FR2619154A1 - Methode et dispositif hydrauliques ameliores de penetration de puits - Google Patents

Abstract

Un pénétrateur de tubage de puits 10 comporte une enveloppe allongée entourant une broche mobile, commandée par un cylindre hydraulique et pouvant être sortie pour couper une ouverture dans un tubage 12. Une tuyère de jet de liquide haute pression est montée à l'extrémité d'un tuyau souple qui se déplace à l'extérieur par un alésage axial dans la broche en passant par le tubage 12 pour découper une ouverture axiale dans le terrain environnant. La broche comporte des fentes arquées longitudinales le long des côtés opposés qui font que lèvres de coupe sont rabattues de chaque côté opposé de l'ouverture découpée dans le tubage pour éviter de détacher une partie du tubage par suite de l'utilisation de la broche. Un piston à bride est relié à un accumulateur simple qui est pressurisé pour pousser le piston dans une première position dans laquelle le fluide service contrôlé par le piston à bride rappelle le cylindre hydraulique de broche et un cylindre de commande de tuyau pour déplacer le tuyau flexible dans la broche. Lorsque la pression est augmentée, l'accumulateur est surmonté et le cylindre de broche et le cylindre d'entraînement de tuyau flexible sont actionnés avec l'appareil alimentant le fluide de service au tuyau flexible pour commander une opération de pénétration. Les éléments retournent à leur position initiale rentrée en diminuant la pression de service.

Description

METHODE ET DISPOSITIF HYDRAULIQUES AMELIORES

DE PENETRATION DE PUITS

La présente invention concerne le domaine des appareils, des procédés et des méthodes de perforation de tubage de puits de

pétrole et/ou de gaz.

Plus spécifiquement, la présente invention a pour objet un appareil et une méthode spéciaux utilisant une broche commandée par un liquide à haute pression pour découper une ouverture dans l'enveloppe d'un puits et réaliser ensuite un passage à travers la terre environnante en utilisant un jet à haute pression sur une distance importante à l'extérieur de l'enveloppe, afin de permettre l'écoulement des

hydrocarbures liquides ou gazeux dans l'enveloppe tubulaire.

La grande majorité des puits de pétroles et de gaz sont forés selon le procédé de forage rotary dans lequel la boue de forage contenant des particules extrêmement fines est poussée vers le bas à travers la colonne de forage et vers l'extérieur par le trépan pour chasser les débris, pour assurer le refroidissement et d'autres fonction utiles. Un matériau couramment utilisé dans la boue de forage doit contenir des

particules extrêmement petites de barytine.

Il a été constaté que la terre entourant un trou de sondage est souillée par le liquide de forage sur une distance de un mètre ou plus à l'extérieur du trou. Cette pollution, constituée essentiellement de particules minuscules provenant de la boue, représente fréquemment une barrière importante empêchant l'entrée des hydrocarbures dans

l'enveloppe du puits.

Par ailleurs, I'envahissement du terrain par des liquides de cimentation et de conditionnement de puits entraine une souillure supplémentaire du terrain. La zone autour d'un trou de forage qui a été contaminée ou bouchée par le fluide de forage, les fluides de cimentation ou de conditionnement est appelé la zone envahie ou la zone endommagée et le résultat est appelé détérioration de zone, dommage pelliculaire ou effet pariétal. "L'effet pariétal" constitue une mesure technique de l'étendue du dommage ou résistance à l'écoulement des fluides autour d'un trou de puits et est exprimé sous forme d'un nombre sans dimension. Un nombre ou coefficient d'effet pariétal élevé représentant un dommage étendu du terrain serait par

exemple de 10, alors qu'un nombre d'effet pariétal faible serait 0.

Nombre de moyens ont été proposés et utilisés pour réaliser des passages d'écoulement à travers les couches environnantes ou pour supprimer l'effet pariétal en vue d'augmenter l'écoulement des

hydrocarbures dans le tubage du puits.

Vraisemblablement, le moyen le plus courant est l'utilisation de projectiles tirés de dispositifs du genre canon disposés dans le tubage du puits; néanmoins, les projectiles de tels dispositifs sont normalement incapables de pénétrer au delà de la zone contaminée et, par conséquent, de bonne conditions d'écoulement ne peuvent être

obtenues par l'emploi de tels dispositifs.

En conséquence, une variété d'autres propositions pour pénétrer les couches environnantes a été présentée. Par exemple, le brevet U.S. n 4, 022,279 propose une méthode pour percer des trous spiralés à une distance importante à l'extérieur d'un tubage de puits pour augmenter la production. Toutefois, ce brevet ne révèle pas un appareil particulier permettant de réaliser ces forages spiralés et il

n'est pas certain qu'une telle structure existe effectivement.

Le brevet U.S. n'3,370,887 présente un dispositif de fracturation utilisant un tampon projeté qui est soufflé radialement hors du tubage du puits par haute pression injectée dans le boitier o le tampon est monté. Dahms, et al. brevets n' 3,400,980 et 3,402,965 présentent tous deux un appareil qui est déplacé vers le bas hors de l'extrémité de fond du tubage de puits et à partir duquel un tuyau extensible ou des segments de tuyaux flexibles progresse extérieurement en déversant un liquide à haute pression pour créer une cavité à l'extrémité du fond du puits. Le dispositif de ce brevet est employé dans les mines de sels. Edmund, et al. , brevet n 3,402,967 révèle un dispositif qui est similaire à celui de Dahms, et al., dans son fonctionnement. Malott, brevet U.S. n' 3,547,191 décrit un appareil qui est descendu dans un puits pour déverser un liquide à haute pression par des buses. Le déversement par les buses passe par des orifices précédemment

réalisés dans le tubage.

Messmer, brevet U.S. n' 3,318,395 présente un outil comportant un corps de combustib!e solide de fusée qui est améné dans la position

voulue dans un puits.

Le combustible est mis à feu et l'échappement décharge vers l'extérieur au moyen de tuyères découpées dans le tubage et le ciment entourant le tubage. L'échappement de la fusée contient des particules abrasives qui favorisent la coupe et servent également à découper une entaille dans le terrain avoisinant, pour le fracturer et doivent vraisemblablement améliorer la production. Toutefois, étant donné que la décharge de la fusée, ou de tout autre moyen fixe de jet érodent le terrain, la distance d'écartement entre la tuyère et le terrain augmente

et l'efficacité du dispositif est considérablement réduite.

Tagirov et al., brevet n" 4,050,529 présente un appareil qui est descendu dans un tubage de puits et comporte des buses au moyen desquelles un abrasif à haute pression contenant de l'eau et pompé à

la fois à travers le tubage et le terrain environnant.

L'utilisation de produits abrasifs pollue le puits pour toujours dans la mesure o cela crée d'énormes problèmes d'usure des vannes, pompes et autres utilisés ultérieurement dans le puits. En outre, l'abrasif est absorbé dans le terrain avoisinant et bloque également les

pores du terrain.

Skinner, et al., brevet U.S. n' 4,346,761 décrit un système comportant des buses montées de façon à permettre un déplacement vers le haut et le bas dans le tubage pour découper des fentes dans le tubage. Les dispositifs de buses ne dépassent pas du tubage; néanmoins, le jet haute pression sortant de la buse entrainerait apparemment un

découpage des couches avoisinantes.

D'autres brevets présentant des buses haute pression pour découper le tubage de puits sont Brown et al.,brevet n 3,130,786, Pitman, brevet n 2, 145,776 et Love et al., brevet n'4,134,453. Archibald, brevet modifié U.S Re. 29,021 présente un système souterrain de mine utilisant un jet radial qui reste dans le trou de forage pour découper le terrain avoisinant. Summers, brevet U.S., n 4,317,492 présente un système à jet d'eau haute pression pour puits, utilisable dans les mines et les forages dans lequel une buse projetant un jet est sortie à l'extrémité inférieure du puits et est ensuite déplacé radialement. Jacoby, brevet U.S. n' 3,873,156 présente également un dispositif minier à jet pouvant être déplacé à l'extérieur de l'extrémité inférieure pour réaliser une cavité dans un puits de sel. Boyadjieff, brevet U.S. n 4,365,676 présente un appareil mécanique de forage, qui est mobile radialement depuis un puits afin de pouvoir réaliser un trou de

sondage latéral.

Un certain nombre d'autres brevets Américains décrivent l'utilisation de buses à haute pression pour tailler les couches entourantes ou le fond d'un puits, les numéros de ces brevets étant U.S. n 2,018,825; 2,258,001; 2,271,005; 2,345,816; 2,707,616; 2,758,653; 2,796,129 et

2,838,117.

Aucun des dispositifs techniques susmentionnés n'est parvenu à une réussite convaincante en raison de nombre d'insuffisances: Par exemple, les appareils qui projettent seulement un jet haute pression depuis une buse montée à l'intérieur du tubage ne peuvent pas couper vers l'extérieur depuis le tubage sur une distance suffisante pour être réellement efficaces. De plus, la direction et l'extension de la coupe réalisée par de tels appareillages dépendent de nombre de paramètres variables, incluant la nature du terrain environnant et il

donc difficile de parvenir à un résultat prévisible.

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L'un des problèmes relatif à tous les dispositifs à jet haute pression fonctionnant à travers la paroi de l'enveloppe tubulaire du puits est qu'une ouverture doit être découpée dans l'enveloppe et le ciment

environnant comme préalable à la coupe dans le terrain avoisinant.

Dans certains des dispositifs précédents connus, l'ouverture peut être découpée avec le jet de la buse lui-même, alors que d'autres dispositifs exigent l'assistance de moyens mécaniques de découpage séparés. Les dispositifs utilisant les jets de buses pour découper le tubage présentent l'inconvénient très grave que le liquide de coupe contient fréquemment des particules abrasives qui restent dans le tubage et peuvent éventuellement en conséquence avoir un effet néfaste sur les vannes ou autres éléments constitutifs, tels que les pompes ou similaire o une certaine quantité des substances abrasives peut

finalement être détectée.

L'utilisation de moyens mécaniques séparés indépendants présente l'inconvénient de nécessiter une dépense supplémentaire importante, tant en ce qui concerne le coût en équipement supplémentaire qu'en ce qui concerne le coût en temps nécessaire à l'utilisation de cet équipement pour découpe le tubage. Ceci est vrai, parce que un emploi correspondant exige normalement une descente de l'appareil à découper jusqu'au fond du puits, un découpage de l'enveloppe tubulaire et un enlèvement consécutif de l'appareil à découper et un positionnement des dispositifs de jet dans le tubage avant utilisation

du coupe-tube à buse d'injection.

Le positionnement et l'enlèvement d'outils du puits exige normalement une extraction et un remplacement coûteux en temps et en argent de

la colonne.

Un inconvénient commun à tous ces types de dispositifs de pénétration avant l'invention du brevet U.S. n 4,640,362 (Schellstede) était tout simplement qu'ils ne parvenaient pas à une pénétration convenable du terrain à l'extérieur du tubage sur une distance suffisante pour entrainer une amélioration de la production. C'est pourquoi il y a eu une demande très importante en ce qui concerne des appareils capable d'assurer une pénétration efficace dans le terrain entourant un tubage de puits sur une distance extérieure au

delà du tubage, dépassant la zone contaminée entourant le tubage.

Un problème particulier était l'incapacité de nombreux dispositifs avant Schellstede à maintenir une distance d'action correcte à partir de

dispositifs émetteurs de jets.

L'invention du brevet Schellstede susmentionné a représenté un progrès très important dans la technique de pénétration dans la mesure o elle permettait une pénétration du terrain naturel bien au delà des zones contaminées entourant le tubage, rendant ainsi possible une performance très supérieure par comparaison aux dispositifs déjà connus. D'autre part, elle permettait une injection préalable de ciment loin du tubage avant déplacement du dispositif

d'injection semi-rigide, extensible, à tuyau et à rallonge de buse.

Pourtant, le dispositif Schellstede présentait' d'autres caractéristiques intéressantes découlant de sa conception originale. Toutefois, le dispositif du brevet Schellstede est quelque peu compliqué, car il exige des circuits hydrauliques comportant deux accumulateurs à azote, des entrainements rotatifs et des jeux de vannes, ainsi que des lignes de pompage, le tout étant monté dans une enveloppe d' environ trois mètres. De plus, la mise en oeuvre du dispositif Schellstede exige que le fluide de service pressurisé soit alimenté dans l'appareil sous quatre pressions différentes, chaque fois à des moments différents au cours de chaque cycle opératoire. La longueur hors - tout de l'appareillage complet est en conséquence importante et l'utilisation des lignes d'écoulement entraine une risque potentiel sérieux de fuites

lié à la haute pression nécessaire au fonctionnement de l'appareil.

L'objectif principal de la présente invention est donc de fournir un appareil et une méthode améliorés pour pénétrer les couches de terrain entourant un tubage, qui soient plus petits, moins complexes, et

plus fiables que les systèmes connus précédemment.

Un autre objectif de la présente invention concerne les spécifications d'une tête de contrôle simplifiée pour une pointe de pénétration utilisant un dispositif semi-rigide extensible de conduits et de rallonge

de buses.

Une réalisation préférentielle de l'invention comporte un tube allongé généralement cylindrique présentant un cylindre à entrainement à came assurant la commande d'une came de blocage servant à faire saillir une broche mobile radialement vers l'extérieur à travers le

tubage d'un puits.

Un dispositif semi-rigide extensible de conduits et de rallonges de buse ou "lance" ayant une buse à son extrémité extérieure est monté de façon à pouvoir se déplacer axialement à l'extérieur à travers un orifice axial alésé dans la broche, produisant ainsi une petite force

supplémentaire sur le tubage.

Après pénétration de la broche dans le tubage, la buse sort à l'extérieur du tubage pour réaliser un perçage s'étendant

extérieurement dans le terrain à partir de l'orifice alésé dans le tubage.

La manoeuvre de la buse pendant le mouvement d'ouverture initial du tubage vers l'extérieur sous l'action de la broche sert à nettoyer et enlever le ciment qui est derrière le tubage, afin de permettre à la broche de commander plus rapidement les conditions d'ouverture du tubage. Un accumulateur simple est prévu dans le tubage et est alimenté en azote à la pression voulue en fonction de la pression

d'ouverture désirée de l'appareil.

Un piston d'accumulateur monté sur tige de piston à bride est prévu dans un cylindre incorporé à l'accumulateur et est normalement poussé en position initiale par la pression de l'accumulateur o un cylindre de commande de lance connecté à la lance pour la faire mouvoir vers et à partir de sa position sortie reçoit le fluide de service pour maintenir la lance dans sa position rentrée. Ainsi, un fluide à pression relativement basse est dirigé vers le cylindre d'entrainement à came pour le positionner en position rentrée et fait que la broche rentre.

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Alors que ces deux fonctions sont enseignées dans le brevet Schellstede, la présente invention emploie d'autres moyens de

contrôle pour effectuer ces fonctions.

Une opération de pénétration débute par l'alimentation d'un fluide de service à pression plus élevée, normalement de l'eau, à l'ensemble de piston à bride, le fluide de service étant à une pression suffisamment élevée pour surmonter la force exercée par l'accumulateur sur l'ensemble de piston à bride avec pour résultat de déplacer l'ensemble

de piston à bride dans une seconde position.

Le déplacement de l'ensemble de piston à bride envoie le fluide de service au cylindre d'entrainement de la lance et au cylindre à came de la broche de sorte que ces cylindres sont actionnés pour pousser fondamentalement en même temps la broche vers l'extérieur et faire sortir la lance et la buse vers l'extérieur par la broche tout en alimentant simultanément du fluide de service à haute pression par la lance. Le fluide de service dans la lance s'écoule par la buse et frappe tout d'abord sur l'intérieur du tubage, dans la zone perforée par la broche perforatrice, afin de générer une petite force supplémentaire pour accélérer légèrement la rupture de la partie de tubage attaquée par la broche et pour permettre au fluide de service de s'écouler immédiatement à l'extérieur dans les couches de terrain, dès qu'une fissure apparait dans la partie de tubage travaillée par la broche. En conséquence, les couches de ciment et de terre sont érodées derrière l'enveloppe du tubage, afin de permettre un refoulement aisé vers l'extérieur des pattes latérales tubulaires dues au mouvement de la broche. Lorsque l'ouverture est terminée, la lance continue son avance à l'extérieur, tandis que la buse éjecte dans les couches de terrain pour réaliser une ouverture s'étendant vers l'extérieur plusieurs pieds au delà du tubage de façon à obtenir une productivité ultérieure accrue du puits. Lorsque l'opération de pénétration est terminée, on laisse la pression revenir à son niveau inférieur, de sorte que l'ensemble de piston à bride revient à sa position première pour entrainer le retour du cylindre d'entrainement de la lance et du cylindre à came de la broche à leurs positions initiales, de manière à ce que la broche et la lance puissent

être ramenées dans le logement prévu sur l'appareil.

La figure 1 est une vue en élévation représentant un puits de pétrole ou de gaz en coupe, et dans lequel la réalisation préférentielle de l'appareil de fond de la présente invention est utilisée pour perforer le tubage et les couches environnantes; La figure 2 est un schéma fonctionnel illustrant la manoeuvre du circuit hydraulique et de certains éléments mécaniques de l'invention; Les figures 3A, 3B, 3C, 3D, 3E, 3F, 3G, et 3H, sont des vues en coupe prises suivant la ligne 3 - 3 de la figure 1 en progressant du haut vers le bas de l'appareil tel que représenté en Figure 1 et avec les éléments en position précédant le début de l'opération de pénétration; La Figure 4 est une vue en coupe prise le long des lignes 4 4 de la Figure 3A; La Figure 5 est une vue en coupe prise le long des lignes 5 - 5 de la Figure 3A; La Figure 6 est une vue en coupe prise le long des lignes 6 - 6 de la Figure 3B; La Figure 7 est une vue en coupe prise le long des lignes 7 - 7 de la Figure 3A; La Figure 8 est une vue en coupe prise le long des lignes 8 - 8 de la Figure 3B; La Figure 9 est une vue en coupe prise le long des lignes 9 - 9 de la Figure 3C; La Figure 10 est une vue en coupe prise le long des lignes 10 - 10 de la Figure 3C; La Figure 11 est une vue en coupe prise le long des lignes 11 - 11 de la Figure 3D; La Figure 12 est une vue en coupe prise le long des lignes 12 12 de la Figure 3D;

La Figure 13A est une vue en coupe prise le long des lignes 13A -

13A de la Figure 3D;

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La Figure 13B est une vue en coupe prise le long des lignes 13B - 13B de la Figure 3E;

La Figure 13C est une vue en coupe prise le long des lignes 13C -

13C de la Figure 3F;

La Figure 13D est une vue en coupe prise le long des lignes 13D -

13D de la Figure 3G; Les Figures 14A, 14B, 14C, 14D, 14E, 14F et 14G sont des vues en coupe prises le long des mêmes plans que les Figures 13A, etc. , mais représentant les pièces dans une position différente dans laquelle la pénétration a été effectuée et l'injection est en train de se dérouler, les vues comportant progressivement des parties de plus en plus basses de l'appareil du haut vers le bas; La Figure 15 est une vue en coupe prise le long des lignes 15 - 15 de la Figure 13C; La Figure 16 est une vue en coupe prise le long des lignes 16 - 16 de la Figure 14F; La Figure 17 est une vue en coupe prise le long des lignes 17 - 17 de la Figure 14F; La Figure 18 est une vue agrandie d'une partie de la Figure 13A; La Figure 19 est une vue en coupe médiane de la buse employée

dans la réalisation préférentielle.

L'attention doit être accordée tout d'abord à la Figure I, qui montre l'utilisation de la réalisation préférentielle de l'invention dans un puits ayant un tubage 12 descendant à travers une couche 14 contenant de l'eau, du pétrole ou du gaz. Une zone envahie 16 s'étend à l'extérieur autour du tubage et contient des composants de boue de

forage chassés dans la couche pendant le forage.

En outre, la zone entourant immédiatement le tubage sera normalement cimentée pour constituer une enveloppe ciment

entourant le tubage lors de l'achèvement du puits.

La présente invention comporte un appareillage linéaire de fond 20 suspendu depuis la surface par une colonne de tuyauterie 22 comprennant une série de segments de tubes classiques, le segment il l 1 2 6 1 9 1 5 4 de tuyauterie le plus bas étant raccordé à vanne de circulation 21, un filtre de 23 et un stabilisateur/ancre 24 de construction classique qui comporte des éléments pouvant être commandés séparément et extensibles à l'extérieur destinés à se fixer à la paroi intérieure du

tubage 12 pour ancrer le stabilisateur/ancre dans une position fixe.

L'extrémité supérieure de l'appareil linéaire 20 est supportée par le

stabilisateur/aàncre 24 au moyen d'un raccord fileté 26.

L'extrémité supérieure de surface de la colonne 22 est raccordée comme indiqué en Figure 1 du brevet Schellstede à un pivot supporté par des moyens conventionnels ou une tour de reconditionnement ou similaire et relié par un tuyau flexible basse pression ainsi que par un tuyau flexible haute pression à des alimentation de fluide sous pression. Les tuyaux flexibles partent d'un véhicule ayant un pupitre de commande. En outre, le véhicule possède un moteur entrainant des pompes haute et basse pression classiques raccordées au tuyau

flexible et commandées depuis le pupitre de commande.

Les pompes reçoivent le fluide de service par une conduite d'aspiration partant d'un agrégat de filtre à deux étage conventionnel qui reçoit le fluide de service non filtré provenant d'un camion citerne et élimine par filtrage toutes les particules de dimension supérieure à

microns; il est toutefois possible d'utiliser des filtres plus fins.

La pompe haute pression est une pompe volumétrique cinq pistons résistante à l'acide qui fournit un débit pulsé basse fréquence, cette fréquence étant réglable. Des pompes ayant un nombre différent de

cylindres peuvent également être employées.

L'appareillage linéaire de fond 20 est constitué d'une série d'éléments tubulaires de logement dans lesquels sont montés divers fonctions et équipements. Les segments assurant le logement du haut jusqu'en bas comme illustré en Figure 1 comportent une partie commande 1,

une partie lance 11, et une partie broche III, comme illustré.

La partie commande est le mieux représentée dans les Figurés 3A, 3B, 3C, 14A et 14B et comprend un logement cylindrique de commande ou cylindre 30 ayant un raccord fileté 32 de commande relié à son extrémité supérieure pour maintenir un bloc de tête 34 à l'extrémité supérieure du logement principal de commande. Le bloc de tête 34 présente un alésage par lequel un obturateur cylindrique 36 comportant une bague O 38 est monté. Un alésage cylindrique supérieur 40 descend de l'extrémité supérieure du logement de commande 30, I'extrémité inférieure de l'alésage supérieur étant délimité.par un épaulement annulaire 41 en dessous duquel un alésage axial plus petit 40' descend vers un épaulement radial 42

comme représenté en Figure 3B.

Un assemblage à bride de piston 44, 48 est monté pour assurer un action réciproque dans l'alésage 40 et est constitué d'une bride supérieure 44 et d'une bride inférieure 48 qui sont raccordés par un filetage en 50 C comme illustré en figure 3A. L'extrémité supérieure de l'élement supérieur 44 comprend une tige d'extension 50, avec, monté

immédiatement en dessous un piston de commande 51.

Un piston de commande intermédiaire 56 est monté à un écartement important en dessous du piston de commande 51 de la figure 14A. Un troisième ou inférieur piston de commande 58 est monté en dessous du piston intermédiaire de commande 56 près de l'extrémité

supérieure de l'élément à bride 48 comme indiqué en Figure 3A.

L'extrémité inférieure de la bride inférieure 48 est doté d'un piston d'accumulateur 52 qui est raccordé au piston 58 par la tige 46 présentant une surface externe 46'. Le piston d'accumulateur 52 est d'un diamètre inférieur aux pistons 56, 58 pour que la bague 0 du piston ne soit ni entaillée, ni endommagée pendant le montage de l'assemblage par suite du contact avec les divers orifices prévus dans la paroi l'alésage axial 40 qui est plus large que l'alésage 40' dans

lequel le piston 52 est monté.

Le piston supérieur de commande 51 est doté d'un joint 54 à équilibrage hydrostatique et bague 0 qui peut s'engager dans l'alésage 40. Les pistons de commande 56 et 58 ont également des joints 104

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en acier moulés de piston et peuvent s'engager dans l'alésage 40

d'une manière évidente comme illustré en Figure 3A.

Le piston d'accumulateur 52 est équipé d'une bague O de joint 60 pour l'azote assurant l'étanchéité entre l'azote stocké dans un compartiment défini par les alésages cylindriques 40', 70 et 72 et le fluide de service

s'écoulant dans le compartiment 71.

Il convient également d'observer que l'élement à bride supérieur 44 comporte un alésage axial 62 descendant de son extrémité supérieure et se terminant dans un alésage radial 64 prévu dans une section de tige 45 de diamètre inférieur en dessous du piston intermédiaire de commande 58 de l'élément à bride inférieur 48

comme illustré en figure 3A.

Ainsi, il convient d'observer que l'espace ou le compartiment 66 entre le piston de commande 56 et le piston de commande 58, extérieur à la surface de l'assemblage de piston à bride 44, 48 et intérieur à l'alésage cylindrique 40 comporte un compartiment intermédiaire

mobile dont le but deviendra clair plus loin.

Il convient de noter que les pistons 56 et 58 sont chacun dotés de trois joints annulaires 104 en acier moulé de piston qui sont beaucoup plus résistants à la haute pression et à une vitesse élevée du fluide auquel ils sont exposés lorsqu'ils dépassent des éléments tels que les alésages 94D et 92C que les autres autres types de joints annulaires

classiques qui sont rapidement détruits et ne sont pas satisfaisants.

De même, un compartiment mobile supérieur 67 est prévue entre la surface de l'alésage 40, la surface de la tige 50' et les pistons 51 et 56 et un compartiment mobile inférieur 71 est prévu entre la surface de l'alésage 40, la surface de tige 46' et les pistons 58 et 52 comme indiqué en Figures 3A et 3B. Le piston 52 est doté de manchons laiton

pressé 52' et 52".

L'extrémité inférieure de l'alésage 40 communique avec l'extrémité supérieure de l'alésage 40' de diamètre réduit à l'épaulement annulaire 41, I'alésage 40' communicant à son extrémité la plus inférieure avec un alésage 70 de diamètre encore plus petit comme le mieux représenté en Figure 3B. L'alésage 70, à son extrémité inférieure, se termine à une alésage 72 et une vanne de remplissage d'azote V (Figure 3C) est montée près de l'extrémité

inférieure de l'alésage 72.

Les alésages 72, 70 et 40' collaborent avec le piston d'accumulateur 52 pour former un accumulateur d'azote qui est rempli d'azote à haute pression par la vanne V avant de placer l'appareil avec l'azote rempli

par la vanne V dans le tubage.

Le logement de commande 30 comporte en outre des alésages 73C et 74A qui vont de l'extrémité supérieure du logement de commande principal 30 parallèlement à l'axe du logement, vers le bas, aux alésages radiaux 75C et 76A en descendant, respectivement comme

indiqué dans la figures 3A et 3B.

Un alésage axialement parallèle 77C part vers le bas de la partie la plus intérieure de l'alésage radial 75C et un alésage également axialement parallèle 78A part vers le bas de l'extrémité la plus intérieure de l'alésage radial 76A. Les alésages 88D et 90B axialement parallèles(Figures 4 et 5) s'étendent de l'extrémité supérieure du logement principal de commande 30 également vers le bas et sont, de façon similaire, respectivement reliés aux alésages radiaux 97D et 98B (Figure 8) d'o partent vers le bas respectivement les alésages radiaux 89D et 91B. L'extrémité la plus inférieure de l'alésage 77C communique avec un alésage à douille femelle 79C (Figures 3C et 9) de plus grand diamètre, dans lequel un raccord mâle 116C est positionné, alors que l'extrémité inférieur de l'alésage 78A axialement parallèle communique, lui, avec un alésage à douille femelle 79A, dans lequel un raccord mâle 116A est positionné. Les raccords mâle 116A et 1160 ont leurs extrémités inférieures ou bases filetées sous forme d'ouvertures filetées sur l'extrémité supérieur d'une réduction supérieure 84 à l'extrémité supérieure de la partie lance tel que présenté en Figure 3C. De même, les extrémités des alésages 89D et 91 B communiquent respectivement à leur extrémité inférieure avec les alésages à douilles femelles 79D et 79B, qui sont dimensionnés pour recevoir des raccords mâles 116D et 116B, qui sont aussi montés à

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l'extrémité supérieure de la réduction de jonction 84 de la partie lance.

L'emploi de raccords mâles et de douilles femelles assure un raccordement sûr rapide et étanche, entre les circuits hydrauliques des différentes parties de l'appareil grâce à l'emploi de bagues O ou de joints à lèvres sur les parties mâles de raccord 116A - D. Un avantage très appréciable est lié au fait que l'un des segments de l'appareillage peut être facilement remplacé sur site, sans avoir besoin d'un démontage complet de l'appareil En d'autres termes, les segments sont simplement désassemblés et le nouveau segment susbtitué, avec remontage facile des divers parties de l'appareillage. Au cours du contrôle et de l'exploitation du dispositif, si l'un des segments est défaillant, il peut donc être facilement remplacé avec un mini- mum de difficultés. De même, le transport de l'appareillage est bien plus facile que cela était possible pour le dispositif du brevet n' 4,640,362, étant donné que le segment constitutif le plus long n'est que d' environ 6 mètres, en comparaison ave une longueur hors tout de 18 mètres de

l'unité d'assemblage du brevet précité.

Un alésage radial 68A assure une communication entre rl'alésage 40 l'alésage 74A comme indiqué en Figure 5. Par conséquent, I'espace 66 et l'alésage axialement parallèle 74A sont communicants lorsque

les éléments sont positionnés comme montré en Figures 3A et 5.

De façon identique, un alésage radial 69B assurent une communication entre l'alésage axialement parallèle 90B et l'alésage 40

et le compartiment 66 comme présenté déjà en Figure 5.

Il doit être également noté qu'un alésage radial 92C fait communiquer l'alésage 40 avec l'alésage 73C comme indiqué en Figures 3A et 7, de sorte que l'espace 71 entre l'alésage 40, I'extrémité inférieure du piston 58 et l'extrémité supérieure du piston 52 communique avec l'alésage 73C lorsque les éléments sont dans la position indiquée en Figure 3A. En outre, un alésage radial 94D fait communiquer l'alésage axialement parallèle 88D avec l'intérieur de l'alésage principal 40 tel

que montré en Figure 7.

Une vanne d'arrêt inférieure 95 est placée à l'extrémité extérieure d'un alésage de purge radial inférieur 96 communicant avec l'intérieur de l'alésage 40 comme représenté dans la Figure 6 et une vanne d'arrêt supérieure est placée dans une purge supérieure 100 comme indiqué

en Figure 3A.

L'alésage de la purge inférieure 96 communique avec le compartiment 71 et l'alésage de purge supérieur 100 communique, lui, avec le compartiment' 67 lorsque l'assemblage de piston à bride 44, 48 se

trouvent dans sa position haute (Figure 3B).

De même, les alésages radiaux 97D et 98B communiquent avec les alésages axialement parallèles 88D et 90B respectivement comme représenté en Figure 8. Les extrémités inférieures des alésages axialement parallèles 88D et 90B communiquent ave l'alésage élargi 79D et 79B à douille femelle respectivement qui sont prévus pour recevoir les raccords mâles de fluide 116D et 116B (Figure 9), fixés à

l'extrémité supérieure de la partie lance comme noté précédemment.

Des dimensions diverses de raccords mâles et femelles peuvent être employées pour être sûr que les segments ne puissent être raccordés

que de façon correcte.

L'extrémité inférieure du logement principal de commande 30 est reliée à l'extrémité supérieure de la lance, par une bague d'appui 80 (Figure 3C) fileté, sur la face externe du logement cylindre principal de commande 30 et sur un manchon de raccord 82 reliés en son extrémité inférieure à un manchon de raccord fileté lourd 110. Le manchon de raccord est ajusté sur la bague d'appui 80,de sorte que les éléments 80 et 82 viennent en butée, pour empêcher tout mouvement supplémentaire vers le bas du manchon de raccord 82. Il faut comprendre que le terme 'lance' est utilisé pour désigner le groupe de conduit semi-rigide extensible et rallonge de buse" 166 et ses éléments de commande associés; ainsi "lance" et "dispositif de conduit semi-rigide extensible et rallonge de buse" sont parfois utilisés alternativement. En se tournant maintenant vers les spécificités de la lance, l'attention est attiré tout d'abord vers la igure 3C qui illustre le fait que la périphérie supérieure externe de la lance est caractérisée par le manchon fileté de raccord lourd 110 présentant des filetages externes à son extrémité supérieure vissés au manchon de jonction 82 et

contenant le raccord supérieur 84.

Le raccord supérieur 84 susmentionné comporte un alésage axial 86 et une première paire de fentes diamétralement opposées qui reçoivent les pattes de verrouillage 112 et 114 montées dans des alésages filetés de la paroi du manchon de jonction 110 comme

indiqué en Figure 3C.

Les raccords de circulation 116C et 116A partent vers le haut depuis l'extrémité supérieure de l'ensemble de racccord supérieur 84 et leurs extrémités supérieures communiquent avec les extrémités inférieures des alésages 77C et 78A respectivement réalisés dans l'extrémité inférieure du logement de commande 30, leurs extrémités inférieures communicant avec les alésages chanfreinés 120C et 120A, qui sont à leur tour reliés respectivement au moyens de garnitures à des conduites axialement parallèles 124C et 124A qui descendent dans le manchon de jonction 110 et un logement cylindrique tubulaire 128

comme représenté en Figure 3C.

De même, les extrémités inférieures des alésages 79D et 79B communiquent par des raccords mâles 116D et 116B respectivement (Figure 9) et avec les alésages chanfreinés du groupe de raccord supérieur 84 qui communique à son tour avec les extrémités

supérieures des conduites 124D et 124B (Figures 10 et 13A).

Le logement cylindrique tubulaire 128 de lance est raccordé par filetage à l'extrémité inférieure du manchon de jonction fileté lourd 110 et se prolonge vers le bas à partir de là. De plus, un cylindre supérieur de lance 130 est fixé à l'extrémité inférieure de l'ensemble de raccord supérieur 84 et comporte un compartiment supérieur 131' communiquant avec l'alésage axial 86 du groupe de raccord 84

montré en Figure 3C.

Un piston d'entrainement 134 de lance est monté assurer un mouvement alternatif dans l'alésage axial 132 partant vers le bas depuis le compartiment 131' jusqu'à l'extrémité supérieure d'une tige

de piston supérieure 136 positionnée axialement dans l'alésage 132.

2 6 1 9 1 5 4

Le piston 134 et de préférence en Monel; toutefois, un piston en acier

inoxydable avec un manchon laiton s'est révélé également satisfaisant.

Il faut remarquer qu'il y a un jeu entre l'alésage 132 et la tige 136, dont

le but deviendra clair.

L'extrémité inférieure du cylindre supérieur 130 de lance est logé et vissé par filetage sur l'extrémité supérieure d'un bloc de tête supérieur 138 et l'extrémité inférieure de la tige de piston 136 est vissée à l'extrémité supérieure d'un raccord à tige fileté 140 comme représenté en Figure 3D. Un cylindre inférieur 131 de lance est relié en son extrémité supérieure à l'extrémité inférieure du bloc de tête inférieur 139. Le bloc de tête supérieur 138 est raccordé au bloc de tête inférieur 139 par quatre rivets machine 141 (Figure 11) afin d'obtenir un ensemble de bloc de tête solidaire. Il convient également d'observer que les éléments de blocs de tête 138 et 139 sont dotés de fentes sur les côtés diamétralement opposés par lesquelles passent les lignes

124C et 124A.

L'extrémité supérieure 142 de la tige intermédiaire en monel 146 est vissée sur l'extrémité inférieure de la tige fileté de jonction 140. La tige 146 a un diamètre supérieur à celui de l'extrémité supérieure 142 et

présente également un alésage axial 148.

Les alésages radiaux 150 font communiquer l'alésage axial 148 avec l'espace 158 à l'intérieur de l'alésage 182 du bloc de tête inférieur 139 et avec l'alésage 16 du cylindre inférieur 131 de lance externe de la tige 146. Il est fondamentalement important que la tige 146 soit disposée dans les alésages 182 et 160 qui présentent un diamètre plus grand que le diamètre extérieur de la tige 146. Par conséquent, le liquide peut passer librement dans les alésages axiaux 150 vers et à partir de l'alésage intérieur 148 et de l'espace 158 (Figure 18) entre les alésages 182 et 160 et la face externe de la tige 146. ' Toutefois, des joints à lèvres 143 sont montés sur les blocs de tête supérieur et inférieur 138 et 139 par les garnitures d'étanchéité 106 et

19 2 619154

106' pour garantir un joint étanche à la pression entre l'alésage 132 et l'alésage 160. Les joints 143 peuvent être un joint à lèvre avec un bague O de dilatation du type vendu sous la marque POLYPAK par Parker Seal Corporation. L'extrémité inférieure de la tige 146 est reliée solidairement à un piston inférieur de lance 162 qui accouplé dans l'alésage 160 pour assurer un mouvement alternatif. La conception d'ensemble de l'assemblage d'entrainement de piston de lance permet à la tige de piston de rester tendue pendant toutes les manoeuvres de l'appareil. En raison de la course longue et du faible diamètre du piston, l'application d'une charge de compression sur la tige 146 entrainerait un gauchissement de la tige. En injectant du fluide sur l'ensemble de blocs de tête 138,139,etc., la pression d'alimentation et de reflux touche les pistons de lance inférieur et supérieur 162 et 134 respectivement à partir du côté de la tige du piston, de sorte que la tige de piston 136 est toujours en tension et n'est jamais soumise à

une force de compression.

Un guide-lance 168 reçoit une tige de piston inférieure 164 dont l'extrémité inférieure est connectée à la lance 166, formée d'une âme de téflon 272 et de couches blindées filetées 274 en acier inoxydable tressé (Figure 3E). Le guide 168 a son extrémité inférieure connectée

à une platine de broche 172.

Une tuyère 169 est raccordée à l'extrémité extérieure de lance 166 pour fournir un jet de coupe sortant de son extrémité extérieure lorsque le fluide à haute pression est alimenté dans la lance 166. Le guide-lance 168 présente un faible jeu interne de 1/32 pouce entre sa

fae intérieure et la face externe de la tige 164 et la lance 166.

De même, un jeu d'environ 1/32 pouce est prévu entre l'alésage 160 et la surface extérieure de la tige 164. Le jeu susmentionné évite le gauchissement de la tige 164 et de la lance 166 lors d'une compression pendant l'extension de la lance au cours d'une

manoeuvre de pénétration.

-0 2619154

-20 Il faut également noter une fois encore que les segments de tiges reliant les pistons 134 et 162 sont toujours maintenus en tension en raison de la pression existant dans les alésages 132 et 182 pendant le fonctionnement de l'appareil et ne sont par conséquent jamais soumis à une compression qui pourrait entrainer un problème de gauchissement. La platine de broche 170 possède un élément tubulaire de broche 171 vissé sur l'un des côtés, la broche disposant d'un alésage cylindrique 173 de guidage dans lequel la tuyère 169 est positionnée avant mise

en marche du dispositif comme indiqué en Figure 13C.

L'élément de broche 171 passe par un orifice dans un guide 175 d'une enveloppe à came 230 de sorte que l'élément de broche est en mesure d'aller et venir des positions indiquées dans les Figures 13C et 14F. Le mouvement de la platine de broche 170 est limité à un déplacement radial relatif à l'enveloppe 230 par des barres de guidage rigides 177 et 179, fixées sur l'enveloppe 230 et s'engageant dans une barre transversale 181 rattachée à la platine 170 par des boulopns 193 et s'engageant aussi dans les épaulements 183 et 185 sur la platine de broche 170. La force longitudinale venant du piston d'entrainement de broche 236 et de la came d'entrainement de broche 244 est transformé en force radiale par les épaulements 183 et 185 de la platine de broche aux barres de guidage 177 et 179 et à la broche 171 pour réaliser le perçage d'un trou dans la paroi de puits. La combinaison des éléments maintiennent l'alignement de la broche

avec le trou dans le guide 175 de l'enveloppe à came 230.

La barre transversale 181 empêche d'endommager l'enveloppe à came 230 avec la platine de broche 170 en cas de cisaillement de la broche. La platine de broche est toujours maintenue alignée par le guide 175. Les faces de contact de 177, 183 et 179, 185 sont trempées pour absorber les hautes pression et les forces auxquelles

elles sont soumises.

La platine de broche 170 comporte en outre faces trempées d'engrenage de cames 186 et 189 pouvant s'engrener avec les faces de came trempées 245, 245', 247 et 247' de la came 244 pour déplacer la platine de broche 170 et la broche 171 vers l'extérieur en

réponse à la montée de la came 244.

De même, les faces d'engrenage 191 s'engrènent sur les faces opposées de la came 244 pour retirer la broche 171 en réponse à la descente de la came 244. La construction et l'interaction de la broche et de la came 244, etc., sont semblables à celles exposées par le brevet Schellstede n' 4, 460,362; toutefois, la broche utilise des fentes latérales arquées 264 (Figure 3F) à la différence des fentes rectangulaires 254 du brevet Schel[stede; également, le circuit de commande est essentiellement différent. La face externe de la broche est trempée et elle est usinée de telle sorte que ses arêtes de coupe

verticales E soient toujours verticales.

Le rapport du diamètre extérieur au diamètre intérieur de broche doit être tel que le trou découpé dans le tubage ne provoque pas l'éjection d'un bouchon du tubage dans le milieu de la broche. Le bord du diamètre intérieur de la broche est arrondi pour résister au découpage

d'un tel bouchon.

Egalement, le chanfrein des faces de broche doit être de 45' par

rapport à l'axe horizontal.

Les extrémités inférieures des conduits 124B et 124D communiquent respectivement avec des alésages axialement parallèles 174B et 174D comme illustré en Figure 13A. Le conduit 174B à son tour communique avec l'alésage radial 176B dont l'extrémité intérieure communique avec un alésage axial 178 par lequel passe l'extrémité inférieure de la tige 136, un jeu existant entre l'alésage 178 et la face externe de la tige 136. Par suite, I'alésage 176B constitue une communication pour fluide avec l'espace entre l'alésage 132 et la face externe de la tige 136, la communication réalisée par l'alésage 178 avec l'alésage 132 comme représenté en Figure 13A. De même, l'extrémité inférieure de l'alésage axialement parallèle 174D est relié à un alésage axial 180D présentant une extrémité inférieure qui communique avec un alésage 182, entourant, et distant de, l'extrémité

supérieure 142 de la tige 146 comme montré en Figure 18.

22 2Z619154

L'extrémité supérieure de l'alésage 182 se termine sur une assise de surface annulaire 266 contre laquelle l'extrémité supérieure du membre de tige 146 s'engrène lorsque les éléments sont dans les

positions illustrées dans les Figures 3D et 18.

Toutefois, lorsque les éléments sont dans la position illustrée dans la Figure 14C, I'alésage radial 180D est positionné en communication totale avec l'espace entre l'alésage 182 et la face externe de la tige 136. L'extrémité inférieure du cylindre inférieur de lance 131 est vissée dans une douille filetée axiale de. l'extrémité d'un bloc porte-lance rigide 186 dans laquelle les alésages axialement parallèles 187C et 187A sont respectivement alignés avec les conduits 124C et 124A

comme indiqué en Figure 3E.

De plus, il convient de remarquer que le pourtour supérieur externe du bloc porte-lance 186 est vissé sur l'extrémité inférieure d'une enveloppe tubulaire 188 (Figure 3E). L'extrémité supérieure de l'enveloppe tubulaire 188 se visse sur l'extrémité inférieure d'un fourreau tubulaire intermédiaire de lance 190, présentant une extrémité supérieure filetée se vissant sur l'extrémité inférieure du fourreau tubulaire supérieur de lance 128. Une bride annulaire 192 (Figure 3E) s'étend extérieurement du bloc porte-lance 186 et présente un épaulement 194 s'encastrant dans un épaulement opposé du raccord tubulaire fileté 196, qui est à son tour vissé sur l'extrémité

supérieure d'une enveloppe à came de broche 198.

Un bloc porte-lance inférieur 200 est vissé intérieurement au fourreau 198, le tube guide-lance 168 partant du bloc porteur 200 et les cheviles filetées 201 et 203 maintenant le bloc 200 en position comme

représenté en Figure 3E et aussi en Figure 13B.

Les alésages axialement parallèles 202C et 202A (Figure 3E) se prolongent le long du bolc porte-lance 200 et communiquent en leurs extrémités supérieures avec les alésages 187C et 187A respectivement par des raccords mâles 204C et 204A montés sur l'extrémité inférieure du bloc porte-lance 186. En outre, des tuyaux flexibles 206A et 206C sont respectivement connectés par des raccords de tuyauterie filetés 207A et 207C, aux extrémités inférieures des alésages 202A et 202C et descendent dans le fourreau mobile de clavette 208 vissé sur l'extrémité inférieure de l'enveloppe à came 198 de broche. Pareillement, les tuyaux souples 206C et 206A sont racccordés à leurs bouts les plus bas à des conduits 210C et 210A

montés rigidement comme représenté en Figure 3F.

L'extrémité inférieure du conduit 210C est rattachée à une tige creuse rigidement fixée 212 passant par une enveloppe à cames 230 qui se

prolonge vers le bas à partir de l'extrémité inférieure de la cage 208.

Un bloc de tête guide - tige 232 (Figure 3G) est vissé sur l'extrémité inférieure de l'enveloppe 230 et un cylindre d'entrainement à cames 235 de broche est vissé sur le bloc de tête 232 comme représenté en

Figure 3G.

Un piston d'entrainement de broche 236 est monté pour mouvement va-etvient à l'intérieur du cylindre 235 et présente un orifice axial par

lequel passe la tige creuse 212.

Il faut comprendre que ie piston 236 peut aller et venir relativement à la tige 212 et qu'une fuite d'un côté du piston à l'autre côté est empêchée grâce à un joint 238 encastré dans la face externe de la tige 212; de même, des douilles en laiton 214 s'engrènent sur la tige 212. La construction précitée remplace les tuyaux souples mobiles du groupe de broche du brevet n' 4,640,362 pour donner une

construction beaucoup plus durable et fiable.

Il faut également remarquer que la tige 212 est monté axialement dans un alésage 240 d'une crémaillère de broche 238 vissée en son extrémité inférieure à la came d'entrainement de broche 244 en 248 (Figure 3G). Les joints 242 (Figure 13D) du bloc de tête 232 sont encastrés sur la tige 238 pour éviter une perte de pression du compartiment latéral de tige 243 du cylindre 235; de même, un alésage 250A ( Figure 3G) passe par le bloc de Tête 232 et est connecté en son extrémité inférieure au compartiment latéral de tige 243, son extrémité supérieure étant rattachée à l'extrémité inférieure de la came 244 par des rivets 252 et s'engageant obliquement

respectivement dans les alésages 254 et 256- des cages 230 et 208.

2 4 2619154

Le bloc guide 250 assiste la clavette pour maintenir l'alignement pendant le mouvement dans chaque sens en empêchant la clavette de se déboiter ou de se relever de l'enveloppe à cames 230 pendant le

retrait de broche.

Un cycle opératoire sera maintenant présenté en se référant initialement au Figures 2 et 3A à 3H. Avant de descendre l'outil dans le puits, I'accumulateur qui est généralement indiqué 260, et qui comprend l'espace entre les alésages 70,73 et 43' est rempli d'azote à une pression suffisamment haute pour exercer une force sur un piston d'accumulateur 52 suffisante pour surmonter les forces contraires produites par la pression de refoulement dans le tube 26, qui est transmise à l'intérieur de l'enveloppe principale 30 par l'intermédaire des alésages 62 et 64. Les éléments étant dans la position illustrée en Figures 3A à 3H, il sera remarqué que la pression dans le segment de tubage 26 descendra par l'alésage 62 et sera transmise radialement par l'alésage 64 jusqu'au compartiment 66 qui agit vers le haut et le bas sur les pistons 56 et 58; étant donné que la partie supérieure de la bride de piston comporte l'alésage 62, la zone sur laquelle la pression s'exerce est inférieure à celle sur laquelle la force descendante s'applique, l'effet résultant net étant que l'élément 44 est poussé vers

le bas.

Les Figures 3A et 3B illustrent le fait que la surface du piston d'accumulateur en 52 est sensiblement plus grande que la section transversale de l'alésage axial 62. La section de l'alésage 62 est égale à la valeur excédentaire de la surface du piston 52 par rapport à la

surface du piston 56.

Ainsi, la force descendante exercée par la pression hydrostatique du liquide dans le segment de tubage 26 est égale à la pression hydrostatique multipliée par la section d'alésage 62. La force montante est égale à la pression dans l'accumulateur multipliée par la surface du

piston 52.

Etant donné que la surface du piston 52 est sensiblement plus grande que la section de l'alésage 62, la pression dans l'accumulateur agissant sur l'extrémité inférieure du piston:d'accumulateur 56 peut être en conséquence considérablement inférieure à la pression

hydrostatique à laquelle l'extrémité supérieure de l'outil est soumise.

En outre, la pression dans le compartiment 66 s'écoule également par l'alésage radial 68A et l'alésage vertical 74A (Figure 5), l'alésage radial 76A, l'alésage radial 78A, le raccord mâle de circulation 116A, l'alésage chanfreiné 120A, le conduit 124A, l'alésage 178A, la jonction 204A, I'alésage 202A, le raccordement 207A le tuyau souple 206A, l'alésage 210A, l'alésage 250A, dans le compartiment 243 de tige de piston, de mainière à maintenir le piston d'entrainement de broche 236 dans sa position basse comme indiqué dans les Figures 2 et 3H. Le schéma d'écoulement fonctionnel sus mentionné est désigné

collectivement par A dans la partie gauche de la Figure 2.

Il est important que le fluide sous pression dans le compartiment mobile 66 arrive sur l'alésage radial 69B et le conduit 90B de la manière qui sera rendue visible par l'examen de la Figure 5. La pression dans le conduit 90B est transmise par 75B (Figure 14B), 77B, 116B, 120B, 124B, 174B, 176B (ces conduits étant collectivement désignés par B en Figure 2) à l'alésage 178, d'o il s'écoule vers le haut entre l'alésage 178 et la face inférieure du piston d'entrainement 134 de lance pour pousser le vers le haut pour maintenir la tige 164 et la lance 166,etc., dans leurs positions entièrement rentrées. Tous les élements restent par conséquent dans les positions illustrées dans les Figures 3A à 3H et dans les figures 13A à 13D. Etant donné que le rapport de pression d'azote à la pression hydrostatique est tel que l'ensemble de piston à bride reste en position relevée ou rentrée, la pression hydrostatique est utilisée pour maintenir la broche et la lance dans les positions rentrées jusqu'à ce que la pression de pompe s'exerce comme une force additionnelle à la pression hydrostatique pour permettre de déplacer l'ensemble de piston à bride dans la

position basse ou sortie.

Quand on veut commencer une opération de pénétration, la pression dans le segment de tubage 26 est augmentée au delà du point critique nécessaire pour vaincre la pression régnant dans l'accumulateur

d'azote 260.

*26 - 2619154

Les éléments quittent immédiatement les positions représentées dans les Figures 3A à 3H et 13A à 13D pour prendre les positions illustrées dans les Figures 14A à 14E par suite du mouvement descendant de

l'élément à bride 46.

Le mouvement initial de l'élément à bride a pour résultat de déconnecter l'aiésagé radial 68A de la pression régnant dans le compartiement mobile 66, de sorte que le compartiment latéral 243 de piston du cylindre d'entrainement de broche 235 est purgé par l'alésage 250A, le conduit 210A, etc., vers l'intérieur de l'alésage 40 (Figure 14A), d'o il est évacué de l'appareil par la vanne d'arrêt 100 (Figure 3A). Le piston d'entrainement de broche 236 est par suite libre de se déplacer vers le haut pour générer un déplacement de la came 244 et le mouvement résultant de broche vers l'extérieur pour

commencer l'opération de perçage.

Le liquide pressurisé servant à mouvoir le piston 236 circule par la voie B comprenant l'écoulement du compartiment 66 par l'alésage 920, l'alésage 73C, l'alésage 750, l'alésage 770, l'alésage 79C, le raccord mâle de jonction 116C, I'alésage chanfreiné 120C, le conduit 1240, l'alésage 187C, I'accouplement 2040, I'alésage 2020, le couplage 2070, le tuyau flexible 2060, le conduit 2100, et la tige creuse 212, à partir de l'extrémité duquel il décharge dans le compartiment de tête (ou inférieur) 258 du cylindre d'entrainement de broche pour commander immédiatement le mouvement montant du piston 236, de

la tige 238 et de la came 244.

Le mouvement montant de la came 244 entraine le déplacement, par la came, de la broche 171 de sa position rentrée illustrée dans les Figures 130 et 15 vers l'extérieur en position sortie illustrée dans les Figures 14F et 16, ce mouvement provoquant le perçage d'un trou dans le tubage 12, les parties de tubage repoussées comportant seulement les bourrelets F (Figure 16) sans qu'il y ait aucune détachement d'une partie quelconque de l'enveloppe du tubage. Le mouvement de sortie de la broche 171 est accompagnée du mouvement de la buse 169, qui sort ensuite de l'extrémité porteuse de buse pour découper une ouverture dans la terre environnante d'une

manière qui sera exposée.

2 6 1 9 1 5 4

Le mouvement descendant de l'ensemble à bride 44, 48 positionne aussi le compartiment pressurisé 66 dans l'alignement de l'alésage radial 94D (Figure 7), d'o la haute pression se transmet en descendant par l'alésage 74D, l'alésage radial 76D, l'alésage 78D, l'alésage 79D, le raccord de jonction 116D, l'alésage chanfreiné 120D, le conduit 124D, l'alésage 174Det l'alésage radial 180D dans l'alésage 160. Le fluide est laissé libre de s'écouler vers le bas dans l'extrémité supérieure de l'alésage 160, dans l'espace entre l'alésage et la face externe de la tige 136, ainsi que dans.l'espace entre la face externe de la tige intermédiaire 146 et de l'alésage 146 et de l'alésage 160, de sorte que le fluide s'écoule par les alésages radiaux 150 dans le

passage axial 151 (Figure 14C).

Le fluide dans le passage 151 s'écoule vers le bas dans le passage prévu dans l'élément 162 depuis l'extrémité inférieure duquel il entre à l'intérieur de la lance 166 pour commencer l'éjection de liquide à partir de la buse 169 de façon compréhensible. Le flux composé susmentionné dans l'alésage 160 suit le circuit D, comme présenté

dans la partie droite de la Figure 2.

Pendant la pénétration de la lance dans la terre, le liquide et les débris refluent par les bourrelets F et par les fentes 264 pour tomber dans l'espace annulaire entre la fae intérieure du tubage et la face externe

de l'appareil.

Lorsque la pénétration est achevée, la pression de la pompe est suffisamment réduite pour permettre à la pression régnant dans l'accumulateur 260 pour fournir une force suffisante au piston d'accumulateur 52 pour commander le retour de l'élément à bride 44,

48 à la position illustrée en Figures 3A et 3B.

Un tel mouvement entraine l'apport du fluide de service à l'alésage radial 176B (Figure 14C) pour agir sur l'extrémité inférieure du piston 134 afinde rentrer la lance dans les positions illustrées dans les

Figures 3C à 3F.

28 2 6 19154

Le retour de l'élément à bride 44 à la position illustrée en Figure 3A permet également au fluide de s'écouler par le circuit A pour commander le mouvement de descente du piston 236 et de la came 244 pour rentrer la borche 176 dans le logement à sa position de la

Figure 13C.

Le fluide du compartiment 258 du cylindre 235 et dans l'alésage 160 au dessus du piston 162 est évacué par la purge de la vanne d'arrêt

inférieure afin de permettre le mouvement susmentionné.

Le cycle peut être répété plusieurs fois pour réaliser des pénétrations

multiples dans le même site de production.

Consécutivement à l'achèvement de toutes les opérations de pénétration, une tige lestée est descendue dans la colonne de forage pour casser une broche de cisaillement de la vanne de circulation 21 pour de vidanger la colonne du tubage de tous les fluides, afin de réduire l'importance de la force nécessaire pour remonter la colonne et l'appareil de pénétration vers le haut, à partir du tubage du puits, et pour éviter de tirer une "colonne humide", qui inonderait le site du puits. Les éléments 36, 51, 58, 236 sont faits en laiton. Tous les éléments de logement sont fait en aier allié 4140; la broche 171 est faite en acier à outils 505 et les éléments métalliques restants sont en acier inoxydable. Un autre aspect important de l'invention réside dans le fait que les faces de broche 171' et 171" sont perpendiculaires entre elles. Aussi, le rapport du diamètre extérieur de la broche au diamètre intérieur ne devrait pas être inférieur à 2,3 afin d'obtenir une ouverture dans laquelle les bourrelets F du tubage sont repliés sur les côtés opposés

de l'ouverture.

S'il est utilisé un rapport moindre que 2.3, I'alésage central découpera simplement un 'biscuit' qui restera dans l'alésage de la broche et empêchera la sortie de la buse et/ou cassera la broche. Eviter de découper un 'biscuit' dans le tubage est rendu plus certain par le fait que l'intersection du bord extérieur de l'alésage intérieur avec les faces de la broche est une arête arrondie 311, alors que l'intersection du diamètre extérieur 313 est une arête vive. L'arête arrondie 311 aide également au centrage de la lance pour garantir que la lance sera

retirée entièrement à l'intérieur de la broche.

La réalisation préférentielle est suffisamment petite pour permettre son utilisation dans des tubages de 1,4 (4,5 pouces) de diamètre extérieur, le plus petit utilisé dans les puits de pétrole et de gaz. Les dispositifs connus avant le modèle décrit dans le brevet n' 4,640,362 ne

pouvaient être utilisés dans des tubages aussi étroits.

De nombreuses variantes de la réalisation préférentielle se présenteront bien sûr pour ceux versés dans la technique. C'est pourquoi, il doit être compris que l'esprit et l'étendue de l'invention doit

être limité uniquement aux revendications jointes.

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Claims (10)

REVENDICATIONS

1. Pénétrateur de puits du type comportant des moyens d' enveloppe (230), à enveloppes, des moyens d'alimentation en fluide de service dans les dites enveloppes, un élément à broche mobile (171) pouvant être sorti, et ayant une extrémité intérieure et une extrémité extérieure, ladite extrémité extérieure comportant des moyens de découpage de tubage pour découper une ouverture dans un tubage (12), lorsqu'elle est forcée contre un tel tubage (12), des moyens (170) supportant ledit élément de broche pour un déplacement relatif par rapport à ladite enveloppe (230) entre une position rentrée dans laquelle l'extrémité extérieure dudit élement de broche (171) est positionné fondamentalement dans l'intérieur desdits moyens d'enveloppe (230) et une position sortie dans laquelle ladite extrémité extérieure dudit élément de broche (171) positionné à l'extérieur desdits moyens d'enveloppe (230), des moyens de commande électrique de broche (171) montés dans ledit moyen d'enveloppe (230) pour déplacer ledit élément de broche entre ses positions sorties et rentrées, des moyens de tuyaux flexibles haute pression ayant des buses (169) montées à l'une des extrémités mobiles dans ledit élément de broche entre une position rentrée dans laquelle ledit moyen de buses (169) est positionné à l'intérieur dudit élément de broche et une position sortie dans laquelle ledit moyen de buses (169) est positionné à l'extérieur dudit élément de broche pour décharger à l'extérieur un jet haute pression au delà de l'extrémité extérieure dudit élément de broche pour tailler et déblayer le terrain environnant, des dispositifs de commande d'orientation de buse (169) montés dans lesdits moyens d'enveloppe pour mouvoir ladite buse (169) dans sa position sortie et pour mouvoir ladite buse (169 dans sa position rentrée, l'amélioration comportant des moyens de contrôle montés dans lesdits moyens d'enveloppe (230) répondant à l'injection de fluide de service à une pression supérieure à une pression prédeterminée pour commander essentiellement simultanément ledit élément d'entrainement de broche et lesdits moyens de positionnement de buse (169) pour commander essentiellement simultanément la mise en marche du mouvement desdits moyens de broche (171) et de buse (169) de leurs positions

rentrées à leurs positions sorties.

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2. Appareil de la revendication 1 dans lequel ledit moyen de commande en outre comporte des moyens d'alimenter le liquide de service sous pression auxdits moyens de tuyaux flexibles essentiellement de façon simultanée à la commande desdits moyens

d'entrainement de broche (171) de positionnement de buse (1 69).

3. Appareil selon la revendication 2 dans lequelle ledit moyen de commande comporte un cylindre de commande (30), un accumulateur contenant du gaz sous pression monté pour assurer un mouvement alternatif dans un alésage cylindre dudit accumulateur entre une première et une seconde position, le gaz sous pression étant dans ledit accumulateur dans le but de mouvoir le piston d'accumulateur (52) à travers ledit cylindre de commande (30) et une tige d'extension creuse faisant communiquer l'intérieur ouvert de ladite tige de commande avec ladite source de fluide de sorte que la pression du fluide de service exerce une force sur la dite tige de commande opposée à la force exercée par le gaz sous pression dans ledit accumulateur, de sorte que le piston d'accumulateur (52) soit déplacer dans sa seconde position lorsque la source de fluide de service est à une pression égale ou supérieure à une pression critique prédéterminée.

4. Appareil selon la revendication 3 dans lequelle lesdits pistons de commande comportent un piston de commande supérieur, un piston de commande intermédiaire (58) et un piston de commande inférieure et un système d'alésage faisant communiquer ledit intérieur de la dite tige de commande avec un compartiment mobile défini par la face externe de ladite tige de commande, la face dudit cylindre de commande et des faces terminales opposées de deux desdits pistons

de commande.

5. Appareil pénétrateur de puits selon la revendication 1 o lesdits moyens de commande du positionnement de buse comportent une tige allongée reliée à une extrémité dudit dispositif de tuyaux flexibles haute pression et montée dans un cylindre allongé pour assurer un mouvement de va-et-vient, respectivement des premiers et seconds pistons-fixés à la dite tige, des dispositifs pour alimenter sélectivement

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le fluide de service sous pression audit cylindre allongé dans l'espace entre ledit premier et second piston pour appliquer des forces de directions opposées axiales mais inégales sur ledit premier et second piston pour maintenir les partie précitée de ladite tige en tension en commandant un mouvement axial de ladite tige pour entrainer le

mouvement desdits dispositifs de tuyaux flexibles haute pression.

6. Appareil selon la revendication 5 o ledit dispositif de commande, en outre, comporte un système d'alimentation du fluide de service auxdits tuyaux flexibles essentiellement de façon simultanée à la commande dudit moyen d'entrainement de broche et de

positionnement de buse.

7. Appareil selon la revendication 6 o le moyen de commande comporte un cylindre de commande, un accumulateur contenant du gaz sous pression, un piston d'accumulateur monté pour assurer un mouvement de va-et-vient dans un alésage cylindrique dudit accumulateur entre une première et une seconde position, le gaz sous pression dans ledit accumulateur tendant à mouvoir le piston d'accumulateur vers ladite première position, une tige de contrôle ayant un intérieur ouvert et traversant en partant dudit piston d'accumulateur ledit cylindre de commande, une série de pistons de commande montés sur la tige de commande dans ledit cylindre de commande et une tige d'extension creuse faisant communiquer ladite source de fluide de service de sorte que la pression du fluide de service exerce une force sur ladite tige de commande s'opposant à la forcé générée par le gaz sous; ression dans ledit accumulateur de sorte que le piston d'accumulateur soit poussé dans sa seconde position lorsque la source de fluide de service est à une pression égale

ou supérieure à une pression 20)critique prédéterminée.

8. Appareil selon la revendication 7 dans lequelle lesdits pistons de commande comportent un piston de commande supérieur, un piston de commande intermédiaire et un piston de commande inférieure et un système d'alésage faisant communiquer ledit intérieur de la dite tige de commande avec un compartiment mobile défini par la face externe de ladite tige de commande, la face dudit cylindre de commande et des faces terminales opposées de deux desdits pistons

de commande.

9. Pénétrateur de puits du type à enveloppes, avec une source de fluide de service sous pression prévue dans les dites enveloppes, un dispositif de commande sélectif relié à ladite source de fluide de service sous pression, un élément à broche mobile pouvant être sorti, et ayant une extrémité intérieure et une extrémité extérieure pour déplacement entre une position rentrée dans laquelle ledit élément de broche est entièrement enfermé dans lesdits éléments d'enveloppe et une position sortie dans laquelle l'extrémité extérieure dudit élément de broche dépasse à l'extérieur desdits dispositifs d'enveloppe sur une distance suffisante pour découper le tubage dans lequel l'enveloppe est placée, des dispositifs de clavettes montés dans ladite enveloppe pour assurer un mouvement alternatif, des systèmes de faces présentant des cames sur les dits systèmes de clavettes, des engrenages de cames s'engrenant sur les systèmes de faces à cames et reliés audit élément de broche de sorte que le mouvement axial deu système de came à ergot sorte du ou rentre dans ledit élément de broche relativement à l'enveloppe, un dispositif de cylindre hydraulique, un assemblage de piston et de tige monté pour se déplacer dans ledit dispositif de cylindre hydraulique, des dispositifs reliant ledit assemblage de piston et de tige audit sytème de came à ergot et o ladite came à ergot est montée entre ledit cylindre hydraulique et ladite source de fluide de service sous pression, l'amélioration comportant un système de conduits fixés rigidement sur l'extrémité supérieure dudit dispositif de commande et ayant une partie de conduit fixée rigidement dépassant axialement du système de came à ergot de sorte la came à ergot est mobile par rapport au segment inférieur de conduit fixé rigidement qui raccordé en son extrémité la plus basse audit cylindre hydraulique et o ledit dispositif de commande comporte un sytème de raccordement de ladite source de fluide de service sous pression au système de conduits ou autrement pour raccorder lesdits conduits à l'échappement pour commander le mouvement.dudit assemblage de piston et de tige et du

système de came à ergot.

10. Pénétrateur de puits à enveloppe, dans lequel un dispositif d'alimentation de fluide de service situé dans ladite enveloppe, un

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système de tuyaux flexible doté de buses montées à l'une des extrémités du mouvement entre une position rentrée dans laquelle ledit système de buse est positionné à l'intérieur de ladite enveloppe et une position sortie dans laquelle ledit système de buse est positionné à l'extérieur de ladite enveloppe pour éjecter au dehors un jet à haute pression, undit élément de broche destiné à couper le terrain environnant, l'amélioration comportant un dispositif de positionnement de buse monté dans ladite enveloppe pour déplacer ladite buse à l'extérieur dans sa position sortie et consistant en une tige de piston allongée fixée à une des extrémités. dudit dispositif de tuyaux flexibles haute pression et monté dans un cylindre allongé pour permettre un mouvement de va-et-vient, des premiers et seconds pistons séparés fixés sur ladite tige allongée de piston à des endroits espacés axialement sur elle, isolés par un élément de jonction de la tige, un dispositif de sélection d'alimentation en fluide de service sous pression audit cylindre allongé dans l'espace entre le premier et le second pistons séparés pour exercer des forces de direction opposée axialement, mais inégales sur les premier et second pistons pour maintenir la partie de raccordement de ladite tige en tension tout en commandant un mouvement axial de ladite tige pour provoquer un

déplacement dudit dispositif de tuyaux flexibles haute pression.