FR2629130A1 - Appareil et procede pour deplacer axialement un outil de fond dans un puits souterrain - Google Patents

Abstract

L'invention concerne une vanne de sécurité pour fond de puits souterrain. Elle comporte une tête de vanne 102 mobile entre des positions ouverte et fermée sous l'action d'un élément 104 qui est déplacé axialement par un mécanisme entraîné par un moteur électrique. Ce dernier est avantageusement commandé par des batteries de fond de puits et son alimentation est déclenchée de préférence depuis la surface du puits par les ondes électromagnétiques. Un mécanisme de blocage s'enclenche avec l'élément d'accouplement 104 lorsqu'il est dans la position d'ouverture de la vanne, sous l'effet de l'excitation d'une bobine électrique, qui est également commandée sur la surface du puits par des ondes électromagnétiques. Domaine d'application : commande d'outils de fond de puits, tels que des vannes de sécurité, depuis la surface de puits de pétrole, de gaz, etc.

Description

L'invention concerne une soupape ou vanne de sécurité de fond pour un

puits souterrain, et plus particulièrement une vanne de sécurité utilisant un mécanisme électrique, commandé depuis la surface par des ondes électromagnétiques, pour l'ouverture et la fermeture de cette vanne et pour son verrouillage en position ouverte. L'utilisation d'une vanne de sécurité de fond est bien connue dans les puits souterrains de pétrole et de gaz. Une telle vanne, qui peut être du type à opercule ou circulaire, une vanne à boisseau, une vanne à clapet ou une vanne sphérique, est normalement placée en fond de trou pour fermer la lumière du train de tiges menant d'une ou

plusieurs zones de production jusqu'à la surface du puits.

Ces vannes de sécurité sont normalement rappelées vers un état de sécurité en cas de défaillance, c'est-à-dire que des moyens commandés déplacent la vanne vers sa position fermée dès une réduction notable quelconque de la force

d'ouverture appliquée à la structure de la vanne.

Le type le plus courant de vannes de sécurité utilise la pression d'un fluide de commande pour déplacer la vanne vers sa position d'ouverture. Cette pression du fluide de commande est fournie par l'intermédiaire d'un petit conduit de commande qui descend dans le puits avec la colonne de production. Ce conduit est nécessairement sujet à des détériorations durant le processus de descente, ou bien des raccords du conduit peuvent présenter des fuites. Dans tous les cas, la perte d'intégrité du conduit affecte la fermeture immédiate de 1a vanne de sécurité et le puits est placé essentiellement hors fonction jusqu'à ce que l'ensemble du train de tiges ait été retiré du puits et

que les réparations nécessaires aient été effectuées.

Pour compenser les difficultés rencontrées dans l'utilisation d'un conduit à pression de commande,- on a proposé précédemment que la vanne de sécurité de fond soit actionnée de sa position fermée vers sa position ouverte par une bobine de fond qui est alimentée en énergie électrique depuis la surface par une ligne électrique. Le même problème d'une détérioration potentielle de la ligne électrique pendant le processus de descente existe avec cet agencement et, évidemment, toute abrasion de l'isolant de la ligne électrique pendant le processus de descente conduit à un risque de formation de court-circuit dans la ligne électrique, ce qui exige comme précédemment de remonter du puits la totalité du train de tiges pour

effectuer les réparations nécessaires.

Il est souvent nécessaire de descendre des outils dans le conduit de production et la vanne de sécurité et de fond ouverte pour effectuer un traitement de la formation en cours de production. Dans ces conditions, il est très souhaitable que la vanne de sécurité soit verrouillée fermement en position ouverte afin que des variations imprévues de la pression du puits n'amènent pas la vanne de sécurité à tenter de se fermer lorsqu'un câble

ou un conduit de traitement passe à travers cette vanne.

Divers mécanismes de verrouillage à commande mécanique ou par pression de fluide ont donc été proposés pour assurer le blocage d'une vanne de sécurité de fond en position ouverte. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique N 4 579 177 décrit un mécanisme de blocage à commande par bobine pour une vanne de sécurité de fond. Cette bobine est alimentée par une ligne électrique partant de la surface du puits et,

par conséquent, est sujette aux problèmes mentionnés ci-

dessus concernant le maintien de l'intégrité d'une ligne électrique descendue dans un puits souterrain en même temps

que la colonne de production.

On a donc besoin d'une vanne de sécurité placée au-dessous de la surface, pouvant être commandée depuis la surface pour passer d'une position fermée à une position ouverte, et comprenant aussi un mécanisme de blocage, pouvant être commandé depuis la surface du puits et destiné à maintenir sélectivement la vanne de sécurité dans une position ouverte bloquée, sans dépendre de l'utilisation d'un conduit de pression à fluide de commande ou d'une ligne électrique s'étendant de la vanne de sécurité jusqu'à la surface du puits pour assurer le fonctionnement de cette vanne. Au cours des dernières années, on a mis au

point des systèmes pour transmettre des ondes électroma-

gnétiques de fréquence relativement basse à travers le sol ou l'eau en lançant et propageant des ondes magnétiques de polarisation magnétique globalement verticale à travers la zone souterraine intermédiaire, constituée de terre ou d'eau, entre deux antennes dipôles magnétiques (voir, par

exemple, le brevet des Etats-Unis deAmérique N 3 967 201).

Dans la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique N' 730 397, déposée le 3 mai 1985 sous le titre "Improvements in Subsurface Device Actuators", il est décrit un système pour actionner une vanne de sécurité de fond entre des positions d'ouverture et de fermeture en réponse à des ondes électromagnétiques à basse fréquence reçues par une antenne de fond à partir d'une antenne d'émission se trouvant en surface. Un tel appareil comprend une batterie de fond, mais il n'utilise pas la batterie pour. déplacer la vanne de sécurité de sa position fermée à sa position ouverte, opération demandant une grande quantité d'énergie électrique. Par contre, le système décrit dans cette demande fait appel a la pression d'un fluide pour déplacer la vanne de sécurité d'une position de fermeture dans laquelle elle est rappelée par un ressort

vers une position d'ouverture.

Cependant, il est décrit dans la demande précitée une batterie de fond et une bobine de verrouillage excitée sélectivement par cette batterie en réponse à des signaux d'ondes électromagnétiques générés par un émetteur de surface. L'excitation de la bobine provoque la manoeuvre d'un mécanisme de verrouillage pour bloquer la vanne de sécurité dans sa position ouverte. Par conséquent, bien que certains des inconvénients des systèmes de l'art antérieur décrits précédemment aient été éliminés, la construction décrite dans la demande précitée exige encore l'utilisation de la pression d'un fluide pour déplacer la vanne de

sécurité vers une position ouverte.

L'invention propose une vanne de sécurité de fond placée dans un puits souterrain, qui comporte un actionneur pouvant être déplacé axialement par un mécanisme

d'entrainement actionné par un moteur électrique, entre des.

positions d'ouverture et de fermeture de la vanne de sécurité. Cette dernière comprend l'un quelconque des types bien connus, à savoir une vanne circulaire, une vanne à boisseau, une vanne à clapet ou une vanne sphérique, la seule exigence étant que cette vanne puisse être ouverte

par un mouvement axial d'un actionneur. Le moteur électri-

que destiné à déplacer axialement l'actionneur est alimenté par une batterie de fond et l'alimentation du moteur pour qu'il tourne dans un sens ou dans l'autre est commandée sélectivement par des signaux d'ondes électromagnétiques

générés à la surface du puits.

De plus, l'invention propose un mécanisme de verrouillage destiné à verrouiller la vanne de sécurité dans sa position ouverte. Un tel mécanisme de verrouillage

est actionné.par l'excitation d'une bobine par la batterie.

Comme précédemment, l'excitation sélective de la bobine est, commandée par des ondes électromagnétiques émises depuis la

surface du puits.

De plus, l'appareil de l'invention utilise avantageusement des moyens de sécurité intrinsèques pour ramener la vanne de sécurité de sa position ouverte à sa position fermée, éliminant ainsi tout appel de courant appliqué à la batterie pour réaliser la course de fermeture

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de la vanne. La seule énergie demandée pour maintenir la vanne dans sa position ouverte verrouilée est celle appelée par la bobine, qui est minimale du fait que l'armature de la bobine doit seulement retenir un manchon de retenue de verrouillage de poids relativement faible en prise avec des bras d'une douille de serrage qui sont enclenchés de façon verrouillée avec l'actionneur pour la vanne de sécurité. La nécessité de fournir un courant élevé continu pour maintenir la vanne de sécurité en position ouverte est donc

éliminée.

Enfin, un mécanisme d'égalisation de pression est prévu pour la vanne de sécurité qui est actionné par le mouvement axial initial de l'actionneur à partir de sa

position de fermeture.

Par conséquent, le procédé et l'appareil de l'invention offrent une vanne de sécurité de fond pouvant être commodément commandée, qui peut être sélectivement ouverte ou fermée par des ondes électromagnétiques transmises depuis la surface du puits, et qui élimine la nécessité de faire descendre soit des conduits de fluide de

commande, soit des fils électriques dans le puits unique-

ment pour commander la manoeuvre de la vanne de sécurité.

L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif, sur lesquels:

- la figure 1 est une coupe verticale schémati-

que d'une vanne de sécurité selon -l'invention représentée dans sa position installée dans un conduit de production d'un puits souterrain; les figures 2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F, 2G, 2H, 2I, 2J, 2K et 2L constituent ensemble une vue en coupe verticale schématique illustrant la construction détaillée d'une vanne de sécurité selon l'invention installée dans un puits souterrain, les éléments de la vanne de sécurité étant représentés dans leur position fermée; - les figures 3A, 3B, 3C, 3D, 3E, 3F, 3G, 3H, 3I, 3J, 3K et 3L sont des vues respectivement similaires à celles des figures 2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F, 2G, 2H, 2I, 2J, 2K et 2L, mais montrant les éléments de la vanne de sécurité dans leur position ouverte et verrouillée; - la figure 4 est un schéma fonctionnel simplifié du circuit de commande de la vanne de sécurité selon l'invention;

- la figure 5A est une vue en coupe lon-

gitudinale d'une vanne de sécurité selon l'invention comprenant un dispositif d'égalisation de pression, la vanne étant dans sa position fermée; et la figure 5B est une vue analogue à celle de la figure 5A, la vanne étant représentée dans sa position

ouverte.

En référence d'abord à la vue schématique de la figure 1, un boîtier 10 pour une vanne de sécurité selon l'invention est représenté installé. dans l'extrémité inférieure d'une colonne 2 de production qui est descendue dans un cuvelage 1 de puits. L'espace annulaire la entre la colonne 2 de production et le cuvelage 1 du puits est fermé de façon étanche par un obturateur annulaire ou packer classique 3. Le boîtier 10 de la yanne de sécurité peut être suspendu dans l'extrémité inférieure de la colonne 2 de production par un type quelconque de mécanisme classique d'enclenchement qui coopère avec un évidement intérieur

2a formé dans la colonne 2 de production.

Le boîtier 10 de la vanne de sécurité comprend un mécanisme 11 de vanne de sécurité, un boitier 12 de batterie et un bloc électronique convertisseur de signaux 13. Un boîtier 15 d'antenne est relié de façon flexible à l'extrémité inférieure du boîtier 10 de la vanne de sécurité par un raccord flexible classique 14 et loge une - antenne 16. Le boîtier 15 d'antenne est maintenu dans une position fixe, en alignement sur l'axe du cuvelage 1, par deux ensembles ou dispositifs 17 de stabilisation montés chacun respectivement a une extrémité du boîtier 15 d'antenne. Comme on peut mieux le voir sur le schéma fonctionnel simplifié de la figure 4, un émetteur 18 d'ondes électromagnétiques, monté en surface, émet un signal électromagnétique vers le bas & travers la terre, lequel signal est reçu par l'antenne 16 et appliqué à un bloc récepteur électronique 13. L'émetteur 18 et l'antenne réceptrice 16 peuvent être du type décrit dans la demande N 730 397 précitée. Le bloc électronique 13 reçoit et amplifie le signal reçu et l'applique à une unité centrale de traitement 6. Ce processeur 6 commande lui-même l'alimentation en énergie, à partir des batteries se trouvant dans le boîtier 12, d'un moteur 30 destiné à effectuer le déplacement d'un actionneur 20 de la vanne de sécurité entre des positions ouverte et fermée. De plus, le bloc processeur 6, en réponse à un second signal porté par les ondes électromagnétiques générées par l'émetteur 18, applique sélectivement de l'énergie à un verrou 40 à bobine (décrit ci-après) pour effectuer sélectivement le blocage

de la vanne 11l de sécurité dans une position ouverte.

On décrira à présent le mécanisme détaillé constituant l'appareil de l'invention en référence aux

figures 2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F, 2G, 2H, 2I, 2J, 2K et 2L.

En référence en particulier aux figures 2A et 2B, le boîtier 10 de la vanne de sécurité est fixé dans l'extrémité inférieure d'une colonne 2 de production par un mécanisme classique 5 d'enclenchement comprenant un corps tubulaire 50 d'enclenchement dans lequel sont montés plusieurs cliquets 52 d'enclenchement, mobiles radialement,

espacés circonférentiellement, qui sont maintenus respec-

tivement en prise avec un évidement intérieur 2a de la colonne 2 de production par un manchon 54 actionné par un câble. Lorsque le mécanisme 5 d'enclenchement est en prise, le manchon 54 est fixé au corps 50 par un anneau 56 de blocage du type en C. De plus, un joint extérieur 58 d'étanchéité est prévu sur les parties inférieures du mécanisme d'enclenchement pour établir un contact étanche avec la lumière 2b de la colonne 2 de production. Etant donné que le mécanisme 5 d'enclenchement est totalement classique, il ne semble pas nécessaire de le décrire plus

en détail.

Le mécanisme 5 d'enclenchement comporte, à son extrémité inférieure, des filets extérieurs 59 qui sont respectivement en prise avec des filets intérieurs prevus sur un raccord 212 de connexion. Ce raccord 212 présente des filets extérieurs 214 qui sont en prise vissée avec des filets intérieurs formés sur un manchon 220 de retenue d'un joint d'étanchéité. Le manchon 220 retient un élément annulaire non élastomérique 216 d'étanchéité entre un épaulement 222, tourné vers le haut, formé sur le manchon 220 de retenue, et un épaulement 213, tourné vers le bas,

formé sur le raccord 212 de connexion.

Une tête conique 102 de vanne, faisant partie d'un bloc vanne 100 du type à opercule, porte de façon étanche contre l'élément d'étanchéité non élastomérique 216 pour fermer l'alésage du mécanisme 5 d'enclenchement,

fermant ainsi la lumière 5a de la colonne de production 2.

La tête conique 102 de vanne est fixée par des filets intérieurs 103 à l'extrémité supérieure d'un actionneur 104 analogue à une barre, et l'actionneur 104 est rappelé par un ressort 226 (figure 2C) vers la position fermée de la tête de vanne 102 par rapport au joint annulaire 216 d'étanchéité, comme décrit plus en détail ci-après. Une vis de blocage fixe la prise vissée entre la tête de vanne 102 et la tige 104 de l'actionneur. Au-dessous du joint annulaire 216 d'étanchéité, le manchon 220 de retenue du joint présente plusieurs orifices radiaux et inclinés 223, espacés circonférentiellement, qui établissent une communication libre entre l'espace annulaire la du tube de la colonne et l'alésage 5a du mécanisme 5 d'enclenchement lorsque la tête de vanne 102 est déplacée vers le bas vers

sa position d'ouverture, comme montré sur la figure 3B.

L'extrémité inférieure du manchon 220 de retenue du joint présente des filets intérieurs 218 qui sont fixés à un boîtier tubulaire 230 de ressort et immobilisés par une vis 219 de blocage. A son extrémité inférieure, le boîtier 230 de ressort comporte un anneau 232 de retenue du type en C (figure 2C) qui, lui-même, fixe en position une-bague annulaire 234 de butée pour supporter l'extrémité inférieure d'un ressort puissant 226. La bague 234 de butée présente plusieurs ouvertures 235 s'étendant axialement afin de permettre un écoulement libre de fluides jusque dans la chambre annulaire 238 définie entre la paroi intérieure du boîtier 230 de ressort et la surface cylindrique extérieure de la tige d'actionneur 104. Un siège annulaire supérieur 106 de ressort bute contre un épaulement 105, tourné vers le bas, prévu sur la surface extérieure de la tige d'actionneur 104. L'extrémité supérieure du ressort puissant 226 porte contre le siège 106 de ressort qui présente plusieurs ouvertures 108 s'étendant axialement afin de permettre un écoulement libre

de fluides à partir de la chambre 238 de ressort.

Une structure intérieure classique 225 de palier et de joint d'étanchéité est montée sur l'extrémité supérieure du boîtier 230 de ressort en étant placée entre un épaulement 231, tourné vers le haut, prévu sur la surface intérieure du boîtier 250 de ressort et la surface extrême tournée vers le bas d'un obturateur annulaire 233 qui est fixé à des filets extérieurs 235 formés sur la

surface intérieure supérieure du boîtier 230 de ressort.

Par conséquent, la tige d'actionneur 104 du bloc vanne 100 est montée de façon coulissante et étanche dans l'outil pour effectuer-des mouvements axiaux par rapport au siège annulaire 216 de vanne et elle est maintenue dans une position fermée, à sécurité intrinsèque, par le puissant

ressort 226.

Le boîtier 230 de ressort présente en outre, à son extrémité inférieure, deux jeux de filets extérieurs 237 et 239 (figure 2C). Les filets extérieurs 237 coopèrent

avec des filets intérieurs formés sur l'extrémité supé-

rieure d'un corps ou boitier principal 250 et l'étanchéité est assurée entre eux par une bague 241. Les filets extérieurs 239 coopèrent avec les filets intérieurs prévus sur l'extrémité supérieure d'un manchon 240 de montage d'un moteur. Le manchon 240 s'étend vers le bas sur une

distance importante et supporte, à son extrémité in-

férieure, comme montré sur la figure 2E, un moteur électrique réversible submersible pas à pas 260 qui n'est représenté que schématiquement. Le moteur 260 comporte une bride 261 de montage faisant saillie vers l'extérieur, qui est fixée au manchon 240 de montage du moteur par plusieurs

boulons 242 disposés radialement et espacés circonféren-

tiellement. L'arbre 262 de sortie du moteur pas à pas 260 est relié à l'arbre d'entrée 272 d'un réducteur classique 270 à engrenages qui comporte une bride 273 de montage s'étendant circonférentiellement, par laquelle' il est fixé au manchon 240 de montage du moteur au moyen de plusieurs

boulons 244 espacés circonférentiellement. Comme précédem-

ment, il s'agit du dispositif classique qui n'est repré-

senté que schématiquement.

L'arbre 274 de sortie du réducteur à engrenages

- 270 est relié par un manchon 275 d'accouplement à l'ex-

trémité inférieure d'un élément à vis 280, s'étendant axialement, fileté extérieurement. Un bloc classique 276 à billes ou rouleaux supporte la vis 280 afin qu'elle puisse tourner et le bloc de palier 276 est fixé au manchon 240 de montage du moteur par plusieurs boulons 246 espacés circonférentiellement. Les filets extérieurs 282 situés sur la vis 280 coopèrent de manière classique avec des filets, ou avantageusement des billes, prévus dans un bloc à écrou à billes 290. Par conséquent, une rotation de la vis 280

produit un déplacement axial du bloc écrou à billes 290.

Un manchon 292 de guidage est fixé à l'ex-

trémité supérieure du bloc écrou à billes 290 par des filets 291. Le manchon 292 de guidage comporte une partie 293, épaissie radialement, à l'intérieur de laquelle une ou plusieurs clavettes 294 sont montées dans un évidement convenable 295. Les clavettes 294 font saillie radialement vers l'extérieur dans une fente verticale 243 prévue dans

la paroi du manchon 240 de montage du moteur. Par consé-

quent, l'écrou 290 à billes est fixe de façon à ne pas pouvoir tourner et il se déplace donc axialement lorsque la

vis 280 est mise en rotation par le moteur 260.

L'extrém'ité supérieure du manchon d'actionne-

ment 292 commande des filets intérieurs 296 qui sont en prise avec des filets extérieurs prévus sur le tronçon de tige inférieur 112 d'une douille 110 de transmission de force. L'extrémité supérieure 113 de la douille 112 est de configuration tubulaire et comporte plusieurs bras flexibles 114 espacés circonférentiellement, se terminant chacun par une tête 116 élargie vers l'intérieur (figure 2C). Les têtes 116 sont normalement disposées au-dessous d'une nervure extérieure 120 de blocage formée sur la surface extérieure de la tige d'actionnement 104 lorsque cette tige est dans la position fermée de la vanne, comme montré sur la figure 2C. Un mouvement de montée de la douille 110 provoque l'entrée en contact des têtes 116 de la douille avec les nervures 120 de blocage et permet donc à la tige 104 d'actionnement d'être tirée vers le bas par un mouvement descendant de la douille 110, lequel mouvement est produit par le manchon d'actionnement 292, comme montré

sur la figure 3D.

Une bobine électrique 130, pouvant être

immergée dans des fluides, est montée immédiatement au-

dessus de l'extrémité supérieure du manchon d'actionnement 292. Cette bobine n'est représentée que schématiquement et comporte une armature annulaire ferromagnétique 132 qui comporte une partie 134 formant un manchon s'étendant vers le haut et présentant des filets intérieurs 136. Un manchon 140 de verrouillage présente des filets extérieurs formés sur son extrémité inférieure et coopérant avec des filets intérieurs 136 et il définit un siège 143 de ressort, tourné vers le bas et faisant saillie vers l'intérieur. Un ressort 150 de compression, relativement faible, est comprimé entre le siège 143 et un épaulement inférieur 115 prévu sur la douille 110. Par conséquent, le manchon 140 de blocage et l'armature 132 sont rappelés vers une position haute par rapport à la bobine 130. Lorsque la bobine 130 est excitée, l'armature 132 est déplacée vers le bas jusqu'à ce qu'elle porte contre l'extrémité supérieure de cette bobine, et ce mouvement axial vers le bas du manchon de verrouillage déplace une tête 142 de verrouillage (2C), fixée à l'extrémité supérieure du manchon 140,

jusqu'à ce qu'elle entre en butée avec les parois ex-

térieures des bras 114 de la douille, fixant ainsi les têtes 116 de blocage de la douille en prise avec la nervure de blocage prévue sur la tige d'actionnement 104. Ceci suppose évidemment que le moteur électrique 260 a été alimenté pour tourner d'abord dans un sens élevant les têtes 116 de verrouillage de la douille jusqu'à une position située au-dessus de la nervure 120 de blocage sur la tige d'actionneur 104. On notera qu'une bague 107 d'arrêt est fixée sur la périphérie extérieure de la tige d'actionneur 104 par des tiges 109 de blocage afin de

limiter le mouvement de montée de la douille 110 d'action-

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nement. Il convient également de noter que la bobine 130 se déplace vers le haut avec la douille 110, n'affectant donc pas la position du manchon 140 de verrouillage par rapport aux têtes 116 de blocage de la douille avant que la bobine 130 soit excitée. Le fonctionnement de cette partie du mécanisme 11 de la vanne de sécurité, décrite précédemment, apparaît aisément. En supposant que la vanne de sécurité est dans sa position fermée normale, le moteur électrique 260 est alimenté à partir d'une source convenable d'énergie électrique, de préférence une batterie de fond de trou, comme décrit ci-après, de manière à déplacer la douille 110 vers le haut et à placer ainsi les têtes 116 de blocage de la douille audessus de la nervure. 120 de blocage formée sur la tige d'actionneur 104. Lorsque le moteur s'arrête en calant sous l'effet de l'entrée en contact du manchon de

verrouillage avec la bague 107 d'arrêt, un signal électri-

que est généré et provoque la coupure de l'alimentation du moteur électrique 260. Le moteur électrique 260 est ensuite alimenté de façon à tourner en sens opposé, ce qui fait descendre la douille 110 et provoque l'entrée en contact des têtes 107 de verrouillage avec la nervure 120 de blocage située sur la tige d'actionneur 104. Simultanément, la bobine 130 est excitée, faisant ainsi descendre l'armature ferromagnétique 132 et provoquant un déplacement descendant du manchon de verrouillage 140 par rapport à la douille 110 pour amener la tête 142 de verrouillage en contact de butée avec les têtes 116 de blocage de la douille, ce qui fixe les têtes de- blocage sur la tige d'actionneur 104 et assure que cette tige d'actionneur 104 est déplacée vers le bas jusqu'à la position d'ouverture montrée sur la figure 3D. L'alimentation du moteur électrique 260 peut être coupée sans que ceci affecte la position de la tige d'actionneur 104, car celle-ci est bloquée en position par le manchon 140 de blocage. Ensuite, la désexcitation de la bobine 130 permet à l'armature 132 d'être déplacée vers le haut par le ressort 150 et ceci a pour effet d'éloigner la tête 142 de verrouillage de son contact en butée avec les têtes 116 de blocage de la douille, permettant à ces têtes de blocage de se libérer de la nervure 120 de blocage située sur la tige d'actionneur 104 et permettant donc à cette tige d'actionneur 104 d'être entraînee vers le haut par le puissant ressort 226 pour ramener la tête de vanne 102 vers sa position de

fermeture étanche par rapport au joint annulaire 216.

Dans la forme préférée de réalisation de l'invention, l'alimentation et la coupure de l'alimentation du moteur électrique 260 et de la bobine de verrouillage sont commandée respectivement par des signaux d'ondes électromagnétiques émis à partir d'un émetteur de surface et reçus par l'antenne 16 de fond de trou. Les figures 2E, 2F, 2G, 2H, 2I, 2J, 2K et 2L représentent l'appareil préféré pour effectuer l'alimentation et la commande de'ces éléments électriques du fond de trou. Pour minimiser le frottement et pour assurer un environnement non corrosif, le moteur 260, la boite d'engrenages 270, la vis 280 à écrou à billes, l'écrou à billes 290 et la totalité de la structure d'actionnement de la vanne décrite cidessus, jusqu'au dispositif 225 d'étanchéité (figure 2B), sont avantageusement entourées d'une huile appropriée possédant

à la fois les propriétés de lubrification et d'isolation.

Un joint d'étanchéité 256 (figure 2F) situé au bas du corps principal 250 et un joint d'étanchéité 241 (figure 2C) situé en haut du corps principal 250 coopèrent avec l'ensemble d'étanchéité 225 pour former une chambre pour cette huile, laquelle peut être introduite au moyen d'un trou qui est ensuite bouché (non représenté). Cette huile subit une dilatation importante sous l'effet de la variation de température se produisant lors de la descente du mécanisme dans le puits. C'est la raison pour laquelle un cylindre 300 de compensation de pression (figure 2E) est

monté dans l'extrémité inférieure du corps principal 250.

Le cylindre 300 comporte un chapeau d'extrémité supérieur 302 qui lui est fixé par des filets 303 et qui est traversé de plusieurs trous axiaux 304 afin de permettre au fluide lubrifiant de pénétrer librement à l'intérieur de ce cylindre 300 d'égalisation de pression. Un piston classique 306 estmonté de façon pivotante et étanche dans l'alésage du cylindre 300 de compensation de pression. Un tuyau 310 (figure 2F) est fixé de façon étanche à l'extrémité inférieure du cylindre 300 et communique avec un alésage 322 ménagé dans un raccord 320 de connexion, lequel alésage s'étend jusqu'à l'espace annulaire la de la colonne. Etant donné que le raccord 320 de connexion est fixé par vissage à des filets intérieurs 254 prévus dans l'extrémité inférieure du corps principal 250 et que l'étanchéité de la liaison vissée est assurée par un joint 256, il apparaît

que toute élévation de la pression des fluides à l'inté-

rieur de l'espace défini par le corps principal 250 a pour résultat un déplacement vers le bas du piston 306 de compensation de pression et que la pression est déchargée par une évacuation des fluides du puits audessous du piston 306, par l'intermédiaire du conduit 322, vers

l'espace annulaire de la colonne.

Un mécanisme fileté et étanche classique 330 de connexion est prévu entre l'extrémité inférieure du raccord 320 de connexion et l'extrémité supérieure d'un module tubulaire 340 de batteries. Les batteries ne sont pas

représentées sur les dessins.

L'extrémité inférieure du module 340 de batteries est reliée de façon vissée et étanche, par un mécanisme classique 350 de connexion, à l'extrémité supérieure d'un module électronique 360 qui contient le récepteur, le processeur central, le dispositif de commande du moteur et le dispositif amplificateur et d'attaque, représentés fonctionnellement dans le schéma de circuit de

la figure 4.

L'extrémité inférieure du module électronique 360 comporte un chapeau d'extrémité 362 et ce chapeau d'extrémité est relié par un raccord flexible ou'universel classique 370 à l'extrémité supérieure d'un boîtier 402

faisant partie d'un bloc ou dispositif stabilisateur 400.

Ce dispositif stabilisateur 400 est représenté et décrit en détail dans la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique N Dans la position de descente du dispositif stabilisateur 400, plusieurs mécanismes articulés 406, expansibles radialement et espacés circonférentiellement, sont prévus sur un boîtier 402. Chaque mécanisme articulé 406 porte deux galets anti-friction 404, espacés axialement, qui sont maintenus dans une position rétractée radialement, comme montré sur la figure 2H, pendant la descente. Ce mécanisme articulé est expansé vers une position d'expansion radiale par la fusion d'une goupille fusible 408 qui peut fondre lorsqu'elle est exposée à des températures existant à la profondeur d'insertion de la soupape 10 de sécurité dans le puits. Lorsque la goupille 408 fond, les galets 404 se déplacent vers l'extérieur jusqu'à une position d'expansion radiale sous la force. d'un ressort 410 et,ils portent contre la paroi de la lumière du cuvelage 1 de puits, comme

montré sur la figure 3H.

L'extrémité inférieure du boîtier stabilisateur 402 est fixée par vissage et de façon étanche, au moyen d'un mécanisme classique 450 de connexion, à l'extrémité supérieure d'un module d'antenne tubulaire 500 dans lequel

une antenne dipôle 16 (figure 4) est montée classiquement.

L'extrémité inférieure du module d'antenne 500 est reliée de façon vissée et étanche à l'extrémité supérieure d'un second dispositif stabilisateur 400 qui est identique au dispositif stabilisateur supérieur 400 décrit précédemment. Par conséquent, lorsque les dispositifs stabilisateurs ont été expansés radialement, les deux extrémités du module d'antenne 500 sont maintenues dans une position rigide, exactement concentrique à l'axe du conduit 1 de puits. Grâce à l'utilisation des deux dispositifs stabilisateurs 400, espacés axialement, on s'assure ainsi que les variations de la vitesse des fluides passant sur la' surface extérieure du module d'antenne 500 n'engendrent aucune forme quelconque de vibration de ce module, ce qui élimine la possibilité de la génération de signaux parasites qui interféreraient avec des signaux de commande transmis à l'antenne 16 depuis un émetteur 18 de surface,

comme montré par le schéma de circuit de la figure 4.

En référence à présent. à la figure 5, celle-ci montre une vanne de sécurité modifiée conformément à l'invention, qui présente une caractéristique d'égalisation de pression. L'homme de l'art reconnaîtra qu'il est

souhaitable que les pressions des fluides existant au-

dessus et au-dessous de la tête de vanne soient égalisées avant que l'on procède à un mouvement axial de la tête de vanne par rapport au joint annulaire. Sur la figure 5, o des références numériques similaires désignent des pièces similaires à celles décrites précédemment, la tête conique 500 de vanne n'est pas reliée directement à la tige d'actionnement 104 comme dans la forme de réalisation décrite précédemment. Par contre, la connexion de la tête D0 de vanne est effectuée par l'intermédiaire d'une

liaison à chemin perdu.

Ainsi, un manchon 510 de connexion à chemin perdu est fixé par vissage aux filets 103 situés sur l'extrémité supérieure de la tige d'actionneur 104. Le manchon 510 de connexion ou de liaison à chemin perdu est réalisé d'une seule pièce, à son extrémité supérieure, avec une nervure 512 faisant saillie vers l'intérieur, qui peut porter contre une nervure extérieure 522 formée sur un obturateur de vanne 520 qui, dans la position fermée de la tête de vanne 500, ferme un petit alésage central 501 formé dans cette tête de vanne. L'obturateur 520 de vanne est rappelé vers une position de fermeture par un ressort 530 de compression qui est comprimé entre l'obturateur de vanne

520 et l'extrémité supérieure de la tige d'actionneur 104.

Le manchon 510 de connexion à chemin perdu présente une nervuré extérieure 514 qui, après un mouvement limité de descente de la tige d'actionneur 104, suffisant pour retirer l'obturateur 520 de l'alésage 500 de la tête de vanne 500, porte contre un épaulement 542 faisant saillie vers l'intérieur et formé sur l'extrémité inférieure d'un manchon 540 qui est fixé à des filets extérieurs 502 formés sur la partie inférieure de la tête de la vanne 500. De plus, la tête de vanne 500 présente un ou plusieurs passages radiaux 526 qui établissent une communication de fluide entre l'alésage 501 de la tête de vanne et l'espace annulaire la de la colonne par l'intermédiaire des passages

radiaux inclinés 223.

L'homme de l'art comprendra aisément le fonctionnement de cette vatiante de l'invention. Dans la position fermée de la vanne illustrée sur la figure 5A, l'alésage 501 de la tête de vanne 500 est fermé par l'obturateur 520 qui est rappelé dans sa position fermée par un ressort 530 de compression. Le mouvement de descente initial de la tige d'actionneur 104 tire vers le bas l'obturateur 520 de vanne par l'intermédiaire du manchon 510 à chemin perdu afin d'ouvrir l'alésage 501 pour que les fluides s'écoulent vers l'espace annulaire de la colonne,

ce qui égalise les pressions de fluide au-dessus et au-

dessous de la tête de vanne 500 avant que cette dernière se soit déplacée à partir de sa position de contact étanche avec la bague annulaire 216 d'étanchéité. La poursuite du mouvement de descente de la tige d'actionnement 104 amène l'épaulement extérieur 514 situé sur le manchon de connexion 510 en contact avec l'épaulement 542 faisant saillie vers l'intérieur sur le manchon 540 et provoque un mouvement de descente de la tête de vanne 500, achevant ainsi l'ouverture de la lumière de la colonne pour une communication avec l'espace annulaire du cuvelage, comme

montré sur la figure 5B.

L'homme de l'art appréciera également, d'après

la description précédente, que l'invention propose un

mécanisme inédit pour commander le déplacement d'un vanne de sécurité, rappelée par ressort vers une position fermée,

jusqu'à une position ouverte au moyen d'un moteur électri-

que de fond de trou alimenté par des batteries de fond.

L'invention propose aussi un mécanisme de verrouillage commande par bobine destiné à bloquer la vanne de sécurité en position ouverte, ce qui élimine les appels de courant imposés aux batteries, sauf ceux nécessaires pour maintenir le verrou commandé par bobine dans sa position de prise de la douille. L'appel de courant adresse aux batteries de

fond est donc notablement réduit.

Il apparaît également aisément qu'une source d'énergie électrique se trouvant en surface peut être utilisée pour assurer l'alimentation et la coupure de l'alimentation du moteur de fond et de la bobine de verrouillage, et que l'invention n'entend pas être limitée à une utilisation avec la batterie de fond en tant que

source d'énergie.

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

sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (16)

REVENDICATIONS

1. Appareil pour déplacer un outil (11) de fond monté de façon à pouvoir être déplacé axialement dans un conduit (1) de puits souterrain entre une position initiale et une seconde position, caractérisé en ce qu'il comporte un actionneur (104) s'étendant axialement, relié, par une

première extrémité, à l'outil de fond, des moyens élasti-

ques (226). s'opposant à un mouvement axial de l'actionneur dans le sens s'éloignant de ladite position initiale, des moyens périphériques de butée (120) sur l'actionneur, des moyens de déplacement (110) disposés à proximité immédiate de l'actionneur, un élément (292) de transmission de force axiale en prise active avec les moyens de déplacement, des moyens (243, 294) de montage de l'élément de transmission de force afin qu'il puisse effectuer un mouvement axial par rapport au conduit, mais sans pouvoir tourner, un moteur électrique (160) monté fixement dans le conduit, et des moyens vissés (280, 282, 290) pouvant être mis en rotation par le moteur électrique et en prise vissée avec l'élément de transmission de force afin de déplacer axialement lesdits moyens de déplacement et l'actionneur dans le sens auquel s'opposent lesdits moyens élastiques et à placer

ainsi l'outil de fond dans la seconde position.

2. Appareil selon la revendication 1, carac-

térisé en ce qu'il comporte en outre un manchon (140) de verrouillage mobile axialement par rapport au conduit de puits et présentant des surfaces de verrouillage (142) mobiles vers une position en contact avec les moyens de déplacement afin de les retenir en position bloquée, des moyens électromagnétiques (130) destinés à déplacer axialement ledit manchon de verrouillage d'une position éloignée par rapport au moyen de déplacement vers ladite position de retenue des moyens de déplacement en position bloquée, et un circuit de commande pouvant être activé depuis l'extérieur de l'appareil et destiné à commander le sens et l'amplitude de la rotation du moteur électrique et

l'excitation et la désexcitation des moyens à électro-

aimants, afin que l'outil de fond soit déplacé par le moteur électrique vers ladite seconde position par une excitation des moyens à électroaimants et qu'il soit ramené par lesdits moyens élastiques vers ladite position initiale à la suite d'une désexcitation desdits moyens à électroaimant.

3. Appareil selon la revendication 2, carac-

térisé en ce qu'il comporte en outre un corps tubulaire

(250) renfermant de façon étanche les moyens de déplace-

ment, l'élément de transmission de forces axiales, le manchon de verrouillage, les moyens électromagnétiques, le moteur électrique et les moyens vissés, l'appareil comportant en outre des moyens permettant de remplir le

corps d'un fluide lubrifiant.

4. Procéde pour déplacer axialement un outil (11) de fond dans un puits souterrain, d'une position initiale vers une seconde position contre la force de rappel d'un ressort (226), caractérisé en ce qu'il consiste à déplacer axialement l'outil de fond vers la seconde position au moyen d'un mécanisme de transmission (270) entraîné par le moteur électrique (160), à fournir de l'énergie au moteur électrique à partir d'une batterie (12) de fond, à verrouiller l'outil de fond dans la seconde position au moyen d'un verrou (40) pouvant être déplacé par une bobine qui est excitée par la batterie de fond, afin que l'outil reste dans la seconde position sans que le

moteur électrique soit alimenté, et à commander sélective-

ment l'alimentation du moteur électrique et de la bobine au moyen de signaux d'ondes électromagnétiques transmis à

travers la terre.

5. Procédé selon la revendication 1, carac-

térisé en ce que l'outil de fond est une vanne (11) possédant une position initiale fermée et une seconde

26 2 9 1 3 0

position ouverte.

6. Appareil pour déplacer un outil (11) de fond monté de façon à pouvoir être déplacé axialement dans un conduit (1) de puits souterrain entre une position initiale et une seconde position, caractérisé en ce qu'il comporte un actionneur (104) s'étendant axialement, relié par une première extrémité d'outil de fond, des moyens élastiques (226) s'opposant à un mouvement axial de l'actionneur dans le sens s'éloignant de la position initiale, un moyen de butée périphérique (120) situé sur l'actionneur, une douille (110) comportant une partie annulaire (113) et

plusieurs bras élastiques (114), espacés circonférentielle-

ment, disposés à proximité immédiate de l'actionneur, les bras de la douille comportant des têtes élargies (116) pouvant porter contre le moyen de butée périphérique afin de communiquer une force axiale à l'actionneur pour déplacer axialement l'outil dans le sens auquel s'oppose lesdits moyens élastiques, un élément (292) de transmission de forces axiales fixé à la partie annulaire de la douille,

des moyens (243, 294) de montage de l'élément de transmis-

sion de force afin qu'il puisse se déplacer axialement par rapport audit conduit, sans pouvoir tourner, un moteur électrique (160) monté fixement dans le conduit et des moyens vissés (280, 282, 290) pouvant être mis en rotation par le moteur électrique et pouvant réaliser une prise par vissage avec l'élément de transmission de force afin de déplacer axialement la douille et l'actionneur dans le sens auquel s'opposent lesdits moyens élastiques et à placer

ainsi l'outil de fond dans la seconde position.

7. Appareil selon l'une des revendications 1 et

6, caractérisé en ce que l'outil de fond comprend une vanne (11) possédant une position ouverte et une position fermée par rapport à la lumière du conduit de puits, les moyens élastiques s'opposant à un mouvement de ladite vanne à

partir de ladite position fermée.

8. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un manchon (140) de verrouillage mobile axialement par rapport au conduit de puits et présentant des surfaces (142) de blocage mobiles vers une position en contact avec les têtes élargies de la douille pour retenir lesdites têtes de la douille en contact bloqué avec le moyen de butée périphérique, des

moyens a électro-aimant (130) destinés & déplacer axiale-

ment le manchon de verrouillage d'une position éloignée.par rapport aux têtes de la douille jusqu'à ladite position de retenue des têtes de la douille en contact bloqué avec la butée périphérique, et un circuit de commande pouvant être activé depuis la surface du puits et destiné à commander le sens et l'amplitude de la rotation du moteur électrique et

l'excitation et la désexcitation des moyens à électro-

aimant, de manière que l'outil de fond soit déplacé par le moteur électrique vers ladite seconde position par une excitation des moyens à électro-aimant et qu'il soit ramené par ledit ressort vers ladite position initiale à la suite

d'une désexcitation des moyens électromagnétiques.

9. Appareil selon l'une des revendications 1 et

6, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une batterie (12) de fond destinée à fournir de l'énergie au moteur électrique, et des moyens à ondes électromagnétiques comprenant un émetteur (18) extérieur à l'appareil, notamment à la surface du puits, et destiné à commander l'alimentation du moteur électrique;

10. Appareil selon l'une des revendications 2

et 6, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une batterie (12) de fond destinée à fournir de l'énergie au moteur électrique et aux moyens à électro-aimant, et des moyens à ondes électromagnétiques comprenant un émetteur (18) extérieur à l'appareil et destiné à commander sélectivement l'alimentation du moteur électrique et des

moyens à électro-aimant.

11. Appareil selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une antenne.(16) montée fixement dans une partie du conduit de puits, et des moyens (400) destinés à stabiliser la partie de conduit de puits dans la lumière du puits afin de l'empêcher de vibrer.

12. Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un corps tubulaire (250) renfermant de façon étanche la douille, l'élément de transmission de forces axiales, le manchon de verrouillage, les moyens électromagnétiques, le moteur électrique et les moyens vissés, et des moyens permettant

de remplir le corps d'un fluide lubrifiant.

13. Appareil selon l'une des revendications 2

et 7, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens (500, 510, 520, 530) destinés à égaliser la pression du fluide de part et d'autre de la vanne avant de déplacer

cette vanne à partir de ladite position de fermeture.

14. Appareil selon la revendication 1 ou la revendication 13 prise avec la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un corps tubulaire (250) renfermant de façon étanche les moyens de déplacement, l'élément de transmission de forces axiales, le moteur électrique et les moyens vissés, l'appareil comportant en outre des moyens destinés à remplir le corps d'un fluide lubrifiant.

15. Appareil selon l'une des revendications 6

et 13, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un corps tubulaire (250) renfermant de façon étanche la douille, l'élément de transmission de forces axiales, le moteur électrique et les moyens vissés, l'appareil comportant en outre des moyens destinés à remplir le corps d'un fluide lubrifiant.

16. Appareil selon l'une quelconque des

revendications 3, 12, 14 et 15, caractérisé en ce qu'il

comporte en outre une chambre (300) de dilatation de fluide communiquant avec l'alésage du corps tubulaire pour permettre une dilatation thermique du fluide contenu dans

le corps tubulaire.