FR2643127A1 - Vanne de securite pour puits petrolier du type autorisant un fonctionnement en debit artificiel, et procede de deverrouillage de ladite vanne - Google Patents

Abstract

L'invention concerne une vanne de sécurité pour puits pétrolier, autorisant un fonctionnement en débit artificiel. Cette vanne comprend, en partie haute, un manchon d'accrochage 309 pour la fixation d'un tube d'amenée de fluide injecté et un système d'ancrage comportant des chiens mobiles 54 et une douille de verrouillage 55 desdits chiens dans la position d'ancrage. La vanne conforme à l'invention est caractérisée en ce qu'elle est dotée d'un manchon de déverrouillage supérieur 500 fixé dans le manchon d'accrochage 309 par des vis de cisaillement. Le déverrouillage est réalisé en obturant ce manchon au moyen d'une bille 505 et en établissant une pression de rupture des vis de cisaillement. Le manchon de déverrouillage coulisse alors vers le bas et son extrémité inférieure 502 repousse la douille de verrouillage 55, assurant ainsi un déverrouillage des chiens 54. La vanne conforme à l'invention peut être équipée de tubes rigides d'amenée de gaz d'injection ou de tubes souples, puisque le déverrouillage s'effectue en l'absence d'efforts sur ces tubes.

Description

VANNE DE SECURITE POUR PUITS PéTROLIER DU TYPE
AUTORISANT UN FONCTIONNEMENT EN DEBIT ARTIFICIEL,
ET PROCEDE DE DEVERROUILLACE DE LADITE VANNE
L'invention concerne une vanne de sécurité destinée à être insérée dans un tube de production de puits pétrolier en vue d'en assurer l'ouverture ou la fermeture au moyen d'un système de clapet mobile situé en partie basse de la vanne, tout en autorisant un fonctionnement en débit artificiel par injection d'un fluide sous pression, dit fluide injecté, passant dans un tube interne s'étendant dans la vanne.

Les vannes de sécurité pour puits pétroliers ont pour fonction de stopper automatiquement la production d'effluent si un incident survient en tête de puits ou en aval de celles-ci. Elles sont commandées hydrauliquement à l'ouverture depuis la surface et se ferment automatiquement au moyen d'un puissant ressort de rappel dès l'apparition d'une chute de pression hydraulique, commandée ou accidentelle. Ces vannes ont fait l'objet de nombreuses études de mise au point et de perfectionnement, et leur emploi s'est généralisé en particulier dans les puits éruptifs offshore.

Lors de leur mise en place, ces vannes sont ancrées dans un manchon-réceptacle logé dans le tube de production ; l'ancrage est réalisé au moyen d'un système de chiens mécaniques capables de subir un déplacement radial qui les amènent à pénétrer dans une gorge d'ancrage du manchonréceptacle : ces chiens sont alors verrouillés dans- leur position d'ancrage grâce à une douille interne de verrouillage comportant une came qui les maintient radialement repoussés vers l'extérieur lorsqu'elle se trouve à leur niveau. En cours de fonctionnement, lorsque la pression des effluents devient trop faible dans un puits, on est amené à injecter dans un tube d'amenée de fluide, relié au tube interne de la vanne, un fluide sous pression, généralement un gaz, qui sert à alléger la colonne d'effluent.On se reportera en particulier à la demande de brevet FR 86.14503 qui décrit une vanne perfectionnée apte à autoriser un tel fonctionnement en débit artificiel.

Le tube supérieur qui sert à amener le fluide sous pression peut être rigide ou souple. Dans le premier cas, il consiste en un train de tubes fixés les uns à la suite des autres et le déverrouillage de la vanne, en vue de l'extraire du puits, peut être réalisé, comme décrit dans la demande de brevet précitée, par une rotation appropriée de ce train de tubes supérieurs, qui entraîne en partie haute de la vanne le dévissage de deux pièces, assurant le dégagement de la douille de verrouillage et la libération des chiens d'ancrage. Dans le second cas, le tube souple d'amenée du fluide est déroulé à partir d'un tanhour ; il n'est plus nossible de produire une rotation à partir d'un tel tube souple et se pose alors un problème de déverrouillage de la vanne.

La présente invention se propose d'apporter une solution à ce problème de déverrouillage.

Elle est bien entendu applicable aux vannes appelées à être équipées d'un tube souple supérieur d'amenée de fluide sous pression en vue de permettre leur déverrouillaqe, mais également aux vannes appelées à être équipées d'un train de tubes rigides, et elle permet alors de mettre en oeuvre une nouvelle procédure de déverrouillage oui peut servir de procédure de secours en cas d'incident ou même de procédure principale de déverrouillage.

La vanne visée par l'invention est du type comprenant, en partie haute, un manchon d'accrochaqe adapté pour permettre la fixation du tube d'amenée du fluide injecté et un système d'ancraqe adapté pour permettre d'assujettir la vanne dans le manchon-réceptacle logé dans le tube de production, ce système d'ancrage comprenant des chiens mobiles radialement pour pouvoir pénétrer dans la gorge d'ancrage du manchon- ré cep tacl e et une douille interne de verrouillege, mobile axialement, et possédant une came adaptée pour assurer un verrouillage radial des chiens lorsqutelle parvient à leur niveau et pour libérer lesdits chiens dans une position basse de ladite douille.

Selon la présente invention, ladite vanne comprend un manchon de déverrouillage supérieur présentant les caractéristiques suivantes
- ledit manchon de déverrouillage est fixé dans le manchon d'accrochag-e par au moins un organe à cisaillement, apte à le libérer au-delà d'un seuil de cisaillement déterminé,
- ledit manchon de déverrouillage est monté à coulissement étanche dans le manchon d'accrochage de façon à pouvoir coulisser vers le bas par rapport à celui-ci après rupture du ou des orqanes de cisaillement,
- ledit manchon de déverrouillage comporte une extrémité inférieure-adaptée pour repousser la douille de verrouillaqe lors de son coulissement vers le bas en vue d'amener ladite douille en position basse, sa came libérant les chiens,
- ledit manchon de déverrouillage est doté d'un alésage interne adapté pour permettre un coulissement étanche de l'extrémité supérieure du tube interne,
- ledit manchon de déverrouillage comporte une portée supérieure agencée pour servir de siège à une pièce amovible d'obturation dudit manchon, permettant d'exercer une pression sur celui-ci.

Ainsi, la vanne de llinvention peut être déverrouillée en vue de son extraction par une procédure qui ne fait plus appel à une rotation du tube d'amenée de fluide injecté, et qui est compatible avec la présence d'un tube d'amenée souple. Cette procédure de déverrouillage à laquelle s'étend l'invention consiste :: à à introduire une pièce d'obturation, an particulier une bille, dans le tube d'amenée de façon que celle-ci descende se placer sur le sièqe correspondant du manchon de déverrouillage,
à mettre en pression le tube d'amenée jusqu'à rupture du ou des organes de cisaillement,
à interrompre la pression après déplacement vers le bas du manchon de déverrouillage ayant repoussé la douille de verrouillage vers sa position basse,
à à tirer la vanne par l'entremise du tube d'amenée.

La vanne de sécurité conforme à l'invention peut donc être associée aussi bien à un tube souple d'amenée de fluide injecté, qu'à un tube riqide (constitué par un train de tubes fixés les uns à la suite des autres).

Dans ce dernier cas, la vanne peut en particulier être du type de celle décrite dans la demande de brevet FR 86.14503 déjà cité, dans laquelle
la vanne comprend un corps de vanne constitué de plusieurs pièces tubulaires vissées les unes dans le prolongement des autres par des filets à droite,
la vanne comprend en partie haute un corps de verrou composé de deux pièces tubulaires vissées l'une dans le prolongement de l'autre par des filets à qauche, la pince inférieure contenant les chiens et étant vissée sur le tronçon contigu inférieur du corps de vanne par des filets à droite.

Une telle vanne bénéficie ainsi de deux procédures de déverrouillage qui peuvent venir en secours l'une de l'autre.

Par ailleurs, l'invention s'applique aussi bien à des vannes adaptées pour être insérées dans un manchonréceptacle pourvu d'un épaulement d'arrêt (demande FR précitée) qu'à des vannes adaptées à des manchons réceptacles de type sans épaulement d'arrêt dont la gorge d'ancraqe est associée à un dégagement d'usinage situé au-dessous de ladite gorge (demande de brevet FR 88.10401).

D'autres caractéristiques, buts et avantaqes de l'invention ressortiront de la description qui suit en référence aux dessins annexés, lesquels en présentant à titre d'exemples non limitatifs deux modes de réalisation ; sur ces dessins qui font partie intégrante de la présente description
- la figure 1 est une vue en coupe axiale par plan vertical d'une vanne conforme à l'invention, en position ancrée et verrouillée dans un manchon-réceptacle ébauché sur cette figure (celle-ci a été divisée en trois parties pour accroître l'échelle),
- la figure 2 est une coupe partielle de la vanne montrant mieux le système d'ancrage,
- les figures 3 et 4 sont des coupes transversales de ladite vanne respectivement par des plans AA et RB, cependant que la figure 5 est une vue schématique en perspective selon la flèche V, montrant l'extrémité inférieure du manchon de déverrouillage,
- la figure 6 est une coupe axiale partielle, illustrant le procédé de déverrouillage de ladite vanne en vue de son extraction,
- enfin les figures 7 et 8 sont des coupes axiales partielles d'un autre mode de réalisation, respectivement en position ancrée et en cours de déverrouillage.

La vanne de sécurité représentée à titre d'exemple eux figures 1 à 6 est destinée à équiper un tube de production de puits pétrolier appelé à travailler en débit artificiel grâce à une injectipn de gaz sous pression. En l'exemple, le tube de production est doté d'un manchonréceptacle 1 partiellement schématisé à la figure 1 qui est du type sans épaulement d'arrêt.Ce type de manchon-réceptacle possède de façon classique diverses structures usinées et en particulier, en l'exemple, deux gorges d'ancrage lb et lh' (seule la gorge haute lb étant utilisée), une portée cylindrique lc pour la qarniture d'étanchéité supérieure, portée qui est limitée en position haute par un dégagement îd venu d'usinage, dit dégagement d'usinage, une arrivée hydraulique, et une portée cylindrique pour la garniture d'étanchéité inférieure.

La vanne présente avantageusement la structure générale de la vanne perfectionnée décrite dans les demandes de brevet FR n 86.11417, nO 86.14503, nO 88.10401 dont la demanderesse est titulaire ; elle comprend un corps de vanne de forme générale tubulaire, constitué de plusieurs pièces tubulaires assujetties les unes aux autres : corps de verrou 2, porte-joint supérieur 3 portant une garniture d'étanchéité supérieure 15, entretoise tubulaire 4, bagueécrou de blocage 5, chemise de ressort 6 possédant un talon supérieur 6a portant une garniture d'étanchéité inférieure 16, entretoise tubulaire 400 prévue entre la bague-écrou 5 et la garniture inférieure 16 afin de positionner longitudinalement cette dernière dans la portée correspondante du manchonréceptable, manchon inférieur 7, corps d'obturateur 8. Le porte-joint 3 et l'entretoise 4 sont percés de lumières 3a, 4a pour le passage du fluide de commande provenant de l'arrivée hydraulique du manchon-réceptacle ; il en est de même de l'entretoise 400 et du talon 6a, qui sont percés de lumières de passage 400a et 6b.Les diverses pièces tubulaires formant le corps de vanne sont assujetties par vissage les unes dans le prolongement des autres au moyen de filets à droite.

A l'intérieur du corps de vanne, est monté un coulisseau tubulaire 9 apte à se déplacer longitudinalement dans le corps de vanne, entre une position basse correspondant à l'ouverture de la vanne et une position haute correspondant à la fermeture (représentée à la figure 1). Ce coulisseau est rappelé vers sa position haute par un ressort de rappel 10 qui est logé, au-dessous de la garniture inférieure 16, dans un volume annulaire étanche délimité par la face externe du coulisseau 9 et la face interne de la chemise 6. Le ressort 10 s'détend entre, d'une part, un appui supérieur constitué par une bague auxiliaire de montage 18 en butée contre une bague-écrou 19 vissée autour du coulisseau 9, d'autre part, une douille inférieure 20 montée coulissante autour dudit coulisseau.Une butée inférieure 9c limite la course vers le bas de ladite douille par rapport au coulisseau (cette butée 9c est formée par un épaulement ménagé sur la surface externe du coulisseau). En outra, dans sa position basse par rapport au corps de vanne, cette douille 20 vient s'appliquer contre un épaulement 7a prévu à l'intérieur du corps de vanne (épaulement formé par le chant supérieur du manchon 7 vissé dens la chemise de ressort 6).

Ces dispositions permettent de démonter la vanne sens danger de détente du ressort de rappel 10, puisque celui-ci demeure prisonnier autour du coulisseau entre. l'appui supérieur 19 et la douille inférieure 20 qui vient buter contre l'épaulement 9c dudit coulisseau.

Ce coulisseau est hydrauliquament commandé vers le bas par le fluide de commande arrivant par la ligne hydraulique lorsque cette dernière est mise sous pression. Ce fluide de commande est formé par un liquide lubrifiant ; lors de la mise en pression, il passe à travers l'arrivée du manchon-réceptable, est arrêté à l'interface corps de vanne/manchon-réceptacle par les garnitures d'étanchéité 15 et 16 situées de part et d'autre de ladite arrivée, passe à travers les lumières 400a, 6b de l'entretoise 400 et de la chemise 6 et vient remplir le volume étanche situé entre le coulisseau et le corps de vanne.

Ce volume étanche est limité, à l'interface coulisseau/corps de vanne
d'une part, par un joint d'étanchéité supérieur 21 disposé dans une gorge de la chemise 6 su-dessus de se lumière,
d'autre part, par un joint d'étanchéité inférieur 22 disposé dans une gorge su-dessous et au voisinage de l'extrémité inférieure du ressort de rappel 10, en appui contre le coulisseau.

Le coulisseau 9 présente, au niveau du joint inférieur 22, une section plus grande que celle existant au niveau du joint supérieur 21 de sorte que le fluide de commande en pression agit vers le bas sur ledit coulisseau par le biais de cette différence de section.

I1 est à souligner que, lors de la pressurisation de la ligne de fluide de commande, le ressort de rappel 10 est totalement immergé dans le liquide lubrifiant et isolé de l'affluent ; de plus la configuration du volume étanche contenant le fluide de commande permet une purge de ce volume qui préserve ce ressort de tout contac-t corrosif avec des gaz.

Par ailleurs, en partie basse, le corps d'obturateur 8 comporte un organe mobile d'obturation, constitué par un clapet Il qui est articulé sur ledit corps de façon à pouvoir pivoter entre une position d'ouverture escamotée sur le coté et une position de fermeture où ledit clapet obture le corps de vanne en s'appliquant contre un joint d'étanchéité porté par celui-ci (figure 1). Le clapet Il est rappelé vers la position de fermeture par un ressort 12 disposé autour de son axe d'articulation Il est à noter que cet organe d'obturation peut être du type décrit dans la demande FR nu 86.11421 déposée par la demanderesse.

Sous l'effet de la commande hydraulique, le coulisseau 9 est déplacé vers Ia position basse jusqu'à venir en butée avec un épaulement 8e du corps d'obturateur: : ledit coulisseau repousse alors l'organe d'obturation Il et le maintient dans la position d'ouverture. Lorsque la pression du fluide de commande baisse accidentellement ou volontairement, le ressort de rappel 10 engendre un déplacement du coulisseau vers le haut, jusqu'à sa position haute où celui-ci se trouve en retrait dans le manchon 7 (figure 1). L'organe d'obturation 11 est alors libéré et se referme sous l'action de son propre ressort 12.

De plus, dans le cas visé d'une vanne pour puits à débit artificiel, le coulisseau 9 porte un tube interne concentrique 300 pour le passage d'un gaz sous pression qui est injecté afin d'alléger la colonne d'effluent et produire un débit artificiel.

A cet effet, le coulisseau 9 est formé de deux tronçons visses l'un à la suite de l'autre : un tronçon supérieur 9s s'étendant sur la plus grande partie de sa hauteur et un tronçon inférieur 9i ; entre ces tronçons est assujettie une bague 301 concentrique au coulisseau 9 et au tube 300 ; cette bague est fixée sur les extrémités périphériques d'ailettes radiales, réparties autour du tube interne 300 ; les extrémités centrales de ces ailettes sont fixées par soudure sur le tube 300.

Le tube interne 300 se déplace ainsi avec le coulisseau 9 qui le porte, entre une position basse (position d'ouverture) et une position haute (position d'obturation représentée à la figure 1). Sa longueur est prévue de sorte que, dans la position basse, son extrémité inférieure dite de connexion 300i se situe au-dessous du niveau du clapet d'obturation 11 et que, dans se position haute, cette extrémité inférieure de connexion s'escamote su-dessus du niveau dudit clapet (figure 1).

Dsns la position basse, ladite extrémité inférieure de connexion 300i vient s'accoupler avec un manchon d'accrochage inférieur 303 ayant une partie conique 306 et dont le r5la est d'assurer le maintien d'un train de tubes inférieurs Ti à l'intérieur desquels passe le gaz injecté.

Le manchon d'accrochage 303 est assujetti à la base du corps de vanne sur le corps d'obturateur 8, grâce à des bras radiaux qui sont répartis autour dudit manchon et dont les extrémités périphériques -sont solidaires d'une base annulaire 305 formant le nez -de vanne. Pour plus de détails, on pourra se reporter à la demande précitée FR nO B6.14503.

Par ailleurs, en partie haute, la vanne est équipée d'un système d'ancrage mécanique à sollicitation hydraulique, qui comprend essentiellement le corps de verrou 2, des chiens d'ancrage 54, des lames-ressorts 402 associées à chaque chien, une douille interne de verrouillage 55, un piston-baladeur 58 et une douille de retenue périphérique 401.

Le corps de verrou est vissé par un filetage à droite sur le tronçon contigu du corps de vanne (constitué par le porte-joint supérieur 3). Son extrémité basse forme intérieurement une saillie 51c appelée à servir de butée pour le piston-baladeur 58 en position haute.

Ce corps de verrou est composé de deux pièces tubulaires, inférieure 51 et supérieure 52, qui sont vissées dans le prolongement l'une de.l'eutre par des filets à gauche 308. Ces filets qui sont de pas opposé à celui de tous les autres filetages de la vanne permettent par une rotation à droite de libérer les deux pièces 51 et 52 dans une procédure classique de déverrouillage, qui peut être mise en oeuvre dans le cas d'un tube rigide T5 d'amenée de fluide injecté.

La pièce inférieure 51 est dotée des chiens d'ancrage 54, qui sont logés dans des lumières de guidage de celle-ci en vue de pouvoir se déplacer radialement à frottement doux dans lesdites lumières. En l'exemple représenté, ces chiens 54 sont au nombra de quatre répartis autour de ladite pièce. Chaque chien formé par un dé est sollicité dans le sens centrifuge par sa lame-ressort 402 qui est bloquée par sa partie médiane dans une fente du chien et dont les extrémités viennent en appui contre la pièce 51 du corps du verrou.

Chaque chien est adapté pour coopérer avec le profil de le gorge d'ancrage lb. Ainsi les chiens 54 disposés dans la gorge lb sont aptes à réaliser un ancrage par appui de leur chant inférieur sur l'épaulement inférieur de la gorge d'ancrage, tout en étant aptes à s'escamoter lors de la remonte de la vanne par appui de leur chant chanfreiné supérieur 54c contre la rampe conique supérieure de la gorge d'ancrage.

Par ailleurs, une douille périphérique 401 de retenue des chiens, constituée par une pièce tubulaire est montée coulissante autour du corps de verrou de façon à pouvoir se déplacer entre une position basse et une position haute par rapport au corps (figures 1, 2). En position basse ladite douille vient en butée contre un épaulement d'arrêt 3c qui est prévu sur la surface périphérique de corps de vanne (pièce porte-joint 3).

En outre la pièce supérieure 52 du corps de verrou comprend deux tronçons de diamètres différents qui définissent un épaulement d'arrêt 52e, un tronçon supérieur 52s de diamètre externe plus grand que celui de la douille de retenue 401 et un tronçon inférieur 52i de diamètre plus petit (qui vient se visser sur le pièce 51 par des filets à gauche 308, comme déjà décrit). Cet épaulement d'arrêt 52e sert de butée supérieure à la douille de retenue 401 -dans sa position haute.

Ladite douille de retenue 401 comprend un tronçon inférieur 401i de diamètre adapté pour être arrêté par le dégagement d'usinage ld du manchon-réceptacle en arrivant à son niveau, un tronçon médian 401m doté de quatre fenêtres de passage de forme correspondant à celle des chiens, et un tronçon supérieur 401s dont la face interne cylindrique est dotée d'un logement en creux apte à recevoir les chiens et les maintenir en position d'effacement. Pour que les chiens sortent de ce logement, la douille 401 doit coulisser et subir à cet effet une force tangentielle de glissement au moins égale à l'effort de retenue conditionné par des lames-ressorts 402 qui appliquent les chiens dans ledit logement 404.

En outre le tronçon supérieur 401s de la douille de retenue est pourvu de rainures longitudinales qui coopèrent chacune avec un pion solidaire de la pièce 51 du corps de verrou en vue de positionner angulairement la douille 401 autour du corps de verrou, de façon que les fenêtres viennent en correspondance avec les chiens 54 pour la position haute de la douille. De plus le tronçon supérieur 401s de la douille est doté extérieurement de structure de préhension en vue du réarmement manuel de ladite douille vers sa position basse.

Les tronçons de la douille 401 sont dimensionnellement agencés dans le sens longitudinal de sorte que, dans la position basse de la douille, ce soit le logement du tronçon supérieur qui se trouve situé en regard des chiens et que, dans la position haute, ce soit les fenêtres dudit tronçon supérieur qui viennent en face desdits chiens.

Les autres caractéristiques du système de verrou sont analogues à celles décrites dans les demandas
FR 86.11418, 86.14503 et 88.10401.

Le verrouillage des chiens 54 ayant pénétré dans la gorge d'encrage est assuré par la douille interne de verrouillage 55 déjà évoquée, cette douille étant déplacée longitudinalement à cet effet par le piston-baladeur 58.

Ladite douille de verrouillage 55 est montée coulissante en équipression dans le corps de verrou avec interposition d'un joint de freinage 59 qui est porté par une bagua 407 vissée dans la pièce supérieure 52 du corps de verrou ; la douille de verrouillage 55 est indépendante du piston-baladeur 58 qui peut uniquement exercer sur celle-ci une poussée vers le haut. Ladite douille de verrouillage 55 possède une came périphérique 56 qui est adaptée pour venir radialement en appui contre les chiens 54 et ainsi les verrouiller lorsqu'elle parvient au niveau de ceux-ci.

La douille de verrouillage 55 est pourvue d'un épaulement d'accrochage 56a adapté pour pouvoir coopérer avec un chanfrein inférieur de la bague 407 après dévissage des pièces 51 et 52 et dégagement vers le haut de la came 56 par rapport aux chiens 54 : la pièce 51 se trouve alors accrochée à la douille 55 en vue de l'extraction de la vanne après déverrouillage.

ne plus, la douille de varrouillaqe 55 est extérieurement pourvue en partie haute d'un accrochage périphérique 57, constitué en l'exemple par une bague vissée autour de celle-ci. Cette bague présente une face inférieure conique 57e, adaptée pour pouvoir venir en contact avec un épaulement interne 52c de la pièce supérieure 52 du corps de verrou, en vue de réaliser un accrochage de ladite pièce supérieure sur ladite douille après dévissage des pièces 51 et 52.

Par ailleurs, le piston-baladeur 58 qui est appelé à déplacer la douille de verrouillage 55 vers sa position haute d'ancrage est formé par un tronçon de tube, adapté pour pouvoir librement coulisser de façon étanche dans le corps de vanne (partie haute du porte-joint 3).

Ce pi-ston-baladeur 58 est associé à des joints d'étanchéité 408 et 409 à l'interface pistonbaladeur/pièce porte-joint ; ces joints limitent en partie haute et partie basse un autre volume étanche contenant le fluide de commande, dans le but d'assurer le verrouillage de l'encrage ; ils sont de diamètres différents de façon à définir une surface par laquelle le piston-baladeur est soumis à la pression du fluide de commande en vue d'engendrer son déplacement vers le haut. II est à noter que le pistonbaladeur 58 est libre de coulisser sous l'effet des pressions hydrauliques en l'absence de tout blocage mécanique.

Ainsi, le fluide de commande agit en premier lieu sur le piston-baladeur 58 pour tendre à le déplacer vers le haut depuis une position basse où celui-ci se trouve en butée contre un épaulement 3b du porte-joint 3, vers une position haute où ledit piston-baladeur vient en butée contre la saillie 51c que forme l'extrémité basse de la pièce 51. Ainsi, au cours de son déplacement, le pistonbaladeur repousse la douille de verrouillage 55 amenant la came 56 de celle-ci à verrouiller radialement les chiens 54
D'autre part, le fluide de commande agit sur le coulisseau 9 pour tendre à le déplacer vers le bas, depuis se position haute d'obturation vers se position basse d'ouverture.

Psr ailleurs, en p e r t i e haute, la vanne comprend un manchon d'accrochage 309 qui est assujetti sur le corps de verrou 52 par une tête de -fixation annulaire 312.

Cette dernière est solidaire du manchon par des bras radiaux 311, en l'exemple au nombre de trois, répartis autour de celui-ci. La tête de fixation 312 est vissée par des filets à droite sur la pièce supérieure 52 du corps de verrou.

A sa partie haute, le manchon d'accrochage 309 est taraudé à droite pour permettre d'y visser un tube supérieur d'amenée du fluide injecté TS, soit tube souple d'un seul tenant sur sa longueur, soit train de tubes rigides vissés par des filets à droite les uns à la suite des autres.

En outra, un manchon de déverrouillage supérieur 500 est fixé dans le manchon d'accrochage 309 par plusieurs vis de cisaillêment 501 réparties sur le pourtour desdits manchons. En l'exemple, ces vis de cisaillement sont au nombre de trois et sont vissées à travers les bras radieux 311 qui relient le manchon d'accrochage 309 à sa tête de fixation 309- (figure 3). Chaque vis 501 pénètre par son extrémité de rupture 501a dans un perçage borgne du manchon de dêverrouillage 500. Cas vis de cisaillement sont adaptées pour se rompre au-delà d'un seuil de cisaillement déterminé, correspondant par exemple à une force de l'ordre de 10 000 Newtons s'exerçant sur le manchon de déverrouillage 500.

Ce manchon 500 est pourvu, en saillie sur son pourtour, de deux portées cylindriques 506 et 507 situées en partie supérieure et vers la partie basse dudit manchon. En l'exemple, la portée inférieure 507 est située au niveau des vis de cisaillement 501. Ces portées ont un diamètre adapté à l'alésage du manchon d'accrochage 309 en vue de pouvoir coulisser dans celui-ci vers le bas après rupture des vis de cisaillement. La portée cylindrique supérieure 506 est pourvue d'un joint d'étanchéité 508 assurant l'étanchéité entre manchon de déverrouillage 500 et manchon d'accrochage 309.

De plus, au moins un trou d'évent 509 est prévu dans le manchon d'accrochage 309 ces évents qui peuvent être au nombre de deux sont positionnés le long du manchon d'accrochage, de façon à échapper par rapport au joint d'étanchéité 508 lorsque le manchon de déverrouillage 500 se trouve dans une position basse correspondant à la position basse de la douille de verrouillage 55 (position pour laquelle la càme 56 de cette douille est décalée vers le bas par rapport aux chiens 54 et libère ceux-ci).

Le manchon de déverrouillage 500 possède une extrémité inférieure 502 qui comprend des faces d'appui en forme de secteur tronconique 502a (figures 2 et 5), qui sont adaptées pour repousser la douille de verrouillage 55 lors du coulissement vers le bas après rupture des vis 501.

A cet effet, la bague 57 qui est vissée en partie haute de la douille 55 est pourvue d'une face supérieure tronconique 57b d'inclinaison conjuguée de celle des faces 502a.

Ainsi, le coulissement vers le bas du manchon de déverrouillage 500 dans le manchon d'accrochage 309 entraîne un déplacement de la douille de verrouillage 55 vers le bas jusqu'à sa position basse de déverrouillage.

I1 convient de souligner que les faces d'appui 502a sont angulairement positionnées QU droit des bras radiaux 311 de façon à réduire les turbulences dans l'écoulement de l'effluent.

Le manchon de déverrouillage 500 est en outre doté d'un alésage interne 503 comprenant une portée cylindrique adaptée pour autoriser le coulissement du tube interne 300, soit à l'occasion des déplacements axiaux de ce tube assujetti au coulisseau 9 (ouverture et fermeture de la vanne), soit à l'occasion des déplacements axiaux du manchon de déverrouillage 500 (procédure de déverrouillage).

Un joint d'étanchéité 510 est disposé dans cette portée pour assurer le passage étanche du fluide injecté dans le tube interne 300.

Enfin, l'extrémité supérieure du manchon de déverrouillage 500 est dotée d'une portée 504 qui, en l'exemple, est du type tronconique, adaptée pour servir de siège à une bille d'obturation amovible 505 (figure 4).

La structure de la vanne conforme à l'invention ayant été décrite en détail, on va rappeler ciaprès les procédures de pose et de dépose qui sont similaires à celles décrites dans la demande de brevet précitée 88.10401, et décrire le procédé de dévarrouillage spécifique à la présente invention.

La pose et l'ancrage de la vanne sont réalisés de la façon suivante.

La vanne étant hors pression, son coulisseau 9 se trouve en position haute par l'action du ressort de rappel 10 ; le tube interne 300 solidarisé QU coulisseau 9 se trouve lui-même en position haute. Le clapet 11 est fermé. De plus, le piston-baladeur 58 et la douille interne de verrouillage 55 sont en position basse, la douille périphérique de retenue 401 est elle-même en position basse et son tronçon médian enserre les chiens 54 qui sont en position effacée, protégée.

Un train de tubes inférieurs Ti dont la longueur peut aller jusqu'à 3 000 mètres est d'abord descendu dans le puits de façon traditionnelle au moyen d'outils à mâchoires classiques. fln visse la vanne par son manchon d'accrochage inférieur 303 sur l'extrémité haute du train de tubes inférieurs ; on visse ensuite le manchon d'accrochage supérieur 309 sur l'extrémité basse d'un tube supérieur TS (tube souple ou train de tubes rigides). et l'ensemble est descendu au moyen des outils à mâchoires classiques. Le tube supérieur possède généralement une longueur de l'ordre de 100 à 150 métras.

Au cours de cette descente, les chiens 54 protégés ne peuvent évidemment produire aucun coincement dans le puits. De plus la douille périphérique de retenue 401, stabilisée par la pression des chiens dans le logement de celle-ci, ne risque de subir aucun coulissement accidentel, car son diamètre externe est légèrement inférieur à celui du tronçon supérieur de la pièce 52.

La vanne pénètre dans le manchon-réceptacle 1 du tube de production du puits ; l'effort d'engagement des garnitures 15 et 16 est vaincu par le poids du train de tubes inférieurs (plusieurs tonnes).

L'engagement de la vanne se poursuit dans le manchon-réceptacle ; lorsque la douille périphérique de retenue 401 parvient au contact du dégagement d'usinage id, elle est arrêtée par celui-ci, l'ensemble de la vanne continuant à descendre. Il est à noter que le poids de la vanna et des trains de tubes ne se reportent pas sur la douille de retenue de sorte que celle-ci ne risque en aucun cas d'être entraîné Qu-dessous du dégagement d'usinage (dont la profondeur est faible).

Lorsque la douille de retenue 401 arrive en position haute par rapport au corps de vanne (figures 1 et 2), les chiens 54 jaillissent au travers de ses fenêtres sous l'effet des lames-ressorts 402 et se logent dans la gorge d'ancrage lb. L'ancrage est obtenu et le verrouillage hydraulique est ensuite réalisé par les opérations suiventes.

On pressurise le circuit de fluide de commande ; l'huile pénètre dans le volume étanche décrit précédemment et monte en pression. Le piston-baladeur 58 de la vanne est soumis à une force vers le haut et monte en repoussant la douille de verrouillage 55 jusqu'à sa position haute. En fin de déplacement, par se came 56, la douille 55 verrouille les chiens 54 à l'intérieur de la gorge d'ancrage lb. La vanne se trouve à cet instant ancrée et verrouillée dans la position représentée à la figure 8.

La pression de l'huile continue à monter jusqu'à vaincre la force de rappel du ressort 10 le coulisseau 9 se déplace alors vers le bas et l'organe d'obturation 11 est repoussé vers la position d'ouverture.

Le tube interne 300 descend avec le coulisseau 9 et, en fin de course basse, vient coopérer avec la portée conique 306 du manchon d'ancrage inférieur 303, cependant qu'en partie haute, l'extrémité supérieure dudit tube interne a coulissé dans le manchon d'ancrage supérieur 309, demeurant étanché ment engagée dans celui-ci.

La vanne est ouverte et la continuité du circuit de fluide injecté est assurée.

Par ailleurs, la vanne une fois correctement ancrée dans le puits pétrolier peut être refermée de façon classique par une purge volontaire ou accidentelle de sa ligne de commende hydraulique et arrét du gaz injecté. Le ressort de rappel 10 entraine un déplacement vers le haut du coulisseau 9 et du tube interne 300 qui lui est lié, libérant le clapet d'obturation 11 lequel se referme sous l'action de son ressort propre 12 aidé par la pression du puits (pressurisé par le gaz déjà injecté).

Une fois la vanne fermée, le puits ne débita plus, mais les pressions sont équilibrées su-dessus et au- dessous de l'organe 11 tant que le tube de production n'est pas purgé dans son tronçon supérieur. La pression qui règne dans ce dernier agit sur le piston-baladeur 58 qui redescend dans sa position basse ; toutefois, la douille interne de verrouillage 55 reste en place grâce à la dureté du joint de freinage 59.

La réouverture de la vanne est réalisée, d'abord en injectant dans les tubes supérieurs et tube interne 300 du gaz sous pression afin d'équilibrer la pression de part et d'autre du clapet, puis en mettant à nouveau en pression la ligne de commande hydraulique : le piston-baladeur 58 remonte contre la douille interne de verrouillage 55 et contre sa butée 51c et l'ouverture se produit comme précédemment explique par déplacement du coulisseau 9 et du tube interne 300 vers le bas sous la pression du fluide de commande.

Par ailleurs, le désancrage et la remontée de la vanne conforme à l'invention sont réalisés de la façon suivante (figure 9).

La ligne de commande hydraulique étant purgée et l'injection de gaz stoppée, le puits est mis en sécurité, c'est-8-dire dans l'impossibilité de débiter (grâce à un équilibrage préalable par pompage).

-Ouel que soit le type du tube supérieur TS (rigide ou souple), le déverrouillage peut être obtenu en introduisant la bille d'obturation 505 dans le tube TS par l'intermédiaire d'un sas en tête de puits ; lorsque la bille est descendue jusqu'à reposer sur son siège 504, on assure un pompage afin de faire monter la pression au-dessus de la bille jusqu'à dépasser le seuil de cisaillement des vis 501. Cellesci se rompent et, sous la -pression, le manchon de déverrouillage 500 descend et repousse la douille de verrouillage 55. La came 56 de celle-ci descend su-dessous du niveau des chiens 54 et les libère. Le mouvement s'arrête quand la douille de verrouillage 55 arrive en butée sur le piston baladeur 58 en position basse. Les évents 509 échappent alors par rapport au joint d'étanchéité 508 : la pression ne peut plus monter dans le tube supérieur T5, ce qui indique que la course totale de déverrouillage a été parcourue. Le pompage est alors arrêté et la vanne peut être extraite par une traction sur le tube T5 qui entraine la remontée de la vanne jusqu'au débortement des garnitures d'étanchéité 15 et 16, la vanne pouvant ensuite être remontée en surface.

Dans le cas d'un tùbe supérieur T5 formé par
un train rigides, une autre procédure de déverrouillage peut
être mise en oeuvre, consistant à amener les tubes Tus à
tourner à droite par des clés standards de façon à dévisser le
filetage à gauche 308 qui lie la pièce supérieure 52 du corps de verrou et la pièce inférieure 51. Lorsque ces deux pièces sont désolidarisées, on assure une traction sur le
train de tubes supérieurs comme précédemment ; cette traction a pour effet dans ce cas d'amener l'épaulement 52c de la pièce supérieure au contact avec l'épaulement 57a de la bague 57 vissée à l'extrémité haute de la douille de verrouillage 55.

En conséquence, cette douille de verrouillage 55 remonte jusqu'à ce que le chanfrein 56a de sa came vienne en appui contre la bague 407 vissée sur la pièce inférieure 51 du corps de verrou. Les chiens 54 sont alors libérés et peuvent s'effacer vers l'intérieur par appui de leur chanfrein supérieur 54c contre la rampe conique du manchon-réceptacle la poursuite de la traction engendre la remontée de la vanne.

Les figures 7 et 8 représentent un autre mode de réalisation respectivement en position d'ancrage et de verrouillage, et en cours de déverrouillage.

La vanne visée est destinée à se loger dans un manchon-réceptacle du type comprenant un épaulement d'arrêt. On retrouve des structures analogues aux précédentes avec des procédures de déverrouillage analogues, mais dans ce cas la pièce inférieure de verrou 51' est dotée de chiens flottants 54' qui sont logés dans des lumières de guidage de celle-ci. Ces chiens sont par exemple au nombre de quatre répartis autour de ladite pièce. Cheque chien formé par un dé est une pièce mécanique compacte et possède des chanfreins externes supérieur et inférieur, et interne inférieur, de façon à pouvoir jouer radialemant lorsque la douille de verrouillage 55' ou le manchon-réceptacle 1' vient en appui contre l'un de ces chanfreins. De plus, des épaulements, prévus latéralement à l'intérieur de chaque chien, interdisent l'échappement complet vers l'extérieur de chaque chien en venant en butée contre la pièce 51 du corps de verrou. Chaque chien peut ainsi faire saillie du corps de verrou comme le représente la figure 7 (position d'ancrage) ou au contraire s'escamoter dans celui-ci (comme représenté à la figure 8).

Claims (18)

REVENDICATIONS

1/ - Vanne de sécurité destinée à être insérée dans un tube de production de puits pétrolier en vue d'en assurer l'ouverture ou la fermeture au moyen d'un système de clapet mobile (11) situé en partie basse de la vanne, tout en autorisant un fonctionnement en débit artificiel par injection d'un fluide sous pression dit fluide injecté, à l'intérieur d'un tube interne (300) s'étendant dans la vanne, ladite vanne étant du type comprenant, en partie haute, un manchon d'accrochage (309) adapté pour permettre la fixation d'un tube d'amenée du fluide injecté (T5) et un système d'ancrage adapté pour permettre d'assujettir la vanne dans un manchon-réceptacle (1) logé dans le tube de production, ledit système d'ancrage comprenant des chiens (54) mobiles radialement pour pouvoir pénétrer dans une gorge d'ancrage (lb) du manchon-réceptacle et une douille interne de verrouillage (55), mobile axialement, et possédant une câme (56) adaptée pour assurer un verrouillage radial des chiens lorsqu'alla parvient à leur niveau et pour libérer lesdits chiens dans une position basse de ladite douille, ladite vanne de sécurité étant caractérisée en ce qu'elle comprend un manchon de déverrouillage supérieur (500) présentant les caractéristiques suivantes

- ledit manchon de déverrouilla-ge est fixé dans le manchon d'accrochage (309) par au moins un organe à cisaillement (501), apte à le libérer au-delà d'un seuil de cisaillement déterminé,

- ledit manchon de déverrouillage est monté à coulissement étanche dans le manchon d'accrochage (309) de façon à pouvoir coulisser vers le bas par rapport à celui-ci après rupture du ou des organes de cisaillement,

- ledit manchon de déverrouillage comporte une extrémité inférieure (502) adaptée pour repousser la douille de verrouillage (55) lors de son coulissement vers le bas en vue d'amener ladite douille en position basse, sa cême libérant les chiens (54),

- ledit manchon de déverrouillage est doté d'un alésage interne (503) adapté pour permettre un coulissement étanche de l'extrémité supérieure du tube interne (300),

- ledit menchon de déverrouillage comporte une portée supérieure (504) agencée pour servir de siège à une pièce amovible d'obturation dudit manchon (505) permettant d'exercer une pression sur celui-ci.

2/ - Vanne de sécurité selon la revendication 1, caractérisée en ce que le manchon de déverrouillage (500) est fixé dans le manchon d'accrochage (309) par plusieurs vis de cisaillement (501) réparties sur le pourtour desdits manchons.

3/ - Vanne de sécurité selon la revendication 2, dans laquelle le manchon d'accrochage (309) est assujetti en partie haute de la vanne par une tête de fixation annulaire (312) solidarisée au manchon par des bras radiaux (311) répartis autour de celui-ci, caractérisée en ce que les vis de cisaillement (501) sont vissées à travers les bras radiaux (311), de façon à pénétrer par leur extrémité de rupture (501a) dans des perçages borgnes du manchon de déverrouillage (500).

4/ - Vanne de sécurité selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'extrémité inférieure (502) du manchon de déverrouillage comprend des faces d'appui en forme de secteur tronconique (502a) réparties autour dudit manchon au droit des bras radiaux précités (311), lesdites faces d'appui étant adaptées pour venir en appui avec une bagua (57) fixée en partie haute de la douille de verrouillage (55) et pourvue d'une face supérieure tronconique (57b).

5/ - Vanne de sécurité selon l'une des revendications 1, 2, 3 ou 4, caractérisée en ce que le manchon de déverrouiilege (500) est pourvu, en saillie sur son pourtour, de deux portées cylindriques (506, 507) située en partie supérieure et vers la partie basse dudit manchon, ces portées étant de diamètre adapté à l'alésage du manchon d'accrochage, en vue de pouvoir coulisser dans celui-ci, la portée cylindrique située en partie haute étant pourvue d'un joint d'étanchéité (508).

6/ - Ysnne de sécurité selon la revendication 5, caractérisée en ce que le manchon d'accrochage (309) est doté d'eu moins un trou d'évent (509), positionné le long dudit manchon d'accrochage de façon à échapper par rapport au joint d'étanchéité (508) pour la position basse du manchon de déverrouillage (500) correspondant à la position basse de la douille de verrouillage (55).

7/ - Vanne de sécurité selon l'une des revendications 1, 2, 3, 4, 5 ou 6, dans laquelle l'alésage interne (503) du manchon de déverrouillaga comprend une portée cylindrique dotée d'un joint d'étanchéité (510), en vue du coulissement étanche du tube interne (300).

8/ - Vanne de sécurité salon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que la portée supérieure (504) est de type tronconique pour servir de siège à une bille d'obturation (505).

9/ - Vanne de sécurité selon l'une des revendications 1 à 8, dans laquelle le système d'ancrage comprend un piston-baladeur tubulaire (58), monté coulissant pour pouvoir se déplacer librement dans le sens axial entre une position basse de butée et une position haute de butée en l'absence de tout blocage mécanique sur la hauteur de son déplacement, ledit piston-baladeur étant agencé pour présenter une surface soumise à la pression d'un fluide de commande, de façon à subir un effort vers le haut lorsque ledit fluide est sous pression, la douille de verrouillage (55) étant montée coulissante en équipression au-dessus dudit piston-baladeur (58) indépendamment de celui-ci, de façon que ledit pistonbaladeur puisse exercer sur ladite douille une poussée vers le haut pour la disposer dans sa position haute de verrouillage.

10/ - Vanne de sécurité salon la revendication 9, dans laquelle

la vanne comprend en partie haute un corps de- verrou tubulaire (51, 52) vissé sur le tronçon contigu inférieur (3) de ladite vanne,

le piston-baladeur (58) est monté coulissant dans ledit tronçon contigu inférieur (3), l'extrémité basse (51c) du corps de verrou formant intérieurement une saillie de butée du piston-baladeur en position haute,

la douille de verrouillage (55) est. montée coulissante dans le corps de verrou de façon à pouvoir reposer contre l'extrémité supérieure du piston-baladeur (58).

11/ - Vanne de sécurité selon l'une des revendications 1 à 10, comprenant:

un corps de vanne de forme générale tubulaire, possédant en partie basse le système de clapet mobile (11) sollicité vers sa position de fermeture,

un coulisseau tubulaire (9) agencé pour pouvoir coulisser longitudinalement à l'intérieur de la vanne en vue d'engendrer dans son mouvement descendant l'ouverture du système de clapet (11),

un ressort de rappel (10) disposé dans un logement annulaire situé entre le coulisseau et le corps de vanne, de façon à solliciter ledit coulisseau vers une position haute correspondant à la fermeture- du système de clapet,

des moyens de déplacement hydraulique du coulisseau vers le bas, comportant une arrivée de fluide de commande à travers le corps de vanne et un volume étanche entre le coulisseau et le corps destiné à recevoir le fluide de commanda, le coulisseau présentant une différence de section soumise à la pression du fluide contenu dans ledit volume étanche de façon à subir un effort vers le bas lorsque ledit volume est en pression,

des garnitures d'étanchéité, inférieure (16) et supérieure (15), disposées autour du corps de vanne en vue d'assurer une étanchéité à l'interface entre ledit corps de vanne et le manchon-réceptacle à des niveaux situés audessous et au-dessus de l'arrivée du fluide de commanda.

12/ - Vanne de sécurité selon la revendication 11, dans laquelle les garnitures d'étanchéité (15, 16), sont positionnées de part et d'autre de l'arrivée du fluide de commanda, le système d'ancrage étant situé su-dessus de la garniture supérieure (15), cependant que le ressort de rappel (10) est positionné au-dessous de la garniture inférieure (16) dans un logement annulaire constitué par une partie du volume étanche destiné à recevoir le fluide de commande.

13/ - Vanne de sécurité selon l'une des revendications précédentes destinée à être insérée dans un manchon-réceptacle (1), du type comportant au moins une gorge d'ancrage (lb) associée à un dégagement d'usinage (ld) ou épaulement analogue situé au-dessous de ladite gorge, ladite vanne présentant les caractéristiques suivantes

une douille périphérique (401) de retenue des chiens est montée coulissante autour du corps de verrou entre une position basse et une position haute,

ladite douille périphérique de retenue (401) comprend un tronçon inférieur (401i) de diamètre adapté pour être arrêté par- le dégagement d'usinage (nid) du manchonréceptacle en arrivant à son niveau, un tronçon médian (401m) pourvu de fenêtres de passage des chiens et agencé ppur se positionner en regard de la. gorge d'ancrage du manchonréceptacle lorsque la douille de retenue est arrêtée par le dégagement d'usinage, et un tronçon supérieur (401s) adapté pour pouvoir enserrer les chiens et les maintenir dans la position d'effacement,

fes tronçons de ladite douille de retenue sont agencés de sorte que, dans la position basse de la douille, le tronçon supérieur (401s) se trouve situé au niveau des chiens (54) et que, dans la position haute de celle-ci, le tronçon médian (401m) se -trouve situé au niveau desdits chiens avec ses fenêtres en regard de ceux-ci,

les chiens. -(5-4) sont équipés de moyens élastiques (402) agencés pour les solliciter radialement dans le sens centrifuge de façon à les appliquer contre le tronçon supérieur (401s) dans la position basse de la douille de retenue, ou à les faire saillir par les fenêtres du tronçon médian dans la position haute de celle-ci.

14/ - Vanne de sécurité selon la revendication 13, dans laquelle les moyens élastiques (402) associés aux chiens comprennent une lame-ressort par chien, chaque lame-ressort étant bloquée par se partie médiane dans une fente du chien correspondant et ayant des extrémités venant en appui contre le corps de verrou.

15/ - Vanne de sécurité selon l'une des revendications 1 à 14 associée à un tube souple d'amenée de fluide injecté (Ts).

16/ - Vanne de sécurité selon l'une des revendications 1 à 14 associée à un tube rigide d'amenée de fluide injecté (T@).

17/ - Vanne de sécurité selon les revendications 10 et 16 prises ensemble, dans laquelle

le corps de vanne est constitué de plusieurs pièces tubulaires (3, 6, 7, 8) vissées les unes dans le prolongement des autres par des filets à droite,

le corps de verrou est composé de deux pièces tubulaires (51, 52) vissées l'une dans le prolongement de l'autre par des filets à gauche, la pièce inférieure (51) contenant les chiens (54) et étant vissée sur le tronçon contigu inférieur -(3) du corps de vanne par des filets à droite.

18/ - Procédé de déverrouillage d'une vanne de sécurité conforme à l'une des revendications 1 à 17, insérée dans un manchon-réceptacle (1) de puits pétrolier, avec un tube d'amenée de fluide injecté (tus) fixé sur le manchon d'accrochage (309) de ladite vanne, caractérisé en ce qu'il consiste

à introduire une pièce d'obturation (505), en particulier une bille, dans le tube d'amenée (TS) de façon.

à tirer la vanne par l'entremise du tube d'amenée (TS).

à interrompre la pression après déplacement vers le bas du manchon de déverrouillage (500) ayant repoussé la douille de verrouillage (55) vers sa position basse,

à mettre en pression le tube d'amenée (tus) jusqu'à rupture du ou des organes de cisaillement,

que celle-ci descende se placer sur le siège correspondant du manchon de déverrouillage (500),