FR3084394A1

FR3084394A1 - Soupape de sécurité de puits à commande électrique et activation par la pression du puits

Info

Publication number: FR3084394A1
Application number: FR1906810A
Authority: FR
Inventors: James Dan VICK JR.; Jimmie Robert Williamson; Bruce Edward Scott; Michael Linley Fripp
Original assignee: Halliburton Energy Services Inc
Current assignee: Halliburton Energy Services Inc
Priority date: 2018-07-26
Filing date: 2019-06-24
Publication date: 2020-01-31
Also published as: WO2020023113A1; NO20201164A1; GB202019499D0; AU2019309217A1; US11248441B2; MX2020012517A; SG11202010095SA; AU2019309217B2; BR112020023849A2; DK181057B1; DE112019003776T5; DK202070834A1; US20200032616A1; MX2024003707A; GB2588044A; GB2588044B

Abstract

Une soupape de sécurité (200) peut comprendre : un boîtier externe (224) comprenant un alésage central (225) s’étendant axialement à travers le boîtier externe (224); un tube d’écoulement (240) incluant : un manchon de translation (222); et un corps principal de tube d’écoulement (208) disposé à l’intérieur du manchon de translation (222), dans laquelle le corps principal de tube d’écoulement a une extrémité supérieure et une extrémité inférieure ; un piston (220) pouvant fonctionner pour transmettre une force au manchon de translation (222); un clapet à battant (204) disposé sur une extrémité distale du boîtier externe (224); et un ensemble électromagnétique (238) pouvant fonctionner pour maintenir la soupape de sécurité (200) dans un état ouvert.

Description

Titre de l’invention : SOUPAPE DE SÉCURITÉ DE PUITS À COMMANDE ÉLECTRIQUE ET ACTIVATION PAR LA PRESSION DU PUITS [0001] CONTEXTE [0002] Des soupapes de sécurité de puits peuvent être installées dans un puits de forage pour empêcher le déversement incontrôlé de fluides de réservoir. Les soupapes de sécurité sont généralement actionnées hydrauliquement par une série de lignes hydrauliques comprenant une ligne de commande et une ligne d’équilibre. La ligne de commande peut s’étendre de la soupape à la surface de la tête de puits et de la tête de puits à une complétion sous-marine ou à une plate-forme de forage ou de production en mer. La ligne d’équilibre peut être utilisée pour équilibrer la pression hydrostatique de la ligne de commande en annulant l’effet de la pression hydrostatique de la ligne de commande. Une soupape de sécurité typique peut fonctionner en déplaçant un piston de la soupape de sécurité en réponse à un différentiel entre la pression dans la ligne de commande connectée à la soupape de sécurité et la pression dans un tube de production dans lequel la soupape de sécurité est interconnectée. De plus, la ligne d’équilibre s’étendant d’un point situé dans l’océan à l’arrière du piston peut fournir une force ascendante sur le piston pour équilibrer la pression exercée sur le piston avec la ligne de commande ou la pression annulaire si la ligne de commande est compromise.

[0003] Cependant, il peut y avoir des limites à la mise en place et à l’actionnement de soupapes de sécurité à actionnement hydraulique. Certaines contraintes peuvent inclure des limitations en ce qui concerne les systèmes hydrostatiques nécessitant des schémas de commande complexes et coûteux et une friction hydraulique pouvant entraîner un actionnement lent de la soupape. Une soupape de sécurité devrait idéalement se fermer aussi rapidement que possible en cas de dysfonctionnement du processus ou en cas d’urgence, afin de garantir la sécurité opérationnelle et environnementale.

DESCRIPTION BRÈVE DES DESSINS [0004] Ces dessins illustrent certains aspects de certains exemples de la présente invention, et ne doivent pas être utilisés pour limiter ou définir l’invention.

[0005] La figure 1 est un schéma d’un puits en mer comportant une soupape de sécurité à actionnement électrique.

[0006] La figure 2a est un schéma d’une soupape de sécurité à actionnement électrique dans une première position fermée.

[0007] La figure 2b est un schéma d’une soupape de sécurité à actionnement électrique dans une seconde position fermée.

[0008] La figure 2c est un schéma d’une soupape de sécurité à actionnement électrique dans une position ouverte.

[0009] La figure 3 est un schéma d’un ensemble électromagnétique.

Description des modes de réalisation [0010] La présente invention concerne des procédés et un appareil comprenant une soupape de sécurité de puits à actionnement électrique. La soupape de sécurité à actionnement électrique peut être actionnée en utilisant la pression de puits sans nécessiter de lignes de commande et d’équilibre hydrauliques supplémentaires. En éliminant les lignes de commande et d’équilibre hydrauliques, la soupape de sécurité de puits à actionnement électrique peut avoir une capacité de sécurité intégrée accrue par rapport aux autres soupapes de sécurité. La sécurité intégrée peut être définie comme une condition dans laquelle la soupape ou le système de commande associé peut être endommagé et où la soupape de sécurité à actionnement électrique conserve la capacité de se fermer. Dans certains exemples, la soupape de sécurité à actionnement électrique peut faire défaut en position fermée, garantissant ainsi que les fluides et la pression des puits de forage sont contenus. Dans un autre exemple, la soupape de sécurité à actionnement électrique peut se fermer automatiquement lorsqu’une connexion électrique à la soupape est déconnectée sans aucune entrée externe supplémentaire.

[0011] La figure 1 illustre une plate-forme en mer 100 connectée à une soupape de sécurité à actionnement électrique 106 via une connexion électrique 102. Un espace annulaire 108 peut être défini entre les parois du puits 112 et un conduit 110. La tête de puits 114 peut fournir un moyen de transférer et sceller le conduit 110 contre le puits 112 et fournir un profil pour verrouiller un obturateur anti-éruption sous-marin. Le conduit 110 peut être couplé à la tête de puits 114. Le conduit 110 peut être n’importe quel conduit tel qu’un tubage, une chemise, un tube de production ou tout autre élément tubulaire disposé dans un puits de forage. Dans la description suivante de la soupape de sécurité à actionnement électrique 106 et d’autres appareils et procédés décrits ici, les termes directionnels, tels que « ci-dessus », « ci-dessous », « supérieur », « inférieur », etc., ne sont utilisés que par commodité en se référant aux dessins annexés. De plus, il faut comprendre que les divers exemples de la présente soupape de sécurité à actionnement électrique décrits ici peuvent être utilisés dans diverses orientations, telles qu’inclinée, inversée, horizontale, verticale, etc., et dans diverses configurations, sans s’écarter des principes de la présente invention. Bien que la soupape de sécurité à actionnement électrique 106 soit illustrée comme étant disposée à l’intérieur d’un puits en mer, l’homme du métier comprendra que la soupape de sécurité à actionnement électrique 106 peut être disposée dans tout type de puits de forage, y compris les puits de forage de type terrestre et maritime, sans s’écarter de la présente invention. En outre, alors que la connexion électrique 102 est illustrée comme étant connectée à une plate-forme maritime, la connexion électrique 102 peut être connectée à tout type de complétion maritime sans s’écarter de l’invention.

[0012] La soupape de sécurité à actionnement électrique 106 peut être interconnectée dans le conduit 110 et positionnée dans le puits 112. La soupape de sécurité à actionnement électrique 106 peut constituer un moyen d’isoler une partie inférieure du conduit 110 d’une partie supérieure du conduit 110. La partie inférieure du conduit 110 peut être connectée de manière fluidique à une formation souterraine de sorte que des fluides de formation puissent s’écouler dans la partie inférieure du conduit 110. Bien que le puits 112 comme décrit à la figure 1 est un puits en mer, l’homme du métier devrait être en mesure d’adopter ces enseignements pour n’importe quel type de puits, qu’il soit terrestre ou maritime. La connexion électrique 102 peut s’étendre dans le puits 112 et peut être connectée à la soupape de sécurité à actionnement électrique 106. La connexion électrique 102 peut alimenter un électroaimant disposé à l’intérieur de la soupape de sécurité à actionnement électrique 106. Comme cela sera décrit plus en détail ci-dessous, l’alimentation fournie à Γélectroaimant peut alimenter

Γélectroaimant afin de maintenir en place des composants de la soupape de sécurité à actionnement électrique 106 lorsque la soupape de sécurité à actionnement électrique 106 est actionnée dans une position ouverte. L’actionnement peut comprendre l’ouverture d’une soupape de sécurité à actionnement électrique 106 afin de fournir un trajet d’écoulement pour des fluides de puits de forage dans une partie inférieure du conduit 110 afin de s’écouler dans une partie supérieure du conduit 110. La connexion électrique 102 peut également fournir un moyen de fermer la soupape de sécurité à actionnement électrique 106 et d’isoler une partie inférieure du conduit 110 afin qu’elle s’écoule depuis une partie supérieure du conduit 110 afin de fournir une commande de puits.

[0013] En se référant à la figure 2a, un exemple de soupape de sécurité à actionnement électrique 200 est illustré dans une première position fermée. La soupape de sécurité à actionnement électrique 200 peut inclure un corps 224 contenant un alésage 225,des composants de la soupape de sécurité à actionnement électrique pouvant être disposés à l’intérieur de l’alésage 225. L’ensemble de soupape supérieur 234 peut être fixé au corps 224 et peut en outre inclure un élément d’étanchéité 223 de manière à empêcher la communication fluidique entre la section inférieure 202 et la section supérieure 203. Le manchon 226 peut être fixé à l’ensemble de soupape supérieur 234 et à l’ensemble de soupape inférieur 216. Le tube d’écoulement 240 peut être disposé à l’intérieur du manchon 226. Le tube d’écoulement 240 peut inclure un manchon de translation 222 et un corps principal de tube d’écoulement 208. Un trajet d’écoulement 214 peut être défini par un intérieur de corps principal de tube d’écoulement 208. Comme illustré à la figure 2a, le trajet d’écoulement 214 peut s’étendre d’un intérieur d’un conduit 206 à un intérieur d’un corps principal de tube d’écoulement 208. Comme on le verra plus en détail ci-dessous, lorsque la soupape de sécurité à actionnement électrique 200 est dans une position ouverte, le trajet d’écoulement 214 peut s’étendre depuis un intérieur d’un conduit 206 jusqu’à un intérieur d’un corps principal de tube d’écoulement 208 et plus loin dans la section inférieure 202.

[0014] Le ressort-moteur 210 peut être disposé entre l’ensemble de soupape inférieur 216 et l’épaulement de manchon de translation 218. Comme illustré à la figure 2a, l’épaulement de manchon de translation 218 et l’épaulement de tube d’écoulement 232 peuvent être en contact lorsque la soupape de sécurité à actionnement électrique 200 est dans la première position fermée. Le ressort-moteur 210 peut exercer une force de ressort positive contre l’épaulement de manchon de translation 218 qui peut maintenir le corps principal de tube d’écoulement 208 dans une première position. Le ressortmoteur 210 peut également fournir une force de ressort positive pour remettre le corps principal du tube d’écoulement 208 et le manchon de translation 222 dans la première position à partir d’une seconde position, comme cela sera expliqué ci-dessous. Un ressort à bec 212 peut être disposé entre l’ensemble de manchon de translation 230 et l’épaulement de tube d’écoulement 232. L’ensemble de manchon de translation 230 peut être disposé entre le piston 220 et le manchon de translation 222, et fixé à ceux-ci. Bien qu’un seul piston soit illustré sur les figures 2a à 2c, plusieurs pistons peuvent être fixés au manchon de translation 222. Le res sort-moteur 210 et le ressort à bec 212 sont représentés sous la forme de ressorts hélicoïdaux sur les figures 2a à 2c. Cependant, le ressort-moteur 210 et le ressort à bec 212 peuvent inclure tout type de ressort tel que, par exemple, des ressorts hélicoïdaux, des ressorts de compression ou des ressorts fluidiques. L’ensemble de manchon de translation 230 peut permettre à une force appliquée sur une extrémité distale du piston 220 d’être transférée dans le manchon de translation 222. Une force peut être appliquée à l’extrémité distale du piston 220 par voie de communication fluidique d’un canal 228 à travers un orifice 242. Une force appliquée au piston 220 peut déplacer le manchon de translation 222 d’une première position à une seconde position. Le ressort à bec 212 peut fournir une force de ressort positive contre l’ensemble de manchon de translation 230 et l’épaulement de tube d’écoulement 232 qui peut déplacer le manchon de translation 222 de la seconde position à la première position, comme cela sera discuté plus en détail ci-dessous.

[0015] Dans la première position fermée, le manchon de translation 222 et le corps principal de tube d’écoulement 208 sont positionnés de sorte que l’épaulement de manchon de translation 218 et l’épaulement de tube d’écoulement 232 sont en contact et que le res sort-moteur 210 et le ressort à bec 212 sont en position étendue. Dans la première position fermée, le manchon de translation 222 peut être désigné comme étant dans une première position et le tube d’écoulement 208 peut être désigné comme étant dans une première position.

[0016] La soupape de sécurité à actionnement électrique 200 peut être disposée dans un puits en tant que partie d’un train de complétion de puits de forage. Le puits de forage peut pénétrer dans une formation souterraine qui contient des fluides de formation tels que le pétrole, le gaz, l’eau ou toute combinaison de ceux-ci. Les fluides de formation peuvent s’écouler de la formation souterraine dans le puits de forage et ensuite dans une partie inférieure du conduit 110, comme indiqué ci-dessus. La section inférieure 202 peut être couplée de manière fluidique à une partie inférieure du conduit 110 et peut donc être exposée aux fluides de formation et à la pression en fonction de la communication fluidique avec les fluides présents dans le puits de forage. La section inférieure 202 peut être couplée de manière fluidique à une colonne de production déposée dans le puits de forage, par exemple. Dans la première position fermée, la soupape 204 peut être dans une position fermée, isolant ainsi la section inférieure 202 du corps principal de tube d’écoulement 208. Lorsque la soupape 204 est dans une position fermée comme sur la figure 2a, la soupape 204 peut empêcher les fluides de formation et la pression de s’écouler dans le corps principal de tube d’écoulement 208. Bien que la figure 2a illustre la soupape 204 en tant que soupape à clapet, la soupape 204 peut être n’importe quel type de soupape approprié, tel qu’une soupape du type clapet ou une soupape de type à bille, par exemple. Comme cela sera illustré plus en détail ci-dessous, la soupape 204 peut être actionnée dans une position ouverte pour permettre aux fluides de formation de s’écouler de la section inférieure 202 à travers un trajet d’écoulement 214 défini par la section inférieure 202, un intérieur de corps principal de tube d’écoulement 208 et un intérieur de conduit 206. Le conduit 206 peut être couplé à une partie supérieure du conduit 110 montré à la figure 1.

[0017] Lorsque la soupape de sécurité à actionnement électrique 200 est dans la première position fermée, aucune quantité de pression différentielle sur la soupape 204 ne permettra à des fluides de formation de s’écouler de la section inférieure 202 dans le trajet d’écoulement 214. Dans la première position fermée, la soupape de sécurité à actionnement électrique 200 permettra uniquement l’écoulement de fluide du conduit 206 dans la section inférieure 202 mais pas de la section inférieure 202 dans le conduit 206. Dans le cas où la pression dans le conduit 206 est augmentée, la soupape 204 restera dans la position fermée jusqu’à ce que la pression dans le conduit 206 augmente audessus de la pression dans la section inférieure 202 plus la pression de fermeture fournie par le clapet à battant 205, parfois désigné ci-après comme une pression d’ouverture de soupape. Lorsque la pression d’ouverture de la soupape est atteinte, la soupape 204 peut s’ouvrir et permettre la communication fluidique du conduit 206 à la section inférieure 202. De cette manière, des fluides de traitement tels que des tensioactifs, des inhibiteurs de tartre, des traitements d’hydrate et d’autres fluides de traitement appropriés peuvent être introduits dans la formation souterraine. La configuration de la soupape de sécurité à actionnement électrique 200 peut permettre aux fluides de traitement d’être pompés d’une surface, telle qu’une tête de puits, dans la formation souterraine sans actionner une ligne de commande ou une ligne d’équilibre pour ouvrir la soupape. Une fois que la pression dans le conduit 206 est abaissée en dessous de la pression d’ouverture de la soupape, le clapet à battant 205 peut provoquer le retour de la soupape 204 en position fermée et l’écoulement depuis le conduit 206 dans la section inférieure 202 peut cesser. Lorsque la soupape 204 est revenue à la position fermée, l’écoulement de la section inférieure 202 dans le trajet d’écoulement 214 peut être empêché. Si une pression différentielle sur la soupape 204 est inversé de sorte que la pression dans la section inférieure 202 soit supérieure à une pression dans le conduit 206, la soupape 204 peut rester en position fermée de sorte que les fluides dans la section inférieure 202 ne puissent pas s’écouler dans le conduit 206.

[0018] En référence à la figure 2b, la soupape de sécurité à actionnement électrique 200 est illustrée dans une seconde position fermée. Dans la seconde position fermée, le manchon de translation 222 peut être déplacé de la première position à une seconde position qui est relativement plus proche de la soupape 204. Le corps principal de tube d’écoulement 208 peut rester dans la première position. Lorsque la soupape de sécurité à actionnement électrique 200 est dans la seconde position fermée, le ressort-moteur 210 et le ressort à bec 212 peuvent être dans un état comprimé.

[0019] Pour déplacer le manchon de translation 222 dans la seconde position, la pression différentielle sur la soupape 204 peut être augmentée en abaissant la pression dans le conduit 206 ou en augmentant la pression dans la section inférieure 202. L’abaissement de la pression dans le conduit 206 ou l’augmentation de la pression dans la section inférieure 202 peut faire en sorte que le fluide provenant de la section inférieure 202 s’écoule à travers le canal 228 défini entre le manchon 226 et le corps 224 dans l’orifice 242. L’orifice 242 peut permettre la communication fluidique dans le tube de piston 244, moyennant quoi une pression de fluide peut agir sur l’extrémité proximale du piston 220. La force exercée par la pression de fluide sur l’extrémité proximale du piston 220 peut déplacer le piston 220 vers la soupape 204 en transférant la force à travers le piston 220, l’ensemble de manchon de translation 230 et l’épaulement de manchon de translation 218. Le ressort à bec 212 peut fournir une force de ressort contre l’épaulement de tube d’écoulement 232 et l’ensemble de manchon de translation 230 et le res sort-moteur 210 peut fournir une force de ressort contre l’épaulement de manchon de translation 218 et l’ensemble de soupape inférieur

216. Bien que non illustré sur les figures 2a à 2c, le corps principal de tube d’écoulement 208 peut inclure des canaux permettant une communication de pression et/ou de fluide entre le trajet d’écoulement 214 et un intérieur de manchon 226. Collectivement, les forces de ressort du ressort-moteur 210 et du ressort à bec 212 peuvent résister au mouvement du piston 220 jusqu’à ce que la pression différentielle sur la soupape 204 augmente au-delà de la force de ressort fournie par le ressort-moteur 210 et le ressort à bec 212. L’augmentation de la pression différentielle peut inclure une diminution de la pression dans le tube d’écoulement 206 de sorte que la pression dans la section inférieure 202 soit relativement supérieure à la pression dans le tube d’écoulement 206. Lorsque la pression différentielle sur la soupape 204 est augmentée, la pression différentielle sur le piston 220 augmente également. Lorsque la pression différentielle sur la soupape 204 est augmentée au-delà de la force de ressort fournie par le ressort à bec 212 et le ressort-moteur 210, le ressort à bec 212 et le ressortmoteur 210 peuvent se comprimer et permettre au manchon de translation 222 de se déplacer dans la seconde position. La pression différentielle sur la soupape 204 peut être augmentée en pompant du fluide hors du conduit 206, par exemple. Dans le cas où la section inférieure 202 est couplée de manière fluidique à une section de tuyau non perforée ou lorsqu’un bouchon est inséré dans un conduit couplé de manière fluidique à la section inférieure 202 qui empêche la pression d’être transmise de la section inférieure 202 au piston 220, une différence de pression sur la soupape 204 peut être induite par le gonflement du tuyau.

[0020] Dans la seconde position fermée, la soupape de sécurité à actionnement électrique 200 reste sécurisée car aucun fluide provenant de la section inférieure 202 ne peut s’écouler dans le trajet d’écoulement 214. Dans la seconde position fermée, aucune quantité de pression différentielle sur la soupape 204, la pression différentielle étant une pression relativement plus élevée dans la section inférieure 202 et une pression relativement inférieure dans le conduit 206, devrait provoquer l’ouverture de la soupape 204 pour permettre aux fluides de la section inférieure 202 de s’écouler dans le trajet d’écoulement 214 lorsque la pression de la section inférieure 204 agit sur la soupape 204. Si la pression augmente dans le conduit 206, la pression différentielle sur la soupape 204 diminue et le manchon de translation 222 peut revenir à la première position illustrée sur la figure 2a. Contrairement aux vannes de sécurité conventionnelles qui nécessitent généralement une ligne de commande pour fournir de la pression afin d’actionner un piston afin de déplacer un manchon de translation, la soupape de sécurité à actionnement électrique 200 ne nécessite que la pression fournie par les fluides de puits de forage dans la section inférieure 202 pour déplacer le manchon de translation.

[0021] En référence continue à la figure 2b, le piston 236 peut être attaché de manière fixe à l’ensemble de manchon de translation 230 et à l’ensemble électromagnétique 238. Bien qu’il soit illustré par deux pistons sur les figures 2a à 2c, le piston 236 peut faire partie intégrante du piston 220. Comme illustré, lorsque le manchon de translation 222 est déplacé de la première position à la seconde position, le piston 236 et l’ensemble électromagnétique 238 peuvent également être déplacés. Une fois que le manchon de translation 222 est autorisé à venir dans la seconde position, comme décrit ci-dessus, l’ensemble électromagnétique 238 peut être alimenté. L’alimentation de l’ensemble électromagnétique 238 peut entraîner la fixation de l’ensemble électromagnétique 238 sur le conduit 206 ou une autre partie magnétique de la soupape de sécurité à actionnement électrique 200. Dans les figures 2a à 2c, l’ensemble électromagnétique 238 est représenté sous la forme d’une bobine circonscrivant l’ensemble de manchon de translation 230 mais il peut y avoir un nombre quelconque de bobines dans n’importe quelle orientation pour fixer l’ensemble de manchon de translation 230 en place. L’ensemble électromagnétique 238 peut appliquer une force dans une direction sensiblement axiale, par exemple. La force appliquée par l’ensemble électromagnétique 238 peut être une quantité de force quelconque, y compris, mais sans toutefois s’y limiter, une force dans une plage d’environ 45 Newtons à environ 45 000 Newtons. Comme l’ensemble électromagnétique 238 est fixé à l’ensemble de manchon de translation 230 par le piston 236, lorsque l’ensemble électromagnétique 238 est sous tension et fixé en place, l’ensemble de manchon de translation 230 et le manchon de translation 222 peuvent également devenir fixés en place, empêchant ainsi le manchon de translation 222 de se déplacer de la seconde position à la première position. Les électroaimants peuvent fournir un moyen de maintenir le manchon de translation 222 à n’importe quelle profondeur de puits. Les systèmes hydrauliques utilisés dans les anciennes soupapes de sécurité pour puits de forage ont généralement besoin de lignes de commande et d’équilibre pour actionner et maintenir une soupape ouverte pouvant présenter des limites de pression. Les limitations rencontrées par les systèmes hydrauliques peuvent être surmontées en utilisant l’ensemble électromagnétique décrit dans la présente, car seule une pression de puits est nécessaire pour ouvrir la soupape de sécurité à actionnement électrique 200. De nouveau, lorsque le manchon de translation 222 est dans la seconde position soit lorsque l’ensemble électromagnétique 238 est sous tension ou hors tension, aucune quantité de pression différentielle sur la soupape 204 n’ouvrira la soupape 204, la pression différentielle étant une différence de pression entre une pression relativement plus élevée dans la section 202 et une pression relativement basse dans le conduit 206.

[0022] En référence à la figure 2c, la soupape de sécurité à actionnement électrique 200 est illustrée dans une position ouverte. Lorsque la soupape de sécurité à actionnement électrique 200 est en position ouverte, le manchon de translation 222 peut être fixé en place dans la seconde position, comme sur la figure 2b à travers la force fournie par l’ensemble électromagnétique 238, la force étant transférée à travers le piston 236 à l’ensemble de manchon de translation 230. Le corps principal de tube d’écoulement 208 est illustré comme étant décalé axialement par rapport à la première position illustrée sur les figures 2a et 2b vers une seconde position de la figure 2c. Lorsque le corps principal de tube d’écoulement 208 est dans la seconde position, l’épaulement de tube d’écoulement 232 et l’épaulement de manchon de translation 218 peuvent être en contact et le corps principal de tube d’écoulement 208 peut avoir déplacé la soupape 204 dans une position ouverte. Le ressort à bec 212 peut être dans un état non comprimé tandis que le ressort-moteur 210 peut être dans un état comprimé.

[0023] Le corps principal de tube d’écoulement 208 peut être déplacé de la première position à la seconde position lorsque le manchon de translation 222 est fixé en place dans la seconde position par un ensemble électromagnétique 238 comme décrit cidessus. Lorsque le manchon de translation 222 est fixé dans la seconde position par la force exercée par l’ensemble électromagnétique 238, le ressort à bec 212 peut fournir une force de ressort positive contre l’épaulement de tube d’écoulement 232 et l’ensemble de manchon de translation 230. La force de ressort positive du ressort à bec 212 peut être transférée à travers le corps principal de tube d’écoulement 208 dans la soupape 204. Le corps principal de tube d’écoulement 208 ne se déplacera pas dans la seconde position tant que la pression différentielle sur la soupape 204 ne diminuera pas après la fixation du manchon de translation 222. La pression différentielle peut être diminuée en pompant dans le conduit 206, augmentant ainsi la pression dans le conduit 206. La pression peut être augmentée dans le conduit 206 jusqu’à ce que la pression différentielle sur la soupape 204 diminue jusqu’à un point où la force de ressort positive du ressort à bec 212 est supérieure à la pression différentielle sur la soupape 204. Ensuite, le ressort à bec 212 peut étendre et déplacer le corps principal de tube d’écoulement 208 dans la seconde position en agissant sur l’ensemble de manchon de translation 230 et l’épaulement de tube d’écoulement 232. Lorsque le corps principal de tube d’écoulement 208 est dans la seconde position, des fluides tels que l’huile et le gaz dans la section inférieure 202 peuvent être capables de s’écouler dans le trajet d’écoulement 214 et vers une surface du puits de forage telle qu’une tête de puits. La soupape de sécurité à actionnement électrique 200 peut rester dans la position ouverte définie par le manchon de translation 222 se trouvant dans la seconde position et le tube d’écoulement 208 se trouvant dans la seconde position si l’ensemble électromagnétique 238 reste sous tension.

[0024] La soupape de sécurité à actionnement électrique 200 peut être ramenée dans la première position fermée, comme illustré à la figure 1 en mettant hors tension l’ensemble électromagnétique 238. Comme discuté précédemment, l’ensemble électro magnétique 238 peut fixer l’ensemble de manchon de translation 230 en place dans la seconde position lorsque l’ensemble électromagnétique 238 reste sous tension. Lorsque l’ensemble électromagnétique 238 est mis hors tension, l’ensemble de manchon de translation 230 ne peut plus être fixé en place. Le res sort-moteur 210 peut exercer une force de ressort positive contre l’ensemble de soupape inférieur 216, l’épaulement de manchon de translation 218 et l’épaulement de tube d’écoulement 232 par contact entre l’épaulement de manchon de translation 218 et l’épaulement de tube d’écoulement 232. La force de ressort positive du ressort-moteur 210 peut déplacer axialement le manchon de translation 222 dans la première position et le corps principal de tube d’écoulement 208 dans la première position, ramenant ainsi la soupape de sécurité à actionnement électrique 200 dans la première position fermée illustrée à la figure 1. Une force de ressort positive du res sort-moteur 210 peut déplacer axialement l’ensemble électromagnétique 238 vers la position illustrée à la figure 2a en transmettant la force de ressort positive à travers le piston 236.

[0025] En référence à la figure 3, un ensemble électromagnétique 300 est illustré. L’ensemble électromagnétique 300 peut inclure un boîtier 302 et au moins une bobine électromagnétique 304. Comme représenté sur la figure 3, il peut y avoir une pluralité de bobines électromagnétiques 304 pour la redondance. Lorsqu’un courant passe à travers une pluralité de bobines électromagnétiques 304, une force magnétique peut être fournie qui attire une pluralité de bobines électromagnétiques 304 vers une cible 306. La cible 306 peut être n’importe quelle partie de la soupape de sécurité à actionnement électrique décrite précédemment. La pluralité de bobines électromagnétiques 304 peut être disposée à l’intérieur du boîtier 302 et attachée de manière fixe à celui-ci. Le boîtier 302 peut faire partie du circuit électromagnétique en ayant une perméabilité magnétique relative supérieure à 10. Le boîtier 302 peut être encapsulé ou plaqué dans un second matériau afin de minimiser la corrosion. La pluralité de bobines électromagnétiques 304 peut être câblée en parallèle ou en série de sorte que si l’une de la pluralité de bobines électromagnétiques 304 tombe en panne par court-circuit ou rencontre un circuit ouvert, la pluralité de bobines électromagnétiques restantes 304 peut fonctionner normalement, c’est-à-dire la pluralité restante de bobines électromagnétiques 304 peut être considérée comme un système de bobines redondant.

[0026] Un système de commande de processus peut être utilisé pour surveiller et commander la production de fluides de formation à partir d’un puits dans lequel la soupape de sécurité à actionnement électrique est disposée. Un système de commande de processus peut inclure des composants tels que des débitmètres, des transducteurs de pression, des pompes, des systèmes d’alimentation et des systèmes de commande associés pour chacun. Le système de commande de processus peut alimenter la soupape de sécurité à actionnement électrique pour mettre sous tension et hors tension l’ensemble électromagnétique dans celle-ci. L’ensemble électromagnétique peut être conçu pour fonctionner avec n’importe quelle source d’alimentation telle qu’un courant alternatif (« A/C ») ou un courant continu (« D/C »). Le système de commande de processus peut permettre à un opérateur d’ouvrir la soupape de sécurité à actionnement électrique par les procédés décrits ci-dessus en utilisant la pompe pour réduire la pression, en alimentant l’ensemble électromagnétique et en utilisant la pompe pour augmenter la pression. Le système de commande de processus peut surveiller les pressions et les débits de fluide de puits de forage afin de garantir des conditions de fonctionnement sécurisées et que le processus de production ne dépasse pas les limites de sécurité. En cas de perturbation du processus, telle qu’une surpression, le système de commande de processus peut détecter la perturbation du processus et couper automatiquement l’alimentation de la soupape de sécurité à actionnement électrique. Comme indiqué ci-dessus, couper l’alimentation de la soupape de sécurité à actionnement électrique peut entraîner la fermeture automatique de la soupape de sécurité à actionnement électrique, contenant ainsi des pressions et des fluides.

[0027] L’invention peut suivre l’une des déclarations suivantes :

[0028] Déclaration 1. Soupape de sécurité comprenant : un boîtier externe comprenant un alésage central s’étendant axialement à travers le boîtier externe ; un tube d’écoulement comprenant : un manchon de translation ; et un corps principal de tube d’écoulement disposé à l’intérieur du manchon de translation, dans laquelle le corps principal de tube d’écoulement a une extrémité supérieure et une extrémité inférieure ; un piston pouvant fonctionner pour transmettre une force au manchon de translation ; un clapet à battant disposé sur une extrémité distale du boîtier externe ; et un ensemble électromagnétique pouvant fonctionner pour maintenir la soupape de sécurité dans un état ouvert.

[0029] Déclaration 2. Soupape de sécurité selon la déclaration 1 dans laquelle le manchon de translation et le corps principal de tube d’écoulement peuvent fonctionner pour se déplacer à l’intérieur du boîtier externe.

[0030] Déclaration 3. Soupape de sécurité selon la déclaration 2, dans laquelle le manchon de translation comprend en outre un épaulement de manchon de translation, dans laquelle le corps principal de tube d’écoulement comprend un épaulement de tube d’écoulement, et dans laquelle Γépaulement de tube d’écoulement peut fonctionner pour venir en prise avec l’épaulement de manchon de translation pour empêcher le tube d’écoulement de se déplacer au-delà du manchon de translation.

[0031] Déclaration 4. Soupape de sécurité selon l’une quelconque des déclarations 2 à 3 comprenant en outre un ressort-moteur disposé entre l’épaulement de manchon de translation et un ensemble de soupape inférieur, dans laquelle le ressort-moteur peut être actionné pour fournir une force de ressort positive contre l’épaulement de manchon de translation.

[0032] Déclaration 5. Soupape de sécurité selon l’une quelconque des déclarations 2 à 4, comprenant en outre un ressort à bec disposé entre l’épaulement de tube d’écoulement et un ensemble de manchon de translation, dans laquelle le manchon de translation et l’ensemble de manchon de translation sont attachés de manière fixe.

[0033] Déclaration 6. Soupape de sécurité selon l’une quelconque des déclarations 2 à 5, dans laquelle le piston est attaché de manière fixe à l’ensemble de manchon de translation.

[0034] Déclaration 7. Soupape de sécurité selon l’une quelconque des déclarations 2 à 6, dans laquelle l’ensemble électromagnétique est attaché de manière fixe à l’ensemble de manchon de translation par un second piston.

[0035] Déclaration 8. Procédé d’actionnement d’une soupape de sécurité comprenant : le déplacement d’un manchon de translation en utilisant une pression de puits d’une première position du manchon de translation à une seconde position du manchon de translation, le manchon de translation étant disposé à l’intérieur d’un boîtier externe comprenant un alésage central s’étendant axialement à travers le boîtier externe ; le verrouillage en place du manchon de translation dans la seconde position du manchon de translation en fournissant une force provenant d’un ensemble électromagnétique ; et le déplacement d’un corps principal de tube d’écoulement d’une première position du corps principal de tube d’écoulement vers une seconde position du corps principal de tube d’écoulement, le corps principal de tube d’écoulement étant disposé à l’intérieur du manchon de translation, dans laquelle le déplacement du corps principal de tube d’écoulement de la première position du corps principal de tube d’écoulement à la seconde position du corps principal de tube d’écoulement déplace un clapet à battant d’une position fermée à une position ouverte.

[0036] Déclaration 9. Procédé selon la déclaration 8, dans lequel l’étape de déplacement du manchon de translation en utilisant la pression de puits comprend la diminution d’une pression à l’intérieur du corps principal de tube d’écoulement, permettant à la pression de puits de transmettre une force au manchon de translation et de déplacer le manchon de translation vers la seconde position du manchon de translation.

[0037] Déclaration 10. Procédé selon l’une quelconque des déclarations 8 à 9, dans lequel la diminution de la pression dans le corps principal de tube d’écoulement comprend le pompage de fluide hors du corps principal de tube d’écoulement ou le gonflement d’un conduit au-dessus du corps principal de tube d’écoulement.

[0038] Déclaration 11. Procédé selon l’une quelconque des déclarations 8 à 10, dans lequel la pression de puits transmet la force à travers un piston, le piston pouvant fonctionner pour déplacer le manchon de translation.

[0039] Déclaration 12. Procédé selon l’une quelconque des déclarations 8 à 11, dans lequel l’étape de verrouillage en place du manchon de translation dans la seconde position du manchon de translation comprend l’alimentation électrique de l’ensemble électromagnétique et Γutilisation d’une force magnétique fournie par l’ensemble électromagnétique pour empêcher le mouvement d’un second piston, le second piston pouvant être fonctionner pour empêcher le mouvement du manchon de translation à partir de la seconde position du manchon de translation.

[0040] Déclaration 13. Procédé selon l’une quelconque des déclarations 8 à 12, dans lequel l’étape de déplacement du corps principal de tube d’écoulement de la première position du corps principal de tube d’écoulement à la seconde position du corps principal de tube d’écoulement comprend l’augmentation d’une pression dans le corps principal de tube d’écoulement et la formation d’un ressort à bec pour pousser le corps principal de tube d’écoulement dans le clapet à battant, ouvrant ainsi le clapet à battant.

[0041] Déclaration 14. Procédé selon l’une quelconque des déclarations 8 à 13, dans lequel le manchon de translation comprend en outre un épaulement de manchon de translation et le corps principal de tube d’écoulement comprend un épaulement de tube d’écoulement, dans lequel l’épaulement de tube d’écoulement et l’épaulement de manchon de translation sont en contact lorsque le corps principal de tube d’écoulement se trouve dans la seconde position du corps principal de tube d’écoulement.

[0042] Déclaration 15. Procédé selon l’une quelconque des déclarations 8 à 14, dans lequel l’étape de déplacement du tube d’écoulement de la première position du corps principal de tube d’écoulement vers la seconde position du corps principal de tube d’écoulement comprend l’augmentation d’une pression dans le corps principal de tube d’écoulement de sorte que la pression dans le corps principal de tube d’écoulement et une force de ressort positive agissant sur un épaulement de tube d’écoulement fourni par un ressort à bec surmontent une pression différentielle sur le clapet à battant, ce qui déplace le tube d’écoulement dans la seconde position du tube d’écoulement.

[0043] Déclaration 16. Système comprenant : une soupape de sécurité disposée dans un puits de forage, dans lequel la soupape de sécurité comprend un manchon de translation, le manchon de translation pouvant fonctionner pour se déplacer par pression de puits ; et un système de commande de processus pouvant fonctionner pour actionner la soupape de sécurité d’une position fermée à une position ouverte, le système de processus comprenant : une pompe ; et une connexion électrique à la soupape de sécurité pouvant fonctionner pour fournir une alimentation électrique à la soupape de sécurité.

[0044] Déclaration 17. Système selon la déclaration 16, dans lequel la soupape de sécurité comprend en outre : un boîtier externe comprenant un alésage central s’étendant axialement à travers le boîtier externe, dans lequel le manchon de translation est disposé dans l’alésage central ; un tube d’écoulement est disposé à l’intérieur du manchon de translation ; un piston pouvant fonctionner pour transmettre une force au manchon de translation ; un clapet à battant disposé sur une extrémité distale du boîtier externe ; et un ensemble électromagnétique pouvant fonctionner pour empêcher le manchon de translation de se déplacer.

[0045] Déclaration 18. Système selon l’une quelconque des déclarations 16 à 17, dans lequel l’ensemble électromagnétique comprend au moins une bobine.

[0046] Déclaration 19. Système selon l’une quelconque des déclarations 16 à 18, dans lequel le système de processus comprend en outre un transducteur de pression, un débitmètre ou une combinaison de ceux-ci.

[0047] Déclaration 20. Système selon l’une quelconque des déclarations 16 à 19, dans lequel le système de processus peut fonctionner pour détecter un dysfonctionnement de processus et couper l’alimentation de la soupape de sécurité.

[0048] Par souci de brièveté, seules certaines plages sont explicitement décrites ici. Toutefois, des plages allant de toute limite inférieure peuvent être combinées à une limite supérieure pour indiquer une plage non explicitement récitée, ainsi que des plages de toute limite inférieure pouvant être combinées à toute autre limite inférieure afin d’indiquer une plage non explicitement indiquée, de la même manière, les plages de toute limite supérieure peuvent être combinées avec toute autre limite supérieure pour indiquer une plage non explicitement indiquée. En outre, chaque fois qu’une plage numérique avec une limite inférieure et une limite supérieure est décrite, tout nombre et toute plage incluse compris dans la plage sont spécifiquement décrits. En particulier, toute plage de valeurs (de la forme, « d’environ a à environ b », ou, de manière équivalente, « d’environ a à b », ou, de manière équivalente, « d’environ ab ») décrite dans la présente invention doit être comprise comme énonçant tous les nombres et toutes les plages englobés dans la plus large plage de valeurs, même si elles ne sont pas explicitement décrites. Ainsi, chaque point ou valeur individuelle peut constituer sa propre limite inférieure ou supérieure combinée avec tout autre point ou valeur individuelle ou toute autre limite inférieure ou supérieure, pour indiquer une plage non explicitement indiquée.

[0049] Par conséquent, les présents exemples sont bien adaptés pour atteindre les objectifs et les avantages mentionnés, ainsi que ceux qui y sont inhérents. Les exemples particuliers décrits ci-dessus sont uniquement illustratifs et peuvent être modifiés et mis en pratique de manières différentes, mais équivalentes, évidentes pour l’homme du métier bénéficiant des enseignements donnés ici. Bien que des exemples individuels soient discutés, l’invention couvre toutes les combinaisons de tous les exemples. En outre, aucune limitation n’est prévue pour les détails de la construction ou de la conception montrés ici, autres que ceux décrits dans les revendications ci-dessous. En outre, les termes figurant dans les revendications ont un sens simple et ordinaire, sauf indication explicite et claire du titulaire du brevet. Il est donc évident que les exemples illustratifs particuliers décrits ci-dessus peuvent être altérés ou modifiés et que toutes ces variations sont considérées comme entrant dans la portée et l’esprit de ces exemples. En cas de conflit entre les utilisations d’un mot ou d’un terme dans la présente description et un ou plusieurs brevets ou autres documents pouvant être incorporés ici par référence, les définitions compatibles avec la présente description doivent être adoptées.

Claims

Revendications [Revendication 1] Soupape de sécurité (200) comprenant : un boîtier externe (224) comprenant un alésage central (225) s’étendant axialement à travers le boîtier externe (224); un tube d’écoulement (240) comprenant : un manchon de translation (222); et un corps principal de tube d’écoulement (208) disposé à l’intérieur du manchon de translation (222), dans laquelle le corps principal (208) de tube d’écoulement a une extrémité supérieure et une extrémité inférieure ; un piston (220) pouvant fonctionner pour transmettre une force au manchon de translation (222); un clapet à battant (204) disposé sur une extrémité distale du boîtier externe (224); et un ensemble électromagnétique (238) pouvant fonctionner pour maintenir la soupape de sécurité (200) dans un état ouvert. [Revendication 2] Soupape de sécurité (200) selon la revendication 1, dans laquelle le manchon de translation (222) et le corps principal de tube d’écoulement (208) peuvent fonctionner pour se déplacer à l’intérieur du boîtier externe (224). [Revendication 3] Soupape de sécurité (200) selon l’une quelconque des revendications 1 et 2, dans laquelle le manchon de translation (222) comprend en outre un épaulement de manchon de translation (218), dans laquelle le corps principal (208) de tube d’écoulement comprend un épaulement (232) de tube d’écoulement, et dans laquelle Γépaulement de tube d’écoulement (232) peut fonctionner pour venir en prise avec Γépaulement de manchon de translation (218) afin d’empêcher le tube d’écoulement (240) de se déplacer au-delà du manchon de translation (222). [Revendication 4] Soupape de sécurité (200) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant en outre un ressort-moteur (210) disposé entre Γépaulement de manchon de translation (218) et un ensemble de soupape inférieur (216), dans laquelle le ressort-moteur (210) peut fonctionner pour fournir une force de ressort positive contre Γépaulement de manchon de translation (218) et dans laquelle la soupape de sécurité (200) comprend en outre un ressort à bec (212)

[Revendication 5] [Revendication 6] [Revendication 7] [Revendication 8] disposé entre l’épaulement (232) de tube d’écoulement et un ensemble de manchon de translation (230), dans laquelle le manchon de translation (222) et l’ensemble de manchon de translation (230) sont attachés de manière fixe.

Soupape de sécurité (200) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle le piston (220) est attaché de manière fixe à l’ensemble de manchon de translation (230) et dans laquelle l’ensemble électromagnétique (238) est attaché de manière fixe à l’ensemble de manchon de translation (230) par un second piston (236).

Procédé d’actionnement d’une soupape de sécurité (200) comprenant : le déplacement d’un manchon de translation (222) en utilisant une pression de puits d’une première position du manchon de translation à une seconde position du manchon de translation, le manchon de translation (222) étant disposé à l’intérieur d’un boîtier externe (224) comprenant un alésage central (225) s’étendant axialement à travers le boîtier externe (224);

le verrouillage en place du manchon de translation (222) dans la seconde position du manchon de translation en fournissant une force provenant d’un ensemble électromagnétique (238); et le déplacement d’un corps principal de tube d’écoulement (208) d’une première position du corps principal de tube d’écoulement à une seconde position du corps principal de tube d’écoulement, le corps principal de tube d’écoulement (208) étant disposé à l’intérieur du manchon de translation (222), dans lequel le déplacement du corps principal (208) de tube d’écoulement de la première position du corps principal de tube d’écoulement à la seconde position du corps principal de tube d’écoulement déplace un clapet à battant (204) d’une position fermée à une position ouverte.

Procédé selon la revendication 6, dans lequel l’étape de déplacement du manchon de translation (222) en utilisant la pression de puits comprend la diminution d’une pression à l’intérieur du corps principal (208) de tube d’écoulement, permettant à la pression de puits de transmettre une force au manchon de translation (222), et le déplacement du manchon de translation (222) vers la seconde position du manchon de translation. Procédé selon l’une quelconque des revendications 6 et 7, dans lequel la diminution de pression dans le corps principal de tube d’écoulement (208) comprend le pompage de fluide hors du corps principal de tube d’écoulement (208) ou le gonflement d’un conduit (206) au-dessus du [Revendication 9] [Revendication 10] [Revendication 11] [Revendication 12] corps principal (208) de tube d’écoulement et dans lequel la pression de puits transmet la force à travers un piston (220), le piston pouvant fonctionner pour déplacer le manchon de translation (222).

Procédé selon l’une quelconque des revendications 6 à 8, dans lequel l’étape de verrouillage en place du manchon de translation (222) dans la seconde position du manchon de translation comprend l’alimentation électrique de l’ensemble électromagnétique (238) et l’utilisation d’une force magnétique fournie par l’ensemble électromagnétique (238) pour empêcher le déplacement d’un second piston (236), le second piston (236) pouvant fonctionner pour empêcher le mouvement du manchon de translation (222) à partir de la seconde position du manchon de translation.

Procédé selon l’une quelconque des revendications 6 à 9, dans lequel l’étape de déplacement du corps principal de tube d’écoulement (208) de la première position du corps principal de tube d’écoulement à la seconde position du corps principal de tube d’écoulement comprend l’augmentation d’une pression dans le corps principal de tube d’écoulement (208) et la formation d’un ressort à bec (212) pour pousser le corps principal de tube d’écoulement (208) dans le clapet à battant (204), ouvrant ainsi le clapet à battant (204).

Procédé selon l’une quelconque des revendications 6 à 10, dans lequel le manchon de translation (222) comprend en outre un épaulement de manchon de translation (218) et le corps principal (208) de tube d’écoulement comprend un épaulement (232) de tube d’écoulement, dans lequel l’épaulement (232) de tube d’écoulement et l’épaulement (218) de manchon de translation sont en contact lorsque le corps principal (208) de tube d’écoulement se trouve dans la seconde position du corps principal de tube d’écoulement.

Procédé selon l’une quelconque des revendications 6 à 11, dans lequel l’étape de déplacement du tube d’écoulement de la première position du corps principal (208) de tube d’écoulement à la seconde position du corps principal de tube d’écoulement comprend l’augmentation d’une pression dans le corps principal (208) de tube d’écoulement de sorte que la pression dans le corps principal (208) de tube d’écoulement et une force de ressort positive agissant sur un épaulement (232) de tube d’écoulement fourni par un ressort (212) à bec surmontent une pression différentielle sur le clapet à battant (204), déplaçant ainsi le tube d’écoulement (208) dans la seconde position du tube d’écoulement.

[Revendication 13] [Revendication 14] [Revendication 15]

Système comprenant :

une soupape de sécurité (106, 200) disposée dans un puits de forage (112), dans lequel la soupape de sécurité (106, 200) comprend un manchon de translation (222), le manchon de translation (222) pouvant fonctionner pour se déplacer par pression de puits ; et un système de commande de processus pouvant fonctionner pour actionner la soupape de sécurité (106, 200) d’une position fermée à une position ouverte, le système de processus comprenant : une pompe ; et une connexion électrique (102) à la soupape de sécurité (106, 200) pouvant fonctionner pour fournir de l’alimentation électrique à la soupape de sécurité (106, 200).

Système selon la revendication 16, dans lequel la soupape de sécurité (106, 200) comprend en outre :

un boîtier externe (224) comprenant un alésage central (225) s’étendant axialement à travers le boîtier externe (224), dans lequel le manchon de translation (222) est disposé dans l’alésage central (225);

un tube d’écoulement (240) est disposé à l’intérieur du manchon de translation (222);

un piston (220) pouvant fonctionner pour transmettre une force au manchon de translation (222);

un clapet à battant (204) disposé sur une extrémité distale du boîtier externe (224); et un ensemble électromagnétique (238) pouvant fonctionner pour empêcher le manchon de translation (222) de se déplacer.

Système selon l’une quelconque des revendications 13 et 14, dans lequel l’ensemble électromagnétique (238, 300) comprend au moins une bobine (304), dans lequel le système de commande de processus comprend en outre un transducteur de pression, un débitmètre ou une combinaison de ceux-ci, et dans lequel le système de commande de processus peut fonctionner pour détecter un dysfonctionnement de processus et couper l’alimentation de la soupape de sécurité (106, 200).