Brevet FR2150600A1 — publié le 19730413

La présente invention concerne des mandrins à vanne récupérable à utiliser dans un train de tiges1 mandrins qui ont un trou de libre passage permettant d'y faire circuler les outils de forage et qui ont une poche latérale désaxée par rapport à l'axe du trou et destinée à recevoir une vanne ou un élément de régulation de débit récupérable. En général le mandrin a une section droite ovale et est fabriqué en soudant séparément un bottier de vanne et un collier d'ancrage de la vanne sur un des cotés du corps du mandrin. Toutefois, lorsque le bottier de vanne et le collier d'ancrage sont soudés au corps de mandrin, le boitier de vanne et le collier ancrage sont généralement gauchis au cours du procédé.Par suite du gauchissement qui se produit au cours du soudage, on doit procéder à'la finition de la poche de vanne après soudage par insertion des outils de finition à l'une des extrémités du mandrin et ainsi on ne peut pas mainter.-r des tolérances serrées, ce qui fait que 1'étanchéité de la vanne dans la poche est inférieure à l'étanchéité optimale. Ensuite, dans le cas où le dispositif d'ancrage qui agit en coopération est gauchi par rapport à la poche latérale ou n'est pas soudé en place dans l'alignement exact du boîtier dans lequel est ménagée la poche latérale, la vanne ne se trouve pas correctement ancrée en position dans la poche latérale.En outre, par suite de la configuration intérieure de ces mandrins qui ont une section droite ovale, il y a une limitation des pressions intérieures pour lesquelles ces mandrins sont calculés, par exemple une pression de 400 kg/cm2. La présente invention cnnsiste à fournir des améliorations qui non seulement permettent aux mandrins de résister à des pressions élevées, mais ces mandrins sont plus économiques à fabriquer et ont une construction plus précise ce qui leur permet de mieux jouer le role auquel ils sont destinés La présente invention fournit un mandrin de puits pour pressions élevées dans lequel le bottier de vanne est soudé au corps de mandrin en une position telle que la surface totale sur laquelle s'exercent les pressions internes est réduite de façon à accroître l'aptitude du mandrin c résister à des pressions internes élevées : l'invention prévoit également que la masse de matériau dans le boîtier de vanne a des dimensions suffisantes pour empecher le gauchissement de la poche de vanne lorsque le bottier e St soudé au corps, grace à quoi le bottier de vanne peut etre usiné avant soudage; enfin, le bottier de vanne comporte un collier d'ancrage de la vanne qui est formé d'une seule pièce avec le bottier de vanne avent soudage du bottier au corps, de façon à assurer un alignement précis du collier d'ancrage avec le bottier de vanne. C'est un objet de la présente invention de ménager dans le mandrin un trou qui a une section droite sensiblement circulaire de façon à limiter la surface tqtale sur laquelle s'exercent les pressions internes et de souder le bottier de vanne au corps du mandrin en formant des cordons s'étendant axialement et détaxés latéralement, par rapport à l'axe du trou du bottier et dans la direction du bottier de vanne, d'une distance non supérieure au rayon du trou de façon à réduire les forces auxquelles les soudures sont soumises, C'est un autre objet de la présente invention de forger et d'u -siner le boitier de vanne d'une seule pièce avec le collier d'ancrage de façon à contrôler étroitement l'accrochage de la vanne par le dispositif d'ancrage et de façon à pérmettre une bonne finition de l'intérieur de la poche de vanne avant le soudage du bottier au corps pour assurer une meilleure étanchéité de la vanne. Un autre objet encore, est de-mettre en forme le bottier de vanne pour que son profil extérieur s'adapte à celui du corps, ce qui réduit les chances de grippage dans le puit et permet l'utilisation de machines de soudage automatiques de façon à assurer une soudure contrôlée de façon plus uniforme. Afin de mieux comprendre l'invention, on va la décrire maintenant avec référence acdessins annexés La Figure 1 est une vue en élévation partielle, en coupe transversale, illustrant le mandrin de la présente invention dans un train de tiges de puits. La Figure 2 est une vue en coupe transversale d'un mandrin des techniques ntérieures. La Figure 3 est une vue en coupe transversale prise le long de la ligne 3-3 de la Figure l, et la Figure z est une vue en coupe transversale similaire à la Figure 3 et illustrant une forme modifiée de la pré-sente invention. Reportons-nous maintenant au dessin l: le numéro 10 indique génralement le mandrin de la présente invention qui comprend à chacune de ses ortrE=iés un moyen a'assemblage tel que les filetages 12 et 14 qui permettent de monter le mandrin 10 dans un train de tiges de puits 16. Dans le mandrin 10 est ménagé un trou de libre passage 18 qui est aligné avec le train de tiges de puits 16 permettant de faire passer librement les outils de forage dans le mandrin 10. En outre le mandrin 10 comporte un bottier de vanne 22 dans lequel est ménagée une poche tubulaire intérieure 24 destinée à recevoir une vanne conventionnelle ou tout autre moyen de régulation de débit qui assure la régulation de débit par les ouvertures 26, en direction de la poche tubulaire 2z et en provenance de celleci. Le mandrin 10 comporte également un collier d'ancrage de la vanne .25 situé au-dessus de la poche latérale24 qui, parallèlement à un moyen d'ancrage, joue sur une vanne (non représentée) qu'on introduit dans la poche latérale 24. Reportons-nous maintenant à la Figure 2 qui illustre une surface d'un mandrin de technique antérieure vue en coupe transversale : On note que le corps du mandrin 30 est de forme généralement ovale et que le bottier 32 est assemblé au corps 30 par des soudures 34. Toutefois ces mandris des techniques antérieures sont généralement calculés pour une pression interne d'éclatement de 400 kg/cm2 et une pression externe d'effondrement 2 de 350 kg/cm2. En outre, on a noté que la rupture se produit normalement au niveau des soudures 34. Dans le mandrin des techniques antérieures de la Figure 2, l'assemblage du bottier latéral 32 au corps 30 par des cordons de soudure 3 provoque un gauchissement de la poche latérale 32, ce qui explique qu'on doit finir l'intérieur 36 après soudage du bottier 32 en introduisant des outils par l'assemblage terminal 12 du mandrin. Ces opérations de finition étaient difficiles à effectuer pour fournir la surface d'étanchéité souhaitable avec la vanne qui y était introduite. Reportons-nous maintenant à la Figure 3, mode de réalisation préféré du mandrin de la présente invention : dans ce cas, la surface totale du trou 18 se trouve réduite par rapport à celle du trou 17 de la techniaue antérieure, ce qui limite les forces internes à l'intérieur du mandrin 10 qui s'exercent sur le corps 20. Toutefois le trou 18 est encore suffisamment grand pour offrir une ouverture totale en alignement avec celle du train de tiges de puits pour permettre le passage des outils de forage vers le haut et vers le bas à travers le mandrin 10. Ainsi, la ligne en pointillé 40 indique l'ouverture totale du trou. Le boitier de vanne 22 est soudé au corps du mandrin 20 par les cordons de soudure z2 qui s'étendent axialement.Afin de réduire les forces qui s'exercent sur les cordons de soudure 42, les cordons de soudure 42 se trouvent désaxés latéralement, par rapport à l'axe 44 du trou 18 du corps 20 et en direction de la poche de vanne 2z, d ' une distance non supérieure au rayon du trou 18. Ainsi , meme si la pression interne est la meme, la force totale qui s'exerce sur les cordons de soudure 2 est inférieure à la force totale qui srexerce sur les cordons 34 des techniques antérieures représentées sur la Figure 2.En outre la partie interne 6 du bottier de vanne 22 qui est voisine du trou 18 entoure sensiblement la circonférence du trou circulaire 18 jusqutauspoints de soudure du bottier 22 avec la paroi du corps 20, ce qui réduit la surface du mandrin 10 à la forme géométrique la plus efficace pour résister aux pressions internes, autrement dit le cercle. En outre la masse du matériau formant le bottier de vanne 22, qui entoure la poche de vanne 24, est rendue suffisamment grande pour empecher le gauchissement du bottier de vanne 22 et de la poche 24 au moment du soudage du bottier 22 avec le corps 20 par les cordons de soudure 42. Ceci permet l'usinage complet du bottier 22 avant son soudage au corps 20 et avant aucun traitement thermque. Ainsi, la puche de vanne 24 peut etre finie à des tolérances très serrées et avec un beau fini qui assure une meilleure étanchéité avec la garniture de la vanne (non représentée) qu'on doit introduis dans la poche latérale 24.On ne pouvait pas y parvenir avec précision dans les mandrins des techniques antérieures de La Figure 2, étant donné que le bottier 32 se gauchissait lorsqu'on le soudait au corps 30 par les cordons de soudure 34, et on devait achever la finition après soudage et par les extrémités du corps du mandrin 30. Il faut noter que le boitier 22 eut que le corps 20 comportent des surfaces complémentaires s'étendant. axialement as et 50. Ces surfaces complémentaires permettent l'alignement du bottier 24 et du corps 20 l'un par rapport a l'autre lors du soudage. Le bottier de vanne 22 est mis en forme de telle sorte que son profil extérieur 52 correspond au profil extérieur du corps 20. On peut ainsi réaliser les soudures 42 qui s'étendent dans le plan axial et les soudures transversales 54 (Figure 1) en utilisant des machines de soudage automatique, ce qui permet d' obtenir des cordons de soudure plus uniformes. Par ailleurs, étant donné que le diamètre extérieur et la surface extérieure du bottier de vanne 24 correspondent au diamètre extérieur et à la configuration du corps 20, on réduit ainsi au minimum les opérations de rodage et de finition et on obtient une surface continue lisse, ce qui permet de déplacer librement le mandrin 10 a travers un puit de forage avec moins de risques que le mandrin se trouve grippé. Reportons-nous & a nouveau à la Figure 1 : on note que le collier d'ancrage de la vanne 25 de la présente invention est formé d'une seule pièce avec le bottier de vanne 24, ce qui assure que le dispositif d'ancrage 25 est correctement positionné par rapport à la poche de vanne 24 si bien que la vanne introduite dans ;la garniture s'y trouve correctement verrouillée. Naturellement on peut faire d'autres modifications, telles que la modification représentée sur la Figure a, dans laquelle les parties identiques sont repérées par des numéros correspondants aux parties des Figures 1 et 3 avec l'addition du suffixe "a", tans cette modification, les cordons de soudure s'étendant axialement 42a sont diamétralement opposés l'un à l'autre au voisinage de la circonférence extérieure du trou 18a et la masse du matériau formant le boitier 22a est encore plus grande que celie qui est représentée sur la Figure 3, tnutes ces caractéristiques ;contribuant à fournir un mandrin capable de résister à des pressions encore plus élevées. Au cours de la fabrication, le corps de mandrin 30 est fabriqué selon les techniques conventionnelles et une fenêtre y est découpée afin d'y introduire et d'y souder le bottier de vanne 22. Le > bottier 22 est forgé ou usiné d'une seule pièce avec la poche de vanne 2 et le collier d'ancrage de la vanne 25. Le bottier 24 est alors complètement usiné par finition de la poche 2z L des tolérances serrées et au fini désiré, étant donné que l'opération de soudage ne gauchit pas le bottier 22. Ensuite, le bottier fini 22 est mis ;en place contre le corps20, les surfaces complémentaires 48 et 50 jouant parallèlement pour aligner avec précision le bottier 22 et le corps 20. Le bottier 22 peut alors autre soudé le long des cordons de soudure 42 et 54 par une machine de soudage automatique de façon à obtenir un cordon de soudure uniformément contrôlé. tn peut alors traiter le mandrin 10 ou le finir encore sans nécessiter d'autre finition du bottier de vanne 22. On a testé un mandrin 10 ayant la forme représenteesur la augure 3, en coupe transversale, et ce mandrin résiste bien aux pressions internes 2 de 1000 kg/cm Donc, la présente invention est parfaitement adaptée pour mettre en oeuvre les objets et atteindre les buts et avantages mentionnés ainsi que d'autres caractéristiques qui sont inhérentes cette invention. REVENDICATIONS 1. Mandrin à utiliser dans un train de tiges de puits et comportant un corps de mandrin ayant un trou de libre passage destiné à entre dans l'alignement de celui du train de tiges, et un bottier de vanne dans lequel est ménagée une poche intérieure de vanne, la face extérieure dudit boftier de vanne qui est la plus éloignée dudit trou étant placée de façon à former une partie de l'extérieur dudit corps et la face extérieure dudit bottier qui est la plus proche de l'axe du trou délimitant une partie de la circonférence dudit trou, caractérisé par le fait que ledit trou a une section droite sensiblement circulaire, ledit bottier de vanne étant soudé audit corps de mandrin par des cordons de soudure s'étendant axialement qui sont désaxés latéralement, par rapport à l'axe dudit trou et dans la direction du boitier de vanne, d'une distance non supérieure au rayon dudit trou, la masse du matériau formant ledit bottier devanne, qui entoure la poche de vanne et qui est située entre la poche de vanne d'une part et la surface extérieure et lesdits cordons de soudure d'autre part, étant suffisante pour empêcher le gauchissement de la poche de vanne au moment du soudage du bottier de vanne au corps du mandrin. 2. Mandrin selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit corps de mandrin a une section droite ovale, ledit bottier de vanne étant mis en forme de façon à ce que son profil extérieur s'adapte à celui dudit corps. o. Mandrin selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que la partie du bottier de vanne qui est voisine du trou entoure sensiblement la circonférence du trou jusqutauKpointsot le bottier s'unit à la paroi du corps de mandrin. 4. Mandrin selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé par un collier d'ancrage de la vanne qui est formé d'une seule pièce avec ledit bottier de vanne avant soudage du bottier au corps, ledit boitier et ledit corps présentant des surfaces complémentaires s'étendant axialement qui assurent l'alignement du bottier et du corps avant soudage. 5. Mandrin selon l'une des revendications 1 à .-, caractérisé par le fait que lesdits cordons de soudure s'étendant axialement sont situés près de la circonférence extérieure dudit trou et diamétralement opposés, lesdits cordons étant situés à égale distancie de l'axe de la poche de vanne.