WO2002063129A1 - Vanne de securite pour puits petrolier - Google Patents

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WO2002063129A1
WO2002063129A1 PCT/FR2002/000155 FR0200155W WO02063129A1 WO 2002063129 A1 WO2002063129 A1 WO 2002063129A1 FR 0200155 W FR0200155 W FR 0200155W WO 02063129 A1 WO02063129 A1 WO 02063129A1
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WO
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valve
tube
hydraulic
stack
sealing
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PCT/FR2002/000155
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Jean-Robert Sangla
Original Assignee
Institut Francais Du Petrole
Societe Pyreneenne De Metallurgie
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B33/00—Sealing or packing boreholes or wells
    • E21B33/10—Sealing or packing boreholes or wells in the borehole
    • E21B33/12—Packers; Plugs
    • E21B33/129—Packers; Plugs with mechanical slips for hooking into the casing
    • E21B33/1294—Packers; Plugs with mechanical slips for hooking into the casing characterised by a valve, e.g. a by-pass valve
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E21B34/00—Valve arrangements for boreholes or wells
    • E21B34/06—Valve arrangements for boreholes or wells in wells
    • E21B34/10—Valve arrangements for boreholes or wells in wells operated by control fluid supplied from outside the borehole

Definitions

  • the present invention relates to a method for securing a
  • Hydraulic control line may also have faults
  • Document FR-2734863 discloses a method and a device
  • the present invention relates to a well safety valve
  • valve according to the invention can be placed directly in space
  • the present invention relates to a well safety valve
  • a production tube comprising a body comprising
  • anchoring means for closing off an internal passage to the body, anchoring means
  • the valve comprising means for communicating a pressure
  • closure, anchoring and sealing include activation means
  • the closure means may include a valve maintained in
  • the anchoring means may include jaws which can be
  • the anchor can be mechanically locked by means
  • the sealing means may comprise a stack of several components
  • annular seals made of resilient material which can be compressed by the
  • the section of the annular seals can be in the form of a V whose
  • valve body being the shortest, the branch in contact with the wall of the
  • the stack can include a metal anti-extrusion cup
  • the outside diameter is approximately the outside diameter of the valve body
  • the stack can consist of eight V-shaped elastomer cups
  • HNBR type of shore hardness A about 80.
  • the stack can be mechanically kept compressed by
  • the hydraulic communication means can be constituted by
  • tubular elements joined together by fittings, one end a first element is connected to the body of said valve, one end of the upper element is connected to a suspension element.
  • the suspension element can be held in an adapter fixed on
  • the adapter may include jaws with radial displacement
  • the invention also relates to a method of positioning the
  • valve according to the invention in a production tube, in which one performs
  • valve is lowered into the production tube by assembling a
  • valve and its tubular elements are suspended on the adapter via a suspension head, and the hydraulic pipe is connected
  • the well can be made safe by dropping
  • the tubular elements can be disconnected and reassembled before lowering a tool adapted to connect to the head of the valve body and to
  • FIGS. 1A and 1B schematically show a valve according to the prior art
  • FIGS. 2A and 2B schematically show an installation comprising a valve according to the present invention
  • FIG. 3 shows in longitudinal section an embodiment of a valve according to the invention
  • FIGS. 4A and 4B schematically show the principle of all of the sealing and anchoring means of the valve according to the invention.
  • FIG. 1A shows an oil well 1 equipped with a bottom safety valve 2, the hydraulic control line 3 of which is defective.
  • Well comprises a production tube 4 (tubing) in communication with a shaft of
  • This safety valve is positioned in a receptacle 6 (nipple).
  • FIG. 1B shows this valve consisting of three main
  • FIG. 2A shows a well 11 comprising a production tube 10
  • adapter 12 is interposed between the master valves 13 and the suspension of the
  • the adapter 12 also has two jaws 51a and 51b allowing
  • control rods 14 can also be those of the prior art.
  • They can consist of a tubular element of maximum length
  • One of the rods is equipped
  • the valve 17 comprises the following functional means:
  • the valve is lowered after having equipped the element with
  • Step 1 the valve attached to its first element of rods 14 is lowered until the upper part of the first element is maintained by the
  • Step 2 The standard rod element is lowered and is
  • This step 3 is identical to step 2 and multiplied as many times as it is
  • Last step This last step consists of
  • valve 18 is in the closed position thanks to the action of a spring (not shown). It is opened by the displacement of a tube 23 under the action of
  • anchor 28 keeps this piston in place even when the pressure
  • FIG. 3 there is a second set: corners 19a, piston 28a, hydraulic chamber 29a,
  • the invention will not be limited to two sets of anchors, in most
  • the present valve also comprises sealing means between
  • sealing means comprise a seal assembly 20 which is activated on the wall of the tube
  • Locking means 33 hold the piston 31 in place even without pressure in chamber 32.
  • a conduit 34 in communication with a connector 22, distributes the
  • the connector 22 is connected to the surface by the rods
  • a special profile 35 located at the head of the valve body makes it possible to disengage the valve body by pulling and threshing using
  • the released valve can
  • FIGS. 4A and 4B schematically illustrate the principle of
  • the reference (j) designates the radial clearance
  • the filling consists of a stack of eight cups 38
  • the part 40 constitutes the support on which the stack of cups 38 is compressed, according to an axial force.
  • the part 41 designates the nose of the piston (referenced 31 in FIG. 3).
  • An anti-extrusion cup 39 is
  • the optimized shape of the cups 38 results from the general chevron shape called "U” or "V", in which the section of the cups has
  • FIG. 4B schematically illustrates the assembly of the lining once compressed by the action of the piston 41.
  • the interior part of the stack cups seal on the surface 43 of the lining holder 36.
  • the anti-extrusion metal cup 39 deforms to brace against the wall
  • the optimized shape of the sealing cups can be defined as follows:
  • section of the cup is V-shaped, one of the branches of which is in contact
  • the branch of the V 46 which supports the most deformation, that which is on the side clearance j, is the longest favoring its displacement under the action of the piston.
  • HNBR rubber of hardness 80 may be used
  • the number of cups is chosen to be eight in the case
  • the invention is not limited to this number of cups which

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Abstract

La présente invention concerne une vanne de sécurité de puits mise en place dans un tube de production, comprenant un corps (17) comportant des moyens d'obturation (18) d'un passage interne au corps, des moyens d'ancrage (19) du corps dans le tube, des moyens d'étanchéité (20) entre le corps et la paroi du tube, la vanne comprenant des moyens de communication (14) d'une pression hydraulique entre la vanne et la surface du puits. Selon l'invention, lesmoyens d'obturation, d'ancrage et d'étanchéité comportent des moyens d'activation hydraulique tels que la pression hydraulique transmise de la surface active les moyens de façon à ouvrir le passage, ancrer la vanne dans le tube et activer les moyens d'étanchéité sur la paroi du tube.

Description

VANNE DE SECURITE POUR PUITS PETROLIER
La présente invention concerne un procédé de remise en sécurité d'un
puits pétrolier équipé ou non d'une vanne de sécurité de fond défaillante.
On sait que, pour des raisons de sécurité, les puits pétroliers sont
généralement équipés de vannes de sécurité de fond qui sont, soit intercalées
entre la connexion de deux éléments de tubes, soit insérées dans un réceptacle
logé dans le tube de production du puits à quelques dizaines ou centaines de
mètres de profondeur. Ces vannes ont pour fonction de permettre de stopper
automatiquement la production d'effluent si un incident survient en tête de
puits ou en aval de celles-ci. Elles sont souvent commandées depuis la surface
par une pression hydraulique à l'ouverture et se ferment automatiquement au
moyen d'un puissant ressort de rappel dès l'apparition d'une chute de la
pression hydraulique sur la ligne de commande, que cette chute soit
commandée ou accidentelle.
La ligne de commande hydraulique peut aussi présenter des défauts
(fuite, ligne bouchée ou cassée), la vanne de sécurité ne peut plus alors jouer
son rôle. Elle reste généralement fermée sous l'action de son ressort et obture le passage de l'effluent. Deux solutions s'offrent actuellement à l'exploitant pour pallier à cette
déficience. Il peut extraire la vanne de sécurité du tube de production (après mise en place d'un sas en tête de puits) et fermer ensuite la ligne de commande
défectueuse en mettant en place dans le tube de production une chemise d'isolation dotée de garnitures d'étanchéité qui isolent l'arrivée du fluide de
commande à travers le réceptacle. Le puits peut à nouveau produire mais il se
trouve alors en dehors des normes de sécurité puisqu'il n'est plus équipé d'une
vanne de sécurité de fond. Une autre solution évitant ce fonctionnement hors norme consiste à "tuer" le puits, c'est-à-dire à équilibrer la pression du
gisement avec une colonne hydrostatique de boue de densité adéquate, puis en
intervenant dans le puits pour réparer selon les techniques de la profession.
Cette solution qui permet ensuite de travailler selon les normes de sécurité, est
extrêmement lourde et onéreuse.
On connaît, par le document FR-2734863, un procédé et un dispositif
permettant de rétablir la sécurité du puits en installant, selon les règles du
métier, une vanne spéciale de sécurité. Cependant, la technique selon ce
document nécessite la remontée de la vanne de fond défectueuse et la
réutilisation de son réceptacle pour mettre en place la vanne spéciale. Ainsi, cette méthode impose une cote précise à laquelle est fixée la nouvelle vanne,
compte tenu de la réutilisation du réceptacle pour son système de verrouillage et son étanchéité. La présente invention concerne une vanne de sécurité de puits
comportant des perfectionnements par rapport à la vanne spéciale et les
outillages tels que décrit dans le document déjà cité FR-2734863. La présente
vanne selon l'invention peut se mettre en place directement dans l'espace
intérieur d'un tube de production de diamètre intérieur connu, sans nécessiter
de réceptacle adapté. Ainsi, il n'y a plus besoin d'ajustage de la longueur des
tiges de liaison entre la vanne et la tête de puits en surface.
Ainsi, la présente invention concerne une vanne de sécurité de puits
mise en place dans un tube de production, comprenant un corps comportant
des moyens d'obturation d'un passage interne au corps, des moyens d'ancrage
du corps dans le tube, des moyens d'étanchéité entre le corps et la paroi du
tube, la vanne comprenant des moyens de communication d'une pression
hydraulique entre la vanne et la surface du puits. Selon l'invention, les moyens
d'obturation, d'ancrage et d'étanchéité comportent des moyens d'activation
hydraulique tels que la pression hydraulique transmise de la surface active les
moyens de façon à ouvrir ledit passage, ancrer la vanne dans le tube et activer
les moyens d'étanchéité sur la paroi du tube.
Les moyens d'obturation peuvent comporter un clapet maintenu en
position fermée par un moyen de rappel, un piston hydraulique fournissant en
pression un déplacement longitudinal d'une chemise de façon à maintenir
ouvert le clapet. Les moyens d'ancrage peuvent comporter des mâchoires pouvant être
déplacées de façon radiale contre la paroi du tube par une chemise d'ancrage
d'un piston hydraulique.
L'ancrage peut être mécaniquement verrouillé par des moyens
d'immobilisation de la chemise d'ancrage.
Les moyens d'étanchéité peuvent comporter un empilage de plusieurs
joints annulaires en matériau résilient pouvant être comprimé par le
déplacement d'une chemise de compression d'un piston hydraulique.
La section des joints annulaires peut être en forme d'un V dont la
longueur des branches est dissymétrique, la branche en contact intérieur avec
le corps de la vanne étant la plus courte, la branche en contact avec la paroi du
tube, après compression de l'empilage par le piston, est déformée pour entrer
en contact avec la paroi du tube.
L'empilage peut comporter une coupelle métallique anti extrusion dont
le diamètre extérieur est environ le diamètre extérieur du corps de la vanne
avant compression de l'empilage.
L'empilage peut être constitué de huit coupelles en V en élastomère du
type HNBR de dureté shore A environ 80.
L'empilage peut être mécaniquement maintenu comprimé par des
moyens d'immobilisation de la chemise de compression.
Les moyens de communication hydraulique peuvent être constitués par
des éléments tubulaires assemblés entre eux par des raccords, une extrémité d'un premier élément est connectée au corps de ladite vanne, une extrémité de l'élément supérieur est connectée à un élément de suspension.
L'élément de suspension peut être maintenu dans un adapteur fixé sur
la tête du puits et comportant des moyens de communication hydraulique avec
lesdits éléments tubulaires.
L'adapteur peut comporter des mâchoires à déplacement radial
destinées à être serrées sur lesdits éléments tubulaires.
L'invention concerne également une méthode de mise en place de la
vanne selon l'invention dans un tube de production, dans laquelle on effectue
les étapes suivantes :
- on assemble un adapteur sur la tête de puits,
- on descend la vanne dans le tube de production en assemblant un
nombre d'éléments tubulaires correspondant à la cote désirée,
- on suspend la vanne et ses éléments tubulaires sur l'adapteur par l'intermédiaire d'une tête de suspension, et on connecte le conduit hydraulique
desdits éléments tubulaires à une source de pression en surface,
- on met en pression la vanne pour ouvrir le passage, ancrer le corps de
la vanne dans le tube à la cote où elle se trouve, comprimer l'empilage de joints
pour réaliser l'étanchéité annulaire.
Selon la méthode, on peut mettre en sécurité le puits en faisant chuter
la pression dans la vanne pour fermer lesdits moyens d'obturation du passage sans déverrouiller l'ancrage ni désactiver l'empilage des joints d'étanchéité
annulaire.
On peut déconnecter et remonter les éléments tubulaires avant de descendre un outil adapté à se connecter sur la tête du corps de la vanne et à
déverrouiller par battage les ancrages et les moyens de compression de
l'empilage.
La présente invention sera mieux comprise et ses avantages
apparaîtront plus clairement à la lecture de la description des exemples
suivants, nullement limitatifs, illustrés par les figures ci-après annexées,
parmi lesquelles : les figures 1A et 1 B montrent schématiquement une vanne selon l'art antérieur,
- les figures 2A et 2B montrent schématiquement une installation comportant une vanne selon la présente invention,
la figure 3 montre en coupe longitudinale un mode de réalisation d'une vanne selon l'invention,
les figures 4A et 4B montrent schématiquement le principe de l'ensemble des moyens d'étanchéité et d'ancrage de la vanne selon l'invention.
La figure 1A montre un puits pétrolier 1 équipé d'une vanne de sécurité de fond 2 dont la ligne de commande hydraulique 3 est défectueuse. Le puits comporte un tube de production 4 (tubing) en communication avec un arbre de
noël 5. Cette vanne de sécurité est positionnée dans un réceptacle 6 (nipple).
Pour réparer et remettre en conformité le puits, il faut enlever la vanne de son
siège pour installer une nouvelle vanne qui permettra de rétablir la production
dans les plus brefs délais, et en toute sécurité. Dans le cas où la ligne de
contrôle ne peut plus être opérationnelle, on peut installer une vanne de
sécurité dans le siège ou réceptacle 6, vanne telle que décrite dans le document
FR-2734863, cité ici en référence.
La figure 1B montre cette vanne constituée de trois principaux
ensembles :
l'ensemble d'obturation 7, ou vanne proprement dite, commandé par
pression hydraulique,
- l'ensemble de brides d'adaptation et de liaison 8,
- et l'ensemble des lignes 9 de liaison entre cet « adapter » 8 et la vanne 7.
Le détail de ces équipements et des procédures de mise en place ou
d'opérations sont clairement décrits dans le document cité plus haut. Compte
tenu de la longueur fixée entre le réceptacle et la position de l'élément
d'adaptation 8, le nombre de tiges 9 et leur longueur totale doivent être
déterminés en fonction du puits en question.
La figure 2A montre un puits 11 comportant un tube de production 10
de diamètre intérieur connu. Dans le cas où il s'avère nécessaire d'ajouter une
vanne de sécurité à l'intérieur de ce tube, on peut utiliser avantageusement le système selon l'invention, représenté schématiquement sur la figure 2B. Un
adaptateur 12 est intercalé entre les vannes maîtresses 13 et la suspension du
tube de production (tubing hanger). Ce dispositif est similaire à celui décrit
dans le document FR-2734863 en ce qu'il possède au moins les deux fonctions :
suspension des tiges de commandes 14 grâce aux vis latérales inférieures 50,
et étanchéité autour de la tête de suspension 21 de façon à communiquer avec
une ligne extérieure 15 de commande hydraulique. Mais selon la présente
variante, l'adapteur 12 possède en plus deux mâchoires 51a et 51b permettant
la manoeuvre de la vanne et des éléments de tiges dans le tubing. Ainsi, la
suspension et l'accrochage des tiges se fait par le serrage des mâchoires sur les
tiges. Les tiges de commande 14 peuvent aussi être celles de l'art antérieur.
Elle peuvent être constituées d'un élément tubulaire de longueur maximum
environ 6 mètres et équipé en extrémité de raccords rapides maie et femelle,
de façon à pouvoir être connectés entre éléments. Une des tiges, est équipée
d'un élément ou raccord de dilatation 16 pour absorber la variation de
longueur de l'ensemble des tiges compte tenu des variations possibles de la
température. La vanne 17 comprend les moyens fonctionnels suivants :
des moyens d'obturation 18 du canal intérieur du corps de la vanne ;
des moyens d'ancrage 19 de la vanne 17 dans l'intérieur du tube de
production 10 ;
- des moyens d'étanchéité 20 entre le corps de la vanne et l'intérieur du tube
10. Dans une variante, il y a deux étages d'ancrage, dans une autre
variante, un seul étage est nécessaire.
La descente de la vanne se fait après avoir équipé l'élément de
suspension de la conduite de production 10 d'un adaptateur 12 qui est utilisé pour suspendre l'ensemble du système une fois celui-ci entièrement descendu
dans le puits, pour maintenir les éléments de connexion les uns après les
autres, pour permettre leur connexion entre eux, pour descendre l'ensemble étapes après étapes. Le puits étant en pression, un sas monté sur l'arbre de
noël, permet la procédure de manœuvre dans le puits. La procédure de
manœuvre se fait conventionnellement au câble (« wireline »). Cette procédure
consiste à descendre la vanne et les éléments de connexion en plusieurs étapes.
Etape 1 : la vanne accrochée à son premier élément de tiges 14 est descendue jusqu'au maintien de la partie supérieure du premier élément par les
mâchoires, permettant ainsi la suspension et l'accrochage du premier élément sur l'adaptateur 12 . Etape 2 : L'élément de tige standard est descendu et est
connecté au premier élément accroché à l'adaptateur 12. Les mâchoires de
maintien sont ensuite ouvertes pour permettre la descente du premier élément accroché au deuxième élément de tige jusqu'au maintien de la partie
supérieure de l'élément standard par les mâchoires, permettant ainsi la suspension et l'accrochage de ses deux éléments sur l'adaptateur 12. Etape 3.
Cette étape 3 est identique à l'étape 2 et multipliée autant de fois qu'il est
nécessaire en fonction du nombre de tiges nécessaire compte tenu de la cote d'installation de la vanne. Dernière étape : Cette dernière étape consiste à
descendre le dernier élément comportant dans sa partie haute la tête de suspension 21 et à le connecter sur le dernier élément standard maintenu par
les mâchoires. Les mâchoires sont ensuite ouvertes permettant la descente de
l'ensemble complet et la pose ainsi que le verrouillage de la suspension 21 dans
l'adaptateur 12.
Lorsque l'on applique une pression hydraulique dans la ligne de contrôle
15, on active les différents moyens fonctionnels de la vanne 17, c'est à dire, la
vanne s'ouvre après basculement du clapet 18, les « chiens » d'ancrage 19 sont
expansés de façon radiale pour immobiliser le corps de la vanne dans le tube, la garniture d'étanchéité est comprimée pour s'appuyer sur la paroi du tube et
effectuer une étanchéité.
La figure 3 montre en coupe plus de détails de la constitution de la
vanne 17. Le clapet 18 est en position fermée grâce à l'action d'un ressort (non représenté). Il est ouvert par le déplacement d'un tube 23 sous l'action de
poussée d'un anneau 24 lié à un piston 25. En présence d'une pression
hydraulique suffisante dans la chambre 26, le piston appuie sur le tube 23 par
l'intermédiaire de l'anneau 24 jusqu'à comprimer le ressort 27 et à faire coulisser ledit tube qui fait basculer l'opercule 18. En absence de pression dans la chambre 26, le ressort de rappel 27 repousse le tube 23 et l'opercule se ferme en mettant en sécurité le puits. Des coins d'ancrage 19 sont déplacés de façon radiale par un piston 28
dont l'extrémité est en forme de cône sur laquelle s'appuient lesdits coins d'ancrage 19. Le piston 28 est poussé sous les coins par la pression
hydraulique dans la chambre 29, le déplacement du piston bloquant les coins sur la paroi du tube 10. Des moyens de verrouillage 30 de la position du piston
d'ancrage 28 permet de maintenir en place ce piston même lorsque la pression
a chutée dans la chambre 30. Ces moyens de verrouillage peuvent fonctionner
selon le principe de cliquet ou de denture. Sur la figure 3, on retrouve un second ensemble : coins 19a, piston 28a, chambre hydraulique 29a,
verrouillage 30a, dans la partie supérieure du corps de la pompe. Cependant,
l'invention ne se limitera pas à deux ensembles d'ancrage, dans la plupart des
réalisations un seul ensemble d'ancrage est nécessaire.
La présente vanne comprend également des moyens d'étanchéité entre
le corps de la vanne et le tube de production 10. Cet ensemble est un élément
essentiel en ce qu'en cas de défaillance la vanne de sécurité est totalement
inopérante et en ce qu'il est délicat de faire une étanchéité sur une surface
brute comme une paroi d'un tube de production. Ces moyens d'étanchéité comprennent un ensemble de garniture 20 qui est activé sur la paroi du tube
par un piston 31 déplacé par la pression hydraulique qui se trouve dans la
chambre 32. Des moyens de verrouillage 33 maintiennent le piston 31 en place même sans pression dans la chambre 32. Un conduit 34 en communication avec un connecteur 22, distribue la
pression hydraulique dans les chambres décrites ci-dessus : la chambre d'ouverture de la vanne 26, la ou les chambres d'ancrage 29 et 29a, la chambre
des moyens d'étanchéité 32. Le connecteur 22 est relié à la surface par les tiges
14 (figure 2B). Il faut noter que la montée en pression hydraulique dans le conduit 34 (environ 35 MPa), transmet l'énergie de pression dans toutes les
chambres à la fois ce qui réalise, sensiblement dans le même temps :
l'ouverture de la vanne, son ancrage et son étanchéité dans le tubing. Lorsque
la pression hydraulique chute dans le conduit 34, la vanne se ferme mais reste
en place, ancrée et étanche. Un profil spécial 35 situé en tête du corps de la vanne permet de désancrer le corps de vanne par traction et battage à l'aide
d'un outil de repêchage adapté à ce profil. Par battage sur le corps de la vanne,
on casse une série de goupilles de cisaillement qui libèrent le ou les pistons
d'ancrage 28, 28a, ainsi que le piston d'étanchéité 31. La vanne libérée peut
être alors remontée en surface.
Les figures 4A et 4B illustrent schématiquement le principe de
l'ensemble de garniture 20 des moyens d'étanchéités entre le corps porte garniture 36 et le tube de production 10. La référence (j) désigne le jeu radial
entre le diamètre extérieur des garniture d'étanchéité 37 et le diamètre intérieur du tube. Ce jeu est généralement de l'ordre de 2,5 mm, mais peut atteindre 5 mm. La garniture est constituée d'un empilage de huit coupelles 38
de forme optimisée pour résister à la pression après avoir été déformées contre la paroi du tube. La pièce 40 constitue l'appui sur lequel est comprimé, selon un effort axial, l'empilage des coupelles 38. La pièce 41 désigne le nez du piston (référencé 31 sur la figure 3). Une coupelle anti extrusion 39 est
intercalée entre la première coupelle et le nez du piston 41. Il faut noter que la
pression du puits s'applique dans le sens de la flèche référencée 42.
La forme optimisée des coupelles 38 résulte de la forme générale en chevron dits en « U » ou « V », dans laquelle la section des coupelles présentent
une symétrie selon un axe parallèle à l'axe central (on pourra se référer à l'ouvrage technique : « Seals and Sealing Handbook » -Ed. The Trade and
Technical Press Limited, 1985). Ces joints conviennent pour des montages
sans rattrapage de jeu, ou de quelques dixièmes de millimètre seulement. En effet, on a vérifié que des joints de section à axe de symétrie ne sont pas compatibles avec des rattrapages de jeu important, par exemple supérieur à
2,5 mm, en particulier dans le cas de tenue à une pression supérieure à
5000 PSI, c'est à dire environ 350 MPa.
Pour qu'une garniture d'étanchéité puisse rattraper un jeu de quelques millimètres, on a déterminé qu'il faut optimiser notamment : la capacité de déformation du matériau, la tenue à la pression de ce même matériau, le
niveau des frictions sur le porte garniture de façon que les déformations nécessaires soient obtenues avec de moindres efforts.
La figure 4B illustre de façon schématique l'ensemble de la garniture une fois comprimé par l'action du piston 41. La partie intérieure de l'empilage des coupelles fait étanchéité sur la surface 43 du porte-garniture 36. La coupelle métallique anti extrusion 39 se déforme pour s'arc-bouter sur la paroi
interne 44 du tube de production. La lèvre externe des coupelles est relevée pour également s'appuyer sur le tube et obturer l'espace annulaire. En
pression, selon la flèche 42, les garnitures s'appuient plus fortement sur le tube tout en étant maintenues par la coupelle anti extrusion.
La forme optimisée des coupelles d'étanchéité peut être définie ainsi : la
section de la coupelle est en forme de V dont une des branches, celle au contact
avec la surface du porte-garniture (diamètre intérieur de la coupelle), est raccourcie 47. Ainsi, la pointe 45 du V ne se trouve plus dans la position
médiane de l'espace annulaire entre le cylindre porte-garniture et la paroi
intérieure du tube, mais est décalée et plus proche du porte-garniture. La branche du V 46 qui supporte le plus de déformation, celle qui se trouve du coté jeu j, est la plus longue favorisant son déplacement sous l'action du piston.
La forme de l'extrémité des deux branches du chevron dissymétrique est
adaptée à se plaquer efficacement sur les surfaces cylindriques du porte-
garniture et du tube de production. On a vérifié par expérience et calculs aux
éléments finis que cette forme dissymétrique des coupelles fournit des contraintes de contact les plus régulières et donc une bonne tenue à la pression. Comme matériau, on pourra utiliser du caoutchouc HNBR de dureté 80
Shore A qui convient également pour les températures courantes dans les
puits de production.
Selon l'invention, le nombre de coupelles est choisi à huit dans le cas
d'une vanne adaptée à être descendue dans un tube d'environ 75 à 80 mm de
diamètre intérieur. L'invention ne se limite pas à ce nombre de coupelles qui
peut varier en fonction de la pression de service et/ou la nature des fluides.

Claims

REVENDICATIONS
1. Vanne de sécurité de puits mise en place dans un tube de production (10), comprenant un corps (17) comportant des moyens d'obturation (18) d'un passage interne audit corps, des moyens d'ancrage (19) dudit corps dans
ledit tube, des moyens d'étanchéité (20) entre ledit corps et la paroi du tube,
ladite vanne comprenant des moyens de communication (14) d'une pression
hydraulique entre ladite vanne et la surface du puits, caractérisée en ce que lesdits moyens d'obturation, d'ancrage et d'étanchéité comportent des
moyens d'activation hydraulique (25, 28, 31) tels que ladite pression
hydraulique transmise de la surface active lesdits moyens de façon à ouvrir
ledit passage, ancrer la vanne dans le tube et activer les moyens d'étanchéité sur la paroi du tube.
2. Vanne selon la revendication 1, dans laquelle lesdits moyens d'obturation
comportent un clapet (18) maintenu en position fermée par un moyen de
rappel (27) , un piston hydraulique (26) fournissant en pression un déplacement longitudinal d'une chemise (23) de façon à maintenir ouvert ledit clapet.
3. Vanne selon l'une des revendications 1 ou 2, dans laquelle lesdits moyens
d'ancrage comportent des mâchoires (19) pouvant être déplacées de façon radiale contre la paroi du tube par une chemise d'ancrage (28a) d'un piston hydraulique (29a).
4. Vanne selon la revendication 3, dans laquelle l'ancrage est mécaniquement verrouillé par des moyens d'immobilisation (30a) de la chemise d'ancrage.
5. Vanne selon l'une des revendications 1 à 4, dans laquelle lesdits moyens
d'étanchéité comportent un empilage de plusieurs joints annulaires (38) en
matériau résilient pouvant être comprimé par le déplacement d'une
chemise de compression (41) d'un piston hydraulique.
6. Vanne selon la revendication 5, dans laquelle la section desdits joints
annulaires est en forme d'un V dont la longueur des branches est
dissymétrique, la branche en contact intérieur (47) avec le corps de la
vanne étant la plus courte, la branche (46) en contact avec la paroi du tube, après compression de l'empilage par le piston, est déformée pour entrer en
contact avec la paroi du tube.
7. Vanne selon l'une des revendications 5 ou 6, dans laquelle ledit empilage
comporte une coupelle métallique (39) anti extrusion dont le diamètre
extérieur est environ le diamètre extérieur du corps de la vanne avant compression de l'empilage.
8. Vanne selon l'une des revendications 5 à 7, dans laquelle ledit empilage est
constitué de huit coupelles (38) en V en élastomère du type HNBR de dureté shore A environ 80.
9. Vanne selon l'une des revendications 5 à 8, dans laquelle l'empilage est mécaniquement maintenu comprimé par des moyens d'immobilisation de la chemise de compression.
10. Vanne selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle les moyens
de communication hydraulique sont constitués par des éléments tubulaires assemblés entre eux par des raccords, une extrémité d'un premier élément est connectée au corps de ladite vanne, une extrémité de l'élément
supérieur est connectée à un élément de suspension.
11. Vanne selon la revendication 10, dans laquelle l'élément de suspension est
maintenu dans un adapteur (12) fixé sur la tête du puits et comportant des moyens de communication hydraulique avec lesdits éléments tubulaires.
12. Vanne selon la revendication 11, dans laquelle ledit adapteur comporte des
mâchoires (51a, 51b) à déplacement radial destinées à être serrées sur
lesdits éléments tubulaires.
13. Méthode de mise en œuvre de la vanne selon l'une des revendications 1 à 12
dans un tube de production, caractérisée en ce que l'on effectue les étapes
suivantes :
- on assemble un adapteur (12) sur la tête de puits,
- on descend la vanne dans le tube de production en assemblant un nombre
d'éléments tubulaires (14) correspondant à la cote désirée,
on suspend la vanne et ses éléments tubulaires sur l'adapteur par
l'intermédiaire d'une tête de suspension (21), et on connecte le conduit
hydraulique desdits éléments tubulaires à une source de pression en
surface, - on met en pression la vanne pour ouvrir le passage, ancrer le corps de la vanne dans le tube à la cote où elle se trouve, comprimer l'empilage de
joints pour réaliser l'étanchéité annulaire.
14. Méthode selon la revendication 13, dans laquelle on met en sécurité le puits en faisant chuter la pression dans la vanne pour fermer lesdits moyens d'obturation du passage sans déverrouiller l'ancrage ni désactiver
l'empilage des joints d'étanchéité annulaire.
15. Méthode selon l'une des revendication 13 ou 14, dans laquelle on
déconnecte et on remonte les éléments tubulaires avant de descendre un outil adapté à se connecter sur la tête du corps de la vanne et à
déverrouiller par battage les ancrages et les moyens de compression de
l'empilage.
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