté étroitement, mais à glissement, dans l'alésage 153 de l'élément 152. Le manchon 186 est retenu en position sur les fentes 184 par une goupille convenable 192 de cisaillement qui fait saillie dans un évidement 194 ménagé

dans la paroi circonférentielle extérieure du manchon.

L'obturateur 110 comporte également la bague 72 de blocage qui peut s'enclencher avec les segments 78 dans la position montrée sur la figure 4C. La bague 72 de blocage est également conçue pour engager les dents 62 en réponse à un mouvement

axial du mandrin 116 par rapport au corps 132.

L'obturateur annulaire 110 comporte des moyens empêchant tout mouvement prématuré du mandrin 116 par rapport au corps 132. L'extrémité inférieure de l'élément 134 comporte plusieurs goupilles 196 de cisaillement qui font saillie radialement vers l'intérieur, l'une de ces goupilles étant représentée, et qui peuvent s'engager dans des évidements

correspondants 198 ménagés dans le raccord femelle 136.

L'obturateur 110 peut également comporter des blocs 200 de freinage, qui tendent à être déplacés radialement vers l'extérieur (figure 4B), qui sont montés sur l'élément 148 du corps et qui sont sollicités de manière à porter contre la

paroi intérieure du tubage par des ressorts hélicoïdaux 202.

Les blocs 200 de freinage ou de frottement permettent un réglage plus précis du positionnement et du maintien de l'obturateur 110 avant la manoeuvre consistant à fixer en

position cet obturateur.

15. Au cours de l'opération de mise en place de l'obturateur annulaire 110 par l'application d'un fluide sous pression dans la chambre 166, l'obturateur doit être équipé d'un bouchon expansible enclenché avec le raccord femelle inférieur 136 afin d'obturer l'alésage intérieur 118 de l'obturateur pour que le fluide sous pression puisse être introduit dans cet alésage et pénétrer dans la chambre 166. En augmentant convenablement la pression du fluide dans la chambre 166, les goupilles 196 se cisaillent sous une pression prédéterminée, de sorte que le mandrin 116 peut être déplacé librement par rapport au corps 132 pour provoquer la mise en place des coins 145 et des joints 28. Un mouvement axial du mandrin 116 par rapport à l'élément 134 du corps, une fois les goupilles 196 cisaillées, provoque l'enclenchement des dents 70 de la bague 72 de blocage avec les dents 62 afin de réaliser un enclenchement de blocage entre le mandrin 116 et le corps 132 lors de la mise en place de l'obturateur annulaire dans la

position souhaitée.

Dans de nombreuses applications de mise en place de l'obturateur 110 d'étanchéité, la pression du fluide régnant dans le tubage du puits, audessus des joints 28, peut

être supérieure à la pression régnant dans le tubage au-

dessous des joints. Dans ce cas, la pression du fluide dans la chambre 158, agissant sur la face 157 du piston, peut être utilisée pour s'ajouter aux forces tendant à faire descendre le mandrin 116 par rapport au corps 132 par l'intermédiaire du contact entre les surfaces annulaires complémentaires 161 et 163 présentées respectivement par les éléments 117 et 156,

comme montré sur la figure 4A.

Lorsqu'on souhaite récupérer l'obturateur 110, un outil convenable de récupération est descendu dans l'alésage 118 jusqu'à un point situé audessous du bord inférieur transversal 187 du manchon 186 de retenue de manière que, sous l'effet de l'engagement de la surface 187 et de l'application d'une traction exercée vers le haut par l'outil de récupération, les goupilles 192 se cisaillent pour élever le manchon dans l'alésage 153. Dès que le bord inférieur 187 du manchon dépasse le bord supérieur des fentes 184, les segments 16. 78 sont déplacés à force radialement vers l'intérieur et vers l'alésage du mandrin 116 afin de libérer l'enclenchement de blocage entre le mandrin et le corps 132 pour que l'obturateur

puisse être retiré aisément du puits.

La figure 5 montre une variante de la liaison réalisée entre le raccord femelle 136 et l'élément 134 du corps. La vue détaillée de la figure 5 montre un raccord femelle double 206 analogue, sous presque tous ses aspects, au raccord 136, mais comportant un filetage hélicoïdal axial 207 qui peut s'enclencher avec un filetage correspondant 209 porté par un élément modifié 208 du corps qui comporte également des dents 62 ayant la même disposition que les dents 62 du corps 134. En utilisant les éléments 206 et 208 à la place des éléments 136 et 134, respectivement, et en supprimant les vis 150, il est possible de mettre en place mécaniquement l'obturateur annulaire 110 en faisant tourner le mandrin 116 lorsque l'obturateur a été descendu jusqu'à la position de montage. Les blocs 200 de frottement exercent une force importante entre le corps et le tubage du puits afin d'empêcher le corps 132 de tourner de manière que, sous l'effet d'une rotation du mandrin 116, les éléments 206 et 208 se dévissent l'un de l'autre. Ensuite, le mandrin 116 peut être descendu pour se déplacer longitudinalement par rapport au corps dans un sens provoquant la mise en place des coins 145 et des joints 28. L'opération de récupération de l'obturateur 110 à l'aide des éléments 208 et 206 est la même

que celle décrite précédemment.

Par conséquent, la forme de réalisation montrée sur les figures 4A à 4D et sur la figure 5 présente tous les avantages de la forme de réalisation montrée sur les figures 1A à 3 et elle est conçue pour supporter des charges importantes de -tube-queue, au-dessous de l'obturateur annulaire. De plus, l'obturateur 110 peut être mis en place d'abord par séparation du mandrin du corps, soit par l'application de fluide sous pression directement dans une chambre expansible pour cisailler les vis de cisaillement, soit par rotation du mandrin par rapport au corps extérieur afin de dévisser la liaison vissée. L'obturateur annulaire 17. peut ensuite être mis en place soit par l'application d'une pression hydraulique dans la chambre expansible, soit par l'application de la masse du train de tiges sur le mandrin, ou

encore au moyen d'un outil d'installation classique par câble.

Une troisième forme de réalisation d'un obturateur annulaire de puits récupérable, selon l'invention, est montrée sur les figures 6A à 6C ainsi que sur les figures 7 et 8. Les figures 6A à 6C représentent un obturateur annulaire de puits récupérable, indiqué globalement par la référence numérique 210. Cet obturateur 210 comprend un mandrin 216 qui comporte un élément tubulaire allongé 217 présentant un alésage axial 218 et vissé à un raccord femelle double supérieur 220. Ce raccord 220 présente un filetage intérieur convenable 222 destiné à s'enclencher avec un

équipement approprié de mise en place et de récupération.

L'extrémité inférieure de l'élément tubulaire 217 est vissée à l'extrémité supérieure d'un autre élément tubulaire 252, comme montré sur la figure 6C. L'élément 252 présente un alésage 284 et est vissé, par son extrémité inférieure, à un raccord

femelle double inférieur 238.

L'obturateur 210 comprend un corps extérieur allongé, indiqué globalement par la référence numérique 232 et

qui comporte un manchon allongé 233 s'élevant axialement au-

dessus du raccord 220 qu'il entoure. Le manchon 233 est vissé, par son extrémité inférieure, à un élément 234 de corps présentant un épaulement annulaire 235 tourné vers le bas et

portant contre un premier côté d'un joint élastique 28.

L'obturateur 210 comporte trois joints 28 d'étanchéité, disposés à peu près côte à côte, de même que dans les formes de réalisation précédentes, mais entre lesquels sont intercalées des entretoises rigides 236. Les éléments 28 et 236 sont disposés sur un manchon allongé 239 faisant partie du corps 232 et vissé à l'élément 234, à son extrémité supérieure. Le manchon 239 est conçu pour présenter un épaulement 240 qui peut porter contre un épaulement correspondant 242 formé sur un autre élément tubulaire 244. Ce dernier est vissé, par son extrémité inférieure, à un élément 246 comprenant un cône de coins destiné à porter contre des coins 245 et à les déplacer

249071?

18. radialement vers l'extérieur pour les appliquer contre la paroi intérieure du tubage du puits. Les extrémités inférieures des coins 245 sont convenablement enclenchées avec un élément 248 du corps qui est vissé à un tronçon tubulaire inférieur 250. Le système de coins de l'obturateur 210, formé des éléments 245, 246 et 248, est légèrement différent des systèmes de coins 44 et 144 des formes de réalisation décrites précédemment. Cependant, le système de coins de l'obturateur 210 semble être d'un fonctionnement plus évident à l'homme de

l'art et il ne sera pas décrit plus en détail.

Le mécanisme de blocage et de libération de l'obturateur 210 comporte des dents 62 espacées axialement (figure 6A), formées sur la paroi cylindrique intérieure 260 du manchon 233, mais dont les flancs respectifs sont tournés en sens opposé à celui montré pour les formes de réalisation selon l'invention représentées sur les figures 1A à 5. Les dents 62 formées sur l'élément 233 sont enclenchées avec des dents complémentaires 70, espacées axialement et formées sur

une bague 272 de blocage analogue à la bague 72 de blocage.

Cette bague 272 présente en outre de grosses dents 74 formées sur une paroi cylindrique intérieure et pouvant s'enclencher avec des dents correspondantes 76 formées sur une partie 221

faisant saillie vers le bas du raccord 220.

Comme représenté sur la figure 6B et sur la figure 7, l'obturateur annulaire 210 comporte un autre dispositif de blocage comprenant plusieurs dents 262 espacées axialement et formées sur la surface extérieure du mandrin 217. Les dents 262 sont inclinées dans le même sens que les dents 62 des formes de réalisation selon l'invention montrées sur les figures 1A à 5. Une bague 282 de blocage est disposée autour de l'élément 217 et comporte des dents 270 espacées axialement, analogues aux dents 70 et pouvant s'enclencher avec les dents 262. La bague 282 de blocage comporte de grosses dents 274 sur sa surface cylindrique extérieure, ces dents 274 pouvant s'enclencher avec des dents correspondantes 276 formées sur une partie 247 qui fait saillie axialement vers le haut de l'élément 246. Comme représenté sur la figure 7, une fente ou ouverture axiale 249 est réalisée dans 19. l'élément 246 et est alignée avec une fente 283 s'étendant axialement à travers la bague 282 de blocage. Une clavette à peu près rectangulaire 236 est disposée dans les fentes 249 et 283 et pénètre dans une rainure 288 formée dans la paroi extérieure de l'élément tubulaire 217. Comme représenté sur les figures 6C et 8, le mécanisme de verrouillage et de libération de l'obturateur 210 comprend deux segments cylindriques 290 diamétralement opposés et disposés dans des fentes axiales respectives 292 de l'élément 252. Les segments 290 comportent plusieurs dents ou filets 294 espacés axialement sur leur surface extérieure et enclenchés avec des dents ou filets correspondants et intérieurs 296, espacés. axialement et formés sur l'extrémité libre de l'élément 250. Dans la position montrée sur la figure 6C, les segments 290 sont destinés à réaliser un enclenchement de blocage entre le mandrin 216 et le corps 232 et les segments sont retenus dans la position représentée par un manchon allongé 298 de retenue qui peut coulisser dans l'alésage 284. Le manchon 298 présente un évidement circonférentiel 300 destiné à être placé à proximité des fentes 292 lorsque le manchon est déplacé vers le haut comme montré sur la figure 6C. Le manchon 298 est retenu dans la position représentée sur la figure 6C par des goupilles 302 de cisaillement qui font saillie radialement, qui sont fixées dans l'élément 252 et qui pénètrent dans l'évidement 300,

l'une de ces goupilles étant représentée.

L'obturateur 210 est conçu pour être mis en place à partir de l'extrémité supérieure, par mouvement relatif entre le mandrin 216 et le corps 232. En particulier, l'obturateur 210 peut être installé au moyen d'un dispositif de pose par le dessus tel que le dispositif de pose sous pression et par câble du type "Baker Packers Model E4", utilisé conjointement avec un ensemble d'adaptation à câble du type "Model B". Lors de l'utilisation du type d'équipement précité, l'élément 233 du corps est engagé et déplacé vers le bas par rapport au mandrin 216, aux goupilles 304 de cisaillement, dont l'une est représentée, et il provoque un mouvement radial vers l'extérieur des coins 245 et des joints

2 490717

20. 28 pour installer l'obturateur annulaire. Lorsque le manchon 233 est déplacé par rapport au raccord femelle 220, la bague 212 de blocage se resserre radialement afin de déplacer les dents 70 par rapport aux dents 62. Lorsque le mandrin 216 et le corps 232 se sont suffisamment déplacés longitudinalement l'un par rapport à l'autre pour installer l'obturateur annulaire, les éléments respectifs restent en position de blocage par suite de la coopération de la bague 272 de blocage avec les éléments 233 et 221. De plus, l'enclenchement de blocage réalisé par les segments 290 empêche également tout mouvement relatif entre le mandrin 216 et le corps 232 dans la position de montage. La bague 282 de blocage se déplace également par rapport au mandrin 216 afin d'établir un enclenchement de blocage entre l'élément 246 à coins et l'élément 217 du mandrin, dans la position d'installation du

mandrin par rapport au corps 232.

Lorsqu'on souhaite libérer l'obturateur 210 de sa position de montage afin de le récupérer, un outil de récupération est descendu dans l'alésage 218 jusqu'à ce qu'un mécanisme convenable puisse porter contre une face extrême à peu près transversale 301 du manchon 298 de retenue et, sous l'application d'une force axiale ascendante suffisante, qu'il cisaille les goupilles 302 et déplace le manchon 298 de retenue vers le haut jusqu'à ce que les segments 290 puissent être déplacés radialement vers l'intérieur pour pénétrer dans l'évidement 300. Lorsque les dents 294 se dégagent des dents complémentaires 296, les éléments 250 et 248 du corps se déplacent vers le bas afin de rétracter les coins 245. De plus, la disposition des bagues 272 et 282 de blocage permet un mouvement axial vers le bas de l'élément 244 du corps, dans l'orientation de la figure 6B, jusqu'à ce que les épaulements 240 et 242 entrent en contact pour permettre aux joints 28 de reprendre la position de retrait représentée. L'obturateur 210, ainsi libéré de sa position de montage, peut être alors

remonté du puits.

L'obturateur annulaire 210 est également conçu pour la manutention de charges de tubes-queues relativement lourdes grâce au mandrin intérieur continu 216 qui est relié 21. respectivement aux raccords femelles doubles supérieur et inférieur 220 et 238. Bien que le raccord 238 représenté ne comporte pas de filets permettant de relier un tube-queue à l'obturateur annulaire, ce raccord 238 peut être aisément remplacé par un raccord convenable permettant la fixation d'un

autre équipement au-dessous de l'obturateur annulaire.

Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'appareil décrit et représenté sans

sortir du cadre de l'invention.

22.

Claims (9)

REVENDICATIONS

1. - Appareil récupérable destiné à être introduit dans une première conduite souterraine, par exemple un puits, afin de réaliser un enclenchement entre cette première conduite et une seconde conduite disposée dans la précédente, l'appareil -comprenant un mandrin tubulaire, un corps mobile par rapport à ce mandrin, un dispositif d'enclenchement qui, sous l'effet d'un mouvement relatif entre le mandrin et le corps, réalise un engagement d'étanchéité aux fluides et/ou mécanique avec la première conduite, un système à crémaillère amovible qui relie le mandrin au corps et qui est conçu pour permettre un mouvement relatif entre eux, dans le sens provoquant ledit engagement, ce système maintenant ensuite les positions relatives du mandrin et du corps jusqu'à ce qu'il soit libéré, l'appareil étant caractérisé en ce que le système à crémaillère comprend une bague (72) de blocage portant, sur sa surface circonférentielle extérieure, une denture de crémaillère (70) qui, lorsque la bague (72) de blocage est en position de travail, coopère avec une denture complémentaire de crémaillère (62) portée par le corps (32) pour permettre à ce dernier de se déplacer par rapport au mandrin (16) uniquement dans le sens provoquant ledit engagement, la bague (72) de blocage étant maintenue de manière amovible dans sa position de travail par des éléments (78) pouvant se rétracter radialement, qui sont accouplés au mandrin (16) et qui sont mobiles entre une position d'expansion radiale dans laquelle la bague de blocage est maintenue dans sa-position de travail, et une position de retrait radial dans laquelle la bague de blocage peut se déplacer par rapport aux éléments rétractables, un manchon (82) pouvant être déplacé axialement entre une première position axiale dans laquelle il maintient les éléments rétractables (78) en position d'expansion axiale, et une seconde position axiale dans laquelle il permet aux éléments rétractables (78) de se rétracter afin que le système

d'encliquetage soit libéré.-

2. - Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les dentures de crémaillère Z4907 23. complémentaires portées par la bague de blocage et le corps comprennent chacune des dents de crémaillère espacées axialement et présentant des surfaces (68) de contact qui s'étendent à peu près radialement par rapport à l'axe de l'appareil.

3. - Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que des dentures complémentaires de crémaillère (76, 74) sont formées sur les éléments rétractables (78) et sur la bague (72) de blocage afin d'empêcher tout mouvement entre la bague (72) et les éléments rétractables (78) lorsque ces derniers sont dans leur position d'extension.

4. - Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que la hauteur radiale des dentures complémentaires de crémaillère de la bague de blocage et des éléments rétractables est supérieure à la hauteur radiale des dentures complémentaires de crémaillère de la bague de blocage

et du corps.

5. - Appareil sleon l'une quelconque des

revendications précédentes, caractérisé en ce que des premiers

moyens d'accouplement, situés sur ladite première extrémité du mandrin, sont destinés à relier ce mandrin à la seconde conduite, des seconds moyens d'accouplement, situés sur l'extrémité du corps opposée à ladite première extrémité du mandrin, étant destinés à relier un ensemble comprenant ladite seconde conduite au corps, des épaulements complémentaires étant formés sur le mandrin et le corps afin de transmettre

les charges de traction exercées à travers l'appareil.

6. - Appareil selon l'une quelconque des

revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte

une chambre à fluide expansible, permettant d'appliquer une force qui agit entre le mandrin et le corps afin de produire un mouvement relatif entre eux dans un sens appliquant une

force de compression aux éléments d'enclenchement.

7. - Appareil selon l'une quelconque des

revendications précédentes, caractérisé en ce que le mandrin

présente un alésage intérieur dans lequel peut pénétrer un prolongement tubulaire de- la seconde conduite, le mandrin 24. comportant un élément destiné à réaliser un joint annulaire à

fluide avec ledit prolongement tubulaire.

8. - Appareil selon l'une quelconque des

revendications précédentes, caractérisé en ce que le corps

comporte un élément destiné à réaliser un contact de frottement avec la première conduite, et des moyens d'accouplement destinés à relier le mandrin à la seconde conduite de manière qu'une force exercée vers le bas sur le mandrin par la seconde conduite produise un mouvement relatif entre le mandrin et le corps alors que les éléments de frottement résistent au mouvement du corps afin de provoquer

l'engagement desdits éléments d'engagement.

9. - Appareil selon l'une quelconque des

revendications précédentes, caractérisé en ce que le mandrin

porte des moyens d'accouplement lui permettant d'être relié à un dispositif d'installation, et des organes, associés au corps, pouvant s'enclencher de façon complémentaire avec le dispositif d'installation afin de produire ledit mouvement

relatif entre le corps et le mandrin.