Brevet FR2031477A1 — publié le 19701120

x 2Q31477 La présente invention concerne de façon générale la commande d'un équipement de tête de puits sous-marin, et concerne plus particulièrement des procédés et moyens de commande d'un tel équipement dans une installation, à l'aide d'un appareillage 5 électrique lequel est récupérable indépendamment de l'installation. Dans certaines opérations de forage ou de mise en production de puits sous-marins, il est souhaitable d'entretenir le puits au moyen drun outillage, ou d'une installation d'outillage, pouvant 10 être raccordé par exemple à un raccord de puits en saillie, tel qu'un tubagç sous-marin se terminant au-dessus du fond sous-marin. A titre d'exemple, lorsqu'un tubage de puits a déjà été descendu dans le forage sous-marin avec 1'extrémité libre du tubage dépassant au-dessus du fond sous-marin, il est souhaitable de prévoir, 15 pour l'exploitation contrôlée du puits, un équipement obturateur anti-éruption, des soupapes de sûreté, des joints ou raccords de sécurité, ainsi que tout autre appareillage auxiliaire , monté par exemple sur un bâti et dans une installation assujettie au tubage de puits en saillie, afin d'exploiter le puits. Le matériel 20 industriel de ce type est généralement commandé par pression de fluide, et l'on a considéré jusqu'alors comme nécessaire de prévoir un faisceau important de conduitesde pression séparées, s'étendant chacune d'un emplacement en surface jusqu'à un outil particulier de l'installation, afin d'obtenir un travail indépendant de ces 25 outils, à volonté. Cependant, lorsqu'un certain équipement de l'installation doit être laissé à l'emplacement immergé pendant des périodes relativement longues, comme par exemple quand le puits est fermé, le balancement continu des nombreux tu/aux aux grandes profondeurs devient inacceptable et une source de diffi-30 cultés majeures. Ainsi, si les tuyaux s'abiment ou cassent, ou s'emmêlent avec d'autres matériels, les outils sous-marins peuvent ne pas demeurer utilisables avec le risque correspondant de perte du puits y compris la perte à la mer de grandes quantités de pétrole ou de gaz. 35 En vue d'apporter une solution aux problèmes ci-dessus et autres associés à l'entretien des puits sous-marins, on a proposé, une fois l'installation descendue sur la tête de puits, d'effectuer la connexion électrique avec des appareils moteurs électriques sur l'installation, ces appareils moteurs actionnant à leur tour le 40 matériel de l'installation, en évitant ainsi la nécessité de tels 70 055-75 2 2031477 tuyaux. Bien que cette proposition offre des avantages, le problème de la connexion et de la déconnexion effectives des bornes électriques exposées sous l'eau demeure, ces bornes étant exposées à la corrosion ainsi qu'aux détériorations. 5 La présente invention procure un procédé et un appareillage qui facilitant davantage l'exploitation d'un équipement de tête de puits sous-marin, en éliminant la nécessité des longs tuyaux de pression flexibles, tout en éliminant en même temps la nécessité de l'établissement et de l'interruption des connexions 10 électriques exposées . lie principe du procédé comporte les phases de fourniture à l'installation immergée d'un élément de commande de soupape en saillie susceptible de se déplacer en réponse à une force magnétique qui lui est appliquée, le déplacement de cet élément ayant 15 pour effet de régler la pression appliquée à la soupape; l'abaissement d'un élément étanche sur l'élément de commande qui est électriquement excitable afin de coopérer magnétiquement avec l'élément de commande; et l'envoi d'un courant électrique à l'élément électriquement excitable pour effectuer le déplacement 20 de l'élément de commande de la soupape. Comme on le verra, la phase de descente peut comporter un accouplement mécanique des éléments supprimant la nécessité d'une interconnexion des bornes électriques et les inconvénients de cette dernière aux emplacements immergés. L'élément électriquement excitable peut être 25 ensuite récupéré à la surface de façon à ne pas demeurer exposé à l'eau salée, ce qui fait que la fiabilité et la durée de l'équipement sont sensiblement améliorées grâce au minimum d'exposition de l'unité électrique à l'eau salée, cette unité étant également rendue étanche pour une plus grande fiabilité. 30 Dans ses aspects matériels, l'invention comprend essentielle ment, en combinaison : a) un ensemble régulateur de pression de fluide conçu pour être installé sous l'eau et en relation telle avec l'installation qu'elle soit mise en action pour modifier l'application de la 35 pression de fluide; b) un ensemble de manoeuvre comportant un élément électriquement excitable étanche conçu pour être descendu sous 1'eau à proximité opérationnelle de l'ensemble régulateur; et c) au moins l'un des ensembles comprenant une structure conçue 40 pour se déplacer en réponse à 1'excitation de 1'élément pour 70 05575 3 2031477 actionner l'ensemble régulateur. Ainsi qu'on le verra, l'élément électriquement excitable peut comporter une bobine de solénoïde, et la structure en question peut comporter une pièce prévue pour se déplacer magnétiquement 5 en réponse à l'excitation de la bobine. En outre, la pièce est typiquement montée sur l'ensemble régulateur qui comprend également un élément soupape commandé par la pièce. Dans une forme de l'invention, la pièce peut se composer d'un plongeur et de plus, peut comporter de préférence une douille de guidage montée sur 10 l'ensemble de manoeuvre et disposée pour recevoir la pénétration relative de l'ensemble régulateur ce qui fait que le plongeur peut être guidé dans la bobine. Ces objectifs et avantages de l'invention, ainsi que d'autres, ainsi que les détails d'un mode de réalisation illustratif, seront 15 plus complètement compris d'après la description suivante des dessins annexés, dans lesquels : La Figure 1 est une vue en élévation représentant une installation d'outillage d'entretien de puits à l'emplacement d'une tête de puits sous-marin, avec l'appareillage relié de façon permanente 20 et de façon amovible à l'installation pour commander la manoeuvre des organes de commande de l'installation ; La Figure 2 est une vue en coupe verticale agrandie montrant les détails des ensembles de régulation de pression et de manoeuvre incorporant l'invention, à l'état déconnecté: ; 25 La Figure 3 est une vue identique à la Figure 2, mais repré sentant les ensembles à l'état connecté; La Figure 4 est une vue du matériel de surface de descente et de relevage de l'installation et du tubage ainsi que de l'ensemble régulateur ; et 30 Les Figures 5 à 7 représentent d'autres formes de pièces de commande de soupape . Sur la Figure 1, un trou de sondage 10 foré au -dessous du fond sous-marin 11 contient un cuvelage 12 cimenté ou fixé en position d'une autre manière, pour des opérations complémentaires 35 appropriées de forage ou de production. Le repère numérique 13 indique une tige de forage ou une colonne de production s'étendant de haut en bas à travers le cuvelage. Le matériel de la tête de puits sous-marin comprend une unité de raccordement inférieure 14 fixée de façon amovible sur la tête 40 de tubage 15 faisant saillie vers le haut. Au-dessus de l'unité 14 70 05575 4 2031477 on trouve dans l'ordre une vann® maîtresse If.* \m oSstui*nteus anii-éruption 17, une unité de commande de répartition de pression Igj et un autre raccord 19, entre les têtes tubulaires ou prolongements qui sont indiquées par les repères numériques 20, 21, 22 et 23. 5 Les raccords 14 et 19 sont fixés de façon amovible aïK têtes 15 et 23, respectivement. L'unité 18 peut comporter un collecteur approprié de répartition de la pression entre les divers organes de commande. La pression de fluide est transmise depuis une source d'ali-10 mentation sous-marine,ayant la forme d'enceintes de pression 24 et 25, à l'unité 18 par des conduites 26 et 27; et la pression est transmise de façon contrôlée de l'unité 18 au raccord 14 par les conduites 28, à la vanne maîtresse 16 par les conduites 29 et à l'obturateur anti-éruption 17 par les conduites 30. La pres-15 sion de fluide est fournie par une source en surface 31 représentée sur la Figure 4 par des tuyaux 32 reliés à 1'unité de raccordement supérieure 19 de l'installation, pour un fonctionnement indépendamment de l'unité 18 ou combiné avec celle-ci. Pour compléter la description générale de la Figure 1, le 20 repère numérique 33 désigne l'embase d'un bâti de l'installation de matériel de tête de puits, le bâti comportant également des câbles de guidage 34 fixés à l'embase et des éléments transversaux 35 et 36, respectivement, fixés au raccord inférieur 14 et au sommet de l'unité 19, lesdits éléments réunissant les câbles de 25 guidage en des points espacés verticalement. Les câbles de guidage 34 s'étendent jusqu'à la surface, et les éléments 35 et 36 sont reliés de façon coulissante avec ceux-ci en 37 et 38 pour guider les raccords de haut en bas jusqu'à la position représentée. Si 30 le raccord 14 est déconnecté de la tête 15, il peut, ainsi que le matériel se trouvant au-dessus, être remonté à la surface à mesure que le fourreau 39 de la colonne ou installation est remonté. Autrement, si le raccord 19 est déconnecté de la tête 23, il peut être remonté avec le fourreau 39, à mesure que le 35 fourreau 39 remonte, en laissant le matériel ue l'installation au-dessous sur la tête de puits, comme par exemple lorsque le puits est fermé. Le fourreau est descendu ou remonté en ajoutant ou en étant des tronçons de fourreau à la surface, à l'aide d'un moyen approprié indiqué de façon générale par le repère numérique 40 sur la Figure 4 et sur la plate-forme ou navire 41. 40 En passant à la description des autres figures, on trouve monté 70 05575 5 2031477 sur l'installation, au moyen d'un coude 49 par exemple, un ensemble régulateur de pression de fluide 50 associé à l'unité 18, installé sous l'eau de manière à être manoeuvré pour modifier l'application de la pression de fluide, par l'intermédiaire de l'unité 18 par 5 exemple, à l'équipement de tête de puits (tel qu'obturateur antiéruption, vanne maîtresse, raccord, etc.). Un ensemble de manoeuvre 51 comprenant un élément étanche électriquement excitable (comme par exemple un enroulement ou dea enroulements5la de bobine de solénoîde) est également représenté adapté pour être immergé 10 (au moyen du câble 52 par exemple) à proximité fonctionnelle de l'ensemble régulateur 50. Au moins un de ces ensembles comprend également une structure prévue pour se déplacer en réponse à 1'excitation de 1'élément 51a pour manoeuvrer l'ensemble régulateur. Cette structure peut 15 comprendre par exemple une pièce telle qu'un plongeur (ou plongeurs) 53 s'étendant dans le champ magnétique de la bobine, ou bobines, 51a quand les ensembles 50 et 51 se trouvent à proximité opérationnelle, comme sur la Figure 3. Comme on le voit clairement d'après les dessins, les plongeurs 53 sont montés sur l'ensemble 20 50 de manière à faire saillie vers le haut pour se loger partiellement dans les bobines 51a en réponse à un déplacement relatif de rapprochement opérationnel des ensembles. Lors de l'excitation de la bobine 51a, le plongeur 53 se trouve attiré plus complètement dans la bobine par l'attraction magnétique, 25 comme indiqué par le repère 53_a sur la Figure 3. L'ensemble régulateur comporte également un, ou plusieurs, élément soupape 54 relié fonctionnellement au plongeur, ou plongeurs, afin que les éléments soupapes puissent se déplacer en réponse au mouvement du plongeur. Des carters 55 contiennent 30 les éléments soupapes et sont montés sur une structure d'embase 56 montée sur l'installation. On remarquera les orifices 57 et 58 dans les carters de soupapesà travers lesquels est réglé l'écoulement du fluide de pression, cet écoulement passant par les conduites 59 et 60 venant de l'unité 18 et y retournant pour 35 la distribution,au matériel de tête de puits,de la pression provenant de l'enceinte 24. Une structure de plateau 61 s'étend aux extrémités supérieures des carters, et est reliée à ces carters, pour qu'une plaque infériqure 62 de l'unité 51 repose dessus dans la position de la Figure 3. Les plongeurs. 53 font 40 saillie vers le haut par des ouvertures 63 du plateau 61 et par 70 05575 6 2031477 des ouvertures 64 de la plaque 62. On notera la présence de protections tubulaires90 entourant étroitement les plongeurs et montées sur le plateau 61 de manière à empêcher l'eau de mer d'arriver aux plongeurs. Les bobines 51a sont isolées de l'exté-5 rieur de façon étanche, au moyen de masses résineuses 65 et 165 par exemple ( formant des évidemênts 66 recevant les bobines) et par la structure de plaque 62 ne recouvrant le dessous des masses 165. On remarquera également les douilles métalliques tubulaires 67 d'une seule pièce avec la plaque 62 et logées 10 dans les bobines en étant dimensionnées de manière à recevoir les protections 90, les douilles étant fermées en 68. Une autre caractéristique dé l'invention concerne la présence d'une structure de guidage disposée de manière à guider le plongeur, ou plongeurs, par rapport à la bobine, ou bobines, et dans celle -ci, 15 par suite de l'immersion de l'ensemble de manoeuvre 51 à proximité opérationnelle de l'ensemble régulateur. Cette structure peut comporter de façon typique, une cloche 70 montée sur 1'ensemble 51 et disposée de manière à recevoit la pénétration relative de bas en haut de l'ensemble régulateur. La cloche est représentée 20 comme comportant une partie tubulaire 71 et une partie évasée 72 servant à guider l'ensemble 50 de bas en haut dans la partie tubulaire 71 dans laquelle elle se trouve centrée de façon que les plongeurs s'alignent avec les bobines. Cet alignement, autour de l'axe vertical 74,est assuré grâce à des éléments d'assemblage 25 mâle et femelle 75 et 76 placés sur les ensembles et situés de manière à s'adapter l'un sur l'autre au cours de la pénétration relative. On remarquera par exemple l'embouchure élargie 76a de la fente ou gorge 76 qui reçoit librement l'ergot ou axe 75 et sert à guider celui-ci dans la portion de guidage 76b de la 30 fente, pour un alignement précis. La fente 76b sert également d'orifice d'évacuation de l'eau lors du montage. Le procédé de 1'invention comporte les phases de fourniture à l'installation d'un élément de commande de soupape, en saillie, (comme le plongeur 53 par exemple) susceptible de se déplacer 35 sous l'effet de la force magnétique qui lui est appliquée, le mouvement de cet élément ayant pour effet de commander la soupape 54 pour régler la pression appliquée à ljappareillage; la descente sur cet élément d'un élément étanche (telle que la bobine 51a) qui est éléctriquement excitable pour se coupler à l'élément de commande 40 et coopérer magnétiquement avec celui-ci; et d'envoi d'un courant 70 05575 7 031477 électrique à l'élément 51a pour l'exciter et assurer le déplacement de l'élément de commande 53 de la soupape. Cette transmission de courant peut se faire par des lignes ou câbles 80 allant jusqu'à la surface le long du câble de descente 52, représenté sur 5 la Figure 3. L'élément 51a peut être ensuite remonté de bas en haut pour être retiré de la mer pendant les périodes dans lesquelles le changement de position, de l'outillage sous-marin n'est pas nécessaire. A cet effet, les diverses vannes 54 (à 4 voies par exemple) peuvent être associées par paires aux divers outils sous-10 marins, de manière telle que le fonctionnement d'une vanne d'une paire déplace le piston d'un outil dans un sens et que le fonctionnement d'une autre vanne d'une paire déplace le piston d'un outil dans le sens opposé. Le matériel de remontée à la surface est indiqué par le repère numérique 40 sur la Figure 4. 15 La Figure 5 représente une forme de cette invention dans laquelle cette pièce de manoeuvre de vanne,qui se déplace magnétiquement en réponse à l'excitation de la bobine, est montée en vue d'un déplacement linéaire tout en demeurant hors de relation pénétrante avec la bobine. La pièce 100 comprend par exemple.une 20 plaque loi (en fer par exemple) sur une tige centrale 102 reliée en 103 à la vanne (non représentée). Un carter 104 de cette pièce 100 comprend un corps 105 dans lequel la tige est guidée en 106 pour un déplacement linéaire, et un panneau non métallique 107 obturant la cavité 108 de façon étanche dans laquelle la plaque 25 loi se trouve logée. L'ensemble de manoeuvre 109 comprenant une bobine 110 est représenté à proximité opérationnelle de la pièce 100 de l'ensemble régulateur. Autrement, l'appareillage peut être tel que représenté sur les Figures 1 à 3. Sur la Figure 6, l'ensemble de manoeuvre comprend les bobines 30 de solénoïde 115 et 116 autour des pièces polaires 117 et 118 qui peuvent former par exemples des pôles nord et sud, respectivement, à un moment donné. Une pièce de manoeuvre de vanne 119 est espacée des pièces polaires et comprend une plaque 120 construite de manière à tourner quand les bobines sont excitées. 35 La pièce 119 est montée dans le carter 121 de manière à tourner, comme représenté, et pour être protégée contre les attaques de l'eau salée. Enfin, la Figure 7 montre un ensemble de manoeuvre 122 possédant une bobine 123, formant un alésage 124 dans lequel se 40 loge une douille de protection 125, La bobine 123 peut être associée 70 05575 2031477 à un feuilletage et à des barreaux appropriés (indiqués par le repère numérique 126) pour constituer un stator de moteur fournissant un champ magnétique tournant lorsque la bobine est excitée par du courant alternatif. La pièce de manoeuvre de la vanne 5 comprend ici un rotor 127 d'un moteur dans l'ensemble régulateur de pression de fluide 128, le rotor pouvant être reçu relativement dans la douille 125 lorsque les ensembles 122 et 128 sont amenés à proximité opérationnelle. Une connexion au rotor est représentée par le repère numérique 130, pour assurer une rotation correcte 10 de la vanne immergée (non représentée). Une protection 131 s'étend autour du rotor en saillie, pour le protéger des attaques de l'eau salée. 70 05575 9 203147? REVENDICATIONS 1. Un appareil de commande pour équipement de tête de puits sous-marin, compr'enant : un ensemble régulateur de pression de fluide conçu pôur être installé sôus l'eau de façon à*être actionné 5 pour faire varier l'application d'une pression de fluide; un ensemble de manoeuvre comprenant un élément étanche électriquement excitable conçu pour être descendu sous l'eau à proximité opérationnelle dudit ensèfttble régulateur; un au moins dçsdits ensembles comportant une structure prévue pour1 se déplacer en réponse à 10 l'excitation dudit élément afin d'actionner ledit ensemble régu-» lateur. 2. Un appareil selon la revendication 1, comprenant un moyen pour faire descendre ledit ensemble de manoeuvre à proximité opérationnelle dudit ensemble régulateur. 15 3. Un appareil selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ledit élément comprend une bobine, et dans lequel ladite structure comprend une pièce prévue pour être magnétiquement déplacée en réponse à l'excitation électrique de ladite bobine. 4. Un appareil selon la revendication 3, dans lequel ladite 20 pièce comprend un plongeur monté sur ledit ensemble régulateur de façon à faire saillie pour se mouvoir dans ladite bobine en réponse à l'excitation de celle-ci, lesdits ensembles s'étendant à proximité opérationnelle. 5. Un appareil selon la revendication 3, dans lequel ladite 25 pièce est montée en vue d'un mouvement rotatif en réponse à l'excitation de la bobine. 6. Un appareil selon la revendication 3, dans lequel ladite % pièce est montée en vue dudit mouvement tout en demeurant en dehors de la bobine. 30 7. Un appareil selon la revendication 3, 4, 5 ou 6, dans lequel ledit ensemble régulateur comprend un élément soupape ayant une connexion de travail avec ladite pièce. 8. Un appareil selon la revendication 3, 4, 5, 6 ou 7, comprenant une structure de guidage installée de manière à guider ladite 3 5 pièce jusqu'à proximité relative de ladite bobine lors de l'immersion dudit ensemble de manoeuvre à proximité opérationnelle dudit ensemble régulateur. 9. Un appareil selon la revendication 8, dans lequel ladite structure de guidage comporte une cloche montée sur ledit ensemble 40 de manoeuvre et conçue pour être installée de manière à permettre 70 05575 10 2031477 une pénétration relative dudit ensemble régulateur, et des éléments à emboîtement mâle et femelle dont un se trouve sur la cloche, situés pour s'adapter l'un sur l'autre pendant ladite pénétration relative. 5 10. Un appareil selon la revendication 3, 4, 5, 6, 1, 8 ou 9, dans lequel ledit ensemble de manoeuvre comprend au moins deux bobines de solénoïdes étanches, et ledit un desdits ensembles comporte au moins deux parties, une conçue pour être mue magnétiquement en réponse à l'excitation d'une bobine et l'autre conçue 10 pour être mue magnétiquement en réponse à l'excitation dè l'autre bobine.