FR2529252A1

FR2529252A1 - Outil de puits

Info

Publication number: FR2529252A1
Application number: FR8211270A
Authority: FR
Inventors: Neil Hoover Akkerman
Original assignee: AVA International Corp
Current assignee: AVA International Corp
Priority date: 1982-06-28
Filing date: 1982-06-28
Publication date: 1983-12-30
Also published as: FR2529252B1

Abstract

UN MANDRIN M COMPREND UN CORPS EXTERIEUR 25 AVEC DES OUVERTURES SUPERIEURE ET INFERIEURE RELIEES EN ALIGNEMENT AXIAL AVEC UNE CHAINE DE CANALISATIONS DE PUITS, ET UNE SECTION INTERMEDIAIRE A CIRCONFERENCE EXCENTREE. UN CORPS INTERIEUR 26 EST TRAVERSE PAR UN ALESAGE 20 ET PAR UNE POCHE 22, PARALLELE A L'ALESAGE 20 ET S'OUVRANT SUR LA SECTION INTERMEDIAIRE. LA POCHE 22 EST ADAPTEE POUR RECEVOIR UNE VANNE DE SECURITE DESTINEE A TRAVAILLER AU-DESSOUS DE LA SURFACE, OU UN AUTRE OUTIL A CABLE.

Description

OUTIL DE PUITS
La présente invention se rapporte, de façon générale, à un appareil susceptible d'etre monté dans une chaîne de canalisation ou tuyaux de puits pour régler le débit de fluide dans le puits. Selon l'un de ses aspects, elle concerne des perfectionnements apportés à ce type comprenant ce que l'on appelle mandrin de poche latérale, dans lequel on peut faire descendre un outil par un câble ou d'autres moyens.

Selon le mode d'exécution de la présente invention représentée on prévoit une soupape de sûreté utilisée au-dessous de la surface comportant un mandrin traversé par un alésage dont l'axe est susceptible d'être sensiblement aligné avec l'axe d'une chaîne de canalisation lorsque le mandrin est monté en tant qu'élément de la chaîne, et un obturateur monté dans le mandrin de façon à se déplacer entre des positions d'ouverture et de fermeture de l'alésage, et sollicité élastiauement vers sa position de fermeture, comme dans les soupapes de ce type 5 La soupape comprend également un outil susceptible de se déplacer verticalement à travers la chaîne de canalisations en se rapprochant et s'éloi- gnant de l'extrémité ouverte d'une poche située d'un côté de l'alésage pour lui permettre d'être déposé dans la poche ou d'en être récupéré. Plus particulièrement, le piston destiné à actionner l'obturateur est porté par l'outil et réagit à l'envoi de fluide de commande vers lui à partir d'une source éloignée, lorsque l'outil est déposé dans la poche, en faisant passer l'obturateur en position ouverte.

Les mandrins à poche latérale sont normalement formés d'une paire d'éléments tubulaires côte à côte dans l'un desquels est formé l'alésage traversant, tandis que la poche est formée dans l'autre. La surface latérale de l'élément alésé est normalement fendue suivant une portion centrale de sa longueur pour recevoir un côté de l'autre élément tubulaire et, lorsqu'ils sont ainsi assemblés, les éléments sont soudés l'un à l'autre.

Cependant, il peut être désirable déformer la canalisation avec un acier dont la structure cristalline peut être bouleversée par le soudage. De plus, le soudage des éléments tubulaires peut les déformer dans une mesure telle qu'ils quittent leur alignement, par- exemple l'axe de l'alésage traversant et de la
poche n'étant plus sensiblement parallèles. Dans certaines applications, comme la soupape de sûreté au-dessous du niveau du sol décrite précédemment, ce défaut d'alignement axial important pourrait gêner la coopération nécessaire entre des éléments mobiles suivant les axes de l'alésage et de la poche.

En conséquence, l'invention a pour objet un mandrin de ce type pour soupape de sûreté au-dessous du-niveau du sol ou un autre appareil de réglage du débit ne nécessitant pas de soudage et, plus particulièrement, dont la structure permette d'usiner à la fois l'alésage et la poche en une seule pièce pour garantir ainsi leur alignement axial.

Cet objectif, ainsi que d'autres objectifs, sont atteints selon le mode d'exécution de 11 invention représenté, grâce à un mandrin qui comprend un corps extérieur avec des ouvertures traversant ses extrémités supérieure et inférieure qui sont reliées en alignement axial avec une chaîne de canalisations de puits et une section intermédiaire ayant une circonférence intérieure radialement agrandie, excentrique par rapport aux axes de ses ouvertures terminales, et un corps intérieur s'emboîtant dans la circonférence intermédiaire de la section intermédiaire du corps. Plus particulièrement, le corps intérieur est traversé par un alésage aligné avec les axes des ouvertures terminales, et comporte une poche qui y est formée d'un côté de l'alésage, dont l'axe est parallèle à l'axe de l'alésage.Plus particulièrement, un moyen est prévu pour visser le corps intérieur en une position verticale fixe à l'intérieur du corps extérieur, ce qui évite une liaison par soudage entre les corps. L'extrémité supérieure de la poche débouche dans la section intermédiaire du corps extérieur, de sorte que l'on peut faire passer l'outil d'actionnement dans une position posée à l'intérieur de la poche et l'en récupérer. Dans la mesure où l'alésage et la poche sont tous deux formés dans le corps intérieur, l'usinage de tels alésages est simplifié.

Sur le dessin annexé, des références semblables désignent toujours des éléments analogues
Les figures 1A et 1B sont des coupes verticales des portions supérieure et inférieure, respectivement, d'une soupape de sûreté au-dessous du niveau du sol, réalisée selon l'invention, son outil d'actionnement ou de manoeuvre étant représenté lorsqu'il descend à travers l'alésage de la portion supérieure pour parvenir à une position posée à l'intérieur d'une poche d'un côté de l'alésage et la quitter
La figure 2 est une coupe verticale de la portion inférieure de l'outil, analogue à la figure 1B, mais l'outil d'actionnement étant pose dans la poche
Les figures 3 et 3A sont des coupes d'une portion intermédiaire du mandrin, à échelle agrandie, suivant les lignes 3-3 et 3A-3, repectivement, des figures lA et 1B
Les figures 4A, 4B, 4C et 4D sont des coupes verticales de portions du mandrin de son extrémité supérieure à son extrémité inférieure, à l'échelle agrandie des figures 3 et 3A, suivant les lignes 4A, B, C, D-4A, B, C, D de la figure 3
Les figures 5A, 5B, 5C et 5D sont des coupes verticales de portions du mandrin de son extrémité supérieure à son extrémité inférieure, analogues aux figures 4A, 4B, 4C et 4D, suivant les lignes 5-A, B, C, D - 5A, B, C, D de la figure 3
Les figures 6A, 6B, et 6C sont des coupes verticales partielles analogues aux figures 5A, 5B, 5C et 5D, mais à échelle agrandie, l'outil d'actionnement étant posé dans la poche du mandrin de lroutil
La figure 7 est une autre coupe verticale partielle de portions intermédiaires du mandrin et de l'outil d'actionnement, interrompues sur leurs longueurs, et le piston de l'outil d'actionnement étant sorti pour abaisser le dispositif d'actionnement en l'amenant au contact de l'obturateur, tandis que la soupape d'égalisation est passée en position ouverte
La figure 8 est une autre coupe verticale partielle analogue à la figure 7, mais le piston étant encore davantage sorti pour ouvrir l'obturateur, et la soupape d'égalisation s'étant déplacée d'une distance supérieure pour refermer l'extrémité supérieure de la chambre de commande située dans l'outil d'actionnement.

En se référant à présent aux détails des figures décrites ci-dessus, l'ensemble de la soupape est représenté schématiquement sur les figures 1A, 1B et 2 : elle comprend un mandrin M susceptible de faire partie d'une chalne de canalisations de puits (non représentée) et traversé par un alésage 20 qui, quand le mandrin est ainsi monté, est aligné axialement avec la chaîne.

La soupape comprend également un obturateur 23 monté dans le mandrin de façon à se déplacer entre des positions d'ouverture et de fermeture de l'alésage 20, et un outil T devant être utilisé pour actionner la soupape lorsqu'il est déposé dans une poche 22 du mandrin d'un côté de l'alésage, comme indiqué sur la figure 2. Comme on l'a décrit précédemment, la chaîne de tuyaux du puits sera, en règle-générale, la chaîne de canalisations d'un puits de pétrole éloigné de la côte ou d'un puits de gaz, et le mandrin sera monté en tant que partie intégrante de la chaîne de canalisations juste dessous du niveau de la vase.

Comme on le décrira en détail plus loin, l'obturateur 23 est un clapet normalement fermé, mais qui, une fois passé en position ouverte, indiquée sur la figure 8, assure une ouverture complète de l'alésage du mandrin et de la chaîne de canalisations en permettant de manoeuvrer le câble au-dessous de la soupape. L'extrémité supérieure de la poche 22 est ouverte, de sorte que, si un ou plusieurs éléments de l'outil dlaction- nement ou de manoeuvre, et en particulier ses joints dynamiques, doivent être remplacés ou réparés, il suffit de récupérer l'outil dans la poche 22, puis, lorsqu'il est remis en état, de le ramener en position déposée dans la poche à travers l'alésage du mandrin, le tout selon les procédés classiques avec un câble.

Le mandrin M comprend un corps extérieur 25 qui se compose de sections montées bout à bout, la section supérieure 25A et la section inférieure 25B comportant des ouvertures terminales alignées axialement formant les extrémités supérieure et inférieure de l'alésage 20, et une section intermédiaire 25C ayant une circonférence intérieure radialement agrandie et décentrée par rapport aux axes des ouvertures terminales des sections supérieure et inférieure. Le mandrin comprend également un corps intérieur 26 ayant une circonférence extérieure ajustée étroitement sur l'intérieur de la circonférence intérieure de la portion supérieure de la section intermédiaire 25C du corps, et traversé par un alésage axialement aligné avec les sections supérieure et inférieure du corps extérieur en formant un prolongement de l'alésage 20.Comme on l'a représenté, la poche 22 du mandrin estfoerne dans le corps intérieur d'un côté de son alésage et, par suite, excentriquement par rapport à l'alésage 20.

Le dispositif d'actionnement de la soupape comprend un tube 28 pouvant effectuer des mouvements de va-et-vient axiaux dans la portion inférieure de la section intermédiaire du corps extérieur du mandrin et, par suite, au-dessous du corps intérieur 26, entre une position supérieure
(figures lB et2) dans laquelle son extrémité inférieure est au-dessus
du clapet 23, et une position inférieure (figure 8) dans laquelle il
descend en passant par le siège pour ouvrir le clapet et le maintenir
d'un côté du siège. Dans cette dernière position, le tube constitue un
prolongement pratiquement continu de l'alésage à travers la section
inférieure 25C du corps extérieur du mandrin.

Un ressort hélicoïdal 29 est disposé à l'intérieur de l'espace compris entre le tube d'actionnement 28 et la section intermédiaire-25C du corps extérieur du mandrin, l'extrémité supérieure du ressort contactant un anneau 31 porté par le tube 28 et son extrémité inférieure un anneau ou collier 30 supporté sur un épaulement tourné vers le haut du corps extérieur du mandrin de façon à rappeler le tube dans sa position supérieure. Comme
le montre la figure 2, lorsque l'outil de manoeuvre T-est déposé dans la poche latérale 22, son extrémité inférieure se trouve juste au-dessus de
l'anneau 31 sur le tube d'actionnement, de sorte que, lorsqu'un piston en
sort en réaction à la pression de commande, il fait descendre le tube contre
la force du ressort 29 pour ouvrir l'obturateur.Du fluide de commande devant faire sortir le piston et actionnant ainsi l'obturateur est envoyé dans une zone réagissant à la pression du piston à l'intérieur d'une chambre de pression de commande de l'outil par un tube ou conduit 32 descendant d'une source appropriée située à la surface à un passage 32A formé dans le mandrin
(figure lB) qui est en liaison avec la poche latérale. Ainsi, le passge 32A du mandrin relie l'extrémité inférieure du conduit 32 à un conduit 32B (figure 2) de l'outil T déposé entre les garnitures ou joints 40 et 41, respectivement, faisant le tour du corps de l'outil.

Comme on l'a décrit précédemment, on prévoit un moyen pour égaliser la pression du fluide du puits au-dessus et dessous du clapet fermé en réaction à l'arrivée de fluide de commande dans la chambre de commande de l'outil de manoeuvre à une pression qui déclenche le déplacement du piston pour faire descendre le tube d'actionnement 28.

Dans ce but, un autre conduit ou tube 33 descend à l'intérieur du mandrin en reliant l'alésage du mandrin au-dessous du clapet fermé à un
passage 33A (figure 1A) formé dans le mandrin, aboutissant à la poche 22 au-dessus du passage 32A. Le passage 33A et des fentes 33B sont formés dans
le corps de l'outil entre les garnitures supérieure et intermédiaire 42 et
40, respectivement, qui en font le tour, de façon à diriger le fluide du puits de la canalisation au-dessous du clapet dans un conduit annulaire intérieur
à l'outil. L'extrémité supérieure de ce dernier conduit est elle-meme reliée
à un passage 33C formé dans l'outil, qui aboutit à l'alésage du mandrin audessus du clapet.

v
Le conduit intérieur à l'outil est normalement fermé, mais susceptible d'être ouvert par l'ensemble de soupape situé dans l'outil en réaction au fluide de commande de la chambre de commande ; lorsque le piston descend en réaction à celui-ci. Lors de l'ouverture de la soupape d'égalisation, le fluide du puits au-dessous du clapet s'écoule à travers le conduit ou tube estérieur 33, ainsi qu a travers le conduit de l'outil, pour parvenir dans le passage du mandrin situé au-dessus du clapet. Comme on l'a décrit précédemment, cette égalisation de pression permet au piston de sortir davangage en réaction au fluide de commande en faisant passer le clapet en position ouverte avec passage par le sièce 22 pour maintenir le clapet en position ouverte.

L'extrémité supérieure de l'outil T est préparée spécialement pour recevoir des parties amovibles d'un outil de déroulement de câble approprié qui peut être, par exemple d'un tripe indiqué dans le brevet US. 3.827.490.

L'alésage 20 du mandrin M est préparé pour coopérer avec l'outil de déroulement, pendant le fonctionnement de l'outil de manoeuvre T, pour faire passer l'outil dans l'alésage du mandrin Ainsi, comme on l'a représenté dans le brevet US nO 3.741.299 dans un but qui en ressort, l'extrémité inférieure d'une portion formée excentriqui",ent de la section supérieure 25A du corps extérieur du mandrin est effilée en 34 et comporte une fente 35 montant à partir de ce cône ou cette pointe diamétralement à l'opposé de la poche 22.Comme on l'a également expliqué dans le dernier brevet cité, des pièces rapportées sont montées sur la section intermédiaire 25C juste au-dessus de l'extrémité supérieure ouverte de la poche pour former des surfaces de guidage 36 qui convergent vers la poche, pour empêcher l'entrée d'outils autres que l'outil T dans des positions situées au-dessus de la poche 22.

Tandis qu'on fait descendre l'outil de manoeuvre dans la poche 22, un épaulement 37A qui l'entoure se pose sur un siège 22A faisant le tour de la poche (voir figure 6A) et un collet 37 situé au-dessous du col à son extrémité supérieure se déplace au-dessous d'une rainure intérieure 38 ménagée dans l'extrémité supérieure du corps intérieur 26 du mandrin, de façon à limiter la montée de l'outil à partir de sa position posée. Comme il ressort des figures 1A et 2, la rainure 38 est disposée à la convergence des surfaces de guidage 36, juste au-dessus du siège 22A.

En se référant à présent aux représentations détaillées des figures 4A, 4B, 4C, 4D, et 5A, 5B, 5C et 5D, la section supérieure 25A du corps extérieur 25 du mandrin comprend un élément supérieur 45 qui est tubulaire à son extrémité supérieure et agrandi excentriquement à son extrémité inférieure. Comme on l'a décrit précédemment, l'extrémité supérieure de la portion tubulaire de l'élément 45 est préparée de façon appropriée pour être reliée à la chaîne de canalisations. Le diamètre extérieur de l'extrémité inférieure agrandie de l'élément supérieur 45 s'emboîte étroitement dans l'extrémité supérieure d'un élément tubulaire 46 qui est relié à l'élément 45 et accroché à lui de n'importe qu'elle façon appropriée, comme l'indique la figure 4A.

Non seulement l'élément tubulaire 46 constitue l'extrémité inférieure de la section supérieure 25A du corps, mais il en descend également pour constituer la section intermédiaire 25C du corps du mandrin.

L'également 35 descend pour recevoir le corps intérieur 26 du mandrin qui sera décrit en détail dans la suite, et il est relié à son extrémité inférieure à un autre élément tubulaire 47 du corps du mandrin dans lequel sont reçus le ressort 29 et le tube d'actionnement 28. Un autre élément tubulaire 48 du corps extérieur du mandrin encore est vissé à l'extrémité inférieure de l'élément 47 pour entourer le clapet 23 et l'ensemble sur lequel il est monté de façon à osciller entre sa position d'ouverture et sa position de fermeture.

Corme on le décrira en détail dans la suite, l'ensemble de montage du clapet comprend un boîtier 49 qui est ajusté étroitement dans un élément tubulaire 48 et suspendu à lui grâce à un épaulement 50 qui l'entoure et repose sur un épaulement 51, dirigé vers l'intérieur, de l'extrémité inférieure de l'élément 48. Comme le montre au mieux la figure 4D, la portion supérieure du boîtier est traversée par un alésage de même axe que l'alésage 20 du mandrin et excentrique par rapport au diamètre extérieur de cette portion supérieure, et un prolongement tubulaire inférieur 52 qui forme, avec les éléments tubulaire 47 et 48, la section inférieure 25B du corps extérieur du mandrin.L'extrémité inférieure du prolongement 52 est traversée par un alésage qui forme l'ouverture de l'extrémité inférieure du mandrin, et par suite l'extrémité inférieure de l'alésage du mandrin, et qui est préparée de façon appropriée à son extrémité inférieure pour être reliée à la chaîne de canalisations qui se trouve au-dessous.

Le corps intérieur 26 du mandrin comprend une section supérieur 53 et une section inférieure 54, respectivement, empilées l'une sur l'autre et ajustées étroitement dans le diamètre intérieur de l'extrémité inférieure de l'élément 46 du corps extérieur du mandrin. Plus particulièrement, les sections du corps intérieur du mandrin comportent des ouvertures alignées axialement qui constituent des portions intermédiaires de l'alésage 20 du mandrin, et des ouvertures alignées axialement formant la poche 22 d'un côté de l'alésage et parallèlement à lui. L'extrémité inférieure de la section inférieure 54 est supportée sur l'extrémité supérieure de l'élément tubulaire 47 du corps extérieur du mandrin, et l'extrémité supérieure de la section supérieure 53 touche un épaulement 55 entourant la circonférence intérieure d'une portion intermédiaire de l'élément tubulaire 46.

Comme le montre la figure QBr la section supérieure 53 comporte des creux d'un côté pour recevoir les extrémités inférieures des pièces rapportées constituant les surfaces de guidage 36 à l'entrée de l'extrémité supérieure ouverte de l'alésage 22. L'extrémité inférieure de la section supérieure 53 est également évidée en 56 de façon à interrompre la poche 22 sur sa longueur en un endroit opposé au passage 33C (voir figures 2 et 6B) de l'outil de manoeuvre T, lorsque l'outil de manoeuvre est en position déposée. Ainsi, le fluide du puits provenant de la canalisation située audessous du clapet peut s'écouler librement directement dans l'alésage du mandrin, lorsque la soupape d'égalisation est ouverte.

L'extrémité inférieure de la section 54 du corps intérieur du mandrin est suralésée en 57 de façon à reevoîr l'extrémité supérieure d'un manchon de guidage 58 qui descend à l'intérieur de la circonférence intérieure de la section intermédiaire 47 du corps extérieur à une certaine distance d'elle en formant un espace annulaire dans lequel l'extrémité supérieure du tube d'actionnement 28 effectue des mouvements de va-et-vient en se déplaçant entre sa position supérieure et sa position inférieure.Comme le montre la figure 4D, le collier 31 supporté autour du tube d'actionnement 28 est susceptible de contacter un épaulement 59 dirigé ;iJ2rs le bas et faisant le tour de la circonférence intérieure de la section 47 du corps extérieur, de façon à placer le tube d'actionnement en position supérieure sous l'action du ressort hélicoïdal 29. L'anneau d'arrêt 30 supporté dans l'espace compris entre le tube 28 et la section 47 du corps extérieur du mandrin est rappelé vers le bas par le ressort 29, au contact d'un épaulement d'arrêt 60 situé sur la circonférence intérieure de la section 47.

Un anneau 61 est situé dans l'espace compris entre le tube 28 et la section tubulaire 48 du corps extérieur du mandrin, de façon à constituer un guide pour l'extrémité inférieure du tube 28. Un joint torique en matière élastique est disposé entre un prolongement descendant de la circonférence intérieure de l'anneau 61 et la circonférence intérieure de l'extrémité supérieure du boltier 49 pour former un siège 62 contre lequel s'appuie le clapet 23 dans sa position de fermeture. Le siège annulaire 61 est maintenu entre l'extrémité supérieure du boîtier de montage du clapet 49 et l'extrémité inférieure de la section 47 du corps extérieur du mandrin.

Comme on l'a décrit précédemment, la portion supérieure du boîtier 49 de montage du clapet est analogue aux sections intérieures du corps du mandrin et à l'extrémité inférieure de l'élément 45 du corps extérieure du mandrin, en ce que l'axe de l'alésage qui la traverse est décentré par rapport à sa circonférence extérieure. Le clapet 23 est monté de façon à pouvoir pivoter sur un pivot 63 porté par la paroi épaissie du boîtier 49 de façon à entrer et sortir en pivotant dans une fente 64 ménagée dans le boîtier au-dessous du pivot.Lorsqu'il se trouve à l'intérieur de la fente, le clapet est en dehors du trajet du tube d'actionnement 28, ce qui permet au tube de se déplacer dans l'alésage du boîtier, et par suite, lorsqu'il est entièrement descendu, de constituer un prolongement de l'alésage à travers le prolongement 52. Comme le montre la figure 5D, le pivot 63 est entouré par un ressort de torsion 65 qui s'appuie à une extrémité sur le clapet et, à l'autre extrémité, sur le boîtier de montage du clapet 49, de façon à rappeler élastiquement le clapet en position fermée.

Chacun des anneaux 30, 31 et 61 disposés à l'intérieur de l'espace compris entre le tube d'actionnement et le corps extérieur du mandrin a une forme analogue aux sections du corps extérieur du mandrin, au boîtier de montage du clapet 49 et à l'extremité inférieure de l'élément 45 du corps extérieur du mandrin, du fait gue les axes des ouvertures ou alésages qui les traversent sont décentrés par rapport à leurs ciroenférences extérieures.

Ainsi, chacun de ces anneaux comporte également des trous traversant une paroi épaissie qu'ils comportent de façon à recevoir en le guidant le conduit 33 ainsi que le prolongement inférieure du conduit 32.

Les portions du conduit de fluide de commande-32 et du conduit d'égalisation de pression de canalisation 33 qui sont en liaison avec la poche 22 comprennent des trous percés dans la paroi épaissie de la section inférieure 54 du corps intérieur du mandrin sur des côtés opposés de la poche (voir figure 5C). L'extrémité supérieure du conduit 32 comprend un tube 66 relié à son extrémité inférieure à un prolongement supérieur du trou percé dans la section inférieure et montant à travers des trous alignés de la section supérieure 54 du corps intérieur du mandrin et la pièce rapportée se trouvant au-dessus formant l'une des surfaces de guidage 36, pour atteindre et traverser la paroi épaissie de l'extrémité inférieure de la section extérieure 45 du corps du mandrin. L'extrémité inférieure du conduit 33 comprend un tube 67 relié, à son extrémité supérieure, à l'extrémité inférieure du trou percé dans la section inférieure 54 et descendant dans l'espace compris entre le tube d'actionnement et le corps extérieur du mandrin à travers les anneaux 31, 30 et 61.

Comme le montre la figure 5D, des trous pratiqués dans l'extrémité supérieure du boîtier 49 relient l'extrémité inférieure du conduit 33 à la fente 64 débouchant sur l'alésage du mandrin au-dessous du clapet fermé, et par suite sur les canalisations situées au-dessous du mandrin. D'autre part, la portion du conduit 32 située au-dessus de l'extrémité supérieure du tube 66 qui dépasse au-dessus de la paroi épaissie de la section extérieure 45 du corps du mandrin (voir figure 5A) peut être prolongée vers le haut le long du côté de la chaîne de canalisations au-dessus du mandrin, pour être reliée à une source de fluide de commande située au niveau de la surface ou en un autre emplacement éloigné.

Comme le montre la figure 5C, le trou qui forme l'extrémité inférieure du conduit 32 aboutissant à la poche 22 et l'extrémité supérieure du prolongement inférieur du conduit 32 est percé à travers la section inférieure 54 du corps intérieur du mandrin. Un tube 68 relié à l'extrémité inférieure de ce trou percé descend dans l'esapce compris entre le tube d'actionnement et le corps extérieur du mandrin et à travers les anneaux 31, 30 et 61, côte à côte avec le tube 67 (figure 5D).Cependant, l'extrémité inférieure du tube 68 se prolonge vers le bas à travers la fente 64 et la paroi épaissie du boîtier de montage du clapet 49, et par suite le long du prolongement 52 du mandrin et de la chaîne de canalisation au-dessous du mandrin pour être reliée à d'autres éléments au-dessous de la soupape de sûreté située au-dessous du niveau du sol, qui peut être actionnée par le fluide de commande.

L'outil d'actionnement ou de manouvre T comprend un corps de forme générale tubulaire descendant de l'extrémité inférieure d'un collet ou col 71 à son extrémité supérieure et, comme le montrent les figures 6A, 6B et 6C, il est constitué d'une série de sections tubulaires vissées entre elles autour desquelles les garnitures -supérieure, inférieure et intermédiaire 42, 41 et 40 respectivement sont supportées de façon à être en contact étanche avec la poche 22, lorsque l'outil y est posé.

Comme on l'a décrit précédemment, les garnitures intermédiaire et inférieure 40 et 41 entourent le corps- de l'outil au-dessus et au-dessous du passage 32B qui y est formé et contactent de façon étanche la poche audessus et au-dessous du passage 32A du mandrin, de façon à obliger le courant de fluide de commande à passer du conduit ou tube 32 à l'intérieur du corps de l'outil en passant par le passage 32B. Les garnitures supérieure et intermédiaire 42 et 40 entourent le corps de l'outil au-dessus et au-dessous des fentes 33B qui y sont ménagées et contactent de façon étanche la poche audessus et au-dessous du passage 33A, et la garniture supérieure 42 entoure le corps de l'outil au-dessous du passage 33C et est en contact étanche avec la poche 32 au-dessous de l'évidement 56.Ainsi, comme on le décrira dans la suite, lorsque la soupape d'égalisation est ouverte, le fluide du puits se trouvant dans la canalisation située au-dessous du clapet est obligé de s'écouler dans la canalisation située au-dessus du clapet.

Comme le montrent les figures 6A, 6B et 6C, le passge 32B du corps tubulaire de l'outil de manoeuvre est en liaison avec une chambre de fluide de commande 73 qui est fermée à son extrémité inférieure par la surface réagis sant à la pression située en haut du piston 74, et à son extrémité supérieure par un dôme se trouvant dans l'extrémité supérieure fermée du corps tubulaire au-dessous de son col (voir figure 6A). Le piston est entouré par un joint torique 75 qui coulisse de façon étanche à l'intérieur du corps tubulaire pendant la sortie de la rétraction du piston par rapport à lui, comme on le décrira dans la suite.

La soupape d'égalisation comprend un corps 76 qui coulisse longitudinalement à l'intérieur du corps de l'outil tubulaire de façon à effecLuer des mouvements de va-et-vient au-dessus du piston 74 entre des positions ouvrant et fermant un conduit annulaire 77 se trouvant entre le corps 76 et le corps de l'outil tubulaire. Plus particulièrement, cx6!me on le décrira plus loin, le corps tubulaire 76 de la soupape d'égalisation effectue des mouvements de va-et-vien. entre des positions d'ouverture et de fermeture en réaction à la pression de commande régnant dans la chambre de commande.

Comme on l'a représenté sur la figure 6B, une portion intermédiaire de la soupape d'égalisation 76 est agrandie radialement pour constituer un épaulement 80 qui, dans la position de fermeture de la soupape d'égalisation, repose sur l'extrémité inférieure d'un siège 81 situé sur la circonférence intérieure du corps tubulaire 70 juste au-dessus des fentes 33B. L'extrémité inférieure du corps de la soupape d'égalisation au-dessous de l'épaulement 80 glisse à l'intérieur d'un joint torique 82 porté sur la circonférence intérieure du corps de l'outil tubulaire au-dessous des fentes 33B, et une portion radialement agrandie du corps de la soupape d'égalisation au-dessus de l'épaulement 80 porte un joint torique 83 qui est en contact étanche avec la surface intérieure du corps de l'outil tubulaire au-dessus des passages 33C.Un passage 84 traversant le corps de la soupape d'égalisation 76 est en liaison avec des orifices ou passages 85 se trouvant dans son extrémité inférieure au-dessous du joint torique 82 et avec des orifices ou passages 86 se trouvant dans une portion intermédiaire de celui-ci au-dessus des jointE toriques 83, de façon à constituer une dérivation pour le fluide de commande entre l'extrémité inférieure de la chambre au-dessous de la soupape et l'extra mité supérieure de la chambre.

Comme le montrent les figures 6B et 6C, le piston 75 compte un prolongement supérieur 75A dont l'extrémité supérieure est située à une courte distance au-dessous de l'extrémité inférieure de corps 76 de la soupape d'égalisation, lorsque la soupape est fermée et que le piston est rétracté, et un prolongement inférieur 75B qui descend dans l'extrémité inférieure du corps tubulaire de l'outil de manoeuvre. D'une façon qui sera décrite, le piston effectue des mouvements de va-et-vient entre une position supérieure rétractée dans laquelle son extrémité inférieure est à peu près au niveau de l'extrémité inférieure du corps de l'outil (figure 6C) et une position inférieure sortie dans laquelle son extrémité inférieure fait saillie au-delà de l'extrémité inférieure du corps de l'outil pour contacter et faire descendre le tube d'actionnement 28 pour ouvrir le clapet.Comme le montre la figure 6C, les extrémités inférieures du corps de l'outil et du prolongement 75B du piston sont situées à une courte distance au-dessus de l'extrémité supérieure du collet 31 du manchon d'actionnement, pour permettre à l'outil d'actionnement d'etre déposé sans pré-contrainte du ressort 29.

Comme on le verra clairement, le piston 74 comporte des surfaces frontales sensibles à Sa pression opposées d'aire égale sur ses côtés supérieur et inférieur, sur lesquelles agit le fluide de commande et le fluide du puits se trouvant à l'intérieur de la cahalîsation du puits au-dessus du clapet. Ainsi, du fait que le fluide de commande est envoyé dans la chambre 73 à une pression suffisante pour vaincre la force due à la pression régnant dans la canalisation, l'extrémité inférieure du piston sortira au-dessous de l'extrémité inférieure du corps de l'outil pour contacter le collet 31.

Lorsque la pression du fluide de commande augmente encore pour vaincre la force du ressort 29, le piston fait descendre le collet 31 jusqu'à ce que l'extrémité inférieure du tube d'actionnement 28 contacte la face supérieure du clapet 23, comme indiqué sur la figure 7. A ce moment, cependant, la force ascendante que la pression de la canalisation du puits au-dessous du clapet exerce sur le clapet fermé empeche le tube d'actionnement de continuer à descendre, jusqu'à ce que la pression soit égalisée de part et d'autre du clapet.

Dans des buts qui ressortiront de la suite de la description, le corps 76 de la soupape d'égalisation est sollicité élastiquement vers sa position supérieure en place dans son siège au moyen d'un ressort hélicoïdal 90 disposé dans la portion annulaire supérieure de l'extrémité supérieure de la chambre de commande 73 entre l'extrémité supérieure du corps de la soupape d'égalisation et le prolongement tubulaire du corps de l'outil de manoeuvre au-dessous du col à son extrémité supérieure. Comme le montre la figure 6A, l'extrémité inférieure du ressort hélicoidal est en contact avec un anneau 92 placé sur un épaulement tourné ver le haut de la circonférence intérieure du corps de l'outil, et l'extrémité supérieure du ressort est en contact avec un épaulement situé sur l'extrémité inférieure d'une tête agrandie 93 du corps de la soupape d'égalisation.

Le diamètre extérieur du joint torique 83 est supérieur au diamètre intérieur du joint torique 82, de sorte que du fluide de commande agit sur une aire de section droite annulaire en sollicitant le corps 76 de la soupape d'égalisation vers le bas. L'aire de la surface d'appui de l'épaulement 80 sur le corps de la soupape d'égalisation est supérieure à chacune des aires précitées, de sorte que, le clapet étant fermé, la pression du fluide du puits dans la canalisation au-dessous du clapet sollicite le corps de la soupape d'égalisation vers le haut en direction de son siège avec une force égale à cette pression, multipliée par la différence d'aire entre la surface d'appui et la circonférence intérieure du joint torique 82, plus la force du ressort 90 sollicitant le corps de la soupape d'égalisation vers le haut.

Par suite, même si l'on néglige la force ascendante du ressort 90, la pression dans la canalisation au-dessous du clapet fermé maintiendra la soupape d'égalisation fermée, jusqu'à ce que la pression de commande ait été élevée à un niveau suffisamment supérieut à celle de la pression de la canalisation (selon le rapport entre les aires de la surface d'appui et à l'intérieur du joint torique 82), et, dans tous les cas, à un niveau supérieur à celui nécessaire pour faire descendre le tube d'actionnement pour l'amener au contact du haut du clapet.Ainsi, comme on l'a décrit précédemment, le piston se déplace ainsi en réaction à une pression de commande qui peut n'être que légèrement supérieure à celle de la pression de la canalisation au-dessus du clapet, qui est elle-même normalement nettement inférieure à celle qui règne dans la canalisation au-dessous du clapet.

L'extrémité inférieure du tube d'actionnement 28 étant au contact du haut du clapet 23 fermé, comme le montre la figure 7, et la pression de commande augmentée pour faire descendre le corps de la soupape d'égalisation et, par suite, ouvrir l'extrémité inférieure du conduit 77, du fluide du puits situé dans la canalisation au-dessous du clapet commence à contourner l'outil de manoeuvre en passant par le conduit annulaire 77 et en pénétrant dans l'alésage du mandrin au-dessus du clapet par les passages ou orifices 33C, de sorte que la pression régnant dans la canalisation au-dessus et au-dessous du clapet commence à s'égaliser.Comme il ressortira de la suite de la description, la descente du corps 76 de la soupape d'égalisation est limitée par le contact de son extrémité inférieure avec l'extrémité supérieure du prolongement 75A du piston (voir figure 7), de sorte que la pression de la canalisation continue à s'égaliser, si bien que le piston a la possibilité de sortir davantage de façon à faire descendre le tube d 'actionnement 28 et, par suite, à amener ie clapet 23 par pivotement en position ouverte, comme indiqué sur la figure 8.

A mesure que le piston 75 descend, le corps 76 de la soupape d'égale lisation descend aussi, jusqu'a ce qu'un épaulement effilé 94 qui en fait le tour au-dessous du joint torique 83 repose sur un siège effilé 95 tourné vers le haut situé sur la circonférence intérieure du corps tubulaire de
B'outil de manoeuvre juste au-dessus des passages 33C pour refermer la soupape. A cet égard, il est clair que la course du corps de la soupape d'égalisation est inférieure à la course du piston ou à la distance entre un épaulement 96 situé à l'extrémité inférieure de l'agrandissement du corps de la soupape d'égalisation au-dessous de l'épaulement 80 et l'extré- mité supérieure d'un épaulement 97 situé sur la circonférence intérieure du corps du tube, juste au-dessus du joint torique 82. Du fait que l'épau- lement 94 et le siège 95 entrent en contact au-dessous des passages 33C, ils empêchent les débris de pénétrer dans le conduit de dérivation annulaire 77, et ils protègent ainsi les joints dynamiques de l'outil situés au-dessous, ainsi que les surfaces d'appui entre la soupape d'égalisation et la circonférence intérieure du corps de l'outil.

L'appareil identifié ci-dessus est "sur après défaillance", dans ce sens que le clapet ainsi que la soupape d'égalisation restent chacun fermés, ou, s'ils sont ouverts, ils se ferment autanatiquement en réaction à des conditions anormales, y compris la perte de fluide de commande, ce qui peut arriver en cas de cisaillement de la canalisation et du tube ou conduit de fluide de commande 32, de sorte que de l'eau a pénétré dans la partie inférieure de la conduite de commande et, par suite, dans la chambre de commande, et/ou la défaillance d'un ou plusieurs des joints portés par ou dans l'outil de manoeuvre, de sorte que du fluide du puits présent dans la canalisation au-dessous du clapet a pénétré dans la chambre de commande 73.

Par exemple, le clapet resterait fermé ou serait fermé après défaillance, du fait que le ressort hélicoïdal 29 est si rigide qu'il triomphe d'une force due à la pression hydrostatique de l'eau agissant sur l'extrémité supérieure du piston 75. De plus, bien que la pression hydrostatique de l'eau engendre également une force descendante agissant sur la soupape d'égalisation (due à la différence entre les aires sensibles à la pression des joints toriques 82 et 83), le ressort 90 est suffisamment rigide pour engendrer une force ascendante supérieure.

De façon analogue, même si la garniture d'étanchéité 40 est défaillante alors que le clapet est fermé, de sorte que la haute pression régnant dans la canalisation au-dessous du clapet pénètre dans la chambre de commande 73, ni le clapet, ni la soupape d'égalisation ne s'ouvrent, sauf si la pressa de la canalisation dépasse la pression du fluide de commande (ou la pression hydrostatique de l'eau en cas de perte de fluide de commande). Normalement, la soupape d'égalisation restera fermée, du fait que, comme on l'a noté précédemment, le fluide sous haute pression de la canalisation situé audessous du clapet fermé agit sur une aire résultante du corps de la soupape d'égalisation sensible à la pression, qui tend à la faire se fermer.

En cas de perte de fluide de commande et de défaillance de la garniture ou joint 40, lorsque le clapet est en position ouverte, le ressort 29 fait passer le clapet en position fermée en raison de la force du ressort 29. Cela provient, bien entendu, du fait que la pression de la canalisation au-dessus et au-dessous du clapet s'égalise, de sorte que le ressort 29 est la seule force agissant sur le piston pour tendre à lui faire rejoindre sa position supérieure.

Il-ressort de ce qui précède que l'invention est bien adaptée pour atteindre tous les buts et objectifs précités, ainsi que d'autres avantages et inhérents à l'appareil.

Il va de soi que l'on peut apporter à la description précédente et au dessin annexé de nombreuses modifications de détail sans, pour cela, sortir du cadre de l'invention.

Claims

REVENDICATION

1. Outil de puits, caractérisé en ce qu'il comprend un mandrin M comportant un corps extérieur 25 dont les extrémités supérieure et inférieure sont traversées par des ouvertures susceptibles d'être reliées en alignement sensiblement axial avec une chaîne de canalisation de puits, et une section intermédiaire 25C dont la circonférence intérieure est décentrée par rapport aux axes des ouvertures des extrémités, un corps intérieur 26 situé à l'intérieur de la circonférence intérieure de la section intermédiaire du corps extérieur, traversé par un alésage 20 dont l'axe est sensiblement aligné avec les axes des ouvertures d'extrémité et une poche 22 qui y est formée d'un côté de l'alésage, son axe étant sensiblement parallèle à l'axe de l'alésage, et des moyens de liaison par vissage du corps intérieur dans une position fixe à l'intérieur du corps extérieur, ladite poche 22 colportant une extrémité s'ouvrant sur la section intermédiaire du corps extérieur, ce qui permet de faire passer un outil T à câble à l'intérieur de la poche dans une position posée et de l'en retirer.