WO2017009463A1 - Dispositif de protection d'un pion dégradable pour système d'isolation dans une barrière annulaire - Google Patents

Dispositif de protection d'un pion dégradable pour système d'isolation dans une barrière annulaire Download PDF

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WO2017009463A1
WO2017009463A1 PCT/EP2016/066940 EP2016066940W WO2017009463A1 WO 2017009463 A1 WO2017009463 A1 WO 2017009463A1 EP 2016066940 W EP2016066940 W EP 2016066940W WO 2017009463 A1 WO2017009463 A1 WO 2017009463A1
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casing
piston
internal volume
degradable
jacket
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PCT/EP2016/066940
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Gwenaël TANGUY
Samuel Roselier
Jean-Louis Saltel
Original Assignee
Saltel Industries
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Publication date
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    • E21B43/02—Subsoil filtering
    • E21B43/10—Setting of casings, screens, liners or the like in wells
    • E21B43/103—Setting of casings, screens, liners or the like in wells of expandable casings, screens, liners, or the like
    • E21B43/108—Expandable screens or perforated liners

Definitions

  • the present invention relates to a system for controlling and isolating an expandable jack-shaped tool for the treatment of a well or a pipe, this tool being connected to a casing for supplying a fluid under pressure. and is interposed between said casing and the wall of said well or pipe.
  • the aforementioned annular space is generally sealed by using a cement which is pumped in liquid form into the casing from the surface and then injected into the annular space. After injection, the cement hardens and the annular space is sealed.
  • this seal protects the casing from the saline zones that the basement contains, which can corrode and damage them, leading to the possible loss of the well.
  • this cementation protects aquifers from pollution that could be caused by nearby formations containing hydrocarbons. This cementation is a barrier that protects against the risk of blowout caused by high-pressure gases that can migrate into the annular space between the formation and the casing.
  • the pressures involved may come from:
  • the casing (or "casing string”), whose length can reach several thousand meters, consists of casing tubes, with a unit length of between 10 and 12 m, and assembled to each other by tight threads.
  • the nature and the thickness of the material constituting the casing is calculated to withstand internal burst pressures ("burst" in English) or collapse pressures ("collapse” in English) very important.
  • the casing must be sealed throughout the life of the well, that is to say for several decades. Any leak detection systematically leads to a repair or abandonment of the well.
  • US 7,571,765 discloses a system comprising a compressed rubber ring and radially expanded by hydraulic pressure via a piston, to come into contact with the wall of the well. In use, however, these systems do not properly seal a well having a non-cylindrical section of revolution and are very sensitive to temperature variations.
  • FIGS. 1 and 2 The general structure of a known system of this type is schematised in appended FIGS. 1 and 2.
  • a known technique consists of positioning a deformable ductile membrane 10 of cylindrical geometry around a casing 20 at the desired location.
  • the membrane 10 is attached and sealed at its ends to the surface of the casing 20.
  • a ring-shaped liner is defined between the outer surface of the casing 20 and the inner surface of the membrane 20.
  • the inside of the casing 20 and the internal volume of the liner formed by the membrane 20 communicates with each other through a passage 22 which passes through the wall of the casing 20.
  • the membrane 10 is then expanded radially outwardly until it either in contact with the wall P of the well, as seen in FIG. 2, by increasing the pressure P1 in the casing 20.
  • the membrane 10 seals on this wall P and the two annular spaces EA1 and EA2 defined between the wall P of the formation and the wall of the casing 20 are then isolated.
  • the membrane 10 may be metal or elastomer, reinforced or not with fibers.
  • the membrane 1 0 is elastomer and the circulation of the inflation fluid is without a valve in the passage 22, the membrane resumes a shape close to its initial state, if the pressure is released inside the casing, after the have swollen. The membrane 10 then no longer serves as isolation of the annular space.
  • the membrane 10 is metallic and the circulation of the inflation fluid between the inside of the membrane 10 and the inside of the casing 20 takes place directly, once permanently deformed, the membrane 10 retains in principle its shape and its shape. Barrier function in the annular space is also maintained when the pressure in the casing 20 is relaxed. However, if the pressure increases in the annular space, for example, on the EA1 side, the pressure differential between EA1 and the inside of the membrane 10 may be sufficient to collapse the metal membrane 10. It then no longer holds role of isolation of the annular space. To avoid this, in the case of a metal or elastomeric membrane, the orifice 22 allowing the circulation of the inflation fluid between the inside of the casing 20 and the inside of the membrane 10 may be provided with a valve check.
  • This valve traps the volume of inflation under pressure inside the membrane 10 at the end of inflation. Nevertheless, if the temperature and / or the pressure in the annular space change, the volume inside the membrane can also change. If the pressure decreases, the membrane 10 may collapse or lose its sealing contact with the wall P of the well. The insulation function of the annular space is then no longer ensured. If on the contrary the pressure increases, the membrane 10 can deform to breaking. If the membrane 10 does not break, there is a risk that the pressure increases sufficiently inside the membrane 10 to collapse the wall of the casing 20.
  • US 2011/094742 discloses a system with a reactive material that holds a rod in position to maintain open a valve. As the material degrades, the rod retracts and releases the rotating valve that can be closed.
  • any disruptive element (leakage, faulty equipment, difficulty of installation, adverse weather conditions) which may delay the installation may cause the loss of viable operation of the insulation mechanism by jacket.
  • the object of the invention is to provide a device that solves the aforementioned problems.
  • the invention relates to a fluid control device for the treatment of a well, comprising an expandable sleeve placed on a casing and an assembly adapted to control the supply of the internal volume of the jacket using a fluid under pressure from the casing, through a passage through the wall of the casing, to expand the liner radially outward, said assembly comprising a valve,
  • valve comprising a body which defines a chamber in which a first and a second communication duct respectively associated with the inside of the expandable jacket and the annular space situated outside the casing, open, a piston mounted in translation in said chamber, and
  • degradable immobilization means integral in translation with the piston
  • said degradable immobilizing means maintaining in an initial state the piston in a first position such that the piston prevents communication between the first and second lines
  • degradable immobilization means are movable in translation in a cavity
  • the device comprises protection means insulating the cavity of a discharge pipe configured to introduce a degradative fluid into said cavity, so that, in the initial state, the protection means protect said means from degradable immobilization,
  • the protection means being configured to break when the pressure in the cavity reaches a threshold pressure difference, thus allowing degradation of the degradable immobilizing means.
  • the device even if the maximum inflation pressure is never reached (that which allowed to pass the valves in the final position in the prior art), it is ensured by the degradation of degradable immobilization means that the device will move into position so as to allow communication between the annular volume and the inside of the liner.
  • the problems related to the degradation of the degradable means are overcome, since the degradation begins only once time the inflation started.
  • the means of protection prevent degradation from immersion in the well.
  • the invention may include the following features, taken alone or in combination:
  • the device a transient state in which the piston and the degradable immobilization means are configured to undergo a translation in the chamber thus reducing the volume of the cavity, the pressure of which then makes it possible to reach the threshold pressure difference, transient state being part of the first position during which no communication between the first and the second pipe is allowed, the cavity is initially filled with an inert fluid not degrading the degradable immobilization means,
  • the device further comprises a sealing element disposed between the piston and the degradable immobilizing means, for protecting the degradable immobilization means with a fluid that can be located at the level of the piston,
  • the device further comprises breaking means for maintaining in first position the piston, said means being configured to be broken when the degradable immobilizing means transmit a force greater than a threshold force, thus allowing the piston to pass in second position ,
  • the device has the advantage of being able to open the communication between the annular volume and the liner as soon as inflation is complete, without necessarily waiting for the degradation of the degradable means.
  • the means of rupture were not to break, the situation is solved by the gradual degradation of degradable means once the breaking means broken.
  • the breaking means comprise a rod integral with a breaking pin configured to break when the effort threshold is reached, said rod being configured to transmit a force to said breaking pin via the degradation means, - two pipes open into the first pipe, the two pipes being respectively associated with the interior of the casing, and inside the expandable shirt,
  • said device further comprising a shutter mounted in translation in said chamber configured to open or close the pipe with the inside of the casing,
  • the shutter In the first position of the piston, the shutter is in contact with one end of the piston which holds the shutter in an open position to allow communication between the pipes associated with the inside of the casing and inside the expandable sleeve.
  • the device further comprises a spring which urges the shutter in the closed position to close the pipe towards the inside of the casing when the piston is in second position.
  • the device defines a temporary intermediate state which intervenes between the first position and the second position of the piston and in which the connection between the internal volume of the casing and the internal volume of the liner is interrupted; the device is adapted to be switched only once between
  • the invention also proposes an isolation system for the treatment of a well, comprising a device as described above,
  • the assembly of said device further comprises a non-return valve placed in a passage which connects the internal volume of the casing to the internal volume of the jacket,
  • valve and said non-return valve forming, after switching, two valves mounted in series and in opposite directions on the passage connecting the internal volumes of the casing and the jacket.
  • this device advantageously fits into a double back-to-back check valve system, which prevents once inflation any communication between the inside of the casing and the liner and which allows a communication of the liner to the liner. annular space.
  • the invention proposes a method of isolating two annular zones of a well, implementing
  • a step of feeding an expandable liner placed on a casing with a fluid under pressure from the casing, to expand the liner radially outwards characterized in that it comprises the steps of
  • FIGS. 1 and 2 previously described represent an annular isolation device according to the state of the art, respectively before and after expansion of the expandable sleeve
  • FIGS. 3, 4 and 5 show a device according to the present invention respectively in the initial state, in the expanding phase of the expansion sleeve by communication between the internal volume of the casing and the internal volume of the liner, and in the final sealing state after switching the three-way valve ensuring the connection between the internal volume of the liner and the annular volume of the well outside the jacket and the casing
  • FIGS. 1 and 2 previously described represent an annular isolation device according to the state of the art, respectively before and after expansion of the expandable sleeve
  • FIGS. 3, 4 and 5 show a device according to the present invention respectively in the initial state, in the expanding phase of the expansion sleeve by communication between the internal volume of the casing and the internal volume of the liner, and in the final sealing state after switching the three-way valve ensuring the connection between the internal volume of the liner and the annular volume
  • FIG. 6 and 7 schematically represent an assembly according to a first embodiment of the present invention comprising in combination a three-way valve and a check valve at the inlet, respectively in the initial position and in the final switched position
  • FIG. equivalent of the switched assembly illustrated in Figure 7, Figure 9 showing an axial sectional view through a channel which houses an inlet valve
  • Figures 10a, b, c to 13a, b, c represent, according to an axial sectional view passing through a second radial plane and a channel housing the three-way valve
  • a first embodiment of an assembly according to the present invention showing a three-way valve maintained by a degradable pin in the state initial connection of the casing and the shirt
  • - Figures 14a, b, c to 18a, b, c show, in an axial sectional view through a second radial plane and a channel housing the three-way valve
  • a second embodiment of a compliant assembly in the present invention showing a three-way valve held by a degradable
  • FIG. 20a, b, c to 23a, b, c show, in an axial sectional view through a second radial plane and a channel valve, a more general embodiment of a device according to the present invention representing a two-way valve maintained by a degradable counter in the initial state,
  • FIG. 24 and 25 show an embodiment of the invention with a piston displacement measuring system.
  • the fluid control device of the present invention will be described in the particular context of a system forming two non-return valves of opposite direction. Insofar as said device is not exclusively implementable on the embodiments mentioned above but can be installed on any type of valve intended to connect an annular volume to a jacket volume, such as a two-way valve.
  • FIG. 3 shows an insulation system according to the present invention comprising an expandable jacket 100 placed on a casing 200, facing a passageway 222 passing through the wall of the casing 200 and a unit 300 adapted to control the casing. Expansion of the liner 100.
  • the assembly 300 comprises an inlet nonreturn valve 400 and a three-way valve 500 adapted to be switched once and formed, after switching, in combination with the inlet valve 400, two non-return valves mounted in series and in opposite directions on a passage connecting the internal volume 202 of the casing 200 and the internal volume 102 of the jacket 100.
  • the jacket 100 is advantageously formed of a cylindrical metal shell of revolution engaged on the outside of the casing 200 and whose two axial ends 110, 112 are sealingly connected to the outer surface of the casing 200 at these two axial ends. 110 and 112.
  • the assembly 300 is adapted to initially supply the internal volume 102 of the shirt 100 using a fluid under pressure from the casing 200, through the passage 222 through the wall of the casing 200, to expand the jacket 100 radially outwardly as seen in Figure 4. More specifically according to the invention, said assembly 300 comprises a non-return valve 400 placed in the passage 222 which connects the internal volume 202 of the casing 200 to the internal volume 102 of the liner 100 and means 500 forming a three-way valve adapted to being switched once between an initial state corresponding to FIG.
  • the valve 500 defines a temporary intermediate state between the initial state and the final state, in which no connection is established between the internal volume 202 of the casing 200, the internal volume 102 of the jacket 100 and the annular volume EA1.
  • FIG. 6 shows a set 300 according to a first variant embodiment of the present invention comprising in combination a three-way two-way valve 500 and a non-return valve 400 at the inlet.
  • the non-return valve 400 is placed in a duct coming from the internal volume 202 of the casing 200 and leading to a first channel 502. of the valve 500.
  • It comprises a body which defines a conical seat 410 flared away from the inlet from the internal volume 202 of the casing 200, a shutter 420 placed downstream of the seat 410 relative to a fluid supply direction ranging from the internal volume 202 of the casing 200 to the internal volume 102 of the liner 100 and a spring 430 which urges the shutter 420 in sealing engagement against the seat 410 and thereby causing the valve 400 to close.
  • the seat 410 and the shutter 420 are advantageously made of metal defining a valve 400 metal / metal with sealing means. These means will be described later.
  • valve 400 At rest the valve 400 is closed under the bias of the spring 430.
  • the pressure exerted downstream by a fluid applied from the internal volume 202 of the casing 200 exceeds the setting force exerted by the spring 430 this pressure pushes the shutter 420 and opens the valve 400.
  • any pressure exerted from the downstream upstream that is to say from the internal volume 102 of the jacket 100, tends to reinforce the solicitation of the shutter 420 against its seat and therefore the valve 300 closing.
  • the two other channels 504 and 506 of the valve 500 are respectively connected with the internal volume 102 of the jacket 100 and with the annular volume EA1 of the P-well.
  • valve 500 ensures a connection between the channels 502 and 504 and consequently between the outlet of the valve 400, ie the internal volume 202 of the casing 200, when the valve 400 is open, and the internal volume 102 of the shirt 100.
  • the valve 500 provides a link between the channels 504 and 506.
  • the link between the output of the valve 400 and the internal volume 102 of the jacket 100 is interrupted and a connection is established between the internal volume 102 of the liner 100 and the annular volume EA1 of the well.
  • the final state shown in FIG. 7 is obtained after degradation of degradable immobilization means 590 associated with piston 550 or after rupture of rupture means 900.
  • the degradable immobilization means 590 typically take the form of a degradable counter. This term will be used for the rest of the description.
  • valve 500 comprises a piston adapted to define in the final switched state a second valve 510 in the opposite direction to the valve 400, on the passage leading from the internal volume 202 of the casing 200 to the internal volume 102 of the jacket 100.
  • Equivalent diagram of the assembly 300 thus obtained in the final switched state is shown in FIG. 8. In this FIG.
  • valve 510 comprising a body which defines a tapered seat 512 flared towards the inlet coming from the internal volume 202 of the casing 200, a shutter 514 placed upstream of the seat 512 with respect to a fluid supply direction from the internal volume 202 of the casing 200 to the internal volume 102 of the jacket 100 and a spring 516 which solicits the shutter 514 sealingly bears against the seat 512 and doing so that the valve 510 solicits closure.
  • the seat 512 and the shutter 514 are advantageously made of metal defining a valve 500 metal / metal, with sealing means.
  • valve 510 In the initial state of the valve 500, the valve 510 is open. When switching the valve 500 after degradation of the pin 590 or rupture of the breaker pin 920, the valve 510 closes under the bias of the spring 516.
  • the assembly then comprises two valves 400 and 510 of opposite direction, back to back , which prohibit any fluid flow in any direction between the internal volume 202 of the casing 200 and the internal volume 102 of the liner 100.
  • the three-way valve 500 can be the subject of many embodiments. It preferably comprises a piston 550 equipped with one and / or associated with a metal shutter 514 mounted in translation in a metal body 310 of the assembly and / or another body 315 secured to the first. More precisely, the piston 550 is mounted in translation in a chamber 320 of this body 310, 315 in which ducts corresponding to the channels 502, 504 and 506 open and are respectively connected to the internal volume 202 of the casing 200, to the internal volume 102 of the liner 100 and the internal volume EA1 of the well P.
  • the body 310 comprising the entire housing which houses the functional elements of the three-way valve 500 and optionally the inlet valve 400, and can be composed of several parts.
  • the chamber 320 and the piston 550 are staggered and the ducts 502, 504 and 506 open at locations distributed longitudinally in the internal chamber 320, so that depending on the axial position of the piston 550 in the chamber 320, two of the ducts 502 and 504 or 504 and 506 are successively connected.
  • Valves 400 and 510 have previously been described whose seat 41 0, 51 2 and the shutter 420, 514 are advantageously made of metal thus defining valves 400, 510 metal / metal with a seal.
  • the sealing means make it possible to mitigate any risk of leakage between such a metal shutter and its associated metal seat.
  • these additional sealing means are formed of an O-ring (or any equivalent means, for example an O-ring associated with a ring) adapted to bear on a complementary bearing surface when the valve is in its closed position or close to its closed position.
  • O-ring or any equivalent means, for example an O-ring associated with a ring
  • the valve 400 and / or 510 is and remains sealed even if the shutter 420 or 514 would not rest perfectly against its associated seat 410 or 512, for example in the case where the fluid carried is not properly filtered.
  • Such an additional seal is provided on the shutter and is adapted to bear against a complementary bearing formed on the body housing the valve and forming the seat, when the valve is in its closed position or close to its closed position.
  • the seal may alternatively be provided on the body housing the valve and forming the seat, and then be adapted to bear against a complementary bearing formed on the shutter, when the valve is in its closed position or close to its position closure.
  • an additional seal 570 is mounted in a groove formed on the shutter 514.
  • This seal 570 is adapted to bear against a complementary bearing surface 51 1 formed at a recess on the body 310 housing the valve 510, in the extension and upstream of the seat 512.
  • the diameter of the section of the chamber 320 which receives the shutter 514 and which houses a seal 370 in the initial position, is preferably greater than the diameter of the joint 370.
  • the diameter of the recess which forms the However, the bearing 51 1 is at least slightly smaller than the outside diameter at rest of the seal 570 to ensure the aforementioned seal.
  • the path of the shutter 514 is such that, in the initial position, the seal 570 is placed beyond the inlet duct 316 so as not to disturb the flow of fluid ensuring the inflation of the liner 100
  • the duct 316 is located, in the initial position, between the gasket 570 and the surface 51 1.
  • the inlet valve 400 and the valve 500 are preferably formed in separate parallel longitudinal channels formed in the body 310 of the assembly 300 parallel to the longitudinal axis of the casing 200, the aforementioned longitudinal channels being connected by transverse passages.
  • the assembly 300 comprises in the body 310, two longitudinal channels 330 and 340 parallel to each other and parallel to the axis 0-0 of the casing 200.
  • the channels 330 and 340 are located in different radial planes.
  • the channel 330 houses the inlet valve 400.
  • the channel 340 houses the three-way valve 500.
  • the longitudinal channel 330 communicates with the internal volume 202 of the casing 200, on a first axial end, by a radial channel 312 closed at its radially outer end by a plug 314.
  • the longitudinal channel 330 communicates with the second longitudinal channel 340 by a transverse passage 316.
  • the longitudinal channel 340 has a second transverse passage 31 8 which communicates with the internal volume 1 02 of the liner and an orifice 350 which opens radially outwardly into the annular volume EA1 of the well.
  • the passage 316, the passage 318 and the orifice 350 form the three channels 502, 504 and 506 of the valve 500.
  • the first longitudinal channel 330 has a conical zone 410 diverging away from the first end connected to the radial inlet channel 31 2 and which forms the aforementioned seat of the valve 400.
  • This conical zone 410 is located upstream of the channel 316.
  • the channel 330 houses, facing this seat 41 0, a shutter 420 comprising a complementary conical end biased against the seat 410 by a spring 430.
  • a valve 400 is closed at rest and opens when the valve 500 is passing between the internal volume 202 of the casing 200 and the internal volume 102 of the jacket 100, the pressure exerted on the shutter 420 by the fluid present in the casing 200 exceeds the force of the spring 430.
  • the second longitudinal channel 340 has a conical zone 512 located axially between the two ducts 316 and 318.
  • the zone 512 is divergent towards the first duct 316 and forms the aforementioned seat of the valve 510.
  • the channel 340 houses a piston 550 and a shutter 514 capable of translation.
  • the shutter 514 is placed upstream of the piston 550 and rests on the upstream end 556 of the piston 550. It has opposite the seat 512, a conical area complementary to the seat 512.
  • the shutter 514 is biased against the seat 512 by a spring 516. However at rest in initial position, the conical shutter 514 is kept away from the seat 512 by the piston 550 and the degradable peion 590 placed in the bottom of the channel 340 facing a piston tail 552 axially extending the piston 550 downstream of the shutter 514. It will be observed on examining FIGS.
  • the channel 340 also houses an O-ring 370 (mentioned above) or any other equivalent means (O-ring associated with a ring for example) in contact with an intermediate portion 554 of the piston 550.
  • the seal 370 is placed axially between the conduit 31 8 and the orifice 350, which leads 318 and orifice 350 are both located downstream of the seat 512. As can be seen in FIGS. 10b to 18b, the seal 370 assures sealing with the outer surface of the piston 550 in the initial position of the three-way valve 500 and up to the displacement of the shutter 514 against the seat 512.
  • the seal 370 thus makes it possible to isolate the downstream orifice 350, in position initial embodiment illustrated in Figures 13 and 14 wherein a communication is allowed between the internal volume 202 of the casing 200 and the internal volume 102 of the liner 100 through the conduits 316 and 318 and in the intermediate position illustrated in Figure 15 in which the communication between the internal volume 202 of the casing 200 and the internal volume 102 of the liner 100 is interrupted by the contact of the shutter 514 against the seat 512.
  • This spring 560 is interposed between a recess formed in the channel 340 and a flared head 553 formed on the downstream end of the piston rod 552.
  • the degradable pin 590 is in contact with a cavity 700 configured to allow the evacuation of the material constituting the pin 590, so as to allow free movement of the head 553.
  • the volume of the cavity 700 is a function of the position of the degradable pin 590 which is movable by the effect of the translation of the piston 550, so that the pressure in the cavity 700 can change and is also a function of the position of the pin 590 .
  • the degradable pin 590 and the piston 550 are movable in translation in the direction of the shutter 514 in order to allow self-regulation of the pressure in the cavity 700.
  • the cavity 700 is fluidly isolated from a discharge pipe 810 by means of protection 800 configured to break when a APs threshold pressure difference is reached. In this way, the cavity 700 can be in fluid relation with the evacuation pipe 810.
  • the pressure difference APs is reached when the pressure in the cavity 700 exceeds the pressure present in the discharge pipe 810 which is fluidly connected to the annular space by a value of APs.
  • the protection means 800 are arranged in alignment with the piston 550 and the degradable pin 590, in one end of the channel 340.
  • the cavity 700 is filled with a liquid that does not degrade or very little degradable peion 590.
  • a fluid will be named "inert” thereafter.
  • the degradation time of the pin 590 in this liquid is very much greater than the time interval between the manufacture of the system and its insertion into a well.
  • the peg 590 keeps the valve 500 in the initial position until the desired moment.
  • the inert fluid is oil and the pion is made of polymer.
  • the polymer is polyglycolic acid ( “polyglycolic acid (PGA)” in English), which is sold especially under the name “Kuredux ®” by Kureha.
  • PGA is degraded by hydrolysis.
  • An injection pipe 710 located perpendicular to the axis of translation of the piston 550 in FIGS. 10a to 18a, makes it possible to inject the inert fluid into the cavity 700 during manufacture.
  • a plug 720 is then inserted to close off said injection pipe 710, thereby forming a portion of the cavity 700 by isolating it from the pipe 710.
  • the cavity 700 or at least a portion of this cavity 700 is positioned in the longitudinal alignment of the pin degradable 590. Otherwise, a translation of said pin 590 would have no effect on the volume of the cavity 700. Therefore, it is not only the radial extension due to the injection pipe 710 which forms said cavity 700 ( see Figures 10a, b, c to 18a, b, c).
  • the evacuation pipe 810 makes it possible to supply liquid from the annular space EA1 to allow the replacement of the inert fluid. Under the action of the liquid from the annular space EA1, the degradable pion 590 begins to degrade. Depending on the material of said pin 590, degradation may be by disintegration, frangibility, friability, or any other physical phenomenon to remove parts of the pin 590.
  • a sealing element 610 is advantageously disposed between the piston tail 552 and the degradable peion 590.
  • the sealing element 610 comprises an annular seal 61 1 which provides a seal between the fluid around the piston 550 and the cavity 700 filled with inert fluid before rupture. Indeed, the fluid present around the piston 550 could activate the degradation of the degradable pion 590 at an inconvenient moment (for example at the moment of insertion into the well).
  • the sealing element 610 merely has the function of transmitting the translational force of the piston 550 to the degradable pin 590. In an embodiment shown in FIGS.
  • the protection means 800 are in the form of a valve 850 inserted at the end of the discharge pipe 810 sealingly. Annular seals 870 seal between the valve 850 and the body 310.
  • the valve 850 may be composed of several subsections 851,
  • the diameter of the internal channel may be discontinuous when passing from one subsection to another.
  • the subsection 851 located on the side of the cavity 700 may have a greater diameter than the sub-section 852 juxtaposed located towards the discharge pipe 810 so as to create a stop. It is thus possible to accommodate a rupture disc 860 against this stop.
  • the rupture disc 860 is configured to rupture under the effect of the pressure in the cavity 700.
  • the abutment against the subsection 852 advantageously ensures the retention of the rupture disc in position under the effect of pressure.
  • Subsections 851, 852, 853 and rupture disc 860 are preferably welded together.
  • the rupture disk 860 breaks when a certain pressure in the cavity 700 is reached. This pressure is between 50 to 90% of the nominal inflation pressure (for example 5000 psi), preferably 70 to 85%, and still preferably 75 and 85%. Indeed, if the rupture disc 860 breaks too early during inflation, the device no longer fulfills its function of retarding degradation of the deterioration pin 590; conversely, if the rupture disk 860 never breaks during inflation, the device becomes useless.
  • the nominal inflation pressure for example 5000 psi
  • the nominal inflation pressure is the desired maximum pressure for inflation, which allows the desired positioning of the jacket on the wall P of the well.
  • a contact spring 620 can advantageously be disposed axially between the degradable pin 590 and the protective means 800, to allow contact between the pieces during handling (to avoid shocks and damage the various elements) .
  • This spring 620 is configured so that its stiffness can be overcome by the force transmitted by the degradable pin 590 during the translation.
  • the contact spring 620 abuts against the subsection 851 of the valve 850 which is on the side of the cavity 700.
  • the contact spring 620 compresses and behaves mechanically as a stop piece axially transmitting the efforts to not break the transmission chain.
  • the intermediate portion 554 sealing with the seal 370 to the conduit 350 in communication with the annular volume EA1 must have a length greater than the distance traveled during the translation performed by the piston 550 to trigger the rupture of the protection means 800 .
  • valve 500 is in the initial state.
  • the connection between the two conduits 316, 318 for filling the liner 100 is ensured and the duct 350 to the annular space EA1 is isolated from the two preceding by the intermediate portion 554 of the piston 550.
  • the protection means 800 are intact.
  • This step is verified when the expansion pressure is typically between 0 and 50-90%, preferably 0 and 70-85% and still preferably 0 and 75-85% of the nominal nominal pressure (or end pressure of expansion).
  • the system can remain in the state long enough to overcome a hazard that would interrupt the installation of the system in the well (bad weather, damage, pump problem on the surface, connection between faulty casings, etc.).
  • the degradable piece 590 is maintained in the inert fluid by means of the protection means 800 which protects it from the fluid of the annular space EA1 and relieves the operators of the countdown which was triggered before as soon as the descent into the wells ("run in hole (RI H)") was beginning.
  • the valve 500 is in a transient state, still in the initial state, in which the injection pressure reaches a threshold from which the axial displacement of the piston 550 is triggered. Therefore, the degradable counter 590 also moves axially and reduces the volume of the cavity 700 (if present, the spring 620 is compressed). The pressure of the cavity 700 increases and, apart from the breaking threshold pressure APs reached, causes the rupture of the protection means 800, and more precisely the rupture of the rupture disk 860. The initial state is maintained despite the translation piston 550 because of the length of the intermediate portion 554 of the piston 550, which always comes to seal at the joint 370.
  • the inert fluid of the cavity 700 will begin to flow towards the evacuation pipe 81.
  • fluid of the annular space EA1 will enter the cavity 700 and causes the beginning of the degradation of the pion 590.
  • the valve 500 is in the intermediate state, that is to say that the connection between the conduits 316 and 318 are interrupted (the inflation is completed) and the connection between the conduits 318 and 350 is not yet established.
  • This state is allowed thanks to the degradation of the pin 590 which, on the one hand, is sufficient to allow the axial displacement of the shutter 514 which can come into contact with its seat 512 thanks to the spring 516, and on the other hand is not yet sufficient to allow sufficient axial displacement of the intermediate portion 554 of the valve 500.
  • This intermediate state of the valve 500 may occur a few days after the end of the inflation. Preferably this state occurs one to three days after the end of the inflation.
  • valve 500 is in the final state.
  • the piston 550 is moved in translation in the channel 340 under the effect of the spring 560.
  • the intermediate portion 554 of the piston 550 escapes the seal 370 and a communication is allowed between the conduit 318 linked to the internal volume 1 02 of the shirt 1 00 and the orifice 350 which opens into the annular volume EA1 of the well.
  • the valve 500 has reached its irreversible final switched position, the shutter 514 remaining in abutment against its seat 512 to isolate the conduit 316 from the conduit 318.
  • FIGS. 14a, b, c to 18a, b, c show a second embodiment of a valve 500 according to the present invention intended to form in the switched state, in combination with the valve of FIG. Inlet 400, two opposing back-to-back valves, which essentially differs from the first embodiment illustrated in Figures 10a, b, c to 13a, b, c by the fact that breaking means 900 are added.
  • the architecture of the system is substantially modified with respect to the embodiment without a breakpoint.
  • the function of the rupture means 900 is to move the valve 500 to the final state if a force greater than a breaking threshold force Es is reached in the piston 550.
  • this threshold force Es is reached at the nominal pressure of maximum inflation. It is possible that the threshold force Es is reached for a slightly lower pressure, in particular by the clearance that exists in the manufacture of the rupture means 900.
  • the breaking means 900 are positioned in the alignment of the piston 500, in place of the protection means 800 of the first example given in FIGS. 10 a, b, c to 13 a, b, c.
  • the protection means 800 are deported, in particular thanks to the cavity 700 which can extend in part perpendicular due to the injection pipe 710. By properly positioning the plug 720 of this pipe 710, it becomes possible to position the discharge pipe 810 and the protective means 800 parallel to the valve 500. As the protective means 800 are configured to break under the effect of the pressure of the inert fluid, it is not necessary that they are aligned with the piston 550.
  • a portion of the volume of the cavity 700 remains positioned in the longitudinal alignment of the degradable pin 590 to allow the volume to decrease during the translation to the transient state.
  • the breaking means 900 comprise a rod 910 held in position by means of a breaking pin 920.
  • the breaking pin 920 extends transversely with respect to the direction of translation of the piston 550 in the longitudinal channel 340. This, the pin 920 is preferably integral with an annular base 930 which is housed at the end of the channel 340.
  • a contact spring 620 is disposed between the rod 910 and the degradable pin 590 to prevent play between the parts during handling, which could damage the equipment.
  • Another sealing abutment 612 is disposed between the spring 620 and the rod 910.
  • This abutment 612 comprises an annular seal 613 which seals between the cavity 700 and the rupture mechanism 800.
  • the breaker pin 920 does not constitute a sealing member, which means that fluid present in the annular space EA1 can come around the rod 910.
  • the pressures due to the fluid on either side of the pin of rupture 920 are thus compensated.
  • the volume of the cavity 700 is not likely to increase suddenly by a leak towards the annular volume around the rod, which would cause a pressure drop in the cavity 700 and would destroy any possibility of rupture of the protective means 800 .
  • the rod 910 is integral in translation with the degradable pin 590, via the sealing abutment 612 in particular such that when said pin 590 undergoes a force under the effect of the inflation pressure, the rod 910 transmits this force to the pin breaking point 920.
  • a shim 621 having a longitudinal extension 622 about which the spring 620 is axially disposed, is disposed between the degradable pin 590 and the spring 620, so that when the spring 620 is compressed, there is a direct contact between the longitudinal extension 622 and the rod 910.
  • the valve 500 is in a transient state, still in the initial state, in which the injection pressure reaches a threshold from which the axial displacement of the piston 550 is switched on. Consequently, the degradable peion 590 also moves axially and compresses the spring 700, which reduces the volume of the cavity 700.
  • the pressure of the cavity 700 increases and, once the rupture threshold pressure difference ⁇ Ps is reached causes the rupture of the protection means 800, and more precisely the rupture of the rupture disk 860. This is a situation similar to FIGS. 11a, b, c.
  • the rupture disk 860 breaks when a certain pressure in the cavity is reached.
  • This pressure is between 50 to 90% of the nominal inflation pressure (for example 5000 psi), preferably 70 to 85%, and still preferably 75 and 85%.
  • the displacement of the degradable pin does not activate the breaking means 900.
  • the inflation pressure increases (from the intervals mentioned above which are between 50 and 90% of the theoretical nominal inflation pressure ), a continuous solid-solid contact chain from the piston 550 to the breaking pin 920 is formed.
  • the protection means 800 break, the pressure drops sharply in the cavity 700, which causes a sudden translation piston 550 and degradable pin 590 towards the rod 910.
  • the breaker pin 920 is not adapted to withstand shocks (high shear strength, but low impact resistance).
  • the spring 620 which is not yet fully compressed at the time of rupture of the protective means 800, absorbs a portion of the shock by compressing to prevent the breakage of the pin 920.
  • the spring 620 thus plays a role of damper and is configured to compress at a pressure value in the chamber slightly greater than the pressure at which the protective means 800 breaks.
  • the mechanism 900 after rupture under the combined effect of the differential pressure between the pressure inside the liner 100 and the pressure of the annulus EA1 and the spring 560, via the piston 550, the mechanism 900, thanks to the pin 920 which breaks, releases the piston 550 so that in an intermediate state the shutter 51 bears against the seat 512, the conduits 316 and 318 and the orifice 350 are then isolated, then in the switched final state illustrated in FIGS. 16a, b, c, the piston 550 completes its stroke under the effect of the spring 560 so that a connection is established between the conduit 318 and the orifice 350, the portion 554 the piston 550 escaping the seal 370.
  • the rupture mechanism 900 is configured to release the piston 550 when the inflation is completed, that is to say that the inflation pressure reaches for example 100% of the nominal nominal pressure.
  • the degradation of the pin 590 allows the progressive translation of the piston 550, that is to say the progressive displacement of the valve 500 from the initial state to the final state, in a manner equivalent to the process described in connection with FIGS. 10a, b, c to 13a, b, c.
  • the final state allows the switching of the valve 500 in which the conduit 318 and the port 350 communicate with each other, but the inlet conduit 316 remains closed by the valve 510.
  • the insulation system integrates a three-way valve 500 comprising a single switching piston 550 such as:
  • the system is in communication with the inside of the casing 200 so that the pressures between the inside of the jacket 100 and the inside 200 casing are balanced.
  • the internal volume 102 of the sleeve 100 is in communication with the inside of the casing 200.
  • the pressure increases in the same way in the jacket 100.
  • the movement of the piston 550 is released by the degradation of a pin 590 or the breaking of a pin 920 the increase of the pressure differential that allows to inflate the system.
  • the degradation of the peg 590 or the breaking of the peg 920 definitively releases the movement of the piston 550 which closes the communication between the casing 200 and the internal volume 102 of the liner 100 and which opens at the same time the communication between the internal volume 102 of the liner 100 and the annular volume EA1.
  • the valve 500 is constituted such that the reverse movement of the piston 550 is impossible even if a differential pressure, positive or negative, exists between the annular space EA1 and the inside of the casing 200.
  • the fluid When a differential pressure is applied from EA1 to EA2 such as PEAI> PEA2, the fluid, and therefore the pressure, communicates inside the expandable jacket 100 through the conduits 318 and 350 of the valve 500.
  • the expandable membrane 100 is identical to the pressure of the annular zone EA1 which gives it excellent zone insulation properties.
  • annular pressure varies during the time and can alternatively be: pressure of EA1> pressure of EA2 or pressure of EA2> pressure of EA1, it is conceivable to mount two zone isolation systems according to the invention head to tail as illustrated in Figure 19.
  • the invention advantageously finds application in the various variants presented for the embodiment in the form of a three-way valve 500 which switches once from an initial state to a final state, with a intermediate state where the valve closes the three ducts.
  • the protection mechanism 800 can be applied to any device for the treatment of a well, comprising an expandable sleeve 100 placed on a casing 200 and a valve comprising a counter degradable 590 which one wishes to control the beginning of the degradation to avoid the imperatives of speed related to the inflation once this one began.
  • the valve 500 can be put in place in the absence of the check valve 400.
  • Figures 20a, b, c to 23a, b, c show the invention in a more general context, i.e., a frame where the degradable peion 590 maintains a channel 317 of a closed valve 500 when it is not degraded and where said pin 590 opens this channel 317 when it is degraded.
  • Such a system comprises the housing 310, 315, in which is housed a piston 550 and a degradable pin 590 in contact directly or indirectly with the piston 550, the latter being able to have a first position in an initial state closing the way 317, and u not second position in a second state opening said path 317.
  • the channel 317 communicates with the interior 102 of the expandable liner 100.
  • the second position may not be a final state since it is not necessarily final: the piston 550 may switch later between the first and the second position.
  • Figs. 20a, b, c the device is in the first position, corresponds to an initial state, in a manner similar to the previous embodiments.
  • FIGS. 21 a, b, c the pressure has reached between 50 and 90% (see below) of the nominal inflation pressure and the protection means 800 of the degradable pion 590 have been broken.
  • FIGS. 22a, b, c the degradation of the pin 590 has begun and the piston 550 has started its translation. This is a transient state in which the piston 550 is always in the first position (no communication between the inside of the jacket and the annular space).
  • cavity 700 The principle of cavity 700, spring 620 and other elements common to the embodiments are similar.
  • FIGS. 24 and 25 show a measurement system 1000 implemented in the device and intended to evaluate the position or the state of the device 500 (first position, initial state, second position, final state). This system can be implemented on all embodiments.
  • the measuring system 1000 makes it possible to measure the longitudinal displacement of the piston 550 inside the chamber 320.
  • the said system comprises
  • a magnet 1100 positioned inside the piston 550.
  • the magnet 1100 is located at the end, that is to say the end which is in contact with the breaking means at the end.
  • the initial state a sensor 1200, positioned in a housing 310 surrounding the piston 550 and configured to acquire the longitudinal position (or abscissa) of the antenna 1100, and thus to know the longitudinal position of the piston 550.
  • the sensor extends substantially along the degradable pin 590 in order to be able to acquire the position of the magnet 1100 when the pin degrades 590 or when the breaking means 800 break.
  • the device 500 is in the initial state (or first position), that is to say that the degradable pin 590 is intact and that the breaking means 900 are not broken.
  • the device 500 is in the final state (or second position), that is to say that the degradable pion 590 has degraded.
  • the sensor 1200 thus noted a longitudinal displacement of the magnet 1100 which indicates that the device is in the final state.
  • the measurement system 1000 thus makes it possible to know if the degradable pin 590 has degraded or if the breaking means 800 are broken, and therefore in the case shown in FIGS. 24 and 25, if the connection between the internal volume 102 of the jacket 100 and the annular space EA1 outside the casing is permitted and therefore, particularly in the presence of the spring 516, if the shutter 514 is on its seat and closes the conduit 31 6 associated with the interior of the casing.
  • the displacement of the piston 550 is of the order of ten millimeters between the two states.
  • the recovery of the sensor data is done using a tool ("wireline” in English) held by a cable, which goes down into the well (not shown in the figures). If necessary, the tool is associated with a tractor, which allows the movement of the tool in the horizontal portions.
  • the cable has a mechanical role (to lower and reassemble the tool) and electronics (to transmit data and drive the tool / tractor).
  • the data transmission of the measuring system is done wirelessly.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif (500) de contrôle de fluide pour le traitement d'un puits, pour expanser une chemise (100) radialement vers l'extérieur, ledit dispositif comprenant un piston (550) monté à translation dans ladite chambre (320), et des moyens d'immobilisation dégradables (590), solidaires en translation du piston (550), dans lequel les moyens d'immobilisation dégradables (590) sont mobiles en translation dans une cavité (700), dans lequel le dispositif comprend des moyens de protection (800) isolant la cavité (700) d'une conduite d'évacuation (810) configurée pour introduire un fluide dégradant le pion (590) dans ladite cavité (700), de sorte que, à l'état initial, les moyens de protection (800) protègent lesdits moyens d'immobilisation dégradables (590), les moyens de protection (800) étant configurés pour se rompre lorsque la pression dans la cavité atteint un écart de pression seuil (ΔPs), permettant ainsi la dégradation des moyens d'immobilisation dégradables (900).

Description

Dispositif de protection d'un pion dégradable pour système d'isolation dans une barrière annulaire
DOMAINE TECHNIQUE GENERAL
La présente invention concerne un système de commande et d'isolation d'un outil en forme de chemise expansible pour le traitement d'un puits ou d'une canalisation, cet outil étant relié à un cuvelage d'alimentation d'un fluide sous pression et est intercalé entre ledit cuvelage et la paroi dudit puits ou de la canalisation.
Exprimé différemment, elle est relative à un système de fond de puits permettant d'isoler l'espace amont de l'espace aval d'une région annulaire compris entre un cuvelage (traduit par "casing" en anglais) et la formation (c'est-à-dire la roche du sous-sol) ou bien entre ce même cuvelage et le diamètre intérieur d'un autre cuvelage déjà présent dans le puits. Cette isolation doit être réalisée tout en préservant l'intégrité de l'ensemble du cuvelage du puits ("casing string" en anglais), c'est-à-dire la colonne en acier comprise entre la formation et la tête de puits. On notera qu'il faut distinguer l'intégrité de l'espace annulaire et l'intégrité du cuvelage, les deux étant essentiels à l'intégrité du puits.
L'espace annulaire précédemment cité est généralement rendu étanche en utilisant un ciment qui est pompé sous forme liquide dans le cuvelage à partir de la surface, puis injecté dans l'espace annulaire. Après injection, le ciment durcit et l'espace annulaire est étanché.
La qualité de cimentation de cet espace annulaire revêt une très grande importance pour l'intégrité des puits.
En effet, cette étanchéité protège le cuvelage des zones d'eaux salées que renferme le sous-sol, qui peuvent les corroder et les endommager, en entraînant la perte possible du puits. Par ailleurs, cette cimentation protège les aquifères de la pollution qui pourrait être occasionnée par des formations proches contenant des hydrocarbures. Cette cimentation constitue une barrière protégeant les risques d'éruption causée par des gaz sous haute pression pouvant migrer dans l'espace annulaire entre la formation et le cuvelage.
Dans la pratique, il existe de nombreuses raisons qui peuvent aboutir à un processus de cimentation imparfait, telles que la grande taille de puits, les zones horizontales de celui-ci, une circulation difficile ou des zones à perte. Il en résulte une mauvaise étanchéité.
On notera également que les puits sont de plus en plus profonds, qu'une bonne partie d'entre eux sont forés "offshore" à la verticale de hauteurs d'eau pouvant atteindre plus de 2000 m, et que les dernières technologies de fracturation hydraulique dans lesquelles les pressions peuvent atteindre plus de 15 000 psi (1000 bars), soumettent ces zones annulaires étanches à des contraintes très élevées.
De ce qui précède, il est clair que la cimentation du (ou des) espace(s) annulaire(s) est particulièrement importante et toute faiblesse dans leur réalisation, alors que les pressions en jeu sont très importantes (plusieurs centaines de bars), peuvent causer des dégâts pouvant conduire à la perte du puits et/ou causer des dégâts écologiques très importants.
Les pressions en cause peuvent provenir :
- de l'intérieur du cuvelage vers l'extérieur, c'est-à-dire de l'intérieur du puits vers l'espace annulaire ;
- de l'espace annulaire vers l'intérieur du cuvelage.
Le cuvelage (ou "casing string"), dont la longueur peut atteindre plusieurs milliers de mètres, est constitué de tubes de cuvelage, de longueur unitaire comprise entre 10 et 12 m, et assemblés les uns aux autres par des filetages étanches. La nature et l'épaisseur du matériau constituant le cuvelage est calculé pour supporter des pressions intérieures d'éclatement ("burst" en anglais) ou des pressions extérieures d'écrasement ("collapse" en anglais) très importantes.
De plus, le cuvelage doit être étanche pendant toute la durée de vie du puits, c'est-à-dire pendant plusieurs dizaines d'années. Toute détection de fuite conduit systématiquement à une réparation ou à l'abandon du puits.
Des solutions techniques sont actuellement disponibles pour parvenir à rendre étanche ledit espace annulaire.
ETAT DE L'ART
De nombreux systèmes d'isolation ont déjà été proposés et sont actuellement utilisés à cet effet. Le document US 7 571 765 décrit un système comprenant un anneau de caoutchouc comprimé et expansé radialement par une pression hydraulique via un piston, pour venir en contact avec la paroi du puits. A l'usage cependant ces systèmes ne permettent pas d'étanchéifier correctement un puits présentant une section non cylindrique de révolution et sont très sensibles aux variations de température.
On a proposé des systèmes mécaniques d'isolation à base d'élastomère gonflable composés d'un polymère du genre caoutchouc activé au gonflage au contact d'un fluide (huile, eau, ou autre selon les formulations). Pour éviter le blocage du tube lors de la descente dans le puits, le gonflement doit être relativement lent et peut parfois demander plusieurs semaines pour que l'isolation de la zone soit effective. D'autres types de systèmes d'isolation sont composés d'une chemise métallique expansible déformée par application de liquide sous pression (voir l'article SPE 22 858 "Analytical and Expérimental Evaluation of Expanded Métal Packers For Well Completion Services (D.S. Dreesen et al - 1991 ), US 6 640 893, US 7 306 033, US 7591 321 , EP 2 206 879, EP 2 435 656).
On a schématisé la structure générale d'un système connu de ce type sur les figures 1 et 2 annexées.
Comme on le voit sur la figure 1 , pour créer un système d'isolation annulaire destiné à isoler de manière étanche deux espaces adjacents annulaires, référencés EA1 et EA2, d'un puits ou formation dont la paroi est référencée P, une technique connue consiste à positionner une membrane ductile déformable 10 de géométrie cylindrique, autour d'un cuvelage 20, à l'emplacement désiré.
La membrane 10 est attachée et scellée à ses extrémités sur la surface du cuvelage 20. Il est ainsi défini une chemise en forme d'anneau entre la surface extérieure du cuvelage 20 et la surface intérieure de la membrane 20. L'intérieur du cuvelage 20 et le volume interne de la chemise formée par la membrane 20 communiquent l'un avec l'autre par un passage 22 qui traverse la paroi du cuvelage 20. La membrane 10 est ensuite expansée radialement vers l'extérieur jusqu'à ce qu'elle soit en contact avec la paroi P du puits, comme on le voit sur la figure 2, en augmentant la pression P1 dans le cuvelage 20. La membrane 10 fait étanchéité sur cette paroi P et les deux espaces annulaires EA1 et EA2 définis entre la paroi P de la formation et la paroi du cuvelage 20 sont alors isolés. La membrane 10 peut être métallique ou en élastomère, renforcée ou non de fibres.
Bien qu'ayant déjà donné lieu à de nombreuses recherches les systèmes du type illustré sur les figures 1 et 2 annexées présentent plusieurs inconvénients.
Si la membrane 1 0 est en élastomère et que la circulation du fluide de gonflage se fait sans valve dans le passage 22, la membrane reprend une forme proche de son état initial, si la pression est relâchée à l'intérieur du cuvelage, après l'avoir gonflée. La membrane 10 ne fait alors plus office d'isolation de l'espace annulaire.
Si la membrane 10 est métallique et que la circulation du fluide de gonflage entre l'intérieur de la membrane 10 et l'intérieur du cuvelage 20 se fait directement, une fois déformée de façon permanente, la membrane 10 conserve en principe sa forme et sa fonction de barrière dans l'espace annulaire est également conservée lorsque la pression dans le cuvelage 20 est relâchée. Cependant si la pression augmente dans l'espace annulaire, par exemple, du côté EA1 , le différentiel de pression entre EA1 et l'intérieur de la membrane 10 peut être suffisant pour effondrer la membrane métallique 10. Celle-ci ne tient alors plus son rôle d'isolation de l'espace annulaire. Pour éviter cela, dans le cas d'une membrane 10 métallique ou en élastomère, l'orifice 22 permettant la circulation du fluide de gonflage entre l'intérieur du cuvelage 20 et l'intérieur de la membrane 10 peut être pourvu d'une valve anti-retour. Cette valve emprisonne le volume de gonflage sous pression à l'intérieur de la membrane 10 en fin de gonflage. Néanmoins si la température et/ou la pression dans l'espace annulaire évoluent, le volume à l'intérieur de la membrane peut également évoluer. Si la pression diminue, la membrane 10 peut s'effondrer ou perdre son contact étanche avec la paroi P du puits. La fonction d 'isolation de l'espace annulaire n'est alors plus assurée. Si au contraire la pression augmente, la membrane 10 peut se déformer jusqu'à la rupture. Si la membrane 10 ne rompt pas, il y un risque que la pression augmente suffisamment à l'intérieur de la membrane 10 pour effondrer la paroi du cuvelage 20.
Pour éviter ce risque il a été proposé, par exemple dans les documents WO 2010/136806 et US20120125619, en plus du premier orifice 22 muni d' une valve anti retour, un deuxième orifice prévu entre la membrane 10 et la zone EA1 à haute pression qui intègre un disque de rupture. Ce dernier permet de créer une ouverture entre l'intérieur de la membrane 10 et la zone EA1 à haute pression à la fin du gonflage. De cette manière, les évolutions de la température du puits ou de la pression côté EA1 n'ont plus d'effet sur la pression à l'intérieur de la membrane 10 puisque la membrane 10 est en communication avec l'espace annulaire. Cependant si la pression augmente par la suite dans le cuvelage 20, la valve anti retour prévue dans le passage 22 laisse passer le fluide du cuvelage 20 vers la membrane 10 et de la membrane 10 directement dans l'espace annulaire.
Le document US 2003/0183398 décrit une valve avec des pions de rupture permettant de la maintenir en position ouverte pour le gonflage et d'assurer une position fermée, après rupture, en fin de gonflage.
Néanmoins, il se peut que la pression de rupture ne soit jamais atteinte et que la communication entre le volume annulaire et la chemise ne puisse pas se faire. Le document US 2011 /094742 décrit un système avec un matériau réactif qui maintient en position une tige permettant de maintenir ouvert un clapet. Dès lors que le matériau se dégrade, la tige se retire et libère le clapet en rotation qui peut se fermer.
Néanmoins, dès lors que le système est inséré dans le puit, la dégradation est déclenchée. Ainsi, tout élément perturbateur (fuite, matériel défaillant, difficulté d'installations, conditions météorologiques défavorables)... qui peut retarder l'installation pourra provoquer la perte de fonctionnement viable du mécanisme d'isolation par chemise.
Il apparaît ainsi que l'utilisation de pion de rupture ou de pion dégradable telle que décrite dans l'art antérieur révèle des limitations qu'il serait souhaitable de surmonter.
PRESENTATION DE L'INVENTION
Le but de l'invention est de proposer un dispositif qui permet de résoudre les problèmes précités.
L'invention concerne un dispositif de contrôle de fluide pour le traitement d'un puits, comprenant une chemise expansible placée sur un cuvelage et un ensemble adapté pour contrôler l'alimentation du volume interne de la chemise à l'aide d'un fluide sous pression provenant du cuvelage, par un passage traversant la paroi du cuvelage, pour expanser la chemise radialement vers l'extérieur, ledit ensemble comprenant une vanne,
ladite vanne comprenant un corps qui définit une chambre dans laquelle débouchent une première et une deuxième conduites de communication respectivement associées à l'intérieur de la chemise expansible et l'espace annulaire situé à l'extérieur du cuvelage, un piston monté à translation dans ladite chambre, et
des moyens d'immobilisation dégradables, solidaires en translation du piston,
lesdits moyens d'immobilisation dégradables maintenant dans un état initial le piston dans une première position telle que le piston empêche la communication entre la première et la deuxième conduites,
lesdits moyens, après dégradation, libérant le piston de sorte que le piston occupe une deuxième position telle que la communication entre la première et la deuxième conduites est autorisée,
dans lequel les moyens d'immobilisation dégradables sont mobiles en translation dans une cavité,
dans lequel le dispositif comprend des moyens de protection isolant la cavité d'une conduite d'évacuation configurée pour introduire un fluide dégradant le pion dans ladite cavité, de sorte que, à l'état initial, les moyens de protection protègent lesdits moyens d'immobilisation dégradables,
les moyens de protection étant configurés pour se rompre lorsque la pression dans la cavité atteint un écart de pression seuil, permettant ainsi la dégradation des moyens d'immobilisation dégradables.
En effet, grâce au dispositif, même si la pression maximale de gonflage n'est jamais atteinte (celle qui permettait de passer les valves en position finale dans l'art antérieur), on est assuré, par la dégradation des moyens d'immobilisation dégradables, que le dispositif se mettra en position de sorte à autoriser une communication entre le volume annulaire et l'intérieur de la chemise.
Néanmoins, si jamais la mise en place est plus longue que prévue ou doit être interrompue, les problématiques liées à la dégradation des moyens dégradables sont vaincues, puisque la dégradation ne commence qu'une fois le gonflage commencé. Les moyens de protection empêchent la dégradation dès l'immersion dans le puits.
L'invention peut comprendre les caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison :
- le dispositif un état transitoire dans laquelle le piston et les moyens d'immobilisation dégradables sont configurés pour subir une translation dans la chambre réduisant ainsi le volume de la cavité, dont la pression permet d'atteindre alors l'écart de pression seuil, l'état transitoire faisant partie de la première position durant laquelle aucune communication entre la première et la deuxième conduite n'est autorisée, - la cavité est initialement emplie d'un fluide inerte ne dégradant pas les moyens d'immobilisation dégradables,
- le dispositif comprend outre un élément d'étanchéité disposé entre le piston et les moyens d'immobilisation dégradables, pour protéger les moyens d'immobilisation dégradables d'un fluide pouvant pour se situer au niveau du piston,
- le dispositif comprend en outre des moyens de rupture pour maintenir en première position le piston, lesdits moyens étant configurés pour être rompus lorsque les moyens d'immobilisation dégradables transmettent un effort supérieur à un effort seuil, autorisant ainsi le piston à passer en deuxième position,
En outre, en ajoutant des moyens de rupture, le dispositif garde l'avantage de pouvoir ouvrir la communication entre le volume annulaire et la chemise dès la fin du gonflage, sans nécessairement attendre la dégradation des moyens dégradables. En revanche, si les moyens de rupture venaient à ne pas se rompre, la situation se résout par la dégradation progressive des moyens dégradables une fois les moyens de rupture rompus.
un effort n'est transmis depuis les moyens d'immobilisation dégradables vers les moyens de rupture qu'une fois l'état transitoire atteint, - les moyens de rupture comprennent une tige solidaire d'un pion de rupture configuré pour rompre lorsque l'effort seuil est atteint, ladite tige étant configurée pour transmettre un effort audit pion de rupture par l'intermédiaire des moyens de dégradation, - deux conduites débouchent dans la première conduite, les deux conduites étant respectivement associée à l'intérieur du cuvelage, et à l'intérieur de la chemise expansible,
ledit dispositif comprenant en outre un obturateur monté à translation dans ladite chambre configuré pour ouvrir ou fermer la conduite avec l'intérieur du cuvelage,
dans lequel :
• dans la première position du piston, l'obturateur est en contact avec une extrémité du piston qui maintient en position ouverte l'obturateur pour permettre une communication entre les conduites associée à l'intérieur du cuvelage et à l'intérieur de la chemise expansible,
• dans la deuxième position du piston, le piston ne maintient plus l'obturateur en position ouverte, ledit obturateur obturant la conduite vers l'intérieur du cuvelage, - le dispositif comprend en outre un ressort qui sollicite l'obturateur en position fermée pour fermer la conduite vers l'intérieur du cuvelage lorsque le piston est en deuxième position. - le dispositif définit un état intermédiaire temporaire qui intervient entre la première position et la deuxième position du piston et dans lequel la liaison entre le volume interne du cuvelage et le volume interne de la chemise est interrompue, - le dispositif est adapté pour être commuté une seule fois entre
un état initial dans lequel une liaison est établie entre le volume interne du cuvelage et le volume interne de la chemise pour expanser ladite chemise et
un état final dans lequel la liaison entre le volume interne du cuvelage et le volume interne de la chemise est interrompue et une liaison est établie entre le volume interne de la chemise et un volume annulaire du puits extérieur à la chemise et au cuvelage.
L'invention propose aussi un système d'isolation pour le traitement d'un puits, comprenant un dispositif tel que décrit précédemment,
caractérisé par le fait que l'ensemble dudit dispositif comprend en outre un clapet anti-retour placé dans un passage qui relie le volume interne du cuvelage au volume interne de la chemise,
ladite vanne et le dit clapet anti-retour formant, après commutation, deux clapets montés en série et de sens opposés sur le passage reliant les volumes internes du cuvelage et de la chemise.
En effet, ce dispositif s'insère avantageusement dans un système de double clapet anti-retour dos à dos, qui empêche une fois le gonflage terminé toute communication entre l'intérieur du cuvelage et la chemise et qui autorise une communication de la chemise vers l'espace annulaire. Enfin, l'invention propose un procédé d'isolation de deux zones annulaires d'un puits, mettant en œuvre
une étape d'alimentation d'une chemise expansible placée sur un cuvelage à l'aide d'un fluide sous pression provenant du cuvelage, pour expanser la chemise radialement vers l'extérieur, caractérisé par le fait qu'il comprend les étapes consistant à
alimenter le volume interne de la chemise expansible par l'intermédiaire d'un clapet anti-retour placé dans un passage qui relie le volume interne du cuvelage au volume interne de la chemise puis
opérer la commutation d'un dispositif tel que décrit précédemment entre un état initial dans lequel une liaison est établie entre le volume interne du cuvelage et le volume interne de la chemise pour expanser ladite chemise et un état final dans lequel la liaison entre le volume interne du cuvelage et le volume interne de la chemise est interrompue et une liaison est établie entre le volume interne de la chemise et un volume annulaire du puits extérieur à la chemise et au cuvelage, ledit dispositif et le dit clapet anti-retour formant, après commutation, deux clapets montés en série et de sens opposés sur le passage reliant les volumes internes du cuvelage et de la chemise.
PRESENTATION DES FIGURES
D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés, sur lesquels : les figures 1 et 2 précédemment décrites représentent un dispositif d ' isolation ann ulaire conforme à l ' état de la technique, respectivement avant et après expansion de la chemise expansible, les figures 3, 4 et 5 représentent un dispositif conforme à la présente invention respectivement à l'état initial, en phase d'expansion de la chemise expansible par communication entre le volume interne du cuvelage et le volume interne de la chemise, puis dans l'état final d'étanchéité après commutation de la vanne trois voies assurant la liaison entre le volume interne de la chemise et le volume annulaire du puits extérieur à la chemise et au cuvelage, les figures 6 et 7 représentent schématiquement un ensemble conforme à une première variante de réalisation de la présente invention comprenant en combinaison une vanne trois voies et un clapet anti-retour en entrée, respectivement en position initiale et en position commutée finale, la figure 8 représente le schéma équivalent de l'ensemble commuté illustré sur la figure 7, la figure 9 représentant une vue en coupe axiale passant par un canal qui loge un clapet d'entrée, les figures 10 a, b, c à 13 a, b, c représentent, selon une vue en coupe axiale passant par un deuxième plan radial et un canal qui loge la vanne trois voies, un premier exemple de réalisation d'un ensemble conforme à la présente invention représentant une vanne trois voies maintenue par un pion dégradable à l'état initial de liaison du cuvelage et de la chemise, - les figures 14 a, b, c à 18 a, b, c représentent, selon une vue en coupe axiale passant par un deuxième plan radial et un canal qui loge la vanne trois voies, un deuxième exemple de réalisation d'un ensemble conforme à la présente invention représentant une vanne trois voies maintenue par un pion dégradable à l'état initial de liaison du cuvelage et de la chemise et comprenant un pion de rupture, - la figure 19 illustre un montage tête-bêche de deux dispositifs d'isolation conformes à des modes de réalisation de l'invention, sur un cuvelage, pour garantir l'isolation entre deux zones annulaires adjacentes d'un puits, quelles que soient les évolutions relatives de pression dans ces deux zones annulaires,
- les figures 20 a, b, c à 23 a, b, c représentent, selon une vue en coupe axiale passant par un deuxième plan radial et un canal la vanne, un exemple de réalisation plus général d'un dispositif conforme à la présente invention représentant une vanne deux voies maintenue par un pion dégradable à l'état initial,
- les figures 24 et 25 représentent un mode de réalisation de l'invention avec un système de mesure de déplacement du piston.
DESCRIPTION DETAILLEE
Le dispositif de contrôle de fluide de la présente invention sera décrit dans le cadre particulier d'un système formant deux clapets anti- retour de sens opposé. Dans la mesure où ledit dispositif n ' est pas exclusivement implémentable sur les modes de réalisation cités précédemment mais peut être installé sur tout type de valve destiné à relié un volume annulaire à un volume de chemise, comme une valve deux-voies.
II sera décrit d'une façon plus générale par la suite.
On aperçoit sur la figure 3 annexée un système d'isolation conforme à la présente invention comprenant une chemise expansible 100 placée sur un cuvelage 200, en regard d'un passage 222 traversant la paroi du cuvelage 200 et un ensemble 300 adapté pour piloter l'expansion de la chemise 100. L'ensemble 300 comprend un clapet anti-retour d'entrée 400 et une vanne trois voies 500 adaptée pour être commutée une seule fois et formée, après commutation, en combinaison avec le clapet d'entrée 400, deux clapets anti-retour montés en série et de sens opposés sur un passage reliant le volume interne 202 du cuvelage 200 et le volume interne 102 de la chemise 100.
La chemise 100 est avantageusement formée d'une enveloppe métallique cylindrique de révolution engagée sur l'extérieur du cuvelage 200 et dont les deux extrémités axiales 110, 112 sont reliées de manière étanche à la surface extérieure du cuvelage 200 au niveau de ces deux extrémités axiales 110 et 112.
Une fois le système d'isolation ainsi formé introduit dans un puits P de sorte que la chemise 100 soit placée entre deux zones EA1 et EA2 à isoler, l'ensemble 300 est adapté pour assurer initialement l'alimentation du volume interne 102 de la chemise 100 à l'aide d'un fluide sous pression provenant du cuvelage 200, par le passage 222 traversant la paroi du cuvelage 200, pour expanser la chemise 100 radialement vers l'extérieur comme on le voit sur la figure 4. Plus précisément selon l'invention, ledit ensemble 300 comprend un clapet anti-retour 400 placé dans le passage 222 qui relie le volume interne 202 du cuvelage 200 au volume interne 102 de la chemise 100 et des moyens 500 formant une vanne trois voies adaptée pour être commutée une seule fois entre un état initial correspondant à la figure 4, dans lequel une liaison est établie entre le volume interne 202 du cuvelage 200 et le volume interne 102 de la chemise 100 pour expanser ladite chemise 100 et un état final correspondant à la figure 5, dans lequel la liaison entre le volume interne 202 du cuvelage 200 et le volume interne 102 de la chemise 100 est interrompue, tandis qu'une liaison est établie entre le volume interne 102 de la chemise 100 et un volume annulaire EA1 du puits P extérieur à la chemise 100 et au cuvelage 200, afin d'éviter que la membrane composant la chemise 100 ne s'effondre, notamment sous la pression du volume annulaire EA1. En effet le volume interne 102 de la chemise 100 étant soumis ainsi à la même pression que le volume annulaire EA1 , la chemise 100 n'est pas tributaire d'éventuelles évolutions de pression dans le volume annulaire EA1.
De préférence comme indiqué précédemment la vanne 500 définit un état intermédiaire temporaire entre l'état initial et l'état final, dans lequel aucune liaison n'est établie entre le volume interne 202 du cuvelage 200, le volume interne 102 de la chemise 100 et le volume annulaire EA1. On aperçoit sur la figure 6 un ensemble 300 conforme à une première variante de réalisation de la présente invention comprenant en combinaison une vanne 500 trois voies deux positions et un clapet antiretour 400 en entrée. Le clapet anti-retour 400 est placé dans un conduit provenant du volume interne 202 du cuvelage 200 et conduisant à une première voie 502 de la vanne 500. Il comprend un corps qui définit un siège conique 410 évasé en éloignement de l'entrée provenant du volume interne 202 du cuvelage 200, un obturateur 420 placé en aval du siège 410 par rapport à un sens d'alimentation de fluide allant du volume interne 202 du cuvelage 200 vers le volume interne 102 de la chemise 100 et un ressort 430 qui sollicite l'obturateur 420 en appui étanche contre le siège 410 et ce faisant qui sollicite le clapet 400 à la fermeture.
Le siège 410 et l'obturateur 420 sont avantageusement en métal définissant un clapet 400 métal/métal avec des moyens d'étanchéité. Ces moyens seront décrits par la suite.
Au repos le clapet 400 est fermé sous la sollicitation du ressort 430. Lorsque la pression exercée de l'amont vers l'aval par un fluide appliqué à partir du volume interne 202 du cuvelage 200 dépasse l'effort de tarage exercé par le ressort 430, cette pression repousse l'obturateur 420 et ouvre le clapet 400. En revanche toute pression exercée de l'aval vers l'amont, c'est-à-dire à partir du volume interne 102 de la chemise 100, tend à renforcer la sollicitation de l'obturateur 420 contre son siège et donc le clapet 300 à la fermeture.
Les deux autres voies 504 et 506 de la vanne 500 sont reliées respectivement avec le volume interne 102 de la chemise 100 et avec le volume annulaire EA1 du puits P.
A l'état initial représenté sur la figure 6, la vanne 500 assure une liaison entre les voies 502 et 504 et par conséquent entre la sortie du clapet 400, soit le volume interne 202 du cuvelage 200, lorsque le clapet 400 est ouvert, et le volume interne 102 de la chemise 100. A l'état commuté final représenté sur la figure 7, la vanne 500 assure une liaison entre les voies 504 et 506. La liaison entre la sortie du clapet 400 et le volume interne 102 de la chemise 100 est interrompue et une liaison est établie entre le volume interne 102 de la chemise 100 et le volume annulaire EA1 du puits.
Comme on le décrira plus en détail par la suite, l' état final représenté sur la figure 7 est obtenu après dégradation de moyens d'immobilisation dégradables 590 associés au piston 550 ou après rupture de moyens de rupture 900.
Les moyens d'immobilisation dégradables 590 prennent typiquement la forme d'un pion dégradable. Ce terme sera utilisé pour la suite de la description.
L'on observera que la pression appliquée à partir du clapet anti retour 400 reste dans le volume interne 102 de la chemise 100 jusqu'à dégradation du pion 590 ou rupture des moyens de rupture 900.
Comme indiqué précédemment la vanne 500 comprend un piston adapté pour définir à l'état commuté final un deuxième clapet 510 de sens opposé au clapet 400, sur le passage conduisant du volume interne 202 du cuvelage 200 au volume interne 102 de la chemise 100. Le schéma équivalent de l'ensemble 300 ainsi obtenu à l'état commuté final est représenté sur la figure 8. Sur cette figure 8 on a schématisé le clapet 510 comprenant un corps qui définit un siège conique 512 évasé en rapprochement de l'entrée provenant du volume interne 202 du cuvelage 200, un obturateur 514 placé en amont du siège 512 par rapport à un sens d'alimentation de fluide allant du volume interne 202 du cuvelage 200 vers le volume interne 102 de la chemise 100 et un ressort 516 qui sollicite l'obturateur 514 en appui étanche contre le siège 512 et ce faisant qui sollicite le clapet 510 à la fermeture. Le siège 512 et l'obturateur 514 sont avantageusement en métal définissant un clapet 500 métal/métal, avec des moyens d'étanchéité.
Dans l'état initial de la vanne 500, le clapet 510 est ouvert. Lors de la commutation de la vanne 500 après dégradation du pion 590 ou rupture du pion de rupture 920, le clapet 510 se ferme sous la sollicitation du ressort 516. L'ensemble comprend alors deux clapets 400 et 510 de sens opposé, dos à dos, qui interdisent toute circulation de fluide dans un sens quelconque entre le volume interne 202 du cuvelage 200 et le volume interne 102 de la chemise 100.
La vanne trois voies 500 peut faire l'objet de nombreux modes de réalisation. Elle comprend de préférence un piston 550 équipé d'un et/ou associé à un obturateur 514 en métal monté à translation dans un corps 310 en métal de l'ensemble et/ou un autre corps 315 solidaire du premier. Plus précisément le piston 550 est monté à translation dans une chambre 320 de ce corps 310, 315 dans laquelle débouchent des conduits qui correspondent aux voies 502, 504 et 506 et sont reliés respectivement au volume interne 202 du cuvelage 200, au volume interne 102 de la chemise 100 et au volume interne EA1 du puits P.
La conception avec deux corps 310, 315 est liée au contrainte de fabrication et d'assemblage mais ne joue pas de rôle particulier pour l'invention. Par ailleurs, dans la suite de la description le concept de « corps
310 » doit être compris sans limitation aucune, le corps 310 comprenant l'ensemble du boitier qui loge les éléments fonctionnels de la vanne trois voies 500 et le cas échéant du clapet d'entrée 400, et pouvant être composé de plusieurs pièces. La chambre 320 et le piston 550 sont étagés et les conduits 502, 504 et 506 débouchent en des lieux répartis longitudinalement dans la chambre interne 320, de sorte qu'en fonction de la position axiale du piston 550 dans la chambre 320, deux des conduits 502 et 504 ou 504 et 506 sont successivement reliés.
On a décrit précédemment des clapets 400 et 510 dont le siège 41 0, 51 2 et l' obturateur 420, 514 sont avantageusement en métal définissant ainsi des clapets 400, 510 métal/ métal avec un joint.
Les moyens d'étanchéité permettent de pallier tout risque de défaut d'étanchéité entre un tel obturateur métal et son siège métal associé. Par exemple, ces moyens d'étanchéité additionnels sont formés d'un joint torique (ou tout moyen équivalent, par exemple un joint torique associé à une bague) adapté pour prendre appui sur une portée complémentaire lorsque le clapet est dans sa position de fermeture ou proche de sa position de fermeture. Ainsi le clapet 400 et/ou 510 est et reste étanche quand bien même l'obturateur 420 ou 514 ne reposerait pas parfaitement contre son siège associé 410 ou 512, par exemple dans le cas où le fluide véhiculé n'est pas correctement filtré.
Un tel joint additionnel est prévu sur l'obturateur et est adapté pour venir en appui contre une portée complémentaire formée sur le corps logeant le clapet et formant le siège, lorsque le clapet est dans sa position de fermeture ou proche de sa position de fermeture. Le joint peut en variante être prévu sur le corps logeant le clapet et formant le siège, et être alors adapté pour venir en appui contre une portée complémentaire formée sur l'obturateur, lorsque le clapet est dans sa position de fermeture ou proche de sa position de fermeture.
Un mode de réalisation dans lequel un joint additionnel 570 est monté dans une gorge formée sur l'obturateur 514. Ce joint 570 est adapté pour venir en appui contre une portée complémentaire 51 1 formée au niveau d'un décrochement sur le corps 310 logeant le clapet 510, dans le prolongement et en amont du siège 512. Le diamètre du tronçon de la chambre 320 qui reçoit l'obturateur 514 et qui loge un joint 370 en position initiale, est de préférence supérieur au diamètre du joint 370. Le diamètre du décrochement qui forme la portée 51 1 est en revanche au moins légèrement inférieur au diamètre externe au repos du joint 570 pour assurer l'étanchéité précitée.
L'on notera que de préférence la course de l'obturateur 514 est telle que en position initiale, le joint 570 est placé au-delà du conduit d'entrée 316 pour ne pas perturber le flux de fluide assurant le gonflage de la chemise 100. En d'autres termes le conduit 316 est situé, en position initiale, entre le joint 570 et la portée 51 1 .
Selon une autre caractéristique avantageuse d e la p résen te invention , le clapet d ' entrée 400 et la vanne 500 sont formés de préférence dans des canaux distincts parallèles longitudinaux formés dans le corps 310 de l'ensemble 300 parallèlement à l'axe longitudinal du cuvelage 200, les canaux longitudinaux précités étant reliés par des passages transversaux. On va maintenant décrire des exemples de réalisation illustrés sur les figures 9 à 18 a, b, c qui correspondent à deux exemples de réalisation d'un ensemble 300 comprenant une vanne 500 trois voies maintenue initialement par le pion dégradable 590 et comprenant à l'état commuté deux clapets opposés dos à dos 400 et 510.
Dans la suite de la description on utilisera les termes «amont» et «aval» en référence au sens de déplacement d'un fluide à partir du volume interne 202 du cuvelage 200, vers le volume interne 102 de la chemise 100. Selon la figure 9, l'ensemble 300 comprend dans le corps 310, deux canaux longitudinaux 330 et 340 parallèles entre eux et parallèles à l'axe 0-0 du cuvelage 200. Les canaux 330 et 340 sont situés dans des plans radiaux différents. Le canal 330 loge le clapet d'entrée 400. Le canal 340 loge la vanne trois voies 500.
Le canal longitudinal 330 communique avec le volume interne 202 du cuvelage 200, sur une première extrémité axiale, par un canal radial 312 obturé à son extrémité radialement extérieure par un bouchon 314.
A proximité de sa deuxième extrémité axiale qui reçoit le clapet
400 anti-retour, le canal longitudinal 330 communique avec le deuxième canal longitudinal 340 par un passage transversal 316.
Le canal longitudinal 340 possède un deuxième passage transversal 31 8 qui communique avec le volume interne 1 02 de la chemise et un orifice 350 qui débouche radialement vers l'extérieur dans le volume annulaire EA1 du puits.
Le passage 316, le passage 318 et l'orifice 350 forment les trois voies 502, 504 et 506 de la vanne 500.
Le premier canal longitudinal 330 possède une zone 410 conique divergente en éloignement de la première extrémité liée au canal radial d'entrée 31 2 et qui forme le siège précité du clapet 400. Cette zone conique 410 est située en amont du canal 316.
Comme on le voit sur la figure 9 le canal 330 loge, en regard de ce siège 41 0, un obturateur 420 comportant u ne extrémité conique complémentaire sollicitée en appui contre le siège 410 par un ressort 430. Comme décrit précédemment en regard des figures 6 à 8, un tel clapet 400 est fermé au repos et s'ouvre lorsque la vanne 500 étant passante entre le volume interne 202 du cuvelage 200 et le volume interne 102 de la chemise 100, la pression exercée sur l'obturateur 420 par le fluide présent dans le cuvelage 200 dépasse l'effort du ressort 430.
Le deuxième canal longitudinal 340 possède une zone 512 conique située axialement entre les deux conduits 316 et 318. La zone 512 est divergente en rapprochement du premier conduit 316 et forme le siège précité du clapet 510.
Comme on le voit sur les figures 10 a, b, c à 18 a, b, c, le canal 340 loge un piston 550 et un obturateur 514 susceptibles de translation. L'obturateur 514 est placé en amont du piston 550 et repose sur l'extrémité amont 556 du piston 550. Il possède en regard du siège 512, une zone conique complémentaire du siège 512. L'obturateur 514, est sollicité en appui contre le siège 512 par un ressort 516. Cependant au repos en position initiale, l'obturateur conique 514 est maintenu éloigné du siège 512 par le piston 550 et le pion dégradable 590 placé dans le fond du canal 340 en regard d'une queue 552 de piston prolongeant axialement le piston 550 en aval de l'obturateur 514. L'on observera à l'examen des figures 10 a, b, c à 18 a, b, c que le canal 340 loge également un joint torique 370 (mentionné précédemment) ou tout autre moyen équivalent (joint torique associé à une bague par exemple) en contact avec une portion intermédiaire 554 du piston 550. Le joint 370 est placé axialement entre le conduit 31 8 et l'orifice 350, lesquels conduit 318 et orifice 350 sont situés tous les deux en aval du siège 512. Comme on le voit sur les figures 10b à 18b, le joint 370 assure l'étanchéité avec la surface extérieure du piston 550 en position initiale de la vanne trois voies 500 et jusqu'au déplacement de l'obturateur 514 contre le siège 512. Le joint 370 permet donc d'isoler l'orifice aval 350, en position initiale illustrée sur les figures 13 et 14 dans laquelle une communication est autorisée entre le volume interne 202 du cuvelage 200 et le volume interne 102 de la chemise 100 par l'intermédiaire des conduits 316 et 318 et en position intermédiaire illustrée sur la figure 15 dans laquelle la communication entre le volume interne 202 du cuvelage 200 et le volume interne 102 de la chemise 100 est interrompue par le contact de l'obturateur 514 contre le siège 512.
Ce ressort 560 est intercalé entre un décrochement formé dans le canal 340 et une tête évasée 553 formée sur l'extrémité avale de la queue de piston 552.
Le pion dégradable 590 est au contact d'une cavité 700 configurée pour permettre l'évacuation du matériau constituant le pion 590, de façon à permettre un libre déplacement de la tête 553.
Le volume de la cavité 700 est fonction de la position du pion dégradable 590 qui est mobile par l'effet de la translation du piston 550, de sorte que la pression dans la cavité 700 peut changer et est aussi fonction de la position du pion 590.
Lors de l'insertion dans un puits, le fluide présent dans la cavité 700 va se dilater. Or, pour ne pas que la pression dans la cavité 700 n'augmente trop, le pion dégradable 590 et le piston 550 sont mobiles en translation en direction de l'obturateur 514 afin de permettre une autorégulation de la pression dans la cavité 700.
La cavité 700 est isolée fluidiquement d'une conduite d'évacuation 810 par des moyens de protection 800 configuré pour rompre lorsqu'un écart de pression seuil APs est atteint. De la sorte, la cavité 700 peut être en relation fluidique avec la conduite d'évacuation 810.
L'écart de pression APs atteint lorsque la pression dans la cavité 700 dépasse la pression présente dans la conduite d'évacuation 810 qui est reliée fluidiquement à l'espace annulaire d'une valeur de APs.
Dans le mode de réalisation des figures 10 a, b, c à 13 a, b, c, les moyens de protections 800 sont disposés dans l'alignement du piston 550 et du pion dégradable 590, dans une extrémité du canal 340. Ainsi, lorsque le piston 550 subit une translation sous l'effet de la pression de gonflage dans la conduite 316, le pion dégradable 590 est entraîné en translation par ledit piston 550 et vient diminuer le volume de ladite cavité 700.
A l'état initial, la cavité 700 est emplie d'un liquide ne dégradant pas ou très peu le pion dégradable 590. Un tel fluide sera nommé « inerte » par la suite. Par très peu , on en tend que le tem ps de dégradation du pion 590 dans ce liquide est très largement supérieur à l'intervalle temporel entre la fabrication du système et son insertion dans un puit. En restant non dégradé, le pion 590 permet de maintenir la valve 500 en position initiale jusqu'au moment souhaité.
A titre d'exemple, le fluide inerte est de l'huile et le pion est en polymère.
A titre d ' exem ple, le polymère est un acide polyglycolique (« polyglycolic acide (PGA) » en anglais), qui est notamment commercialisé sous le nom de « Kuredux® » par Kureha. Le PGA se dégrade par hydrolyse. Une conduite d'injection 710, située perpendiculaire à l'axe de translation du piston 550 sur les figures 10a à 18a, permet d'injecter le fluide inerte dans la cavité 700 lors de la fabrication. Un bouchon 720 est ensuite inséré pour obturer ladite conduite d'injection 710, formant alors une partie de la cavité 700 en l'isolant de la conduite 710.
Néanmoins, dans la mesure où le changement de volume de la cavité 700 se fait par translation du pion dégradable 590, il est impératif que la cavité 700 ou à tout le moins une partie de cette cavité 700 soit positionnée dans l'alignement longitudinal du pion dégradable 590. Autrement, une translation dudit pion 590 n'aurait aucun effet sur le volume de la cavité 700. Par conséquent, ce n ' est pas seulement l'extension radiale due à la conduite d'injection 710 qui forme ladite cavité 700 (cf. figures 10 a, b, c à 18 a, b, c). La conduite d'évacuation 810 permet d'apporter du liquide issu de l'espace annulaire EA1 pour permettre le remplacement du fluide inerte. Sous l'action du liquide issu de l'espace annulaire EA1 , le pion dégradable 590 commence à se dégrader. En fonction du matériau dudit pion 590, la dégradation peut se faire par délitement, par frangibilité, par friabilité, ou tout autre phénomène physique permettant d'enlever des parties du pion 590.
Un élément d'étanchéité 610 est avantageusement disposé entre la queue 552 du piston et le pion dégradable 590. L'élément d'étanchéité 610 comprend un joint annulaire 61 1 qui assure une étanchéité entre le fluide présent autour du piston 550 et la cavité 700 emplie de fluide inerte avant rupture. En effet, le fluide présent autour du piston 550 pourrait activer la dégradation du pion dégradable 590 à un moment inopportun (par exemple au moment de l'insertion dans le puits). En outre, dans la chaîne de force, l'élément d'étanchéité 610 a simplement pour fonction de transmettre l'effort de translation du piston 550 vers le pion dégradable 590. Dans un mode de réalisation présenté sur les figures 10 a, b, c à 13 a, b, c, les moyens de protection 800 se présentent sous la forme d'une valve 850 inséré en extrémité de la conduite d'évacuation 810 de façon étanche. Des joints annulaire 870 assurent l'étanchéité entre la valve 850 et le corps 310.
La valve 850 peut être composée de plusieurs sous-sections 851 ,
852, 853 juxtaposées en forme de fût tubulaire et soudées définissant un canal interne, par lequel les fluides peuvent circuler. Le diamètre du canal interne peut être discontinu lors du passage d'une sous-section à une autre. Par exemple, la sous-section 851 située du côté de la cavité 700 peut avoir un diamètre plus important que la sous-section 852 juxtaposée située en direction de la conduite d'évacuation 810 de façon à créer une butée. Il est ainsi possible de loger un disque de rupture 860 contre cette butée.
En effet, le disque de rupture 860 est configuré pour se rompre sous l'effet de la pression dans la cavité 700. La mise en butée contre la sous- section 852 assure avantageusement le maintien du disque de rupture en position sous l'effet de la pression.
Les sous-sections 851 , 852, 853 et le disque de rupture 860 sont préférablement soudés entre eux.
Comme mentionné précédemment, le disque de rupture 860 se rompt lorsqu'une certaine pression dans la cavité 700 est atteinte. Cette pression est comprise entre 50 à 90% de la pression nominale de gonflage théorique (par exemple 5000 psi), préférablement 70 et 85%, et encore préférablement 75 et 85%. En effet, si le disque de rupture 860 se rompt trop tôt lors du gonflage, le dispositif ne remplit plus sa fonction de retardement de dégradation du pion de dégradation 590 ; inversement, si le disque de rupture 860 ne rompt jamais lors du gonflage, le dispositif devient inutile.
La pression nominale de gonflage théorique est la pression maximale souhaitée pour le gonflage, qui permet la mise en place souhaitée de la chemise sur la paroi P du puits. Comme la cavité 700 doit pouvoir diminuer de volume sous l'effet de la translation du pion dégradable 590, il est nécessaire qu'un volume situé dans l'alignement soit disponible. Un tel volume risque néanmoins d'autoriser un déplacement non voulu de certaines pièces lors de la manipulation. Par conséquent, un ressort de contact 620 peut être avantageusement disposé axialement entre le pion dégradable 590 et les moyens de protection 800, afin de permettre un contact entre les pièces lors de la manipulation (pour éviter les chocs et d'abimer les différents éléments). Ce ressort 620 est configuré de sorte que sa raideur puisse être vaincue par la force transmise par le pion dégradable 590 lors de la translation.
Dans le cadre du dispositif défini en figure 10 a, b, c à 16 a, b, c, le ressort de contact 620 est en butée contre la sous-section 851 de la valve 850 qui est du côté de la cavité 700.
Une fois le système mis sous pression permettant la rupture de moyens de protection 800, le ressort de contact 620 se comprime et se comporte en matière de mécanique comme une pièce butée transmettant axialement les efforts pour ne pas rompre la chaîne de transmission.
On souhaite que le début de la dégradation intervienne lorsque le dispositif est à l'état initial, c'est-à-dire que seule une communication entre l'intérieur du cuvelage et l'intérieur de la chemise est établie. Par conséquent, la portion intermédiaire 554 faisant étanchéité avec le joint 370 vers le conduit 350 en communication avec le volume annulaire EA1 doit avoir une longueur supérieure à la distance parcourue lors de la translation effectuée par le piston 550 pour déclencher la rupture des moyens de protection 800.
Les différentes étapes vont être décrites par la suite.
En figures 10a, 10b, 10c, la valve 500 est à l'état initial. La liaison entre les deux conduits 316, 318 pour le remplissage de la chemise 100 est assurée et le conduit 350 vers l'espace annulaire EA1 est isolé des deux précédents par la portion intermédiaire 554 du piston 550. Les moyens de protection 800 sont intacts.
Cette étape est vérifiée lorsq ue la pression d ' expansion est typiquement comprise entre 0 et 50-90 %, préférablement 0 et 70-85% et encore préférablement 0 et 75-85% de la pression nominal théorique (ou pression de fin d'expansion).
Le système peut rester en l'état un temps suffisamment long pour surmonter un aléa qui viendrait interrompre la mise en place du système dans le puits (mauvais temps, dégâts, problème de pompe en surface, connexion entre les casings défectueuse, etc. ). En ef fet, le pi o n dégradable 590 est maintenu dans le fluide inerte grâce aux moyens de protection 800 qui le protège du fluide de l'espace annulaire EA1 et soulage les opérateurs du compte à rebours qui se déclenchait auparavant dès que la descente dans le puits (« run in hole (RI H) » en anglais) commençait.
En figures 1 1 a, 1 1 b, 1 1 c, la vanne 500 est dans un état transitoire, toujours à l'état initial, dans lequel la pression d'injection atteint un seuil à partir duquel le déplacement axial du piston 550 est enclenché. Par conséquent, le pion dégradable 590 se déplace lui aussi axialement et vient réduire le volume de la cavité 700 (si présent, le ressort 620 se comprime). La pression de la cavité 700 augmente et, à l'écart de pression seuil de rupture APs atteint, provoque la rupture des moyens de protection 800, et plus précisément la rupture du disque de rupture 860. L'état initial est maintenu malgré la translation du piston 550 du fait de la longueur de la portion intermédaire 554 du piston 550, qui vient toujours faire étanchéité au niveau du joint 370.
Sous l ' effet de la rupture, le fluide inerte de la cavité 700 va commencer à se déverser vers la conduite d ' évacuation 81 0. Par convection et par diffusion, du fluide de l'espace annulaire EA1 va pénétrer dans la cavité 700 et provoque le début de la dégradation du pion 590.
En figures 12a, 12b, 12c, la vanne 500 est à l'état intermédiaire, c'est-à-dire que la liaison entre les conduits 316 et 318 sont interrompus (le gonflage est terminé) et la liaison entre les conduits 318 et 350 n'est pas encore établie. Cet état est permis grâce à la dégradation du pion 590 qui, d'une part, est suffisante pour permettre le déplacement axial de l'obturateur 514 qui peut venir au contact de son siège 512 grâce au ressort 516, et d'autre part n'est pas encore suffisante pour autoriser un déplacement axial suffisant de la portion intermédiaire 554 de la vanne 500.
Cet état intermédiaire de la vanne 500 peut intervenir quelques jours après la fin du gonflage. Préférablement cet état intervient un à trois jours après la fin du gonflage.
En figures 13a, 13b, 13c, la vanne 500 est à l'état final. Après dégradation du pion 590, le piston 550 est déplacé à translation dans le canal 340 sous l'effet du ressort 560. La portion intermédiaire 554 du piston 550 échappe alors au joint 370 et une communication est autorisée entre le conduit 318 lié au volume interne 1 02 de la chemise 1 00 et l'orifice 350 qui débouche dans le volume annulaire EA1 du puits. Dans la position ainsi illustrée sur les figures 16 a, b, c, la vanne 500 a atteint sa position commutée finale irréversible, l'obturateur 514 restant en appui contre son siège 512 pour isoler le conduit 316 du conduit 318.
On a illustré sur les figures 14 a, b, c à 18 a, b, c un deuxième exemple de réalisation d'une vanne 500 conforme à la présente invention destinée à former à l'état commuté, en combinaison avec le clapet d ' entrée 400, deux clapets opposés dos à dos, qui se disti ngue essentiellement du premier exemple de réalisation illustré sur les figures 10 a, b, c à 13 a, b, c par le fait que des moyens de rupture 900 sont ajoutés.
L'architecture du système est sensiblement modifiée par rapport au mode de réalisation sans pion de rupture.
Les moyens de rupture 900 ont pour fonction de faire passer la valve 500 à l'état final si un effort supérieur à un effort seuil de rupture Es est atteint dans le piston 550. Préférablement, cette effort seuil Es est atteint à la pression nominale de gonflage maximal. Il est possible que l'effort seuil Es soit atteint pour une pression légèrement inférieure, notamment par le jeu qui existe dans la fabrication des moyens de rupture 900.
A cette fin, les moyens de rupture 900 sont positionnés dans l'alignement du piston 500, à la place des moyens de protection 800 du premier exemple donné en figures 10 a, b, c à 13 a, b, c.
Les moyens de protection 800 sont quant à eux déportés, notamment grâce à la cavité 700 qui peut s'étendre en partie perpendiculaire du fait de la conduite d'injection 710. En positionnant convenablement le bouchon 720 de cette conduite 710, il devient possible de positionner la conduite d'évacuation 810 ainsi que les moyens de protection 800 parallèlement à la valve 500. Comme les moyens de protections 800 sont configurés pour rompre sous l'effet de la pression du fluide inerte, il n'est pas nécessaire qu'ils soient alignés avec le piston 550.
En revanche, une partie du volume la cavité 700 reste positionnée dans l'alignement longitudinal du pion dégradable 590 pour permettre la diminution du volume lors de la translation vers l'état transitoire.
Les moyens de rupture 900 comprennent une tige 910 maintenue en position à l'aide d'un pion de rupture 920. Le pion de rupture 920 s'étend transversalement par rapport à la direction de translation du piston 550 dans le canal longitudinal 340. Pour cela, le pion 920 est préférablement solidaire d'un socle annulaire 930 qui est logé en partie extrémale du canal 340.
Similairement au mode de réalisation sans pion de rupture, un ressort de contact 620 est disposé entre la tige 910 et le pion dégradable 590 pour éviter du jeu entre les pièces lors de la manipulation, ce qui pourrait abîmer le matériel.
En outre, une autre butée d'étanchéité 612 est disposée entre le ressort 620 et la tige 910. Cette butée 612 comprend un joint annulaire 613 qui assure l'étanchéité entre la cavité 700 et le mécanisme de rupture 800.
En effet, le pion de rupture 920 ne constitue pas un élément étanche, ce qui signifie que du fluide présent dans l'espace annulaire EA1 peut venir autour de la tige 910. Les pressions dues au fluide de part et d'autre du pion de rupture 920 sont ainsi compensées. Ainsi, le volume de la cavité 700 ne risque pas de s'agrandir soudainement par une fuite vers le volume annulaire autour de la tige, ce qui provoquerait une chute de pression dans la cavité 700 et anéantirait toute possibilité de rupture des moyens de protection 800.
La tige 910 est solidaire en translation avec le pion dégradable 590, via la butée d'étanchéité 612 notamment de sorte que lorsque ledit pion 590 subit un effort sous l'effet de la pression de gonflage, la tige 910 transmet cet effort vers le pion de rupture 920.
Dès que l'effort seuil Es est atteint, le pion 920 se rompt et la tige 910 peut y passer au travers et ne maintient plus le piston 550 en position initiale. Une cale 621 , possédant une extension longitudinale 622 autour de laquelle est disposé axialement le ressort 620, est disposée entre le pion dégradable 590 et le ressort 620, de sorte que lorsque le ressort 620 est comprimé, il y ait un contact direct entre l'extension longitudinale 622 et la tige 910.
Le volume présent entre le boitier 310 et l'extension longitudinale
622 de la cale 621 fait partie de la cavité 700. Il est en effet prévu une communication fluidique entre ledit volume et la partie de la conduite d'admission 710 qui contient le fluide inerte. Cette communication fluidique se fait par un jeu annulaire (quasiment invisible sur les figures) assez faible pour limiter les mouvements de fluide. On rappelle que lors de l'immersion dans le puits et/ou le gonflage, les pressions dans le dispositif augmentent. Par conséquent, un faible jeu suffit à établir une communication fluidique. En figure 14a à 14c, la valve 500 est en position initiale, similairement aux figures 10a à 10c. Les moyens de protection 800 et les moyens de rupture 900 sont tous dans un état non rompu. En figures 15a, b, c, la valve 500 est en état transitoire, toujours à l'état initial, dans lequel la pression d'injection atteinte un seuil à partir duquel le déplacement axial du piston 550 est enclenché. Par conséquent, le pion dégradable 590 se déplace lui aussi axialement et vient comprimer le ressort 700, ce qui réduit le volume de la cavité 700. La pression de la cavité 700 augmente et, une fois l'écart de pression seuil de rupture APs atteint, provoque la rupture des moyens de protection 800, et plus précisément la rupture du disque de rupture 860. Il s'agit d'une situation similaire aux figures 1 1 a, b, c.
Comme mentionné précédemment, le disque de rupture 860 se rompt lorsqu'une certaine pression dans la cavité est atteinte. Cette pression est comprise entre 50 à 90% de la pression nominale de gonflage théorique (par exemple 5000 psi), préférablement 70 et 85%, et encore préférablement 75 et 85%.
En revanche, le déplacement du pion dégradable n'active pas pour autant les moyens de rupture 900. A mesure que la pression de gonflage augmente (à compter des intervalles cités précédemment qui sont compris entre 50 et 90% de la pression nominale de gonflage théorique), une chaîne continue de contact solide-solide depuis le piston 550 jusqu'au pion de rupture 920 se forme.
Sous l'effet de la rupture du disque 860, le fluide inerte de la cavité 700 va commencer à se déverser vers la conduite d'évacuation 810. Par convection et par diffusion , du fluide de l' espace annulaire EA1 va pénétrer dans la cavité 700 et provoque le début de la dégradation du pion.
Lorsque les moyens de protection 800 se rompent, la pression chute brusquement dans la cavité 700, ce qui provoque une brusque translation du piston 550 et du pion dégradable 590 en direction de la tige 910. Or, le pion de rupture 920 n'est pas adapté pour résister à des chocs (forte résistance au cisaillement, mais faible résistance au choc). Le ressort 620, qui n'est pas encore totalement comprimé au moment de la rupture des moyens de protection 800, absorbe une partie du choc en se comprimant afin d'éviter la rupture du pion 920. Le ressort 620 joue ainsi un rôle d'amortisseur et est configuré pour se comprimer à une valeur de pression dans la chambre légèrement supérieure à la pression à laquelle les moyens de protection 800 rompent.
En référence aux figures 16 a, b, c, après rupture sous l'effet conjugué du différentiel de pression entre la pression interne à la chemise 100 et la pression de l'annulaire EA1 et du ressort 560, via le piston 550, le mécanisme de rupture 900, grâce au pion 920 qui rompt, libère le piston 550 de sorte que dans un état intermédiaire l'obturateur 51 vient en appui contre le siège 512, les conduits 316 et 318 et l'orifice 350 sont alors isolés, puis dans l'état final commuté illustré sur les figures 16 a, b, c, le piston 550 achève sa course sous l'effet du ressort 560 de sorte qu'une liaison est établie entre le conduit 318 et l'orifice 350, la portion 554 du piston 550 échappant au joint 370. Le mécanisme de rupture 900 est configuré pour libérer le piston 550 lorsque le gonflage est terminé, c'est-à-dire que la pression du gonflage atteint par exemple 100% de la pression nominale théorique.
Une fois en état final, la dégradation du pion 590 ne joue plus de rôle pour la valve 500.
Si le pion de rupture 920 ne rompt pas (déficience du pion, chute de pression, limitation de pression, etc. ), comme représenté en figures 17 a, b, c et 18 a, b, c, la dégradation du pion 590 permet la translation progressive du piston 550, c'est-à-dire le déplacement progressif de la vanne 500 de l'état initial à l'état final, d' une façon équivalente au processus décrit en relation avec les figures 10 a, b, c à 13 a, b, c.
Pour rappel, l'état final autorise la commutation de la vanne 500 dans laquelle le conduit 318 et l'orifice 350 communiquent entre eux, mais le conduit d'entrée 316 reste obturé par le clapet 510.
L' homme de l ' art comprendra que selon tous les modes de réalisation précités conformes à l'invention, le système d'isolation intègre une vanne 500 trois voies comportant un seul piston 550 de commutation tel que :
- Lors d'une phase de mise en place du système d'isolation annulaire dans un puits, le système est en communication avec l'intérieur du cuvelage 200 de telle façon que les pressions entre l'intérieur de la chemise 100 et l'intérieur du cuvelage 200 sont équilibrées. D'autre part, il n'y a pas de communication possible entre le volume interne 102 de la chemise 100 et l' espace annulaire EA1 ou EA2 ou entre le cuvelage 200 et l'espace annulaire EA1 ou EA2. - Lors d'une phase de gonflage, le volume interne 102 de la chemise 100 est en communication avec l'intérieur du cuvelage 200. Ainsi lorsque la pression augmente dans le cuvelage 200, la pression augmente de la même façon dans la chemise 100. D'autre part, il n'y a pas de communication possible entre le volume interne 1 02 de la chemise 1 00 et l' espace annulaire EA1 ou entre le cuvelage 200 et l'espace annulaire EA1 .
- A la fin du gonflage, le mouvement du piston 550 est libéré par la dégradation d'un pion 590 ou la rupture d'un pion 920 l'augmentation du différentiel de pression qui permet de gonfler le système. La dégradation du pion 590 ou la rupture du pion 920 libère, de façon définitive, le mouvement du piston 550 qui ferme la communication entre le cuvelage 200 et le volume interne 102 de la chemise 100 et qui ouvre dans le même temps la communication entre le volume interne 102 de la chemise 100 et le volume annulaire EA1 . Après dégradation du pion 590 ou rupture du pion 920, il n'est plus possible de gonfler le système d'isolation annulaire à partir du cuvelage.
La vanne 500 est constituée de telle façon que le mouvement inverse du piston 550 est impossible même si un différentiel de pression, positif ou négatif, existe entre l'espace annulaire EA1 et l'intérieur du cuvelage 200.
Lorsqu'une pression différentielle est appliquée de EA1 à EA2 telle que PEAI > PEA2, le fluide, et donc la pression, communique à l'intérieur de la chemise expansible 100 par les conduits 318 et 350 de la vanne 500. La pression interne à la membrane expansible 100 est identique à la pression de la zone annulaire EA1 ce qui lui confère d ' excellentes propriétés d'isolation de zone.
Si la pression annulaire varie au cours du tem ps et peut être alternativement : pression de EA1 > pression de EA2 ou pression de EA2 > pression de EA1 , il est envisageable de monter deux systèmes d'isolation de zone conformes à l'invention tête bêche comme illustré sur la figure 19.
Comme indiqué au début de la description , l' invention trouve avantageusement application dans les différentes variantes présentées pour le mode de réalisation sous forme d' une vanne 500 trois voies qui commute une seule fois d'un état initial vers un état final, avec un état intermédiaire où la vanne ferme les trois conduits.
En particulier, le mécanisme de protection 800 peut s'appliquer à tout dispositif pour le traitement d' un puits, comprenant une chemise expansible 100 placée sur un cuvelage 200 et vanne comprenant un pion dégradable 590 dont on souhaite contrôler le début de la dégradation pour éviter les impératifs de vitesse liés au gonflage une fois que celui-ci a commencé.
La vanne 500 peut tout à fait être mise en place en l'absence du clapet anti-retour 400.
Les figures 20 a, b, c à 23 a, b, c représentent l'invention dans un cadre plus général, c'est-à-dire un cadre où le pion dégradable 590 maintient une voie 317 d'une valve 500 fermée lorsqu'il n'est pas dégradé et où ledit pion 590 ouvre cette voie 317 lorsqu'il est dégradé. Dans ce mode de réalisation , il n 'y a pas d ' obturateur 51 4 et il n ' est par conséquent pas nécessaire de distinguer les deux voies 316, 31 8 qui communiquent respectivement avec l'intérieur 202 du cuvelage 200 et l'intérieur 102 de la chemise expansible 100.
Un tel système comprend le boitier 310, 315, dans lequel est logé un piston 550 et un pion dégradable 590 en contact directement ou indirectement avec le piston 550, ce dernier étant apte à avoir une première position dans un état initial obturant la voie 317, et u ne deuxième position dans un second état ouvrant ladite voie 317.
Préférablement, la voie 317 communique avec l'intérieur 102 de la chemise expansible 100.
En particulier, la seconde position peut ne pas être un état final puisqu'elle n'est pas nécessairement définitive : le piston 550 peut commuter ultérieurement entre la première et la seconde position.
Sur les figures 20 a, b, c, le dispositif est en première position, correspond à un état initial, d ' une façon similai re aux modes de réalisation précédents. Sur les figures 21 a, b, c, la pression a atteint entre 50 et 90% (cf. infra) de la pression nominal de gonflage et les moyens de protection 800 du pion dégradable 590 ont été rompus.
Sur les figures 22 a, b, c, la dégradation du pion 590 a commencé et le piston 550 a entamé sa translation. Il s'agit d'un état transitoire dans lequel le piston 550 est toujours en première position (absence de communication entre l'intérieur de la chemise et l'espace annulaire).
Sur les figures 23 a, b, c, la dégradation du pion 590 est suffisante pour que le piston 550 soit en seconde position, c'est-à-dire autorisant la communication entre l'intérieur de la chemise et l'espace annulaire.
L'homme du métier saura sans difficulté utiliser les modes de réalisation largement décrits précédemment pour concevoir la présente variante.
Le principe de la cavité 700, du ressort 620 et des autres éléments communs aux modes de réalisation sont similaires.
Les figures 24 et 25 représentent un système de mesure 1000 implémenté dans le dispositif et destiné à évaluer la position ou l'état du dispositif 500 (première position, état initial, deuxième position, état final). Ce système peut être mis en place sur tous les modes de réalisation.
Le système de mesure 1000 permet de mesurer le déplacement longitudinal du piston 550 à l'intérieur de la chambre 320.
A cette fin, le dit système comprend
- un aimant 1 100 positionné à l'intérieur du piston 550.
Préférablement et comme représenté sur les figures 24 et 25, pour des raisons de positionnement, l'aimant 1 100 est situé au niveau de l'extrémité, c'est-à-dire l' extrémité qui est au contact des moyens de rupture à l'état initial, - un capteur 1200, positionné dans boitier 310 entourant le piston 550 et configuré pour acquérir la position longitudinale (ou abscisse ) de l ' ai mant 1 1 00, et ainsi connaître la position longitudinal du piston 550. Sur les figures 24 et 25, le capteur s'étend sensiblement le long du pion dégradable 590 afin de pouvoir acquérir la position de l'aimant 1 100 lorsque le pion se dégrade 590 ou lorsque les moyens de rupture 800 rompent.
En figure 24, le dispositif 500 est à l'état initial (ou première position), c'est-à-dire que le pion dégradable 590 est intact et que les moyens de rupture 900 ne sont pas rompus.
En figure 25, le dispositif 500 est à l'état final (ou seconde position), c'est-à-dire que le pion dégradable 590 s'est dégradé. Le capteur 1200 a ainsi relevé un déplacement longitudinal de l'aimant 1 100 qui indique que le dispositif est à l'état final.
Le système de mesure 1000 permet ainsi de savoir si le pion dégradable 590 s'est dégradé ou si les moyens de rupture 800 sont rompus, et donc dans le cas présenté sur les figures 24 et 25, si la liaison entre le volume interne 102 de la chemise 100 et l'espace annulaire EA1 à l'extérieur du cuvelage est permise et donc, notamment en présence du ressort 516, si l'obturateur 514 est sur son siège et obture la conduite 31 6 associée à l'intérieur du cuvelage. A titre d'exemple, le déplacement du piston 550 est de l'ordre de la dizaine de millimètres entre les deux états.
La récupération des données du capteur se fait à l'aide d'un outil (« wireline » en anglais) tenu par un câble, que l'on descend dans le puits (non représenté sur les figures). Si besoin, l'outil est associé à un tracteur, qui autorise le déplacement de l'outil dans les portions horizontales. Le câble a un rôle mécanique (pour descendre et remonter l'outil) et électronique (pour transmettre les données et piloter l'outil/ le tracteur).
La transmission des données du système de mesure se fait sans-fil.

Claims

Revendications
1 . Dispositif de contrôle de fluide pour le traitement d' un puits, comprenant une chemise expansible (100) placée sur un cuvelage (200) et un ensemble (300) adapté pour contrôler l'alimentation du volume interne (102) de la chemise (100) à l'aide d'un fluide sous pression provenant du cuvelage (200), par un passage (222) traversant la paroi du cuvelage (200), pour expanser la chemise (100) radialement vers l'extérieur, ledit ensemble comprenant une vanne (500),
ladite vanne (500) comprenant :
un corps (310, 315) qui définit une chambre (320) dans laquelle débouchent une première (317, 316, 318) et une deuxième conduites (350) de communication respectivement associée à l ' intérieur ( 1 02 ) de la chemise expansible (100) et l'espace annulaire (EA1 ) situé à l'extérieur du cuvelage,
un piston (550) monté à translation dans ladite chambre (320), et des moyens d'immobilisation dégradables (590), solidaires en translation du piston (550),
lesdits moyens d'immobilisation dégradables (590) maintenant dans un état initial le piston (550) dans une première position telle que le piston (550) empêche la communication entre la première et la deuxième conduites (317, 350),
lesdits moyens (590), après dégradation, libérant le piston (550) de sorte que le piston (550) occupe une deuxième position telle que la communication entre la première (317) et la deuxième conduites (350) est autorisée,
dans lequel les moyens d'immobilisation dégradables (590) sont mobiles en translation dans une cavité (700),
dans lequel le dispositif comprend des moyens de protection (800) isolant la cavité (700) d'une conduite d'évacuation (810) configurée pour introduire un fluide dégradant le pion (590) dans ladite cavité (700), de sorte que, à l'état initial, les moyens de protection (800) protègent lesdits moyens d'immobilisation dégradables (590),
les moyens de protection (800) étant configurés pour se rompre lorsque la pression dans la cavité atteint un écart de pression seuil (APs), permettant ainsi la dégradation des moyens d'immobilisation dégradables (900).
2. Dispositif selon la revendication 1 , comprenant un état transitoire dans laquelle le piston (550) et les moyens d'immobilisation dégradables (590) sont configurés pour subir une translation dans la chambre (320) réduisant ainsi le volume de la cavité (700), dont la pression permet d'atteindre alors l'écart de pression seuil (APs), l'état transitoire faisant partie de la première position durant laquelle aucune communication entre la première et la deuxième conduite (316, 318 ; 350) n'est autorisée.
3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la cavité (700) est initialement emplie d'un fluide inerte ne dégradant pas les moyens d'immobilisation dégradables (590).
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre un élément d'étanchéité (610) disposé entre le piston (550) et les moyens d'immobilisation dégradables (590), pour protéger les moyens d'immobilisation dégradables (590) d' un fluide pouvant se situer au niveau du piston (550).
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre des moyens de rupture (900) pour maintenir en première position le piston (550), lesdits moyens étant configurés pour être rompus lorsque les moyens d'immobilisation dégradables (590) transmettent un effort supérieur à un effort seuil (Es), autorisant ainsi le piston (550) à passer en deuxième position.
6. Dispositif selon la revendication précédente en combinaison avec la revendication 2, dans lequel les moyens d'immobilisation dégradables (590) sont configurés pour transmettre un effort vers les moyens de rupture (900) qu'une fois l'état transitoire atteint.
7. Dispositif selon l'une des revendications 5 ou 6, dans lequel les moyens de rupture (900) comprennent une tige (91 0) solidaire d ' un pion de rupture (920) configuré pour rompre lorsque l'effort seuil (Es) est atteint, ladite tige (910) étant configurée pour transmettre un effort audit pion de rupture (920) par l'intermédiaire des moyens de dégradation (590).
8. Dispositif (500) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel deux conduites (316, 318) débouchent dans la première conduite (317), les deux conduites (316, 318) étant respectivement associée à l'intérieur (202) du cuvelage (200), et à l'intérieur (102) de la chemise expansible (100),
ledit dispositif (500) comprenant en outre un obturateur (514) monté à translation dans ladite chambre (320) configuré pour ouvrir ou fermer la conduite (316) avec l'intérieur du cuvelage (200),
dans lequel :
- dans la première position du piston (550), l'obturateur (514) est en contact avec une extrémité (318) du piston (550) qui maintient en position ouverte l'obturateur pour permettre une communication entre les conduites (316, 318) associée à l'intérieur (202) du cuvelage (200) et à l'intérieur (102) de la chemise expansible,
- dans la deuxième position du piston (550), le piston ( 550) ne maintient plus l'obturateu r ( 51 4 ) en position ouverte , ledit obturateur (514) obturant la conduite (316) vers l'intérieur (202) du cuvelage (200).
9. Dispositif (500) selon la revendication précédente, comprenant en outre un ressort (516) qui sollicite l'obturateur (514) en position fermée pour fermer la conduite (316) vers l'intérieur du cuvelage (100) lorsque le piston (550) est en deuxième position.
10. Dispositif (500) selon l'une des deux revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif (500) définit un état intermédiaire temporaire qui intervient entre la première position et la deuxième position du piston (550) et dans lequel la liaison entre le volume interne (202) du cuvelage (200) et le volume interne (102) de la chemise (100) est interrompue,
1 1 . Dispositif (500) selon l'une des trois revendications précédentes, adapté pour être commuté une seule fois entre
un état initial dans lequel une liaison est établie entre le volume interne (202) du cuvelage (200) et le volume interne (102) de la chemise
(100) pour expanser ladite chemise (100) et
un état final dans lequel la liaison entre le volume interne (202) du cuvelage (200) et le volume interne (102) de la chemise (100) est interrompue et une liaison est établie entre le volume interne (102) de la chemise (100) et un volume annulaire (EA1 ) du puits extérieur à la chemise (100) et au cuvelage (200).
12. Système d'isolation pour le traitement d'un puits, comprenant un dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé par le fait que l'ensemble (300) dudit dispositif comprend en outre un clapet anti-retour (400) placé dans un passage qui relie le volume interne (202) du cuvelage (200) au volume interne (102) de la chemise (100),
ladite vanne (500) et le dit clapet anti-retour (400) formant, après commutation, deux clapets (400, 510) montés en série et de sens opposés sur le passage reliant les volumes internes du cuvelage (200) et de la chemise (100).
13. Procédé d'isolation de deux zones annulaires (EA1 , E12) d'un puits, mettant en œuvre
une étape d'alimentation d'une chemise expansible (100) placée sur un cuvelage (200) à l' aide d'un fluide sous pression provenant du cuvelage (200), pour expanser la chemise (100) radialement vers l'extérieur, caractérisé par le fait qu'il comprend les étapes consistant à alimenter le volume interne (102) de la chemise expansible (100) par l'intermédiaire d'un clapet anti-retour (400) placé dans un passage qui relie le volume interne (202) du cuvelage (200) au volume interne (102) de la chemise (100) puis
opérer la commutation d'un dispositif tel que défini par les revendications 1 à 1 1 entre un état initial dans lequel une liaison est établie entre le volume interne (202) du cuvelage (200) et le volume interne (102) de la chemise (100) pour expanser ladite chemise (100) et un état final dans lequel la liaison entre le volume interne (202) du cuvelage (200) et le volume interne (102) de la chemise (100) est interrompue et une liaison est établie entre le volume interne (102) de la chemise (100) et un volume annulaire (EA1 ) du puits extérieur à la chemise (100) et au cuvelage (200), ledit dispositif et le dit clapet anti-retour (400) formant, après
commutation, deux clapets (400, 510) montés en série et de sens opposés sur le passage reliant les volumes internes du cuvelage (200) et de la chemise (100).
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