FR2536112A1 - Dispositif d'etanchement de puits recuperable et procede pour recuperer un dispositif d'etanchement de puits - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN DISPOSTIF D'ETANCHEMENT DE PUITS RECUPERABLE. CE DISPOSITIF D'ETANCHEMENT COMPREND UN MANDRIN CENTRAL 13 S'ETENDANT DANS UN ASSEMBLAGE EXTERIEUR 17, DES ORGANES DE SCELLAGE 117, 119 PRENANT APPUI SUR CE DERNIER POUR VENIR S'ENGAGER HERMETIQUEMENT SUR UN CONDUIT DE PUITS, DES COINS DE SURETE D'ANCRAGE 73 PRENANT APPUI SUR L'ASSEMBLAGE EXTERIEUR 17 POUR VENIR S'ENGAGER PAR ACCROCHAGE SUR LE CONDUIT DE PUITS, AINSI QU'UN ASSEMBLAGE DE RETENUE A PISTON-DOUILLE DESTINE A SOLIDARISER LE MANDRIN 13 DE MANIERE LIBERABLE A L'ASSEMBLAGE EXTERIEUR 17 POUR MAINTENIR UN ENGAGEMENT PAR SCELLAGE ET ACCROCHAGE ENTRE LES ORGANES DE SCELLAGE 117, 119 ET LES COINS DE SURETE 73, D'UNE PART, LE CONDUIT DE PUITS, D'AUTRE PART. L'INVENTION EST UTILISEE POUR RECUPERER UN DISPOSITIF D'ETANCHEMENT DE PUITS SANS QU'IL SOIT LIBERE PREMATUREMENT.

Description

Dispositif d'étanchement de puits récupérable La présente invention

concerne, d'une manière

générale, des dispositifs d'étanchement de puits récu-

pérables destinés à sceller un train de tiges, par exemple, à un conduit de puits environnant tel qu'il est défini par un tubage ou un revêtement de puits, et, spécifiquement, elle concerne un mécanisme de retenue destiné à empêcher le dispositif d'étanchement de se désengager prématurément de sa position de scellage et

d'ancrage dans le conduit de puits.

On connaît, dans la technique antérieure, des

dispositifs d'étanchement de puits qui sont mis en pla-

ce par manipulation d'un train de tiges auquel les ou-

tils sont suspendus, ou par application d'une pression hydraulique à l'outil au moyen du train de tiges Les

dispositifs d'ancrage utilisés avec ces outils com-

prennent habituellement plusieurs coins de sûreté ayant des surfaces de came opposées qui coopèrent avec des

surfaces de calage tronconiques opposées complémentai-

res, de telle sorte que les coins de sûreté soient pro-

longés radialement pour venir s'engager par accrochage sur le conduit de puits en réponse à un mouvement axial

relatif des surfaces de calage On connaît des dispo-

sitifs de scellage qui comprennent des organes d'étan-

chéité élastiques annulaires se dilatant radialement pour venir s'engager hermétiquement sur le conduit de puits à mesure qu'ils sont comprimés axialement par le mécanisme de mise en place de l'outil Les dispositifs d'étanchement sont ensuite mis en place, assurant ainsi un engagement approprié du mécanisme de scellage et du mécanisme d'ancrage sur le conduit de puits environnant

en réponse à un mouvement longitudinal relatif des dif-

férents éléments constitutifs du dispositif d'étanche-

ment,qui est imprimé soit hydrauliquement, soit mécani-

quement.

Il est critique que le dispositif d'étanche-

ment de puits reste bloqué dans sa configuration de mise en place en dépit des variations survenant dans les températures et les pressions du puits et/ou de la manipulation du train de tiges Divers types de dispo- sitifs d'étanchement de la technique antérieure sont conçus pour pouvoir être retirés du puits moyennant

une manipulation adéquate du train de tiges Dans cer-

tains cas, le dispositif d'étanchement était libéré de

sa configuration de mise en place en exerçant une trac-

tion rectiligne ascendante sur le train de tiges.

Etant donné qu'une libération prématurée pouvait donner lieu à un mouvement longitudinal inopportun du train

de tiges, dàns ces dispositifs d'étanchement, on a uti-

lisé des dispositifs de retenue ou de serrage réagissant

à la pression en vue d'empêcher tout mouvement inoppor-

tun Ce mouvement longitudinal du train de tiges pour-

rait se produire, par exemple, en réponse à une varia-

tion survenant dans la longueur de ce train de tiges

suite à des fluctuations de température, ou à une élé-

vation de la pression de fluide régnant dans le trou

de descente et qui agit vers le haut sur le train de ti-

ges.

En conséquence, il serait nécessaire de dispo-

ser d'un dispositif d'étanchement de puits récupérable dans lequel on fait appel à des dispositifs de retenue ou de serrage réagissant à la pression en vue d'empêcher

un mouvement longitudinal inopportun des éléments cons-

titutifs du dispositif d'étanchement et du train de ti-

ges, mouvement qui, dans d'autres conditions pourrait

libérer prématurément le dispositif d'étanchement.

Il serait également nécessaire de disposer

d'un dispositif d'étanchement du type précité se carac-

térisant par un dispositif de retenue ou de serrage qui résiste à la fois à une élévation de la pression de

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fluide régnant dans le trou de descente et agissant

vers le haut sur le train de tiges, ainsi qu'à la va-

ration survenant dans la longueur du train de tiges

suite à des fluctuations de température.

Il serait également nécessaire de disposer d'un dispositif d'étanchement du type précité pouvant

être libéré commodément en élevant la pression annulai-

re au-delà d'un point de repère de référence prédéter-

miné, libérant ainsi le dispositif de retenue afin que le dispositif d'étanchement puisse être récupéré en

exerçant une traction rectiligne sur le train de tiges.

Le dispositif d'étanchement de puits récupéra-

ble de la présente invention est conçu pour être ins-

tallé dans un conduit de puits avec possibilité de l'en libérer Ce dispositif d?étanchement comporte un

mandrin central s'étendant dans un assemblage exté-

rieur Des éléments de scellage prenant appui sur

l'assemblage extérieur du dispositif d'étanchement peu-

vent se déplacer entre une position rétractée et une

position d'extension dans laquelle ils viennent s'enga-

ger hermétiquement sur le conduit de puits Des élé-

ments d'ancrage prenant appui sur l'assemblage extérieur peuvent se déplacer entre une position rétractée et une

position d'extension dans laquelle ils viennent s'enga-

ger sur le conduit de puits par accrochage.

Des éléments de retenue relient le mandrin de manière déblocable à l'assemblage extérieur afin de

maintenir un engagement par scellage et accrochage en-

tre les éléments de scellage et les éléments d'ancra-

ge d'une part, le conduit de puits environnant, d'autre

part Les éléments de retenue comprennent un assembla-

ge piston-douille La douille peut se déplacer entre une position de verrouillage dans laquelle elle entre

en contact avec le piston en solidarisant ainsi le man-

drin à l'assemblage extérieur, et une position de dé-

blocage dans laquelle elle est située en dehors de

tout contact avec le piston en libérant ainsi le man-

-drin qui peut alors se déplacer longitudinalement par

rapport à l'assemblage extérieur.

S Des éléments à cisailler sont prévus pour fixer le piston dans la position de verrouillage dans

laquelle il entre en contact avec la douille Ces élé-

ments à cisailler comportent un repère de cisaille-

ment présélectionné, de telle sorte qu'une élévation prédéterminée de la pression annulaire du puits au-delà de la pression régnant à l'intérieur du mandrin central

ait pour effet de sectionner les éléments à cisail-

ler afin de libérer le piston.

De préférence, l'assemblage extérieur est es-

pacé du mandrin central afin de définir une chambre de pression annulaire entre eux, une gorge de retenue

étant ménagée dans la surface intérieure de l'assembla-

ge extérieur De préférence, la douille comprend un

corps cylindrique, ainsi que plusieurs doigts solidai-

res de ce dernier et sur chacun desquels est monté un cliquet de verrouillage conçu pour venir se loger dans

la gorge de retenue de l'assemblage extérieur.

De préférence, le piston de retenue est monté pour coulisser dans la chambre de pression annulaire, de telle sorte qu'il puisse se déplacer le long de l'axe longitudinal du mandrin Ce piston comporte un corps

cylindrique, un nez cylindrique ayant un diamètre rela-

tif inférieur à celui de ce corps, ainsi qu'une paroi latérale extérieure oblique reliant le nez et le corps

l'un à l'autre.

Chacun des cliquets de verrouillage de la douille comporte une zone destinée à venir s'engager sur le nez du piston lorsque celui-ci occupe la position

de verrouillage, de telle sorte que les forces agis-

sant sur la douille en ayant tendance à déplacer les cliquets de verrouillage hors de la gorge de retenue,

agissent, à l'intervention de la zone d'engagement pré-

citée des cliquets, pour exercer uniquement une force

radiale sur le piston.

D'autres objets, caractéristiques et avanta-

ges apparaîtront à la lecture de la description ci-

après donnée en se référant-aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 A est une vue en coupe du quart d'un dispositif d'étanchement de puits de l'invention, cette vue illustrant la partie supérieure de l'appareil prêt à être enfoncé dans un conduit de puits;

la figure 1 B est une vue de la figure 1 A pro-

longée vers le bas pour illustrer, en coupe, un quart de la partie inférieure de l'outil; la figure 2 A est une vue en coupe du quart

de la partie supérieure de l'outil, cette vue illus-

trant ce dernier dans la position d'engagement par scellage avec un conduit de puits environnant; la figure 2 B est un prolongement vers le bas de la vue en coupe de la figure 2 A, illustrant l'outil dans la position d'engagement par accrochage avec le conduit de puits; la figure 3 A est une vue en coupe du quart

de la partie supérieure de l'outil, cette vue illus-

trant ce dernier dans la position libérée de son enga-

gement par scellage avec le conduit de puits; la figure 3 B est un prolongement vers le bas

de la vue en coupe de la figure 3 A, illustrant la par-

tie inférieure de l'outil toujours en position d'enga-

gement par accrochage avec le conduit de puits;

la figure 4 est une vue latérale en perspec-

tive du piston de l'invention; et la figure 5 est une vue latérale en coupe transversale détaillée de l'assemblage piston-douille

de l'invention.

Un dispositif d'étanchement de puits suivant

la présente invention est illustré d'une manière géné-

rale en Il dans les figures 1 A et 1 B combinées Ce dispositif d'étanchement 11 comprend un mandrin tubu-

laire central 13 comportant un passage central généra-

lement cylindrique 15 Le mandrin 13 est circonscrit

par un assemblage extérieur 17 du dispositif d'étan-

chement 11 et il y est solidarisé au moyen d'un collier 19, ainsi qu'on le décrira ci-après Ce collier 19 comporte une surface filetée intérieurement 21 qui vient s'engager sur la surface filetée extérieurement de manière correspondante d'un train de tiges 23 Ce train de tiges 23 peut être, par exemple, un train de

tiges de forage de puits qui peut être prolongé en des-

sous du dispositif d'étanchement au moyen d'éléments tubulaires supplémentaires descendant à partir de la

base du mandrin 13 Un collier d'appui 25 est assem-

blé par vissage à la base du mandrin 13 et il est con-

çu pour supporter les léments supplémentaires du train de tiges en dessous du dispositif d'étanchement Tout comme celui du collier 19, le passage central 15 du mandrin 13 est concentrique à et forme un prolongement

de l'alésage tubulaire du train de tiges 23.

L'assemblage extérieur 17 du dispositif d'étanchement comprend un assemblage de scellage 27 et un assemblage d'ancrage 29 qui peuvent tous deux

s'étendre radialement vers l'extérieur pour venir s'en-

gager sur un conduit de puits environnant L'assembla-

ge extérieur 17 comprend également, un système de man-

chons constitué d'un manchon supérieur 31 et d'un man-

chon inférieur 33 Le manchon supérieur 31 est scellé à un logement de raccordement 35 au moyen d'un joint

torique 37 et il est ancré à ce logement par un accou-

plement fileté qui est verrouillé à l'aide d'une vis

d'arrat 39 La base du manchon supérieur 31 est assem-

blée par vissage au sommet du manchon inférieur 33 à

l'intervention d'un accouplement fileté 41 L'accou-

plement fileté 41 est constitué d'un filetage grossier formé sur les manchons 31, 33, le manchon inférieur 33 venant se placer à l'intérieur du manchon superfeur 31 et définissant la limite inférieure d'une cavité 43

formée en pratiquant une dépouille dans la surface in-

térieure du manchon supérieur 31 La limite supérieu-

re de cette cavité 43 est définie par un épaulement

annulaire 45 formé sur le manchon supérieur 31 Un re-

bord annulaire 47 du mandrin 13 est confiné dans la ca-

vité 43 comme le montre la figure 1 A Au-dessus de

l'épaulement 45, le manchon supérieur 31 vient s'adap-

ter avec un ajustage relativement serré contre la sur-

face extérieure du mandrin 13 De la même manière, en dessous de l'épaulement 45, l'extrémité supérieure du manchon inférieur 33 vient s'adapter avec un ajustage

relativement serré contre la surface extérieure du man-

drin 13 ayant la configuration illustrée dans les figu-

res 1 A et 1 B.

Le manchon inférieur 33 est réalisé sous for-

me d'un assemblage de douille, la partie supérieure de ce manchon comprenant des doigts 49 s'étendant vers le haut L'accouplement fileté 41 entre les manchons 31, 33 est situé à l'extrémité supérieure des doigts 49:

de la douille Le mandrin 13 définit une cavité annu-

laire 51 s'étendant vers le bas à partir d'un point si-

tué à une courte distance en dessous de l'épaulement 45.

Dans la configuration illustrée dans les figures l A et 1 B, la cavité 51 est située en dessous de l'emplacement

de l'accouplement 41 La cavité 51 a une profo enceur ra-

diale suffisante pour que, lorsqu'elle est en coînciden-

ce avec l'accouplement 41, les doigts 49 de la douille puissent être déformés radialement vers l'intérieur

dans cette cavité 51 en permettant ainsi un désengage-

ment de l'accouplement fileté 41 Toutefois, lorsque

l'accouplement fileté 41 est situé au-dessus de la ca-

vité 5 i comme le montrent les figures 1 A et 1 B, le man-

drin 13 empêche les doigts 49 de la douille de se dépla-

cer radialement vers l'intérieur, tandis que l'accouplé-

ment 41 reste intact entre les manchons 31, 33.

L'extrémité inférieure du second (inférieur) manchon 33 s'étend vers l'intérieur afin de définir une longueur de manchon 53 d'un diamètre intérieur réduit qui-vient s'adapter avec un ajustage relativement serré

contre le mandrin 13, sa limite supérieure étant défi-

nie par un épaulement annulaire 55 En conséquence,

une zone annulaire allongée 57 d'une épaisseur varia-

ble est créée entre le mandrin 13 et le manchon infé-

rieur 33, cette zone variant en fonction de la configu-

ration du dispositif d'étanchement 11 ainsi qu'on le

décrira ci-après.

Le manchon inférieur 33 est assemblé par vis-

sage à une jupe de retenue 59 qui est scellée au man-

drin 13 au moyen d'un joint torique 61 Cette jupe de retenue 59 présente une zone annulaire à dépouille 63,

ainsi qu'un épaulement 65 s'étendant vers l'extérieur.

Dans la configuration illustrée en figure 1 B, une cage à coins de sûreté généralement tubulaire 67 repose sur l'épaulement 65, lequel sert ainsi à supporter la cage

à coins de sûreté 67 à mesure que le dispositif d'étan-

chement 11 est enfoncé dans un puits, de façon à la

protéger contre les chocs qui pourraient avoir tendan-

ce à bloquer accidentellement le dispositif d'étanche-

ment La jupe de retenue 59 est scellée à la surface intérieure de la cage à coins de sûreté 67 au moyen

d'un joint torique 69.

La cage 67 est pourvue de fenêtres 71 desti-

nées à recevoir plusieurs coins de sûreté 73 de l'as-

semblage d'ancrage 29 De préférence, quatre coins

de sûreté font partie du dispositif d'étanchement 11.

Chacun des coins de sûreté 73 comporte des surfaces d'accrochage supérieure et inférieure disposées pour s'étendre radialement à travers les fenêtres indivi-

duelles 71 ménagées dans la cage à coins de sûreté 67.

On prévoit deux fenêtres espacées axialement pour cha-

que coin de sûreté 73, les parois de la cage à coins

de sûreté 67 qui s'étendent entre les paires de fenê-

tres 71,servant à confiner un ressort hélicoïdal 75

logé dans une cavité du coin de sûreté 73 Ces res-

sorts hélicoïdaux 75 poussent les coins de sûreté 73 radialement vers l'intérieur par rapport à la paroi de la cage 67, et ils servent à maintenir les surfaces

d'accrochage de ces coins de sûreté 73 en position ré-

tractée en l'absence d'une force tendant à propulser

ces derniers radialement vers l'extérieur.

Un assemblage de cône d'extension tubulaire supérieur 77 s'étend vers le bas dans le sommet de la cage à coins de sûreté 67 et il comporte un épaulement

annulaire 79 qui vient s'adapter en dessous d'un re-

bord dirigé vers l'intérieur 81 de la cage 67, les

deux épaulements 77 et 79 définissant la limite du mou-

vement axial ascendant de l'assemblage de cône par rap-

port à la cage à coins de sûreté 67 Une surface de

calage tronconique dirigée vers le bas 83 de l'assem-

blage de cône est généralement complémentaire à la sur-

face de came inclinée et dirigée vers le haut 85 des

coins de sûreté 73.

Un coin de sûreté annulaire fendu 87 est dis-

posé à l'intérieur de l'assemblage de cône et il y est assemblé à l'intervention de gros filets trapézoïdaux dirigés vers le bas qui sont en prise avec des filets trapézoïdaux correspondants dirigés vers le haut et formés sur l'assemblage de cône La surface extérieure du manchon inférieur 33, y compris les doigts de douille 49 situés en dessous de l'accouplement fileté 41, comporte des filets trapézoïdaux dirigés vers le

haut 89 dont le pas est relativement petit comparati-

vement à celui des gros filets solidarisant le coin

de sûreté annulaire 87 à l'assemblage de cône La sur-

face intérieure du coin de sûreté annulaire 87 est re-

couverte de filets trapézoïdaux dirigés vers le bas et d'un pas réduit qui sont en prise avec les filets 89 du manchon inférieur 33 Une vis d'arrêt 91 s'étend radialement à travers l'assemblage de cône et vient se

loger dans un trou approprié du coin de sûreté annulai-

re 87 afin d'empêcher, entre ce dernier et l'assembla-

ge de cône,;un mouvement de rotation qui pourrait dés-

engager accidentellement ces deux éléments Une ou

plusieurs vis à cisailler 93 assure(nt) un ancrage li-

bérable entre l'assemblage de cône et la cage à coins

de sûreté 67.

Comme on peut le constater dans les figures 1 A et 1 B, le coin de sûreté annulaire 87 vient s'adapter avec un ajustage lâche dans les filets de l'assemblage

de cône afin de permettre une expansion radiale suffi-

sante de ce coin pour qu'il puisse venir s'encli-

queter vers le haut sur les filets 89 du manchon 33 lors d'un mouvement axial du coin vers le haut par

rapport à ce dernier Toutefois, en raison de l'orien-

tation des filets 89 et des filets trapézoïdaux corres-

pondants de la surface intérieure du coin de sûreté annulaire 87, ce dernier ne peut se déplacer vers

le bas par rapport au manchon 33.

Un cône d'extension inférieur 95 est disposé

dans la cage à coins de sûreté 67 et comporte une sur-

face de calage 97 qui est complémentaire à la surface de came dirigée vers le bas du coin de sûreté 73 Un

coin de sûreté annulaire fendu 99 est disposé intérieure-

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il

ment par rapport au cône inférieur 95 et il est solida-

* risé à ce dernier à l'intervention de gros filets tra-

pézoldaux dirigés vers le bas formés sur la surface extérieure du coin de sûteté annulaire 99 et en prise avec les filets trapézoïdaux dirigés vers le haut qui

sont formés sur la surface intérieure du cône d'exten-

sion 95 Une vis d'arrêt 101 vient s'engager dans un trou taraudé du cône d'extension 95 et s'étend dans un trou du coin de sûreté annulaire 99 pour empêcher la rotation de ces deux éléments Une ou plusieurs vis à cisailler 103 assure(nt) un ancrage libérable entre le cône inférieur 95 et la cage à coins de sûreté 67 La construction et la fonction du coin de sûreté annulaire 99 vis-à-vis du cône inférieur 95 sont semblables à

celles du coin de sûreté annulaire 87 vis-à-vis de l'as-

semblage de cône supérieur.

Un piston annulaire flottant de mise en place circonscrit le manchon inférieur 33 et s'étend dans la cage à coins de sûreté 67-entre le sommet de

la jupe de retenue 59 et la base du cône inférieur 95.

Des joints toriques 107, 109 scellent ce piston au man-

chon 33 et à la cage à coins de sûreté 67 respective-

ment Un joint torique 111 scelle le manchon 33 au

mandrin 13 Une chambre de pression 113 est ainsi dé-

finie entre le piston 105 et la jupe de retenue 59, ainsi que radialement entre la cage à coins de sûreté 67 et le manchon inférieur 33 Un accès à la chambre de pression 113 à partir de l'alésage 15 du mandrin 13 est ménagé via un ou plusieurs orifices radiaux 115

pratiqués dans le mandrin 13 et le manchon inférieur 33.

L'assemblage de scellage 27 comprend'deux or-

ganes de scellage élastiques annulaires 117, 119 montés sur le manchon supérieur 31 et séparés axialement par une pièce d'écartement 121 Ces organes de scellage 117, 119 sont disposés axialement entre une bague de

É 536112.

-retenue supérieure 123 et une bague de compression in-

férieure 125 La pièce d'écartement 121 est empêchée de se déplacer axialement vers le bas par rapport au manchon 31 au moyen d'une bague à ressort 127, mais elle peut ôtre déplacée vers le haut contre l'organe de scellage supérieur 117 La bague de retenue 123 est assemblée au logement 35 par vissage, si bien qu'elle est maintenue dans une position fixe par rapport au

manchon supérieur 31.

L'assemblage de cône supérieur 77 est vissé sur la bague de compression 125 o Une ou plusieurs vis à cisailler 129 assure(nt) un ancrage libérable entre

l'assemblage de cône supérieur 77 et le manchon supé-

rieur 31 L'assemblage de cône supérieur 77 comporte

également un ou plusieurs orifices radiaux 131 pour per-

mettre, à l'écoulement de fluide, de faciliter le mou-

vement du dispositif d'étanchement Il le long d'un con-

duit rempli d'un fluide de puits Un épaulement annu-

laire 133 formé sur le manchon supérieur 31 s'étend ra-

dialement en dessous de la bague de compression 125 et

il soulève cette dernièrede même que les autres élé-

ments de l'assemblage extérieur ainsi supporté, dans la position de libération du dispositif d'étanchement

comme on le décrira ci-après plus en détail Le loge-

ment 35 entoure partiellement et fait partie d'un sys-

tème de retenue destiné à assurer un ancrage libérable entre le mandrin 13 et l'assemblage extérieur 17, ce système de retenue comprenant un assemblage de douille d'ancrage 135 comportant des doigts 137 qui s'étendent vers le bas Chacun de ces doigts 137 se termine par un cliquet élargi 139 qui, dans l'état relâché des doigts 137, vient se loger dans une gorge annulaire 141

du logement 35 L'assemblage de douille 135 est ver-

rouillé de manière libérable au logement 35 par une vis

à cisailler 143 Des épaulements complémentaires de -

2536112.

l'assemblage de douille 135 et du logement 35 entrent

mutuellement en contact en 145 afin d'empêcher le lo-

gement de se déplacer axialement vers le haut par rap-

port à l'assemblage de douille Cet assemblage de douille 135 est réuni par vissage au collier 19 au moyen de filets à pas large 147 qui sont en prise,

ainsi que d'au moins une vis à cisailler 149 L'ac-

couplement fileté entre le mandrin 13 et le collier 19 est verrouillé au moyen d'une vis d'arrêt 151, tandis que le mandrin est scellé au collier au moyen d'un

joint torique 153.

Entre le mandrin 13 et le logement 35, est

confiné un piston annulaire flottant 155 dont le mou-

vement axial descendant est limité par un épaulement

annulaire 157 du logement qui s'étend vers l'intérieur.

Le mouvement axial ascendant du piston 155 par rapport

au logement 35 est généralement limité par les cli-

quets 139 de l'assemblage de douille 135 On se ren-

dra mieux compte de la configuration et de la position du piston flottant 155 en se référant aux figures 4 et 5 Le piston 155 comporte un corps cylindrique 159

et un nez cylindrique 161 qui sont réunis l'un à l'au-

tre par une paroi latérale extérieure oblique 163.

Une gorge 165 pratiquée dans la surface extérieure du piston à proximité de la paroi latérale 163 est conçue pour recevoir un fil métallique à cisailler à section

transversale carrée 167 Une gorge est prévue pour re-

cevoir un joint torique 169 destiné à assurer un engage-

ment hermétique avec le logement 35.

Comme le montre la figure 5, le piston de rete-

nue 155 est monté pour coulisser dans une chambre de

pression 173 en vue d'un mouvement le long de l'axe lon-

gitudinal du mandrin central 13 Un joint torique 171 adapté dans une gorge intérieure appropriée scelle le piston au mandrin 13 Les cliquets de verrouillage 139

2536112.

de l'assemblage de douille 135 comportent chacun une zone 175 destinée à venir s'engager sur le nez 161 du piston, ainsi qu'une face angulaire 177 destinée à entrer en contact avec la paroi latérale extérieure oblique 163 du piston 155 Ce dernier est initiale- ment fixé dans une position de verrouillage par le fil à cisailler 167 logé dans la gorge 165 du piston, ainsi que dans une gorge complémentaire 179 ménagée dans le logement de raccordement 35 De la sorte,

les forces agissant sur la douille 135 et ayant tendan-

ce à déplacer les cliquets de verrouillage 139 hors de

la gorge de retenue 141 agissent sur le nez 161 du pis-

ton via la zone d'engagement 175 de la douille en vue

d'exercer uniquement des forces radiales sur le piston 155 Lors-

que le piston 155 occupe la position dans laquelle son nez 161 vient appuyer contre la zone 175 et la face 177 des cliquets de douille 139 logés dans la gorge 141, ces cliquets 139 sont ainsi calés fermement dans

cette dernière Un mouvement descendant du piston ré-

sultant du cisaillement du fil 167 permet, à la douil-

le 135, de se déplacer entre une position de verrouilla-

ge dans laquelle elle entre en contact avec le piston , et une position de déblocage située en dehors de tout contact avec ce dernier, ce qui a pour effet de libérer le mandrin 13 et de lui permettre d'effectuer

un mouvement longitudinal par rapport à l'assemblage ex-

térieur 17.

La chambre de pression 173 (voir figure 5) dé-

finie par les joints toriques 169, 171 du piston commu-

nique avec le passage central 15 de l'outil à l'inter-

vention d'un ou de plusieurs orifices radiaux 181 La

pression annulaire est transmise au côté opposé du pis-

ton 155 au moyen d'un orifice extérieur 183 pratiqué dans la paroi du logement 35 Le fil à cisailler 167

peut ainsi être pourvu d'un repère de cisaillement pré-

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sélectionné, de telle sorte qu'une élévation prédé-

terminée de la pression annulaire-du puits vis-à-vis

de la pression régnant à l'intérieur du passage cen- tral 15 de l'outil ait pour effet de-cisailler le fil

S et de libérer le piston 155.

On décrira à présent le fonctionnement du

dispositif de la présente invention Comme le mon-

trent les figures 2 A et 2 B, on fait descendre le dis-

positif d'étanchement 11 à la profondeur désirée dans le trou du puits etl'on fait tomber une bille 185

jusqu'à un collier d'appui 25 en vue d'obturer le pas-

sage 15 du tubage On élève ensuite la pression de fluide dans le train de tiges par pompage à la surface en vue d'entraîner le piston de mise en place 105 vers

le haut contre la base du cône inférieur 95 Les for-

ces agissant sur le piston suite à la pression hydrau-

lique accrue dans la chambre 113 sont transmises fina-

lement aux trois vis à cisailler 129, 93 et 103 A me-

sure que la pression de fluide est appliquée au train de tiges, le piston 105 soulève l'assemblage d'ancrage

29 comprenant la cage à coins de sûreté 67 et-l'assem-

blage de cône supérieur 77 par rapport aux deux man-

chons 31, 33 en provoquant la rupture de la vis à ci-

sailler 129 Les deux coins de sûreté annulaires 87 et

99 viennent s'encliqueter vers le hautle long des fi-

lets des manchons avec les cônes respectifs Le mouve-

ment ascendant de l'assemblage de cône 77 entraîne la

bague de compression 125 vers le haut le long du man-

chon supérieur 31 en direction de la bague de retenue 123 En conséquence, les organes de scellage 117, 119 sont comprimés axialement et déplacés vers la bague de retenue 123, soulevant ainsi l'élément d'écartement 121 à l'écart de la bague à ressort 127 A mesure-que les organes de scellage 117, 119 sont comprimés axialement, ils se dilatent radialement pour venir s'engager sur la

2536112.

surface intérieure du conduit de puits périphérique 187 comme le montre la figure 2 A.

L'assemblage de scellage 27 est ainsi ver-

rouillé dans une position d'engagement hermétique avec le conduit 187, tandis que l'assemblage d'ancrage 29 reste généralement dans la configuration non montée illustrée en figure 1 B, encore qu'il ait été déplacé axialement par rapport au manchon inférieur 33 et au

mandrin 13, puis verrouillé dans cette position rele-

vée par les coins de sûreté annulaires 87, 99.

La pression hydraulique est ensuite accrue

dans le train de tiges, ce qui a pour effet de section-

ner successivement les vis à cisailler 93 et 103.

Lorsque la vis à cisailler 93 est sectionnée, la cage 67 dont les coins de sûreté sont retenus dans les fenêtres 71, est entraînée vers le haut par rapport au cône supérieur 77 Le mouvement axial des surfaces de

came le long de la surface de calage 85 de l'assembla-

ge de cône a pour effet de déplacer les coins de sûre-

té 73 radialement vers l'extérieur, comprimant ainsi le ressort hélicoïdal 75, tout en permettant, aux coins de sûreté, de ressortir à travers les fenêtres 71 au-delà de l'étendue radiale de la cage 67 De la sorte, les surfaces d'accrochage des coins de sûreté 73 sont déplacées pour venir s'engager par accrochage

sur la surface intérieure du conduit de puits 187 com-

me le montre la figure 2 B. Le dispositif d'étanchement peut être libéré de la position complètement montée illustrée dans les figures 2 A et 2 B moyennant un mouvement longitudinal ascendant du train de tiges 23 et du mandrin 13 par

rapport à l'assemblage extérieur du dispositif d'étan-

chement Ce mouvement longitudinal relatif du train

de tiges 23 et du mandrin 13 est empêché par le systè-

me de retenue et, en particulier, par le verrouillage

2536112.

des cliquets de douille 139 dans la gorge 141 du loge-

ment, ainsi que par la vis à cisailler 143 verrouil-

lant l'assemblage de douille 135 au logement 35, jus-

qu'à ce que le système de retenue soit libéré inten-

tionnellement De la même manière, la vis à cisailler 149 est suffisamment robuste pour empêcher un mouvement de rotation relatif accidentel entre le train de tiges

23 et l'assemblage extérieur, mouvement qui, dans d'au-

tres conditions, pourrait désengager l'accouplement fileté 147 qui assujettit également le dispositif d'étanchement dans la configuration installée faisant

partie du système de retenue -

Dès lors, la pression engendrée, par exemple, par les fluides du puits, et qui a tendance à soulever le train de tiges 23 et le mandrin 13, communique avec la chambre de pression 173 via l'orifice 181 du mandrin (voir figures 2 A et 5), maintenant ainsi le piston 155 en contact par verrouillage avec les cliquets 139 Le piston est également maintenu en place par le fil à

cisailler 167.

Un autre type de contrainte exercé sur le dis-

positif d'étanchement est dû à une contraction du tubage.

Il se produit une contraction du tubage, par exemple, lorsqu'un fluide froid est pompé dans ce dernier et qu'il dissipe la chaleur du train de tiges, provoquant ainsi une contraction du tubage Aussi longtemps que la

pression régnant à l'intérieur de l'alésage 15 du tuba-

ge est supérieure à la pression annulaire, le piston de retenue 155 empêche le mandrin de monter Etant donné que le tubage tente de se contracter, une énergie de traction est emmagasinée dans le train de tiges Dès

que le pompage du fluide cesse, seules les vis à cisail-

ler 135, 149 empêchent la libération du mandrin Dans le type de piston perfectionné de l'invention, le nez 161 et la paroi latérale extérieure oblique 163 de ce piston sont conçus pour entrer en contact avec les

zones extérieures 177, 175 des cliquets, de telle sor-

te que toute force ayant tendance à déplacer la douil-

le 135 dans le sens de la flèche en figure S donne lieu uniquement à l'application d'une force axiale

sur le nez 161 du piston 155 Ce dernier est égale-

ment fixé et localisé par le fil à cisailler 167.

Comme le montre la figure 5, lorsque le pis-

ton 155 vient s'engager sur les cliquets de douille 139,.

le dispositif d'étanchement peut être libéré unique-

ment par rotation, ce qui a pour effet de cisailler la

vis 149 (voir figure 2 A) et de permettre le désengage-

ment des gros filets 147 En variante, le pompage du fluide dans -le train de tiges peut être interrompu et la pression annulaire peut être accrue par pompage à partir de la surface Comme le montre la figure 5, la

pression annulaire communique avec le nez 161 et la pa-

roi latérale extérieure oblique 163 du piston 155 via

l'orifice 183 Lorsque la pression a été élevée suffi-

samment pour dépasser le repère de cisaillement du fil à cisailler 167, le piston peut se déplacer en dehors

de sa position d'engagement avec les cliquets 139.

Tandis que le piston 155 est désengagé des

cliquets de douille 139, une traction ascendante recti-

ligne exercée sur le train de tiges 23 san S rotation initiale de ce dernier a pour effet de sectionner la

vis à cisailler 143 (voir figure 3 A) à mesure que l'as-

semblage de douille 135 est soulevé par rapport au lo-

gement 35 Ce mouvement ascendant de l'assemblage de douille 135 a pour effet de faire fléchir les bras de la douille vers l'intérieur à mesure que les cliquets 139 sortent de la gorge 141 du logement Lorsque les cliquets 139 sont ainsi libérés, le train de tiges 23 peut être soulevé davantage pour déplacer le mandrin 13 vers le haut par rapport à l'assemblage d'étanchement

536112

extérieur 17, de telle sorte que l'épaulement 47 du

mandrin vienne s'engager sur l'épaulement 45 du man-

chon supérieur 31 En continuant à soulever le man-

drin 13, on fait monter le manchon supérieur 31 Tou-

tefois, le manchon inférieur 33 est verrouillé au mé-

canisme d'ancrage 29 par les coins de sûreté annulai-

res 87, 99 En conséquence, à mesure que le mandrin 13 pousse le manchon supérieur vers le haut, les bras

49 de la douille fléchissent radialement vers l'inté-

rieur dans la cavité 57, permettant ainsi un désenga-

gement de l'accouplement fileté 41-entre les filets

du manchon supérieur et les filets du manchon infé-

rieur. A mesure que le manchon supérieur 31 monte, la bague de retenue 123 est soulevée par rapport-aux organes de scellage 117, 119, lesquels peuvent alors se relâcher et se dilater axialement comme le montre la figure 3 A En continuant à monter, le mandrin 13 soulève l'épaulement 133 du manchon supérieur 31 en dessous de la bague de compression 125 A mesure que la bague de compression 125 est ensuite soulevée avec

le manchon supérieur 31, l'assemblage de cône supé-

rieur 77 est également soulevé par rapport au manchon inférieur 33 et à la cage à coins de sûreté 67 Suite au mouvement ascendant de l'assemblage de cône 77 par

rapport au manchon inférieur 33, le coin de sûreté an-

nulaire 87 vient s'encliqueter davantage vers le haut le long des filets du manchon De plus, l'assemblage de cône supérieur-77 est tiré à l'écart de la position

qu'il occupe en dessous des coins de sûreté 73 Lors-

que la surface de calage 83 de l'assemblage de cône supérieur 77 est désengagée des surfaces de came des

coins de sûreté 73, l'assemblage d'ancrage est partiel-

lement démonté.

La phase finale du processus de libération du dispositif d'étanchement est effectuée en soulevant

davantage le train de tiges A mesure que l'assembla-

ge de cône supérieur 77 continue à monter avec le man-

chon supérieur 31 et le mandrin 13, l'épaulement 79 de l'assemblage de cône vient s'engager sur l'épaule- ment 81 de la cage à coins de sûreté pour soulever cette dernière et, partant, les coins de sreté 73 par rapport au cône inférieur 95 Les coins de sûreté sont ainsi complètement libérés de leur engagement par

calage avec le conduit de puits 187 et ils sont ré-

tractés radialement par détente des ressorts bandés

Le dispositif d'étanchement est alors complète-

ment libéré de sa position de montage dans laquelle il est engagé sur le conduit 187, et il peut être retiré

du puits avec le train de tiges 23.

L'invention offre des avantages significatifs.

Le dispositif d'étanchement récupérable de l'invention peut être mis en place hydrauliquement dans le trou

d'un puits et il est équipé d'un nouveau système de re-

tenue destiné à empêcher une libération accidentelle de l'outil par un mouvement longitudinal ascendant du train de tiges et du mandrin Ce système de retenue est muni d'un nouvel assemblage piston-douille qui

n'est pas influencé par les pressions de fluide engen-

drées en dessous du dispositif d'étanchement ou par les forces de traction agissant sur la douille suite à une contraction du tubage Le dispositif d'étanchement peut être libéré soit par rotation, soit en élevant la

pression annulaire dans une mesure suffisante pour dé-

passer le repère de cisaillement d'un fil métallique à cisailler qui assujettit le piston de retenue dans la

position de verrouillage.

Bien que l'invention ait été illustrée unique-

ment par une de ses formes de réalisation, il est en-

tendu qu'elle n'y est nullement limitée et-que diverses

È 536112

modifications peuvent y 8 tre apportées sans se dépar-

tir de son esprit.

Claims (8)

REVENDICATIONS

1 Dispositif d'étanchement de puits récupé-

rable conçu pour être mis en place de manière libéra-

ble dans un conduit de puits, caractérisé en ce qu'il comprend: un mandrin central s'étendant dans un assemblage extérieur; un moyen de scellage supporté sur cet assemblage extérieur et pouvant se déplacer entre une position rétractée et une position d'extension dans laquelle il vient s'engager hermétiquement sur le conduit;

un moyen d'ancrage supporté sur l'assemblage ex-

térieur et pouvant se déplacer entre une position ré-

tractée et une-position d'extension pour venir s'enga-

ger sur le conduit et s'y accrocher;

un moyen de retenue destiné à solidariser le man-

drin de manière libérable à l'assemblage extérieur en

vue de maintenir un engagement par scellage et accro-

chage entre le moyen de scellage et le moyen d'ancrage,

d'une part, le conduit, d'autre part, ce moyen de rete-

nue comprenant un assemblage piston-douille, la douille pouvant se déplacer entre une position de verrouillage dans laquelle elle entre en contact avec le piston, de

telle sorte que le mandrin soit solidarisé à l'assem-

blage extérieur, et une position de libération située

en dehors de tout contact avec le piston et dans laquel-

le le mandrin est libéré pour se déplacer longitudina-

lement par rapport à l'assemblage extérieur; et un moyen à cisailler destiné à fixer le piston dans la position de verrouillage en contact avec la douille, ce moyen à cisailler comportant un repère de

cisaillement présélectionné, de telle sorte qu'une élé-

vation prédéterminée de la pression annulaire du puits

vis-à-vis de la pression régnant à l'intérieur du man-

drin central ait pour effet de sectionner le moyen à

cisailler en vue de libérer le piston.

E 536112

2 Dispositif d'étanchement de puits suivant

la revendication 1, caractérisé en ce que l'assembla-

ge extérieur est espacé du mandrin central afin de définir une chambre de pression annulaire entre eux l'assemblage extérieur comportant une gorge de retenue

ménagée dans sa surface intérieure.

3 Dispositif d'étanchement de puits suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la douille comprend un corps cylindrique, ainsi que plusieurs

doigts solidaires sur chacun desquels est monté un cli-

quet de verrouillage conçu pour venir se loger dans la

gorge de retenue de l'assemblage extérieur.

4 Dispositif d'étanchement de puits suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le piston de 1 S retenue est monté pour coulisser dans la chambre de pression annulaire en vue de -se déplacer le long de

l'axe longitudinal du mandrin central, ce piston com-

portant un corps cylindrique, ainsi qu'un nez cylindri-

que d'un diamètre relatif inférieur à celui du corps, le nez et le corps étant réunis l'un à l'autre par une

paroi létarale extérieure oblique.

Dispositif dtétanchement de puits suivant la revendication 4, caractérisé en ce que les cliquets de verrouillage de la douille comportent chacun une zone destinée à venir s'engager sur le nez du piston lorsque celui-ci occupe la position de verrouillage, de telle sorte que les forces agissant sur la douille

et ayant tendance à déplacer les cliquets de verrouil-

lage hors de la gorge de retenue agissent sur le nez du piston via cette zone pour exercer uniquement une

force radiale sur le piston.

6 Dispositif d'étanchement de puits suivant la revendication 5, caractérisé en ce que le moyen à cisailler est un fil métallique logé dans les gorges correspondantes ménagées dans le corps du piston et

la surfce intérieure de l'assemblage extérieur respec-

tivement.

7 Dispositif d'étanchement de puits récupé-

rable du type conçu pour être mis en place de manière libérable dans un conduit de puits, ce dispositif com-

prenant un mandrin central s'étendant dans un assem-

blage extérieur, un moyen de scellage supporté sur cet

assemblage extérieur pour venir s'engager hermétique-

ment sur le conduit, un moyen d'ancrage supporté sur

l'assemblage extérieur pour venir s'engager par accro-

chage sur le conduit, ainsi qu'un moyen de retenue des-

tiné à solidariser le mandrin de manière libérable à

l'assemblage extérieur en vue de maintenir un engage-

ment par scellage et accrochage entre le moyen de scellage et le moyen d'ancrage, d'une part, le conduit,

d'autre part, ce moyen de retenue comprenant un assem-

blage piston-douille, la douille pouvant se déplacer entre une position de verrouillage dans laquelle elle entre en contact avec le piston, de telle sorte que le mandrin soit solidarisé à l'assemblage extérieur, et une position de libération située en dehors de tout contact avec le piston et dans laquelle le mandrin est libéré pour se déplacer longitudinalement par rapport

à l'assemblage extérieur, caractérisé en ce qu'il com-

prend également: un moyen à cisailler destiné à fixer le piston dans la position de verrouillage en contact avec la douille, ce moyen à cisailler comportant un repère de

cisaillement présélectionné, de telle sorte qu'une élé-

vation prédéterminée de la pression annulaire du puits

vis-à-vis de la pression régnant à l'intérieur du man-

drin central ait pour effet de sectionner le moyen à

cisailler en vue de libérer le piston.

8 Dispositif d'étanchement de puits récupéra-

ble suivant la revendication 7, caractérisé en ce que

le moyen à cisailler est un fil métallique.

9 Procédé en vue de récupérer un dispositif d'étanchement de puits du type conçu pour être mis en place de manière libérable dans le trou d'un puits, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes qui con- sistent à: équiper le dispositif d'étanchement d'un mandrin central s'étendant dans un assemblage extérieur, lequel comporte un moyen de scellage destiné à venir s'engager hermétiquement sur le conduit de puits, ainsi qu'un

moyen d'ancrage destiné à venir s'engager par accro-

chage sur ce conduit de puits; mettre le dispositif d'étanchement en place dans le trou de puits de telle sorte qu'il vienne s'engager

hermétiquement sur le conduit de puits en s'y accro-

chant; équiper le dispositif d'étanchement d'un moyen de retenue destiné à solidariser le mandrin de manière libérable à l'assemblage extérieur en vue de maintenir un engagement par scellage et accrochage entre le moyen de scellage et le moyen d'ancrage, d'une part,

le conduit, d'autre part, ce moyen de retenue compre-

nant un assemblage piston-douille, la douille pouvant se déplacer entre une position de verrouillage dans

laquelle elle entre en contact avec le piston, de tel-

le sorte que le mandrin soit solidarisé à l'assemblage

extérieur, et une position de libération située en de-

hors de tout contact avec le piston et dans laquelle le mandrin est libéré pour se déplacer longitudinalement par rapport à l'assemblage extérieur; prévoir un moyen à cisailler destiné à fixer le piston dans la position de verrouillage en contact avec la douille, ce moyen à cisailler comportant un repère de cisaillement présélectionné, de telle sorte qu'une élévation prédéterminée de la pression annulaire du puits vis-à- vis de la pression régnant à l'intérieur du mandrin central ait pour effet de sectionner le moyen à cisailler en vue de libérer le piston; élever la pression annulaire au-delà du repère de cisaillement, de façon à sectionner le moyen à ci- sailler et libérer ainsi le piston; et

appliquer une traction ascendante au mandrin cen-

tral en vue de libérer successivement le moyen de scellage et le moyen d'ancrage pour dégager ainsi le

dispositif d'étanchement.