La presente invention concerne une suspension de tubage ou tète de puits et en particulier une suspension permettant la mise en tension des tubages
Pendant la phase de forage et de mise en production d'un puits. il est commun et souvent necessaire de tensionner les parties non cimentées des tubages pour eviter que la dilatation causee par la production du fluide à temperature élevez, mette en compression les tubages
Habituellement, les tubages sont suspendus a partir de la tète de puits, par un mecanisme a coins. qui. s'appuyant sur un épaulement interne de la tète de puits, presse fortement l'exterieur du tubage L'installation de ce mécanisme a coins necessite le demontage du Bloc d Obturation de Puit (B O.P,) et implique une tête de puits a empilage de receptacles associes a chaque tubage. de facon à faciliter la coupe du tubage au dessus du mecanisme a coins Après avoir coupe et chanfreiné le tubage un element d'étancheite est glissé entre l'alésage du réceptacle de la tette de puits et le tubage afin d'isoler l'espace annulaire entre le tubage et la tete de puits
Au debut des annees 60 avec le développement des tètes de puits sous-marines. le concept de tète monobloc avec anneaux de suspension positifs a été introduit. c'est-a-dire avec tubage vissé sur un anneau comportant un epaulement d'appui positif. évitant ainsi la necessite d'un mecanisme å coins et les contraintes de compression circulaires associes dans le corps du tubage au niveau des coins. å un élément d'étancheité annulaire qui peut-être installé à distance entre l'anneau de suspension et l'alesage de la tète de puits Le système a suspension positif offre l'avantage, d'éviler la deconnection du B.O.P. avec comme consequence immédiate de permettre. la suspension du tubage. sa cimentation et l'étanchage de l'espace annulaire sous protection du B.O P.Du fait que le tubage n'a pas à être coupé. les receptacles pour chaque tailles de tubage peuvent être relies d'une façon permanente ensemble pour former une te te de puits monobloc
Les tétes de puits ont aussi adopte une configuration similaire en anneaux de suspension positifs/tete de puits monobloc. mais lorsque le tensionnement apres cimentation des tubages est obligatoire.I'utilisation de ces anneaux de suspension positifs ne peut convenir et le mécanisme à coins doit être de nouveau employe
La presente invention concerne une suspension de tubage comportant des anneaux de suspension positifs associes a une tee de puits monobloc permettant la mise en tension des tubages apres cimentation Le systeme comporte des anneaux de suspension de tubage a empilage d'elements visses l'un sur l'autre. chacun de ces élements comportant au moins un épaulement d'appui Les anneaux de suspension a epaulements d'appui multiples sont associes a une tète de puits comportant un mecanisme d'epaulement d'assise retractable Le mécanisme d'epaulement d'assise retractable comprend quatre chiens en quart de cercle qui sont déplacés de leur position escamotée à leurs position active d'assise par quatre vis de commande Avec les chiens maintenus en position escamotee. la tète de puits offre un alesage supérieur au diamètre extérieur des anneaux de suspension Lorsqu'il est necessaire de poser la suspension de tubage. soit sur l'epaulement superieur avant cimentation. soit sur un epaulement inferieur apres tensionnement du tubage apres cimentation les vis de commande sont vissees. pour placer les chiens en position active. Dans cette position. les chiens sont en contact par leur extrémiste et forme une surface d'assise annulaire continue pour recevoir un épaulement d'anneau de suspension
L'un des objets de la presente invention est une tete de puits du type monobloc avec des anneaux de suspension positifs offrant la possibilité de tensionner la partie non cimentee des tubages après cimentation.The present invention relates to a casing suspension or wellhead and in particular a suspension allowing the casing to be tensioned
During the drilling and production phase of a well. it is common and often necessary to tension the non-cemented parts of the casings to avoid that the expansion caused by the production of the fluid at high temperature, put in compression the casings
Usually, the casings are suspended from the wellhead, by a wedge mechanism. who. leaning on an internal shoulder of the wellhead, strongly presses the outside of the casing The installation of this wedge mechanism requires the disassembly of the Well Obturation Block (B OP) and involves a stacked wellhead receptacles associated with each casing. in order to facilitate the cutting of the casing above the wedge mechanism After having cut and chamfered the casing, a sealing element is slid between the bore of the receptacle of the well head and the casing in order to isolate the annular space between the casing and the wellhead
At the beginning of the 1960s with the development of submarine wellheads. the concept of a one-piece head with positive suspension rings has been introduced. that is to say with tubing screwed onto a ring comprising a positive support shoulder. thus avoiding the need for a wedge mechanism and the associated circular compression stresses in the casing body at the corners. å an annular sealing element which can be installed at a distance between the suspension ring and the borehole of the wellhead. The positive suspension system offers the advantage of eliminating the disconnection of the BOP with the immediate consequence to allow. casing suspension. its cementing and the sealing of the annular space under BO BO protection. Because the casing does not have to be cut. the receptacles for each tubing size can be permanently connected together to form a one-piece well header
The wellheads have also adopted a similar configuration in positive suspension rings / one-piece wellhead. but when tensioning after cementing the casings is compulsory. The use of these positive suspension rings cannot be suitable and the wedge mechanism must be used again
The present invention relates to a casing suspension comprising positive suspension rings associated with a one-piece well tee allowing the casing to be tensioned after cementing. The system comprises casing suspension rings stacked with screw elements one on the other. 'other. each of these elements comprising at least one support shoulder The suspension rings with multiple support shoulders are associated with a wellhead comprising a retractable seat shoulder mechanism The retractable seat shoulder mechanism comprises four dogs in a quarter circle which are moved from their retracted position to their active sitting position by four control screws With the dogs kept in the retracted position. the wellhead offers a bore greater than the outside diameter of the suspension rings When it is necessary to install the casing suspension. either on the upper shoulder before cementing. either on a lower shoulder after tensioning the casing after cementing the control screws are screwed. to place the dogs in active position. In this position. the dogs are in contact by their extremist and form a continuous annular seat surface to receive a suspension ring shoulder
One of the objects of the present invention is a one-piece type wellhead with positive suspension rings offering the possibility of tensioning the non-cemented part of the casings after cementing.
Un autre objet de l'invention est d'offrir la possibilité de poser cimenter, tensionner et étancher le tubage sous prolection constante du B O.P
Un autre objet de l'invention est d'eviter les contraintes de compression circulaires associees dans le corps du tubage au niveau des coins par la suspension a mecanisme a coins
Un autre objet de l'invention est d'offrir une etancheile sous haute pression de haute fiabilite entre des surfaces usinees
Un dernier objet de cette invention est de permettre la réalisation de tètes de puits compactes de hauleur reduite et independante de l'allongement des tubages lors de leur tensionnement
L'invention sera mieux comprise au cours de la description donnee ci-apres a titre d'exemple purement indicatif et non limitatif qui permeura d en degager les avantages et les caracteristiques secondaires
Il sera fait reference aux dessins annexes dans lesquels
- la figure I est une vue en coupe axiale de la suspension de tubage lors de la pose de la premiere suspension avant tensionnement
- la figure 2 est une vue en coupe axialede la suspension de tubage lors de l'installation du support intermediaire de suspension de deuxième tubage
- la figure 3 montre par une vueen coupe de la suspension de tubage une realisation possible des moyens de l'invention les deux tubages etant suspendus et tensionnes
- la figure 4 est une coupe horizontale du support intermediaire de deuxieme tubage
coupe
-la figure 5 est uneEselon la ligne A-A de la figure 4
Ainsi sur les figures 1,2 et 3 la presente invention est illustree par un anneau de suspension de tubage a epaulements d'appui multiples < 10) un mecanisme d'epaulement d'assise rétractable (11) situe sur l'alésage (12) d'une tête de puits t I 3 qui se deplace entre une position escamotee (figure I ) et une position active (figure 2) La tête de puits (13). qui est connectee a la partie superieure d un tubage de surface (14) est de préférence du type monobloc pour permettre la pose et l'étanchage de l'espace annulaire d'au moins deux tubages dans un même receptacle de tête de puits
L anneau de suspension de tubage a epaulements d'appui multiples (10) est constitue d'un empilage d'anneaux intermédiaires identiques (15) visses sur un anneau inférieur (16) .ayant le même profil supérieur (17) que les anneaux intermediaires (15) mais comportant un filetage de tubage standard (18) à la partie inferieure. Chaque anneau (15) ou (16) comprend au moins un epaulement d'appui (19) deux sur les anneaux du premier tubage l 151 ou (16) de la figure 1 et un seul sur les anneaux (36) et (37ì du deuxieme tubage de la figure 3
Les épaulements d'appui (19) comportent. des surfaces radiales annulaires (14a) se projetant vers l'exterieur à partir du diametre exterieur (15a) et (16a) des anneaux (15) et (16), une surface cylindrique exterieure (19b). et une surface conique d'appuis (19c) se projetant vers le bas et l'interieur 9 partir du diamètre extérieur (l9b).Les epaulemenis d'appuis (19) cumportent des fraisages afin de permettre le passage du fluide pendant la descente du tubage et sa cimentation L'anneau de suspension de tubage a epaulements d'appui multiples (10) est descendu a l'aide d'un outil de pose (20) qui comporte un profil inferieur (21) identique a celui des anneaux intermédiaires (15) mais comportant un filetage de tubage standard (22) à la partie superieure
Le mecanisme d'epaulement d assise rétractable (Il) comprend quatre chiens (23) ayant une forme de quart de cercle qui se rétractent dans une cavite circulaire (24) situee sur l'alesage (12) de la tête de puits (13). les chiens (23) étant déplacés par quatre vis de commande (25) de leur position escamolée a leur position active d'assise. La cavite circulaire (24) comporte une surface radiale annulaire (24~) se projetant vers l'extérieur à partir du plus petit diamètre de l'alésage (12) de la tête de puits une surface cylindrique de fond de gorge (24b) et une surface radiale annulaire d'appui (24ci se projetant vers l'interieur a partir du fond de gorge (24b) Les chiens courbes (23) sont disposés dans la gorge (24) avec leur surface supérieurede guidage (23a) en contact avec la surface radiale annulaire (24a) leur surface de butée (23k) en contact avec la surface cylindrique de fond de gorge (24b) et leur surface d'appui (23) en appui sur la surface radiale annulaire d'appui (24c) de la caviste circulaire (24)
Les surfaces coniques d'appui (23d) des chiens recoivenl la surface conique d'appui (19c) de l'épaulement d'appui (19) des anneaux (15) ou (16). Des surfaces cylindriques internes se projettent vers le bas a partir des extrémités interieures des surfaces conique d'appuis (23d) Une encoche d'accrochage a section en T (23f) s'etend verticalement à partir de la surface radiale annulaire d'appuis (24c) et se termine par une surface (23g) générée par la rotation du même profil en T autour d'un axe coaxial à lavis de commande (25)
Les parties filetees (23a) des vis de commande sont visses dans les parties filetees (26a) des percages (26) de la tété de puits (13) placees a 90 d'intervalle La partie exterieure 12oc) de chaque percage (25s possede un alesage élargi. filete pour recevoir un presse- etoupe (27) qui comprime un joint (2b) entre l arbre de la vis de commande (25b) et la partie non filetee (26b) des percages s261 de la tette de puits (13)
En alternative aux quatre chiens un anneau fendu (40) peut-etrr utilise comme epaulement d'assise retractable comme on peut le voir sur la figure 3 Les vis de commande (41) sont en contact avec la surface cylindrique exterieure de l'anneau fendu (40a). la position de repos de l'anneau fendu etant la position escamotee
Chaque vis de commande (25) se deplace entre une position retractee (figure 1) avec la surface interieure (23e) alignee avec l'alésage (12) de la tête de puits (13). et une position active (figure 2) avec la partie extérieure de la surface conique d'appui(23d) en ligne avec l'alésage (12) de la tété de puits (13)
Une fois rétractées, les vis de commande (25) sont arrêtées en translalion par le contact des surfaces (23b) avec la surface cylindrique de butee (24b).Dans la position active les vis (25) sont arrêtées en translation par le circlips (30) qui entre en contact avec la surface extérieure (29a) du couvre presse- étoupe (29)
Sur la figure 2, après que le premier tubage ait été cimenté et que le ciment ait pris. et apres que le tubage ait été tensionne el pose d'une manière definitive sur les chiens d'assise (2O) I'outil de pose (20) et un des anneaux
intermédiaires (15) dans la figure 1. sont devisses et recuperes Un joint
d'etancheite annulaire (31) est alors installé entre la suspension de tubage (33) et
la tete de puits (13) et verrouille par'des vis pointeau (32). puis le forage pour le deuxieme tubage de diametre plus petit (43) peut commencer Dans le cas d'epaulements d'appui double (19) sur les anneaux (15) ou (16). selon que l'anneau actif (33) est posé sur l'épaulement supérieur t 34) ou inferieur (35) t figure 2). un
joint d'étanchéité annulaire court (figure 2) ou long est utilise
Ainsi. sur la figure 2 lorsque la phase de forage pour le deuxieme tubage (43) est terminee et avant de le descendre, le support intermédiaire de suspension du deuxième tubage (44) est descendu. oriente et pose
Sur les figures 4 et 5 le support intermédiaire de suspension (44) comporte un corps (45) et quatre chiens en quart de cercle (46) coulissant dans quatre fenêtres cylindriques (47) a axe radial, fraisees dans le corps (45) du support intermédiaire de suspension Le corps (45) du support intermédiaire de suspension comporte quatre passages verticaux de circulation (48) et relient chacun des quatre chiens (46) a l'aide de deux vis verticales (49) ayant leurs têtes coulissant dans des lumières fraisées (5a) Pour permettre l'installation du support intermédiaire de suspension (44). quatre rainures a section en T (51) s'étendent verticalement a la partie inferieure du corps ( < 5) de support intermédiaire et sont alignées avec les encoches d'accrochage a section en T (52) usinées sur les chiens (46) lorsque ceux-ci sont en position retractee Un filetage male (45) pour recevoir l'outil de pose identique au filetage de pose des joints d'étanchéité annulaires (54) est usine sur la partie supérieure du corps (45) de support intermédiaire
Pour permettre d'installer le support intermediaire de suspension (44). les vis de commande (55) sont légèrement filetées de façon que leur extrémité intérieure (56) puisse engager (figure 2) les rainures a section en T (51) du support intermédiaire de suspension (44) lorsque le support intermédiaire de suspension (44) est orienté après avoir ete pose sur les extrémitées interieures (56) des vis de commande (55i Des que les rainures a section en T (51) et leurs encoches correspondantes d'accrochage a section en T (52) usinees sur les chiens (46) sont engagées sur les extrèmitees intérieures (56) des vis de commande (55). Another object of the invention is to offer the possibility of laying cement, tensioning and sealing the casing under constant prolection of the B OP
Another object of the invention is to avoid the circular compressive stresses associated in the body of the casing at the corners by the suspension with corner mechanism.
Another object of the invention is to provide a high pressure seal of high reliability between factory surfaces
A final object of this invention is to allow the production of compact wellheads of reduced height and independent of the extension of the casings during their tensioning.
The invention will be better understood during the description given below by way of purely indicative and nonlimiting example which will enable it to identify the advantages and the secondary characteristics.
Reference will be made to the accompanying drawings in which
- Figure I is an axial sectional view of the casing suspension during installation of the first suspension before tensioning
- Figure 2 is an axial sectional view of the casing suspension during installation of the intermediate support for suspending the second casing
- Figure 3 shows a sectional view of the casing suspension a possible embodiment of the means of the invention the two casings being suspended and tensioned
- Figure 4 is a horizontal section of the intermediate support of second casing
chopped off
Figure 5 is a line AA of Figure 4
Thus in FIGS. 1,2 and 3 the present invention is illustrated by a casing suspension ring with multiple support shoulders <10) a retractable seat shoulder mechanism (11) located on the bore (12) a well head t I 3 which moves between a retracted position (Figure I) and an active position (Figure 2) The well head (13). which is connected to the upper part of a surface casing (14) is preferably of the monobloc type to allow the fitting and sealing of the annular space of at least two casings in the same wellhead receptacle
The casing suspension ring with multiple support shoulders (10) consists of a stack of identical intermediate rings (15) screwed onto a lower ring (16). Having the same upper profile (17) as the intermediate rings (15) but comprising a standard casing thread (18) at the lower part. Each ring (15) or (16) comprises at least one bearing shoulder (19) two on the rings of the first casing l 151 or (16) of Figure 1 and only one on the rings (36) and (37ì of second casing of figure 3
The support shoulders (19) comprise. annular radial surfaces (14a) projecting towards the outside from the outside diameter (15a) and (16a) of the rings (15) and (16), an outside cylindrical surface (19b). and a conical support surface (19c) projecting downwards and inside from the outside diameter (l9b). The support shoulders (19) combine milling in order to allow the passage of the fluid during the descent of the casing and its cementing The casing suspension ring with multiple support shoulders (10) is lowered using a fitting tool (20) which has a lower profile (21) identical to that of the intermediate rings ( 15) but having a standard casing thread (22) at the upper part
The retractable seat shoulder mechanism (II) comprises four dogs (23) having the shape of a quarter of a circle which retract into a circular cavity (24) located on the bore (12) of the well head (13). . the dogs (23) being moved by four control screws (25) from their retracted position to their active sitting position. The circular cavity (24) has an annular radial surface (24 ~) projecting outward from the smallest diameter of the bore (12) of the wellhead a cylindrical bottom of groove surface (24b) and an annular radial bearing surface (24ci projecting inwards from the bottom of the groove (24b) The curved dogs (23) are arranged in the groove (24) with their upper guide surface (23a) in contact with the annular radial surface (24a) their abutment surface (23k) in contact with the cylindrical bottom of groove surface (24b) and their bearing surface (23) bearing on the annular radial bearing surface (24c) of the circular wine shop (24)
The conical support surfaces (23d) of the dogs recoivenl the conical support surface (19c) of the support shoulder (19) of the rings (15) or (16). Internal cylindrical surfaces project downward from the inner ends of the conical bearing surfaces (23d) A T-shaped hooking notch (23f) extends vertically from the annular radial bearing surface ( 24c) and ends with a surface (23g) generated by the rotation of the same T-profile around an axis coaxial with the control screw (25)
The threaded parts (23a) of the control screws are screwed into the threaded parts (26a) of the bores (26) of the wellhead (13) placed 90 apart The external part 12oc) of each bore (25s has a enlarged bore threaded to receive a cable gland (27) which compresses a seal (2b) between the shaft of the control screw (25b) and the unthreaded part (26b) of the holes s261 of the well head (13)
As an alternative to the four dogs, a split ring (40) can be used as a retractable seat shoulder as can be seen in FIG. 3 The control screws (41) are in contact with the external cylindrical surface of the split ring (40a). the rest position of the split ring being the retracted position
Each control screw (25) moves between a retracted position (FIG. 1) with the interior surface (23e) aligned with the bore (12) of the well head (13). and an active position (FIG. 2) with the external part of the conical bearing surface (23d) in line with the bore (12) of the well head (13)
Once retracted, the control screws (25) are stopped in translation by the contact of the surfaces (23b) with the cylindrical stop surface (24b). In the active position the screws (25) are stopped in translation by the circlip ( 30) which comes into contact with the external surface (29a) of the cable gland cover (29)
In Figure 2, after the first casing has been cemented and the cement has set. and after the casing has been tensioned and definitively laid on the sitting dogs (2O) the fitting tool (20) and one of the rings
intermediaries (15) in figure 1. are unscrewed and recovered A joint
annular seal (31) is then installed between the casing suspension (33) and
the wellhead (13) and locks with needle screws (32). then drilling for the second casing of smaller diameter (43) can begin In the case of double support shoulders (19) on the rings (15) or (16). depending on whether the active ring (33) is placed on the upper shoulder t 34) or lower (35) t Figure 2). a
short (Figure 2) or long ring seal is used
So. in FIG. 2 when the drilling phase for the second casing (43) is finished and before lowering it, the intermediate support for suspending the second casing (44) is lowered. orient and pose
In FIGS. 4 and 5 the intermediate suspension support (44) comprises a body (45) and four dogs in a quarter circle (46) sliding in four cylindrical windows (47) with radial axis, milled in the body (45) of the intermediate suspension support The body (45) of the intermediate suspension support has four vertical circulation passages (48) and connect each of the four dogs (46) using two vertical screws (49) having their heads sliding in lights milled (5a) To allow the installation of the intermediate suspension support (44). four T-section grooves (51) extend vertically to the lower part of the intermediate support body (<5) and are aligned with the T-section latching notches (52) machined on dogs (46) when these are in the retracted position A male thread (45) for receiving the fitting tool identical to the thread for laying the annular seals (54) is factory on the upper part of the body (45) of intermediate support
To allow the installation of the intermediate suspension support (44). the control screws (55) are slightly threaded so that their inner end (56) can engage (Figure 2) the T-section grooves (51) of the intermediate suspension support (44) when the intermediate suspension support (44 ) is oriented after having been placed on the inner ends (56) of the control screws (55i As soon as the T-section grooves (51) and their corresponding T-section hooking notches (52) factory fitted on the dogs ( 46) are engaged on the inner ends (56) of the control screws (55).
les vis de commande (55) sont vissées un peu plus de facon a translater vers l'intérieur les chiens (46) et verrouiller le support intermediaire de suspension
Sur la figure 3 apres que le deuxieme tubage (43) ait été cimenté, et que le ciment ait pris. et apres qu'il ait ete tension nue et posé d'une manière definitive sur les chiens (46), un joint d'etanchéite annulaire (38) est installé entre la suspension de tubage 1371 et la tète de puits (13) et verrouille par des vis pointeau (39)
On a pu ainsi vérifier que l'invention offre une tète de pUitS à suspension de tubages posilive avec possibilite de tensionner les tubages et ceci avec un encombrement en hauteur minimal dans la tète de puitet indépendant de la valeur d'allongement des tubages lors de leur tensionnement
Bien que le meilleur mode de réalisation de cette invention soit ici décrit. des modifications et variantes peuvent y étre apportees sans se departir de l'esprit de l'invention the control screws (55) are screwed a little more so as to translate the dogs inward (46) and lock the intermediate suspension support
In Figure 3 after the second casing (43) has been cemented, and the cement has set. and after it has been bare tension and placed definitively on the dogs (46), an annular seal (38) is installed between the casing suspension 1371 and the wellhead (13) and locks with needle screws (39)
It was thus possible to verify that the invention offers a head of wells with posilive casing suspension with the possibility of tensioning the casings and this with a minimum overall height in the well head independent of the elongation value of the casings during their tensioning
Although the best embodiment of this invention is described here. modifications and variants can be made without departing from the spirit of the invention