FR2757208A1 - Bloc obturateur de puits avec arbres de belier partiellement egalises, ensemble formant belier qui l'equipe et procede pour fermer ce dernier - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un ensemble formant bélier hydraulique (12) pour un bloc obturateur de puits (BOP), qui ouvre et ferme un bloc bélier (30) relié à un piston (34). Le piston (34) est mobile dans le carter de bélier (22) en réponse à une pression hydraulique, pour mettre le bloc bélier (30) en contact étanche avec UN organe tubulaire de champ pétrolifère. L'arbre de bélier creux (36) comportant un alésage central (60) est rendu étanche par rapport à une porte (20) montée à pivotement sur le BOP, par des joints d'étanchéité (52) d'arbre de bélier. L'alésage cylindrique de l'arbre de bélier (36) communique avec la voie de passage centrale du BOP. Une tige (70) d'arbre de bélier, assujettie à une plaque d'extrémité (40) du carter de bélier, s'étend vers l'intérieur dans l'alésage (60) de l'arbre de bélier (36), et est rendue étanche par rapport à celui-ci par des joints d'étanchéité (72) de tige. La pression du puits de forage régnant à l'intérieur du BOP et s'opposant à la fermeture du bélier est ainsi réduite.
Description
I La présente invention concerne des blocs obturateurs de puits (BOP) du
type couramment utilisé dans des opérations de récupération d'hydrocarbure. Plus particulièrement, cette invention concerne un BOP hydraulique présentant des ensembles formant bélier radialement opposés, chacun étant apte à amener un bloc bélier en contact étanche avec un organe tubulaire de champ pétrolifère. L'invention concerne aussi un ensemble formant bélier destiné à être utilisé dans un bloc obturateur de puits, ainsi qu'un
procédé pour le fermer.
On a longtemps utilisé des BOP hydrauliques dans les opérations de récupération d'hydrocarbure, et ceux-ci comprennent, de manière classique, des ensembles formant bélier radialement opposés. Lors de l'application du fluide hydraulique sur un piston situé à l'intérieur de chaque ensemble formant bélier, des blocs d'étanchéité opposés situés sur les extrémités d'arbres de bélier sont poussés radialement vers l'intérieur pour venir en contact étanche avec un organe tubulaire de champ pétrolifère. Du fait que les BOP sont avant tout des dispositifs de sécurité qui agissent dans des conditions de "jaillissement" lorsque la pression de fluide régnant dans le corps annulaire de puits dépasse des
valeurs prévues, ils doivent être très fiables.
Afin de fermer un bélier de BOP, I'homme de l'art a longtemps admis que la force de fermeture hydraulique appliquée doit normalement surmonter la pression du trou de forage régnant à I'intérieur du corps de BOP, qui s'oppose à la force hydraulique s'exerçant sur le piston, pour déplacer le bélier radialement vers l'intérieur. Le brevet américain N 1 854 058 décrit le détournement de la pression du trou de forage de l'intérieur du BOP, pour surmonter la charge exigée pour déplacer les béliers vers l'intérieur contre l'organe tubulaire de champ pétrolifère. Le brevet américain N 2 986 367 décrit le concept d'équilibrage de la charge induite par la pression du trou de forage sur les béliers, permettant que la pression de fluide hydraulique appliquée n'ait pas à surmonter la pression du trou de forage régnant à l'intérieur du corps de BOP
pour fermer les béliers.
Par l'équilibrage des forces agissant sur un bélier de BOP, la taille des pompes et des autres équipements associés, qui fournissent la pression de fluide hydraulique au piston de chaque ensemble formant bélier, peut être réduite, ce qui fait diminuer efficacement le coût du système de commande du BOP. Comme il faut une force de fermeture moindre quand on utilise une structure à pressions équilibrées, on peut employer des pistons de diamètre plus petit dans les ensembles formant bélier, ce qui réduit aussi le coût de fabrication du BOP. Quand les béliers du BOP sont fermés de manière fiable sous une pression de fluide plus basse, on peut utiliser des joints d'étanchéité plus fiables et moins chers pour assurer une étanchéité entre chaque piston et le carter de bélier correspondant. Ainsi, beaucoup d'efforts ont été déployés pour concevoir différentes structures permettant d'équilibrer en pression un arbre de bélier de BOP, afin que la pression du trou de forage régnant à l'intérieur du corps du BOP n'ait pas besoin d'être surmontée pour fermer les béliers. Le brevet américain N 3 036 807 présente un mode de réalisation ancien d'un bélier du BOP selon un concept d'équilibre de pression. L'arbre de bélier du BOP comprend un circuit d'écoulement interne faisant communiquer l'intérieur du corps de BOP avec une chambre située à l'arrière de l'arbre de bélier. Le brevet américain N 4 582 293 présente une conception de BOP plus récente selon un concept de bélier équilibré en pression. La conception décrite dans ce brevet concerne un corps de bélier qui comporte une longue extrémité de queue tubulaire, ce qui augmente de manière importante à la fois la taille et le coût de l'ensemble formant bélier. Les brevets américains N 4 488 703; 4 508 313; 4 519 577; 4 523 639 et 4 638 972 présentent chacun d'autres conceptions de BOP qui s'appuient sur un concept d'équilibrage de pression, en faisant appel à un arbre creux avec une chambre à l'arrière de l'arbre, qui est en communication de
passage de fluide avec l'intérieur du corps de BOP.
Le brevet américain N 3 416 767 présente un BOP selon un concept de système d'amplification associé, utilisant un fluide hydraulique. Le brevet américain N 4 655 431 présente aussi un BOP qui exploite un concept d'amplification de pression similaire pour l'ensemble formant bélier. Le brevet américain N 4 877 217 présente un BOP selon un concept d'amplification de pression, étudié pour exercer une force de fermeture plus élevée sur un bélier de BOP. Ce dernier brevet décrit un arbre de bélier creux et une chambre arrière présentant une surface plus grande que la surface du joint d'étanchéité d'arbre de bélier soumise à la
pression régnant à l'intérieur du corps de BOP.
Les brevets américains N 3 791 616 et 3 871 613 présentent chacun un BOP utilisant un arbre de bélier creux pour supporter un bloc d'étanchéité de bélier. Le brevet américain N 4 214 605 présente un BOP utilisant un arbre de bélier creux qui fournit un fluide du trou de forage au piston de bélier. Selon cette conception, le BOP peut être fermé à l'aide de la pression du trou de forage, qui est acheminée jusqu'au piston de bélier. Le brevet américain N 4 589 625 décrit encore une autre conception de BOP équilibré
en pression.
En dépit des efforts importants qui ont été déployés à ce jour pour concevoir un BOP perfectionné qui s'appuie sur un concept selon lequel il n'est pas nécessaire de surmonter la pleine force de la pression du trou de forage, qui règne à l'intérieur du corps de BOP, de nombreux BOP fabriqués à ce jour continuent, néanmoins, à reposer sur une conception selon laquelle la force de fermeture de bélier hydraulique est calculée pour agir à l'encontre de la
pression du trou de forage régnant à l'intérieur du corps de BOP.
Une des raisons invoquées pour hésiter à accepter les concepts décrits dans les brevets susmentionnés concerne la haute fiabilité exigée pour les BOP. De nombreuses conceptions de bloc obturateur de puits, qui s'appuient sur un concept d'arbre de bélier équilibré, sont compliquées, faisant appel a un ou plusieurs tiroirs cylindriques qui doivent fonctionner de manière fiable pour assurer l'actionnement du bloc obturateur de puits. L'homme de l'art sait que, dans la plupart des cas, le fluide se trouvant à l'intérieur du corps de BOP contient des particules de sable, des résidus d'hydrocarbure lourd et d'autres matériaux, qui bloquent fréquemment le fonctionnement fiable de vannes à deux voies et de dérivations de fluide ayant des orifices de petit diamètre. D'autres BOP qui utilisent un bélier équilibré en pression de fluide comprennent un grand nombre de commandes, et/ou comprennent de nombreux raccordements avec le corps de BOP, chacun étant de possibles points de fuite, pour transmettre la pression de fluide vers l'arrière du piston. Encore d'autres conceptions de BOP reposent sur un ensemble formant bélier dans lequel il est difficile, et cela prend beaucoup de temps, de retirer un bloc bélier usé situé sur l'arbre de bélier et d'installer un nouveau bloc bélier ou un bloc bélier remis à neuf. Certaines conceptions de BOP, qui tirent profit d'un concept d'équilibre de pression de fluide, rendent
difficile le blocage du bélier du BOP.
On remédie aux inconvénients de l'art antérieur grâce à la présente invention, et on va décrire ci-après un bloc obturateur de puits hydraulique, perfectionné, et un ensemble formant bélier destiné à être utilisé dans un bloc obturateur de puits. Le bloc obturateur de puits et l'ensemble formant bélier de la présente invention sont relativement simples, mais néanmoins très robustes, et constituent un mécanisme très fiable pour fermer un arbre de bélier, tout en évitant les problèmes associés au fait d'avoir à surmonter la totalité de la pression du trou de forage régnant à
l'intérieur du corps de BOP.
Un bloc obturateur de puits, conforme à la présente invention, comprend des ensembles formant bélier radialement opposés destinés à commander l'ouverture et la fermeture de blocs béliers conçus pour assurer un contact étanche avec un organe tubulaire
de champ pétrolifère engagé à travers le bloc obturateur de puits.
Dans un mode de réalisation donné à titre d'exemple, le BOP comprend des portes radialement opposées, chacune reliée à pivotement au corps de BOP, et des ensembles formant bélier montés sur chaque porte. Chaque ensemble formant bélier comprend un carter de bélier extérieur et une plaque d'extrémité située radialement de l'autre côté du carter de bélier par rapport à la porte. Chaque ensemble formant bélier comprend aussi un piston à l'intérieur du carter de bélier, piston qui est radialement déplaçable, en réponse à une pression hydraulique, entre une position d'ouverture et une position de fermeture, un bloc d'étanchéité de bélier apte à venir en contact étanche avec l'organe tubulaire de champ pétrolifère, et un arbre de bélier en forme de manchon reliant entre eux, de manière structurelle, le piston et le bloc bélier. Les blocs d'étanchéité de bélier radialement opposés sont, ainsi, mécaniquement supportés chacun par I'extrémité d'un arbre de bélier qui traverse une porte respective du BOP et est déplaçable axialement à l'intérieur du carter de bélier le long d'un axe de bélier, entre les positions d'ouverture et de fermeture. Un joint d'étanchéité d'arbre de bélier est prévu pour assurer une étanchéité entre une porte et l'arbre de bélier lorsque l'ensemble formant bélier se déplace entre les positions d'ouverture et de fermeture. L'arbre de bélier en forme de manchon comporte un alésage qui s'étend radialement vers l'extérieur du joint d'étanchéité d'arbre de bélier et qui est en communication de passage d'un fluide avec la voie de passage centrale du corps de BOP. Une tige d'arbre de bélier est assujettie fermement à une plaque d'extrémité du carter de bélier et est placée, au moins partiellement, à l'intérieur de l'alésage de l'arbre de bélier en forme de manchon. La tige d'arbre de bélier est, ainsi, en porte-à-faux par rapport à la plaque d'extrémité et s'étend radialement vers l'intérieur, vers le bloc bélier. Un joint d'étanchéité de tige est prévu pour assurer une étanchéité entre la tige d'arbre de bélier et l'arbre de bélier lorsque l'ensemble formant bélier se déplace entre
les positions d'ouverture et de fermeture.
Ainsi, la pression du trou de forage régnant à l'intérieur de la voie de passage du corps de BOP ne s'exerce pas sur la surface entière du joint d'étanchéité d'arbre de bélier. A la place de cela, la pression efficace s'exerçant sur l'arbre de bélier en forme de manchon est une fonction de la surface d'étanchéité du joint d'étanchéité d'arbre de bélier moins la surface d'étanchéité du joint d'étanchéité de tige. Le BOP de la présente invention minimise ainsi l'effet de la pression du trou de forage régnant à l'intérieur de la voie de passage du corps de BOP, qui s'oppose à la fermeture du bélier de BOP. On atteint cet objectif en proposant un arbre de bélier creux ou en forme de manchon, en combinaison avec une tige d'arbre de bélier qui s'étend depuis la plaque d'extrémité, radialement vers l'intérieur, jusque dans l'alésage de l'arbre de bélier en forme de manchon, et un joint d'étanchéité de tige destiné à assurer une étanchéité continue entre l'arbre de bélier et la tige d'arbre de bélier lorsque l'ensemble formant bélier se déplace entre les positions d'ouverture et de fermeture. Bien que l'arbre de bélier ne soit pas complètement équilibré en pression, une réduction sensible de l'effet de la pression du trou de forage régnant dans la voie de passage du corps de BOP fait diminuer de manière importante la force de fermeture nécessaire pour déplacer le bloc bélier et l'amener en contact étanche fiable avec l'organe tubulaire de champ pétrolifère. Ce qui est le plus important est que cet objectif soit atteint sans tiroirs cylindriques compliqués, ni voies de passage de petit diamètre qui sont exposées à l'intérieur du corps de BOP et sont susceptibles de se boucher, ni raccordement de
tube qui peut fuir pendant l'utilisation du BOP.
Un but de la présente invention est de procurer un bloc obturateur de puits perfectionné, dans lequel les ensembles formant bélier, qui déplacent les blocs béliers pour les amener en contact étanche avec l'organe tubulaire, n'aient pas à surmonter la pleine force de la pression du trou de forage régnant à l'intérieur du BOP pour fermer les béliers. Par une réduction importante de la force qui s'oppose à la fermeture des béliers, les pompes ou les autres composants de commande externes au BOP peuvent être sous-dimensionnés de manière fiable, et les surfaces des pistons
de bélier peuvent être réduites.
Un autre but de cette invention est de procurer un ensemble formant belier très fiable pour un bloc obturateur de puits, qui réduise la force de fluide s'opposant à la fermeture du bélier d'une manière qui ne complique pas la conception de l'ensemble formant bélier. Une caractéristique, liée à cela, de l'invention est que l'ensemble formant bélier de BOP ne dépend pas d'orifices de petit diamètre, qui puissent se boucher pendant le fonctionnement du BOP, et ne comprend pas de tube d'équilibre de pression et de raccordements de tubes, externes au corps de BOP, qui puissent
fuir durant l'utilisation du BOP.
Une caractéristique importante de la présente invention est que l'arbre de bélier partiellement équilibré de cette invention est simple et pas compliqué, ce qui donne un BOP qui est très fiable en fonctionnement. Une caractéristique, liée à cela, de l'invention est que la taille globale de l'ensemble formant bélier de BOP n'est pas augmentée comparée aux ensembles formant bélier de BOP de l'art antérieur qui soumettent les béliers à la pleine charge de la pression du trou de forage régnant à l'intérieur du corps du BOP, qui s'oppose à la fermeture des arbres de bélier. Il n'est pas nécessaire d'augmenter ni la longueur axiale, ni l'espacement
radial extérieur exigés pour l'ensemble formant BOP.
Un autre but de cette invention est de concevoir un ensemble formant bélier de BOP qui ne complique pas la réparation ou le changement des blocs béliers. Chaque carter extérieur d'ensemble formant bélier peut être supporté par une porte qui, à son tour, est reliée par pivotement au corps de BOP. Durant les opérations d'entretien, chaque porte peut être ouverte par pivotement, de façon que le bloc bélier soit facilement accessible. Le BOP et lI'ensemble formant bélier destiné à être utilisé dans un BOP de la présente invention peuvent être verrouillés de manière classique
d'une manière commune aux BOP de l'art antérieur.
La présente invention est profitable en ce que le BOP peut être actionné de manière fiable par des systèmes de commande qui soumettent le BOP à une pression réduite par comparaison avec les systèmes de commande de l'art antérieur, du fait que l'ensemble formant bélier n'a pas besoin de surmonter la pleine
force de la pression de fluide régnant à l'intérieur du corps du BOP.
En variante à ou en combinaison avec une pression hydraulique réduite sur le BOP, le diamètre du piston de bélier peut être réduit tout en continuant à assurer une fermeture de bélier fiable, ce qui
réduit le coût de fabrication du BOP.
La présente invention offre un autre avantage en ce qu'on peut utiliser l'ensemble formant bélier de BOP perfectionné sur des BOP existants. Les arbres de bélier d'un BOP existant peuvent être changés et des tiges d'arbre de bélier peuvent être fixées chacune à une plaque d'extrémité respective d'un ensemble formant bélier
de BOP existant.
Ces objectifs, caractéristiques et avantages, et d'autres, de la
présente invention ressortiront de la description détaillée suivante,
dans laquelle il est fait référence aux figures des dessins annexés.
La figure 1 est une vue représentative simplifiée, en partie en coupe transversale, d'un bloc obturateur de puits selon la présente invention, comprenant des ensembles formant bélier radialement opposés reliés à un corps de BOP et un organe tubulaire de champ
pétrolifère traversant le BOP.
La figure 2 est une vue représentative du bloc obturateur de puits que montre la figure 1, illustrant la liaison de pivotement entre une porte et le corps de BOP, I'ensemble formant bélier étant supporté par la porte qui peut être ouverte pour l'entretien du bloc bélier. La figure 3 est une vue en coupe transversale détaillée représentant l'ensemble formant bélier du côté droit, que montre la figure 1, I'ensemble formant bélier étant dans la position
d'ouverture.
La figure 4 est une vue en coupe transversale détaillée représentant une partie de l'ensemble formant bélier que montre la figure 3, I'ensemble formant bélier étant dans la position de fermeture. La figure 1 reproduit globalement un bloc obturateur de puits (BOP) 10 comprenant une paire d'ensembles formant bélier 12, 14, hydrauliques, radialement opposés, selon la présente invention. Le BOP comprend, de manière classique, un corps 16 qui est traversé par une voie de passage centrale 18 destinée à recevoir un organe tubulaire T de champ pétrolifère, qui traverse le BOP et va jusque dans un trou de forage (non représenté). L'homme de l'art comprendra que le corps 16 du BOP puisse recevoir des organes tubulaires de divers diamètres. Les organes tubulaires sont généralement verticaux au niveau de la plate-forme de forage sur laquelle le BOP est placé, et peuvent s'étendre dans un trou de forage vertical, incliné ou globalement horizontal. Des blocs béliers classiques, tels qu'ils sont décrits par la suite, peuvent être installés de manière interchangeable sur chaque ensemble formant bélier pour assurer une étanchéité fiable durant un jaillissement de pétrole, avec différents organes tubulaires de champ pétrolifère, de diamètres compris dans une certaine plage. Le côté gauche et le côté droit du BOP 10, tel qu'il est représenté sur la figure 1, sont identiques, de sorte que la figure I donne en réalité aussi bien une vue représentative simplifiée qu'une vue en coupe transversale simplifiée d'un BOP. De même, chaque ensemble formant bélier 12, 14 est, de préférence, identique à l'autre dans sa conception et sa construction, et en conséquence, il faut comprendre que la
description détaillée suivante de l'ensemble formant bélier 12
s'applique également à l'ensemble formant bélier 14.
Ainsi, un bloc obturateur de puits classique comprend deux ensembles formant bélier de structure semblable et opposés,
prévus sur des côtés radialement opposés du corps de BOP.
Chaque ensemble formant bélier communique avec l'une respective des chambres 17 radialement opposées ménagées dans le corps de BOP, qui partent radialement vers l'extérieur de la voie de passage centrale 18. Ainsi, un axe central de bélier 19, s'étendant radialement, de l'ensemble formant bélier 12 coupe, en lui étant perpendiculaire, I'axe central 15 de la voie de passage du BOP, qui reçoit l'organe tubulaire T de champ pétrolifère. Chaque ensemble formant bélier 12 peut comprendre un corps de bélier extérieur 22 globalement cylindrique et une porte de bélier 20. Le corps de bélier extérieur 22, tel qu'il est représenté sur les figures 2 et 3, peut être assemblé à la structure, de manière étanche, par des ensembles à vis et écrous 23 classiques (voir les figures 1 et 2), qui s'étendent entre la plaque d'extrémité décrite par la suite et la porte de bélier, comme l'explique plus en détail le brevet américain N 5 575 452. Chaque porte 20, à son tour, peut être assujettie au corps de BOP par des vis classiques (non représentées) qui traversent des ouvertures respectives 26 ménagées dans la porte 20 et se vissent dans des orifices correspondants 27 du corps 16 de BOP. L'ensemble formant bélier 12 peut être monté à pivotement sur le corps 16 de BOP par des bras de pivotement supérieur et inférieur 28, ce qui facilite la réparation et la maintenance des blocs béliers 30. Des vis, présentes dans les ouvertures 26, peuvent ainsi être dévissées du corps 16 du BOP, et la porte 20, qui supporte les composants de l'ensemble formant bélier, peut être ouverte par pivotement, comme le montre la figure 2, pour dégager le bloc d'étanchéité de bélier 30, qui peut alors être facilement réparé ou remplacé. Quand la porte 20 est ultérieurement fermée et que les vis sont resserrées, le joint d'étanchéité 32 établit une étanchéité statique entre une face plane du corps 16 de BOP et la porte 20. Comme le montrent les figures 1 et 2, I'extrémité inférieure du corps 16 de BOP peut comprendre une bride inférieure classique 86 destinée à être assemblée par des boulons à un équipement de champ pétrolifère apparié, tandis que la surface supérieure du corps 16 comprend des trous filetés 88 disposés en cercle pour faciliter un assemblage par boulons avec une bride inférieure d'une autre pièce d'équipement placée
au-dessus du BOP.
Comme le montre la figure 3, I'ensemble formant bélier 12 comprend un piston de bélier 34 qui va et vient le long de l'axe central de bélier 19, à l'intérieur du corps de bélier extérieur 22. Un arbre de bélier 36 relie entre eux mécaniquement le piston de bélier 34 et le bloc bélier 30 remplaçable. Un bloc bélier 30 dimensionné correctement est ainsi monté sur l'extrémité de l'arbre de bélier 36 pour assurer une étanchéité avec l'organe tubulaire T de champ pétrolifère, afin de fermer hermétiquement un trajet d'écoulement annulaire entre le corps de BOP et l'organe tubulaire de champ pétrolifère. La figure 3 montre l'ensemble formant bélier 12 dans la position d'ouverture complète et la figure 4 représente
le même ensemble formant bélier dans la position de fermeture.
Chaque ensemble formant bélier est actionné par fluide et on utilise un fluide hydraulique classique plutôt que de l'air, comme milieu fluide, pour obtenir les forces de fermeture élevées souhaitées. Le fluide sous pression dans la chambre de fermeture 38 de bélier déplace ainsi le piston de bélier 34 et le bloc belier 30 relié de manière structurelle à celui-ci, dans la position de
fermeture du bélier.
Le carter de bélier 80 comprend un corps de bélier 22 extérieur, globalement en forme de manchon, qui forme un support structurel entre la plaque d'extrémité 40, située radialement vers l'extérieur, et la porte 20. Le corps de bélier 22 a une surface cylindrique interne 44 pour assurer un contact étanche avec un ou plusieurs joints d'étanchéité 146 se trouvant sur le piston de bélier 34. Des canalisations de fluide classiques (non représentées) peuvent ainsi s'étendre d'une pompe hydraulique (non représentée) à un ou plusieurs orifices de l'ensemble 12, qui fournissent le fluide hydraulique à la chambre de fermeture 38 de bélier. Des canalisations de fluide semblables peuvent fournir un fluide sous pression à la chambre d'ouverture 46 de bélier, qui est située radialement sur le côté intérieur du piston 34. Un joint d'étanchéité statique classique 48 assure une étanchéité entre le manchon 22 et la plaque d'extrémité 40, tandis qu'un joint d'étanchéité statique semblable 50 assure une étanchéité entre le manchon 22 et la
porte 20.
Comme le montre la figure 3, I'arbre de bélier 36 creux ou en forme de manchon est assujetti fermerhent au piston 34 par n'importe quel moyen approprié. Dans des modes de réalisation donnés à titre d'exemples, I'arbre de bélier 36 peut être ajusté à
force, vissé ou assujetti au piston par un ensemble à vis et écrous.
En réponse à la pression hydraulique dans la chambre 38, le piston se déplace radialement vers l'intérieur le long de l'axe d'arbre de bélier 19, en direction de l'axe central 15 du BOP, entraînant ainsi à la fois l'arbre de bélier 36 et le bloc bélier 30 radialement vers I'intérieur. Quand il est dans la position de fermeture, représentée sur la figure 4, une pression de fluide hydraulique peut être fournie à la chambre d'ouverture 46 de bélier pour entraîner le piston et, ainsi, à la fois l'arbre de bélier et le bloc bélier radialement vers l'extérieur, et les faire revenir dans la position représentée sur la figure 3. Durant le déplacement du piston et de l'ensemble formant bélier entre les positions d'ouverture et de fermeture, une pluralité de joints d'étanchéité d'arbre de bélier 52, supportés par la porte , établit un contact étanche dynamique avec l'arbre de bélier, empêchant ainsi un passage de fluide entre la voie de passage centrale 18 située à l'intérieur du BOP, qui est ouverte aux fluides du trou de forage, et la chambre d'ouverture 46. Bien qu'on puisse utiliser divers types de joints d'étanchéité d'arbre de bélier 52 pour assurer une étanchéité entre la porte et l'arbre de bélier, dans le mode de réalisation préféré plusieurs joints d'étanchéité à lèvres 52, rendus actif par pression, sont espacés le long de l'axe d'arbre de bélier 19. De même, un joint d'étanchéité de réserve 54, qui appartient aussi à la variété de joints d'étanchéité à lèvres rendus actifs par pression, peut être prévu à titre de sécurité supplémentaire pour la séparation de fluide entre la voie de
passage centrale 18 et la chambre d'ouverture 46.
Comme noté précédemment, I'arbre de bélier 36 est creux et comporte, de préférence, un alésage central 60 de diamètre uniforme, s'étendant le long de l'axe de l'arbre de bélier, du bloc bélier 30 jusqu'à l'extrémité 54 située radialement vers l'extérieur de l'arbre de bélier, adjacente au piston 34. Une tige d'arbre de bélier 70 est assujettie fermement à la plaque d'extrémité 40 et s'étend radialement vers l'intérieur depuis la plaque d'extrémité, en
porte-à-faux, pour s'ajuster à l'intérieur de l'alésage cylindrique 60.
Des joints d'étanchéité 72 sont supportés sur l'extrémité, située radialement vers l'intérieur, de l'arbre de bélier 70 et établissent un contact étanche dynamique avec la surface cylindrique intérieure de l'arbre de bélier durant les opérations d'ouverture et de fermeture. Quand il est dans la position de fermeture, le piston 34 est positionné près de la face d'extrémité 74 sur la porte 20, qui définit la surface située radialement le plus vers l'intérieur de la chambre d'ouverture 46. Afin d'établir un contact étanche dynamique continu avec l'arbre de bélier 36, la tige 70 d'arbre de bélier doit ainsi avoir une longueur radiale (le long de l'axe 19 de l'arbre de bélier) qui soit suffisante pour placer les joints d'étanchéité 72 en contact étanche avec l'arbre de bélier 36 quand l'ensemble formant bélier est complètement fermé. Du fait que les ensembles formant bélier d'un BOP ne s'étendent pas, de préférence, radialement vers l'extérieur par rapport à l'axe central plus loin que cela est nécessaire, la longueur radiale cumulée (de nouveau le long de l'axe 19 de l'arbre de bélier) de la chambre d'ouverture 46, du piston 34 et de la chambre de fermeture 38 n'a pas besoin d'être augmentée selon la présente invention, par comparaison avec un ensemble formant bélier classique qui n'est
pas partiellement égalisé en pression. L'homme de l'art concevra que si l'arbre de bélier 36 était plein plutôt
que creux et si la tige 70 d'arbre de bélier n'était pas prévue, la pression hydraulique dans la chambre de fermeture 38 devrait être suffisante pour entraîner l'arbre de bélier 36 radialement vers l'intérieur, tout en surmontant la force de la pression de fluide du trou de forage régnant dans la voie de passage 18, qui agit sur la surface d'étanchéité des joints d'étanchéité 52 situés entre l'arbre de bélier et la porte. Selon la présente invention, I'effet de la pression de fluide du trou de forage qui s'oppose à la fermeture du bélier est réduit, de manière importante, proportionnellement à la surface d'étanchéité des joints d'étanchéité 72 de tige divisée par
la surface d'étanchéité des joints d'étanchéité 52 d'arbre de bélier.
En conséquence, une grande partie de la force de la pression de fluide du trou de forage régnant dans la voie de passage 18 est transmise à la face d'extrémité 76 de la tige d'arbre de bélier, puis à la plaque d'extrémité 40 et ainsi à la porte 20. La pression de fluide du trou de forage n'agit ainsi en réalité que sur la surface annulaire entre le joint d'étanchéité 52 d'arbre de bélier et le joint
d'étanchéité 72 de tige.
L'épaisseur de paroi de l'arbre de bélier creux 36 doit être suffisante pour transmettre de manière fiable les forces nécessaires entre le piston 34 et le bloc bélier 30, en vue de mettre en contact étanche le bloc bélier avec l'organe tubulaire de champ pétrolifère. Pour la plupart des applications, cette intégrité structurelle exigée de l'arbre de bélier peut être réalisée, avec une aire de la surface d'étanchéité, en coupe transversale, des joints d'étanchéité 72 de tige qui représente au moins 50% de l'aire en
coupe transversale des joints d'étanchéité 52 d'arbre de bélier.
Dans des modes de réalisation préférés, I'aire de la surface d'étanchéité, en coupe transversale, du joint d'étanchéité 72 de la tige représente au moins 60% de l'aire de la surface d'étanchéité, en coupe transversale, du joint d'étanchéité 52 d'arbre de bélier, afin que la pression de fluide du trou de forage produise une force s'opposant à la fermeture de l'arbre de bélier qui ne représente que % ou moins de la force d'opposition engendrée dans les BOP de
la technique antérieure, o l'arbre de bélier est plein.
Selon un mode de réalisation préféré, un alésage cylindrique ménagé dans l'arbre de bélier s'étend de l'extrémité, située radialement vers l'intérieur, de l'arbre de bélier, adjacente au bloc bélier 30, jusqu'à l'extrémité 54, située radialement vers l'extérieur, de l'arbre de bélier, adjacente au piston 34. L'homme de l'art comprendra que l'alésage cylindrique 60 a uniquement besoin d'avoir une longueur suffisante pour établir un contact étanche dynamique avec le joint d'étanchéité 72 de tige quand l'ensemble formant bélier se déplace entre les positions d'ouverture et de fermeture. En conséquence, la partie de l'arbre de bélier 36 s'étendant radialement du bloc bélier 30 à la face d'extrémité avant 76 de la tige 70 d'arbre de bélier, quand l'ensemble formant bélier est dans la position d'ouverture complète, doit avoir un alésage cylindrique. Cependant, il est important que l'alésage cylindrique 60 soit continuellement en communication, pour l'écoulement d'un fluide, avec la voie de passage centrale 18 située à l'intérieur du corps de BOP, et que cette communication soit assurée par des orifices qui ne sont pas susceptibles de se boucher. En conséquence, la partie avant de l'arbre de bélier 36 peut être dotée d'un alésage de diamètre réduit. De même, on peut établir une communication de passage de fluide entre l'alésage cylindrique 60 ménagé dans l'arbre de bélier 36 et la voie de passage 18 en ménageant, dans la partie avant de l'arbre de bélier 36, un ou plusieurs passages qui s'étendent vers l'extérieur à travers le côté de l'arbre de bélier, plutôt que vers l'extrémité avant de l'arbre de bélier adjacente au bloc bélier 30. L'homme de l'art comprendra que divers agencements de passages peuvent être prévus pour maintenir une communication de passage de fluide continue entre la voie de passage 18 située dans le corps de BOP et l'alésage cylindrique 60 ménagé dans l'arbre de bélier, qui s'étende d'au moins la position de la face d'extrémité 76 de la tige d'arbre de bélier, quand l'ensemble formant bélier est dans la position d'ouverture complète, à l'extrémité 54, située radialement vers l'extérieur, de l'arbre de bélier, adjacente au piston. On préfère cependant l'agencement représenté sur les figures 3 et 4, pour des raisons de coûts de fabrication réduits et pour obtenir un
fonctionnement très fiable du BOP.
Bien qu'il soit possible d'établir un contact étanche entre la tige 70 et l'arbre de bélier 36 avec un agencement selon lequel I'alésage 60 ménagé dans l'arbre de bélier et la configuration de coupe transversale de la tige 70 ne sont pas cylindriques, il est certainement préférable que le contact étanche soit réalisé avec un alésage cylindrique ménagé dans l'arbre de bélier, et que la tige 70 ait, de manière semblable, une configuration cylindrique. De même, la tige 70 n'a pas besoin d'avoir, sur sa longueur entre le joint d'étanchéité 72 et la plaque d'extrémité 40, un diamètre qui ne soit que légèrement inférieur au diamètre de l'alésage 60. La tige 70 pourra ainsi avoir une extrémité radialement intérieure de diamètre agrandi, pour recevoir les joints d'étanchéité 72 en vue d'un contact étanche avec l'arbre de bélier 36, et toute la longueur ou une partie de la longueur de la tige, entre l'extrémité de diamètre agrandi et la plaque d'extrémité 40, pourra avoir un diamètre quelque peu réduit. Ce mode de réalisation réduira le poids de la tige d'arbre de bélier et éventuellement le coût de fabrication de la tige d'arbre de bélier. Il est important, naturellement, que l'aire de la section transversale de la tige d'arbre de bélier soit suffisante pour transmettre de manière fiable les forces de pression du trou de forage, agissant sur la face d'extrémité 76 de la tige d'arbre de bélier, à la plaque d'extrémité 40, sans cintrer ou courber la tige d'arbre de bélier. Le procédé selon la présente invention pour fermer les ensembles formant bélier, radialement opposés, d'un bloc
obturateur de puits ressortira de la description précédente. Un
alésage est prévu dans chaque arbre de bélier 36, cet alésage étant en communication continue avec la voie de passage centrale 18 du corps de BOP. Chaque alésage s'étend radialement vers l'extérieur depuis un joint d'étanchéité 52 respectif d'arbre de bélier jusqu'à une extrémité, située radialement vers l'extérieur, de l'arbre de bélier. Les première et deuxième tiges 70 d'arbre de bélier, radialement opposées, peuvent être fixées, de manière amovible, à un carter respectif d'arbre de bélier, et plus particulièrement à une plaque d'extrémité 40 respective de carter de bélier. Chaque tige d'arbre de bélier est placée à l'intérieur de l'alésage dans un arbre de bélier respectif en forme de manchon et s'étend radialement vers l'intérieur, de la plaque d'extrémité 40 vers le bloc bélier respectif. Des joints d'étanchéité 72 de tige sont prévus pour assurer une étanchéité entre une tige respective d'arbre de bélier et l'arbre de bélier respectif lorsque chaque ensemble formant
bélier se déplace entre les positions d'ouverture et de fermeture.
La pression de fluide hydraulique est alors appliquée dans chacune des chambres 38 pour pousser simultanément les pistons 34 et les blocs béliers 30 radialement vers l'intérieur et les amener en
contact étanche avec l'organe tubulaire T de champ pétrolifère.
Pendant que les ensembles formant bélier sont simultanément fermés, la pression du trou de forage régnant dans le corps de BOP, qui s'oppose à la fermeture de chaque arbre de bélier, est réduite en fonction de la surface d'étanchéité des joints d'étanchéité 72 de tige proportionnellement à la surface
d'étanchéité des joints d'étanchéité 52 d'arbre de bélier.
Selon la présente invention, chacune des portes 20 radialement opposées est montée à pivotement sur le corps de BOP, chaque porte supportant un ensemble formant bélier respectif. Durant les opérations d'entretien, une ou les deux portes 20 peuvent être décrochées du corps de BOP et la porte 20 peut être amenée par pivotement dans une position d'ouverture, comme le montre la figure 2, afin que l'extrémité, située radialement vers l'intérieur, de l'arbre de bélier 36 et le bloc bélier 30, supporté par celle-ci, puissent être facilement entretenus. Si les joints d'étanchéité 72 de tige ou les joints d'étanchéité 46 de piston nécessitent une inspection ou un entretien, la plaque d'extrémité peut être retirée du corps de bélier extérieur 22, et la plaque d'extrémité 40 et la tige 70 d'arbre de bélier peuvent être tirées radialement vers l'extérieur depuis l'arbre de bélier 36 pour dégager ces composants. Le piston 34 peut être séparé de l'arbre
de bélier 36 et ses joints inspectés et remplacés si nécessaire.
Durant une opération d'entretien, la porte 20 peut être amenée par pivotement dans une position d'ouverture, afin que, le piston 34 ayant été séparé de l'arbre de bélier 36, I'arbre de bélier 36 puisse être tiré vers l'extérieur, depuis le côté corps de BOP de la porte,
et remplacé si nécessaire.
Comme noté précédemment, une caractéristique de la présente invention est qu'un ensemble formant bélier d'un BOP existant peut être modifié de façon à bénéficier des caractéristiques de la présente invention. Un arbre de bélier classique et une plaque d'extrémité d'un ensemble formant bélier peuvent être ainsi échangés, et un arbre de bélier creux conforme à la présente invention et une plaque d'extrémité modifiée, à laquelle est fixée une tige 70 d'arbre de bélier, peuvent remplacer les composants antérieurs. Comme noté précédemment, il est souhaitable de dimensionner l'alésage cylindrique ménagé dans l'arbre de bélier et la tige d'arbre de bélier de telle sorte que l'aire de la surface d'étanchéité, en coupe transversale, du joint d'étanchéité 72 de tige représente au moins 60% de l'aire de la surface d'étanchéité, en coupe transversale, du joint d'étanchéité 52 d'arbre de bélier, ce qui réduit de manière importante la force du fluide du trou de forage, qui s'oppose à la fermeture de l'arbre
de bélier.
La description qui précède suggère diverses modifications.
Comme noté précédemment, il est préférable que chaque ensemble formant bélier comporte un carter de bélier 80 qui comprend un corps extérieur 22 globalement cylindrique, ayant une surface cylindrique interne pour assurer un contact étanche avec le piston, et une plaque d'extrémité 40. De même, il est préférable, selon la présente invention, de prévoir une plaque d'extrémité ou plaque de
tête 40, qui soit fixée de manière amovible au corps extérieur 22.
Dans certaines conceptions, le corps extérieur 22 peut être pris en sandwich entre la plaque d'extrémité 40 et la porte, à l'aide d'ensembles à vis et écrous externes au corps extérieur 22 qui
s'étendent directement de la plaque d'extrémité 40 à la porte 20.
Le BOP de la présente invention est, de préférence, du type qui comprend des portes 20 radialement opposées, chacune étant montée à pivotement sur le corps de BOP pour faciliter les opérations d'entretien comme expliqué ci-dessus. Dans d'autres conceptions de BOP, la porte peut être boulonnée au corps de BOP afin d'être retirée du corps de BOP durant une opération d'entretien. La porte constitue le support structurel de l'ensemble formant bélier 12 qui se rapporte globalement à des composants autres que la porte, comme le montre la figure 3. La porte 20 peut être considérée comme un composant de l'ensemble formant bélier dans certaines applications, du fait qu'elle a pour fonction de fournir un support structurel aux composants de l'ensemble formant bélier et d'assurer de manière fiable une étanchéité entre
l'ensemble formant bélier et le corps de BOP.
On peut apporter diverses autres modifications aux ensembles formant bélier décrits jusqu'ici, tout en continuant à exploiter le concept d'équilibre partiel de pression de la présente invention. Par exemple, des ensembles formant bélier peuvent être pourvus de divers types de mécanismes de verrouillage permettant de verrouiller mécaniquement chaque ensemble formant bélier dans la position de fermeture, jusqu'à ce que la pression de fluide soit
appliquée au BOP afin d'ouvrir chaque ensemble formant bélier.
Les brevets américains N 5 025 708 et 5 575 452 présentent des mécanismes de verrouillage appropriés, chacun de ces brevets étant incorporé ici à titre de référence. L'homme de l'art comprendra qu'on puisse utiliser d'autres types de mécanismes de verrouillage pour verrouiller les ensembles formant bélier de BOP et qu'on puisse aussi les employer avec l'ensemble formant bélier
partiellement équilibré en pression de cette invention.
Une des caractéristiques de la présente invention est qu'il est possible d'apporter des améliorations à un BOP existant en l'équipant de l'ensemble formant bélier de la présente invention. Du fait que les composants de l'ensemble formant bélier sont logés à l'intérieur du carter de bélier classique, la taille du bloc obturateur de puits n'a pas besoin être augmentée. L'homme de l'art comprendra que les diverses canalisations de fluide fournissant la pression d'ouverture et de fermeture aux chambres 38 et 46, ainsi que la canalisation pour le piston de déverrouillage, puissent être placées et configurées de différentes manières pour atteindre les
objectifs de l'invention.
Les ensembles formant bélier de la présente invention sont particulièrement bien adaptés pour réaliser une étanchéité sur l'organe tubulaire de champ pétrolière et, en conséquence, chaque bloc bélier 30, comme le montrent les figures 2 et 3, comprend un joint d'étanchéité élastomère 84 pour établir un contact étanche
fiable entre le bloc bélier et l'organe tubulaire de champ pétrolifère.
Le concept d'équilibre partiel de pression de la présente invention peut avoir une application dans d'autres types d'ensembles formant bélier, comprenant en particulier des ensembles formant bélier de
cisaillement du type que décrit le brevet américain N 5 400 857.
Le BOP peut comprendre une paire d'ensembles formant bélier supérieurs opposés et une paire d'ensembles formant bélier inférieurs, comportant des blocs béliers identiques si un fonctionnement redondant est souhaité. En variante, le groupe supérieur de blocs béliers peut être prévu pour assurer l'étanchéité autour d'un organe tubulaire de champ pétrolifère d'une certaine taille, tandis que le groupe inférieur de blocs béliers peut être actionné pour assurer l'étanchéité autour d'un organe tubulaire de champ pétrolifère de taille différente. Dans encore un autre mode de réalisation, les blocs béliers inférieurs peuvent être destinés à assurer une étanchéité autour du corps annulaire situé entre l'organe tubulaire de champ pétrolifère et le corps de BOP, tandis qu'un groupe supérieur de blocs béliers sera destiné à cisailler l'organe tubulaire de champ pétrolifère et à réaliser une obturation complète pour empêcher un écoulement de fluide à travers le BOP. Chacune des paires d'ensembles formant bélier supérieurs et
inférieurs, opposés, peut ainsi être commandée séparément.
Diverses modifications supplémentaires apportées au BOP et aux ensembles formant bélier décrits jusqu'ici ressortiront de la
description, donnée ci-dessus, des modes de réalisation préférés.
Ainsi, bien que l'invention ait été décrite en détail pour ces modes de réalisation, on comprendra que cet exposé a été fait à titre d'illustration et que l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits. D'autres composants et techniques de fonctionnement apparaîtront de façon évidente pour l'homme de
l'art qui lira cette description. Ainsi, des modifications sont
envisageables et peuvent être réalisées sans sortir du cadre de l'invention.
Claims (20)
1 Bloc obturateur de puits hydraulique (10) destiné à venir en contact avec un organe tubulaire de champ pétrolifère, caractérisé en ce qu'il comprend: un corps (16) de BOP présentant une voie de passage centrale (18) pour recevoir l'organe tubulaire de champ pétrolifère et des chambres (17) radialement opposées s'étendant radialement vers l'extérieur depuis la voie de passage centrale (18), la voie de passage centrale (18) située dans le corps (16) de BOP définissant un axe central de BOP; des premier et deuxième ensembles formant bélier (12, 14) communiquant chacun avec une chambre (17) respective du corps (16) de BOP, chacun des premier et deuxième ensembles formant bélier (12, 14) comprenant un carter de bélier relié de manière étanche au corps (16) de BOP, un piston (34) se déplaçant en réponse à la pression hydraulique régnant à l'intérieur du carter de bélier, entre une position d'ouverture et une position de fermeture, un bloc bélier (30) et un arbre de bélier (36) en forme de manchon reliant entre eux le piston (34) et le bloc bélier (30); des premier et deuxième joints d'étanchéité (52) d'arbre de bélier, destinés chacun à réaliser une étanchéité entre un carter de bélier respectif et un arbre de bélier (36) respectif lorsque chaque ensemble formant bélier (12, 14) se déplace entre les positions d'ouverture et de fermeture; chaque arbre de bélier (36) en forme de manchon présentant un alésage (60) qui communique, pour l'écoulement d'un fluide, avec la voie de passage centrale (18) du corps (16) de BOP et s'étendant radialement vers l'extérieur, depuis le joint d'étanchéité (52) respectif d'arbre de bélier jusqu'à une extrémité (54), située radialement vers l'extérieur, de l'arbre de bélier (36); des première et deuxième tiges (70) d'arbre de bélier, chacune étant fixée fermement à un carter de bélier respectif et placée à l'intérieur de l'alésage (60) dans un arbre de bélier (36) respectif en forme de manchon, chaque tige (70) d'arbre de bélier s'étendant radialement depuis le carter de bélier respectif vers le bloc bélier (30) respectif et des premier et deuxième joints d'étanchéité (72) de tige, destinés chacun à assurer une étanchéité entre une tige (70) respective d'arbre de bélier et un arbre de bélier (36) respectif lorsque chaque ensemble formant bélier (12, 14) respectif se déplace entre les positions d'ouverture et de fermeture, afin que la pression de fluide régnant dans la voie de passage (18) de BOP s'oppose à la fermeture de chaque arbre de bélier (36) en fonction de la surface d'étanchéité du joint d'étanchéité (52) respectif d'arbre de bélier moins la surface d'étanchéité du joint d'étanchéité
(72) respectif de tige.
2. Bloc obturateur de puits (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre: des première et deuxième portes (20), chacune étant assujettie de manière amovible au corps (16) de BOP et supportant un ensemble formant bélier (12, 14) respectif, I'un respectif des premier et deuxième joints d'étanchéité (52) d'arbre de bélier étant destiné à assurer une étanchéité entre une porte (20) respective et un arbre de bélier (36) respectif; et les premier et deuxième ensembles formant bélier (12, 14) comprennent chacun une plaque d'extrémité (40) radialement opposée au corps (16) de BOP par rapport à la porte (20) respective, la tige (70) respective d'arbre de bélier étant assujettie
fermement à la plaque d'extrémité (40) respective.
3. Bloc obturateur de puits (10) selon la revendication 2, caractérisé en ce que chacune des première et deuxième portes (20) est montée à pivotement sur le corps (16) de BOP, de sorte que chaque porte peut être ouverte par pivotement pour l'entretien
du bloc bélier (30) respectif.
4. Bloc obturateur de puits (10) selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'en outre, dans chaque ensemble formant bélier (12, 14): le carter de bélier comporte un corps de bélier extérieur, globalement cylindrique, s'étendant radialement entre une porte respective et une plaque d'extrémité respective, et le carter de bélier comporte une surface intérieure cylindrique en vue d'un contact étanche avec un piston respectif.
5. Bloc obturateur de puits (10) selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque joint d'étanchéité (52) d'arbre de bélier est supporté par une porte (20) respective en vue d'un contact étanche dynamique avec un arbre de bélier (36) respectif, et chaque joint d'étanchéité (72) de tige est supporté par une tige (70) respective d'arbre de bélier en vue d'un contact étanche
dynamique avec un arbre de bélier (36) respectif.
6. Bloc obturateur de puits (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque joint d'étanchéité (72) de tige a une aire en coupe transversale qui représente au moins 60% de l'aire en coupe transversale d'un joint d'étanchéité (52) respectif d'arbre
de bélier.
7. Bloc obturateur de puits (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'alésage (60) ménagé dans chaque arbre de bélier (36) a une configuration sensiblement cylindrique s'étendant radialement entre le bloc bélier (30) respectif et l'extrémité, située
radialement vers l'extérieur, de l'arbre de bélier (36).
8. Bloc obturateur de puits (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque arbre de bélier (36) a une partie de réception d'arbre placée à l'intérieur de l'arbre de bélier (36) respectif quand l'ensemble formant bélier (12) respectif est dans la position d'ouverture, la partie de réception d'arbre ayant un
diamètre sensiblement uniforme.
9. Bloc obturateur de puits (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque tige (70) d'arbre de bélier est vissée,
de manière amovible, à un carter d'arbre de bélier respectif.
10. Bloc obturateur de puits (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bloc bélier (30) comprend un joint d'étanchéité élastomère en vue d'un contact étanche du bloc bélier
et de l'organe tubulaire de champ pétrolifère.
11. Ensemble formant bélier (12) destiné à être placé sur un corps (16) de BOP comportant une voie de passage (18) destinée à recevoir un organe tubulaire de champ pétrolifère, cet ensemble formant bélier étant caractérisé en ce qu'il comprend: un carter de bélier pour assurer une étanchéité avec le corps de BOP, et comportant intérieurement une cavité de bélier qui communique avec la voie de passage du corps de BOP, le carter de bélier comprenant une plaque d'extrémité (40) située radialement vers l'extérieur; un piston de bélier (34) apte à se déplacer en réponse à une pression hydraulique régnant à l'intérieur de la cavité de bélier, entre une position d'ouverture et une position de fermeture; un bloc bélier (30) destiné à venir en contact étanche avec l'organe tubulaire de champ pétrolifère quand le piston de bélier (34) est dans la position de fermeture; un arbre de bélier (36) en forme de manchon, reliant entre eux le piston de bélier (34) et le bloc bélier (30); un joint d'étanchéité (52) d'arbre de bélier, destiné à assurer une étanchéité entre le carter de bélier et l'arbre de bélier (36) lorsque le piston de bélier (34) se déplace entre la position d'ouverture et la position de fermeture; l'arbre de bélier (36) en forme de manchon présentant un alésage (60) qui communique, pour l'écoulement d'un fluide, avec la voie de passage centrale (18) du corps (16) de BOP et s'étendant radialement vers l'extérieur jusqu'à une extrémité (54), située radialement vers l'extérieur, de l'arbre de bélier (36); une tige (70) d'arbre de bélier fixée fermement au carter de bélier et placée à l'intérieur de l'alésage ménagé dans l'arbre de bélier (36) en forme de manchon, la tige (70) d'arbre de bélier s'étendant depuis la plaque d'extrémité (40) radialement vers le bloc bélier (30); et un joint d'étanchéité (72) de tige, destiné à assurer une étanchéité entre la tige (70) d'arbre de bélier et l'arbre de bélier (36) lorsque le piston de bélier (34) se déplace entre la position d'ouverture et la position de fermeture, afin que la pression de fluide régnant dans la voie de passage (18) du BOP s'oppose à la fermeture de l'arbre de bélier (36) en fonction d'une surface d'étanchéité du joint d'étanchéité (52) d'arbre de bélier moins la
surface d'étanchéité du joint d'étanchéité de tige.
12. Ensemble formant bélier (12) selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comprend en outre: une porte (20) destinée à être assujettie au corps (16) de BOP et supportant le carter de bélier, le joint d'étanchéité (52) d'arbre de bélier assurant une étanchéité entre la porte (20) et l'arbre de bélier (36);et la porte (20) étant conçue pour être montée à pivotement sur le corps (16) de BOP, afin que la porte (20) puisse être ouverte par
pivotement pour l'entretien du bloc bélier.
13. Ensemble formant bélier (12) selon la revendication 12, caractérisé en ce que le joint d'étanchéité (52) d'arbre de bélier est supporté par la porte (20) en vue d'un contact étanche dynamique avec l'arbre de bélier (36), et le joint d'étanchéité (72) de tige est supporté par la tige (70) d'arbre de bélier en vue d'un contact
étanche dynamique avec l'arbre de bélier (36).
14. Ensemble formant bélier (12) selon la revendication 11, caractérisé en ce que le joint d'étanchéité (72) de tige a une aire en coupe transversale qui représente au moins 60% de l'aire en
coupe transversale du joint d'étanchéité (52) d'arbre de bélier.
15. Ensemble formant bélier (12) selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'alésage (60) ménagé dans l'arbre de bélier a une configuration sensiblement cylindrique s'étendant radialement entre le bloc bélier (30) et l'extrémité (54), située
radialement vers l'extérieur, de l'arbre de bélier (36).
16. Ensemble formant belier (12) selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'arbre de bélier (36) a une partie de réception d'arbre placée à l'intérieur de l'arbre de bélier (36) respectif quand l'ensemble formant bélier (12) est dans la position d'ouverture, la partie de réception d'arbre ayant un diamètre
sensiblement uniforme.
17. Procédé pour fermer des premier et deuxième ensembles formant bélier (12, 14), radialement opposés, d'un bloc obturateur de puits (10) afin de les mettre en contact avec un organe tubulaire de champ pétrolifère, le bloc obturateur de puits (10) comprenant un corps (16) de BOP comportant une voie de passage centrale (18) pour recevoir l'organe tubulaire de champ pétrolifère, des premier et deuxième carters de bélier, reliés chacun de manière étanche au corps de BOP, des premier et deuxième pistons chacun déplaçable en réponse à une pression hydraulique régnant à l'intérieur des carters de bélier, des premier et deuxième blocs béliers (30), des premier et deuxième arbres de bélier (36), chacun reliant entre eux un piston respectif et un bloc bélier (30) respectif, et des premier et deuxième joints d'étanchéité (52) d'arbre de bélier, chacun destiné à assurer une étanchéité entre un carter de bélier respectif et un arbre de bélier (36) respectif lorsque chaque ensemble formant bélier (12, 14) se déplace entre les positions d'ouverture et de fermeture, ce procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste: à prévoir, dans chaque arbre de bélier, un alésage (60) placé en communication, pour l'écoulement d'un fluide, avec la voie de passage central (18) du corps de BOP et s'étendant radialement vers l'extérieur, depuis le joint d'étanchéité respectif d'arbre de bélier jusqu'à une extrémité, située radialement vers l'extérieur, de l'arbre de bélier (36); à assujettir des première et deuxième tiges (70) d'arbre de bélier, chacune à un carter de bélier respectif, en la plaçant à l'intérieur de l'alésage (60) dans un arbre de bélier (36) respectif en forme de manchon, chaque tige (70) d'arbre de bélier s'étendant radialement depuis le carter de bélier respectif vers le bloc bélier (30) respectif; à prévoir des premier et deuxième joints d'étanchéité (72) de tige, chacun pour assurer une étanchéité entre une tige (70) respective d'arbre de bélier et un arbre de bélier (36) respectif lorsque chaque ensemble formant bélier (12) respectif se déplace entre les positions d'ouverture et de fermeture; et à mettre en pression les premier et deuxième carters de bélier pour déplacer les premier et deuxième pistons et les premier et deuxième blocs béliers (30) radialement vers l'intérieur, tandis que la pression de fluide dans la voie de passage (18) du BOP s'oppose à la fermeture de chaque arbre de bélier (36) en fonction de la surface d'étanchéité du joint d'étanchéité (52) respectif d'arbre de bélier moins la surface d'étanchéité du joint d'étanchéité
(72) respectif de tige.
18. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce qu'il comprend en outre les étapes consistant: à monter à pivotement des première et deuxième portes (20) sur le corps (16) de BOP, chaque porte supportant un ensemble formant bélier (12, 14) respectif; à positionner les premier et deuxième joints d'étanchéité (52) d'arbre de bélier pour qu'ils assurent chacun une étanchéité entre une porte (20) respective et un arbre de bélier (36) respectif; et à décrocher au moins une des première et deuxième portes (20) du corps (16) de BOP, pour faire pivoter la porte décrochée
dans une position ouverte et entretenir le bloc bélier (30) respectif.
19. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce qu'il comprend en outre les étapes consistant: à monter chaque joint d'étanchéité (52) d'arbre de bélier sur une porte (20) respective, en vue d'un contact étanche dynamique avec un arbre de bélier (36) respectif; et à monter chaque joint d'étanchéité (72) de tige sur une tige (70) respective d'arbre de bélier, en vue d'un contact étanche
dynamique avec un arbre de bélier (36) respectif.
20. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'étape consistant: à dimensionner chaque joint d'étanchéité (72) de tige pour qu'il ait une aire en coupe transversale représentant au moins 60% de l'aire en coupe transversale d'un joint d'étanchéité (52) respectif
d'arbre de bélier.
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| NO975910D0 (no) | 1997-12-16 |
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