Brevet FR2146126A1 — publié le 19730302

La présente invention concerne un outil destiné à racler les dépôts sur les parois des tubes pour puits. L'huile brute obtenue à partir de nappes minérales liquides contient fréquemment des hydrocarbures paraffiniques à longue channe. Lorsque cette huile brute traverse des tubes associés à un puits d'extraction de ces dépôts minéraux liquides, les hydrocarbures paraffiniques contenus dans l'huile brute tendent à se solidifier et à se déposer sur les tubes de la colonne de production du puits. Ce dépôt d'hydrocarbures paraffiniques peut finalement boucher la colonne de production si une quantité suffisante d'hydrocarbures paraffiniques s'est solidifiée sur les parois, ce qui a pour conséquence que la production d'huile et/ou de gaz naturel par le puits est interrompue. On utilise dans certains cas l'injection d'eau pour faciliter la production des puits aboutissant à des nappes minérales liquides. Si l'on procède à des injections dreau, des tubes formant une colonne d'injection s'enfoncent jusqu'à des profondeurs choisies dans le puits. Si la température de l'eau passant par la colonne d'injection est suffisamment basse, les divers sulfates et carbonates contenus dans cette eau peuvent conduire à un résultat très semblable à celui, décrit ci-dessus, obtenu avec la paraffine. Plus précisément, les sulfates et carbonates une fois solidifiés par les basses températures tendent à boucher la colonne d'injection. Pour détruire les accumulations de paraffine, sulfates et carbonates formant des masses solides, il était courant, dans l'industrie de l'huile brute et du gaz naturel d'utiliser des outils qui peuvent entre déplacés par pression hydrostatique le long des tubes associés au puits et qui sont généralement connus sous le nom d'outils pour conduite traversante. En général, ces outils pour conduite traversante sont réalisés sous la forme d'ure colonne comportant un ou plusieurs éléments moteurs constitués par un piston qui est déplacé par la pression appliquée par un liquide introduit dans les tubes. Ces tubes comportent en général un élément racleur et des accouplements raccordant en série un ou plusieurs éléments à piston et au moins un élément racleur. Les réalisations de la technique antérieure de ces outils classiques étaient sujet tes à des limitations importantes. Une limitation concernait le rayon de courbure des coudes des tubes utilisés pour les puits qui devait toujours titre supérieur à environ 1,50 m.Les éldments avec piston de ces outils sont en partie responsables de cette limitation liée 'a la longueur suivant l'axe de la surface au contact du tube ou obturatrice.L'impossibilité de faire passer les pistons à travers les coudes de rayon de courbure moindre est également la conséquence de la nature peu élastique d'au moins une partie de la surface au contact ou d'obturation. Linapti- tude de ces outils de la technique antérieure, dans leur enseme ble, à prendre ces vir3ges,était également la conséquence de l'accouplement assez rigide utilisé entre l'élément à piston et l'élément racleur ainsi quta la longueur de l'élément racleur. Une seconde limitation concernant les outIls de la technique antérieure est leur prix élevé. Comme on l'a indiqué ci-dessus, ces outils comportent plusieurs éléments qui forment une colonne.Chacun des éléments des outils de la technique antérieure est coûteux par lui-m8mer ce qui fait du prix de l'ensemble de l'outil, comportant tous ces éléments coteux, un facteur important si l'on considere-les coûts de production pour les puits. Une troisième limitation concernant les outils de la technique antérieure était l'obligation d'utiliser un groupe différent d'outils pour chaque dimension de tube. Par conséquent, il était nécessaire de disposer de plusieurs colonnes d'outils pour entretenir correctement un groupe de puits comportant des tubes de diamètres variés. Etant donné que, comme on la indiqué ci-dessuss le coût d'une seule colonne d'outils est un facteur assez important des coûts de production, on se rend compte facilement que l'obligation de disposer de plusieurs colonnes d'outils devient un facteur très important en ce qui concerne la production. Une quatrième limitation concerne l'obligation de remplacer les divers éléments d'une-colonne d'outils du fait de l'usure. A ce sujet, on peut se rendre compte qu'un joint hermétique entre un élément à piston et les tubes est nécessaire si l'outil doit être chassé dans le tube par la pression hydrostatique d'un liquide appliqué à une extrémité d'un élément à piston.Par conséquent, si les éléments è piston s'usent sur leur surface d'obturation, de manière à permettre des pertes exagérées de liquide autour de chaque piston, l'élément à piston ne peut jouer le rôle d'organe moteur pour l'outil. Ceci oblige à remplacer les éléments à piston usés de l'outil, avec la dépense correspondante. Une cinquième limitation des outils de la technique antérieure concerne la face d'obturation des élé- ments à piston. Dans certains cas, ces éléments à piston comportent des pièces rapportées en tungstène qui sont fixées à un manchon de caoutchouc vulcanisé et jouent le rôle de surface de contact avec les tubes du puits. Après une longue utilisation des éléments a piston, les pièces rapportées en tungstène se détachent du manchon de caoutchouc et, si cela arrive, les pièces rapportées en tungstène se coincent entre l'outil et le tube, calant la colonne d'outils dans le tube. Quand la surface d obturation comporte des anneaux en caoutchouc, le sable peut s'accumuler entre ces anneaux et le tube , ce qui produit un coincement qui peut également caler-l'outil. Eflfn , les outils de la technique antérieure étaient assez lourds . Par conséquent, il faut une forte pression qui n'est pas toujours disponible pour soulever la colonne-d'outils vers l'extérieur des tubes d'un puits. De plus, il faut une capacité de freinage considérable pour vaincre l'inertie de ces lourdes colonnes d'outils lors du retour desdites colonnes à leur emplacement de stockage. I1 est évi- dent pour les spécialistes que l'énergie à dissiper peut être considérable quand les outils se rapprochent à grandetesse dudit emplacement de stockage. La présente invention a par conséquent pour objets : un outil de nettoyage des tubes utilisables avec des tubes de puits comportant des coudes de rayon de courbure assez faible, peu coûteux, et qui peuvent 4tre utilisés pour plusieurs diamètres de tubes ; un outil qui peut être ajusté de manière b compenser son usure et qui mtest pas sujet au coincement dans des tubes de puits ; un outil qui a un poids réduit et par conséquent une inertie réduite. En conformité avec ce qui precède, l'outil selon l'invention peut comporter un- élément à piston ayant une surface de contact élas-tique avec le tube, dont l'axe peut avoir une forte courbure. Le diamètre d'un tel piston peut être ajusté en rapprochant ou écartant des organes de serrage aux extrémités opposées du piston pour pouvoir l'utiliser avec des tubes de dimensions diverses et compenser son usure. D'autres objets et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins annexés, dans lesquels La figure 1 est une- vue en élévation latérale d'une partie d'un outil pour conduite traversante comportant un élément racleur et un des divers organes moteurs ou élément à piston la figure 2 représente une coupe verticale de l'élément c piston de l'outil; la figure 3 est une coupe verticale fragmentaire qui comporte une lame de l'élémont racleur la figure 4 représente @@e coupe verticale de l'accouplement flexible de l'outil . La figure 1 représente une partie d'un outil -10 pour conduite traversante dans un tube de puits 12 comportant un élément racleur 14 branché en série avec un élément à piston 16-par un accouplement flexible 18-. Pendant le raclage du tube 12 de puits, des lames racleuses 20 chargées par des ressorts qui décrivent une portion d'hélice le long de l'élément racleur 22 et autour de celui-cl, viennent en contact avec la paraffine ou les dépits sur les tubes 12 et les enlèvent en les raclant, lorsque la colonne d'outils 10 est entraînée dans la direction avant I par la pression hydrostatique provenant de ltarriere. Cette pression hydrostatique provenant de l'arrière, agissant sur la section transversale arrière de l'élé- ment 16 à piston, comportant une portion hémisphérique 24 d'un obturateur sphérique 26 fournit une force motrice suffisante pour déplacer la colonne entière d'outils 10 vers l'avant, pour gratter la paraffine ou les dépôts sur les tubes 12. De mime, une pression hydrostatique dans la direction de retour 2, agissant sur la section transversale avant de l'élément à- piston 16, constituée par une portion 28 hémisphérique de ltob- turateur sphérique 26 applique une force motrice de retour à la colonne d'outils 10 après que la paraffine ou les dépôts ott t été enlevés par grattage des parois des tubes 12.Il est bien~évident que c'est la longueur assez faible suivant l'axe de la surface 29 au contact des tubes qui caractérise l'obtura- teur 26 courbe ou sphérique, ce qui est particulièrement important pour atteindre certains des objets de l'invention. Par ailleurs, l'élasticité de la surface 29 de contact formée par l'obturateur 26 et les moyens destinés à appliquer des efforts de compression axiaux à l'obturateur 26, constitué par des organes de serrage 30 mobiles axialement les uns par rapport aux autres, permettent d'atteindre d'autres objets de l'invention. En utilisant un caoutchouc synthétique Hycar pour la réalisation de l'obturateur 26, on obtient une élasticité suffisante pour permettre d'ajuster la surface de contact pour des diamètres compris entre 4,32 et 5,08 cm pour des tubes de 5,24 et de 6,03 cm ou de 5,08 à 6,35 cm pour des tubes de 6,03 à 7,30 cm. Le mot Hycar est le nom commercial de divers types de caoutchouc synthétique fabriqués aux Etats-Unis d'Amerique par la firme Goodrich Chemical Company. Le caoutchouc préféré-est un caoutchouc nitrile Hycar qui est un copolymère de butadiène et d'acrylonitrile. Ce caoutchouc a une résistance remarquable à l'huile brute, à l'eau salée et aux solvants. On peut employer d'autres matières élastiques, à condition qu'elles résistent au pétrole brut et à l'eau salée. En particulier, la longueur de la surface 29 de contact avec les tubes 12 est petite et nettement inférieure au diamètre de l'obturateur 26 de manière à permettre à l'élément à piston de passer à travers les coudes du tube 12 ayant un rayon de courbure assez faible, à savoir de l'ordre de 0,9,m. De plus, cette forme courbe ou sphérique de l'obturateur 26 doit, lors de l'application d'efforts de compression axiaux variables par les organes de serrage 00, permettre d'augmenter ou de réduire le diamètre de la surface de contact 29. Par conséquent, l'élément à piston 16 peut être utilisé avec des tubes 12 ayant des coudes de courbures différentes et peut également entre ajusté pour tenir compte de l'usure le long de la surface 29 au contact des tubes. De plus, la suppression des pièces métalliques rapportées sur l'obturateur 26 et la suppression des anneaux de caoutchouc permettent de réduire considérablement ou mssme d'annuler les risques de calage de l'élément à piston. La figure 2 représente les moyens utilisés pour ajuster le diamètre extérieur de l'élément t6 à piston on voit que l'organe de serrage 30 comporte un organe de serrage avant 32 avec une surface 34 concave tournée vers l'arrière qui a sensiblement la forme de l'hémisphère avant 28 et un organe de serrage 36 avec une surface concave 38 tournée vers l'avant qui a sensiblement la- forme de I'hémisphère arrière 24. L'organe de serrage 30 comporte de plus une tige creuse 40 solidaire de organe de serrage 32 et traverse axialement l'obturateur 26. Pour appliquer des efforts de compression axiaux variables à l'obturateur 26 en utilisant les organes de serrage 34 et 36, la tige creuse 40 est filetée sur une partie 42 pour permettre de visser un écrou 44 sur la face arrière 46 de l'or- gane de serrage 36. Lorsque l1écrou 44 est vissé sur la partie filetée 42 en direction de l'organe de serrage 32, ltécrou 44 s'appuie contre la face arrière 46 de l'organe de serrage 36 afin d'appliquer un effort de compression axial accru à l'obturateur sphérique 26, de manière à augmenter le diamètre extérieur de celui-ci à l'emplacement de la surface de contact 29. Lorsque l'écrou 44 est dévissé sur le filetage 42 en l'écartant de l'organe de serrage 32, les efforts de compression appliqués à l'obturateur sphérique 26 diminuent, réduisant ainsi le diamètre extérieur à la surface de contact 29. Pour maintenir un diamètre extérieur déterminé de l'obturateur sphérique 26 et par conséquent de l'élément 16 à piston, une tige 48 est introduite par un trou dans I'écrou 44 et pénètre dans une ou'deux des fentes diamétralement opposées 50 ménagées et orientdes axialement le long de la tige creuse 40 et qui ont sensiblement les mêmes dimensions. que le filetage 42. A l'extrémité antérieure et sur l'axe de la tige creuse 40, se trouve un étranglement amovible 52 qui permet de limiter l'écoulement du fluide circulant en dérivation par les passages axiaux en dérivation de l'outil 10, y compris la tige creuse 40.A l'extrémité antérieure et à l'ex- térieur de la tige creuse 40 se trouve un manchon 54 de l'accouplement flexible 18 qui se visse sur le filetage 56 de la tige creuse 40. Comme on peut s'en rendre compte, le diamètre de l'obturateur sphérique 26 et par conséquent celui de l'élément à piston 16.sont ajustables de manière à permettre d'utiliser l'outil 10 avec des tubes de puits de dimensions diverses. Pour permettre d'utiliser l'élément racleur 14 avec des tubes 12 de puits de différentes dimensions, les lames 20 du racleur sont chargées par des ressorts et des moyens sont incorporés pour permettre le démontage et ltéchange des ressorts de manière à ajuster le diamètre extérieur de l'élément racleur 20 (figure 3'. Plus particulièrement, le racleur 22 comporte;avec un passage 61 axial en dérivaticn; un capuchon fileté intérieurement 58 qui se visse sur les filets 60 d'un manchon 62. En retirant le capuchon 56, l'épaulement antérieur 64 de chaque lame 20 du racleur est mis à nu, permettant' de soulever et de déplacer vers l'avant l'extrémité avant de la lame 20 du racleur, découvrant ainsi un épaulement arrière 66, ce qui permet de retirer chaque lame 20 du racleur.Un ressort-lame 68 est placé dans une encoche hélicoidale 74 et s'appuie sur la surface intérieure 70 de la lame 20 du racleur, ajustant ainsi la position d'une surface 72 extérieure de nettoyage et le diamètre du racleur 14. Etant donné que le ressort-lame 68 peut être retiré, il est possible d'employer des ressorts-lames de dimensions diverses pour faire dépasser radialement d'une quantité variable et ajustable les lames 20 du racleur à ltextérieur des encoches 74 ménagées dans le corps 22 du raclewr. Pàr conséquent, le diamètre de l'élément racleur 14 peut être choisi de manière à correspondre au diamètre de l'élément 16 à piston et par conséquent à une dimension particulière des tubes du puits. Par ailleurs, la longueur axiale relativement courte du racleur 14, associée aux lames chargées par un ressort permet de faire passer l'élément racleur 14 à travers des coudes de tubes de rayon de courbure assez faible. Afin que l'ensemble de l'cutil puisse fran chiez des coudes de rayon de courbure assez faible des tubes 12, un accouplement flexible est incorporé entre les divers élé- ments de outil. Chacun de ces accouplements joue le rôle d'un joint de cardan et fonctionne a la maniere des accouplements du type à rotule. Comme l'indiquent les fIgures 1 et 2, un manchon 54 de l'accouplement flexible 18 comporte un passage en dérivation 55 pour le liquide. Une extrémite du manchon 54 comporte une collerette 57 incurvée I l ntérieur et l'autre ex- trémité comporte des filets 56 se vissant sur la tige creuse 40. Avant de mettre en place le manchon 54, on met en place la pièce 76 de l'accouplement flexible. Cet élément 76 comporte une tige 77 traversée par un passage axial en dérivation et une tdte élargie 78 avec des surfaces courbes opposées. Cette surface courbe antérieure permet un déplacement angulaire entre l'intérieur courbe de la collerette 57 et Ça pièce 7S lorsque outil se déplace dans la direction du retour tendis qu'une autre surface courbe permet des déplacements angulares de la pièce 76 quand l'outil se déplace dans la direction avant.L'accouplement flexible 82 de la figure 4 est pratiquement Identique à l'accouplement 13 avec quelques légères diffèrences. Un manchon 84 comporte un trou å fonu plat y élargl @ @@@ t dans lequel pénètre une autre extrémité filetés de ls te creuse 40. Pour fixer une pièce 90 avec une t-ge fendue 92 et une tette élargie 94, la surface cylindrique intérieure du manchon 84 est filetée de ma nière à recevoir une douille 88 dont la surface arrière a une courbure complémentaire de celle de la m@te élargie 84.Bien qu'on puisse utiliser d'autres types d'accouplement flexible , ceux représentés sont à préférer tant donne leur facilité de fabri- cation , d'entretien et leur prix. Lorsqu'on utilise des accouplements de types différar ts ils doivent être du type permettant de transmettre des efforts axiau:'- importants d'abord dans un sens et ensuite dans l'autre. Comme expliqué ci-dessus, des moyens sont incorporés le long de l axe cie outil 10 pour permettre le passage d'un fluide circulant en dérivation en direction de l'élément racleur 14 (figure 1). Lorsqu'il parvient à l'élément racleur 14, ce liquide circulant en dérivation sort autour des lames 20 du racleur après son passage par un orifice en dérivation 96 du capuchon 80 et des ouvertures 98 en dérivation dans le manchon 62 du racleur 22. Le but de cette possibilité de passage axial du fluide circulant en dérivation, ainsi que les fonctions particulières de l'orifice 96 en dérivation et des ouvertures 98 en dérivation seront mieux compris gracie à la description ci-après de l'opération de nettoyage. Pendant l'opération de nettoyage, l'outil 10 se déplace vers l'avant grâce à un liquide moteur agissant sur l'hémisphère arrière 24 de l'obturateur sphérique 26. Si l'ensemble de l'outil 10 comporte d'autres éléments 16 à piston, le fluide moteur agit également sur des hémisphères semblables 24 des divers éléments à piston pour communiquer une force motrice additionnelle à l'outil 10. Etant donné qu'on n'obtient pas une étanchéité parfaite entre le piston t6 et le tube 12, une certaine quantité de liquide provenant de fuites passe autour de l'obturateur hémisphérique 26 et d'autres obturateurs semblables. La quantité de liquide provenant de fuites peut être ajustée et par conséquent l'effort moteur appliqué à l'outil 10 peut outre réglé en ajustant le diamètre extérieur de l'obturateur 26 avec l'organe de serrage 30.Evidemment, comme on l'a indiqué ci-dessus, ledit organe de serrage 30' peut ajuster le diamètre de l'obturateur 26 pour compenser son usure et l'adapter à des tubes de dimensions variées. Une certaine quantité de fluide moteur passe par les passages axiaux en dérivation de l'outil 10, pour faciliter le nettoyage des lames 2O du racleur. Après que le liquide circulant en dérivation a atteint l'accouplement flexible 18 et est passé par la tige creuse 77 pour aboutir à l'élément racleur 14, le liquide circulant en dérivation s'écoule vers l'extérieur en direction des lames 20 du racleur. Une partie de ce liquide passe par l'orifice 96 en dérivation à l'extrémité arrière du racleur 14 de manière à sortir en passant autour des lames 20 du racleur. Une autre partie du liquide circulant en dérivation sort par les orifices 98 en dérivation en direction des lames du racleur . La totalité du liquide passant par l'orifice 96 en dérivation et les ouvertures 98 en dérivation sert à nettoyer les lames du racleur tout en chassant en mOrne temps la paraffine ou les dépôts enlevés par grattage vers l'avant du racleur 14 lorsque l'outil 10 passe dans les tubes 12. Il va de soi que la quantité de liquide passant par l'orifice en dérivation 96 et le ouvertures 98 en dérivation ainsi que la valeur de la force motrice app1i- quée à l'élément à piston 16 sont commandées principalement par la résistance hydrodynamique des passages axiaux en déri vation de l'outil 10. Cette résistance peut être ajustée par l'étranglement 52 en dérivation de la tige creuse 40. En re tirant l'étranglement en dérivation 52 ayant un diamètre inté rieur déterminé et en-lui substituant un autre étranglement 52 de diamètre intérieur différent, on peut modifier la résis tance hydrodynamique globale de long de la partie axiale creuse de l'outil 10. Quand l'opération de nettoyage est achevée, on peut renvoyer l'outil 10 à une installation de stockage conve- nable , telle celle décrite dans le brevet des Etats-Unis dtAmérique n03.396.789 par un effort du liquide appliqué dans le sens du retour'2 et agissant sur la section transversale du piston 16 constituée par l'hémisphère avant 28 de l'obturateur sphérique 26. La pression du liquide dans le sens cu retour est appliquée à ment à piston 16 après passage le long des la mes 20 du racleur à l'extérieur du corps 22 du racleur ainsi qu'à travers l'orifice 96 en dérivation.Le liquide moteur agis- sant dans le sens du retour sur les éléments à piston en aval est,pour la plus grande partie, un liquide provenant de fuites passant entre le tube 12 et l'obturateur sphérique 26. Etant donné le faible poids de l'élément 16 à piston et de l'élément racleur 14, Les difficultés de freinage à proximité de l'instalLas tion de stockage sont réduites. Bien qu'on ait représenté un seul élément 16 à piston et suggeré l'usage d'éléments à piston additionnels, il va de soi que plusieurs éléments à piston peuvent être néces saires si l'effort appliqué par le liquide moteur, vers l'avant ou vers l'arrière, provoque des fuites suffisantes le long/d'un élément à piston unique pour réduire l'effort moteur appliqué à la colonne d'outil 10. En utilisant plusieurs éléments à piston, les fuites globales à travers l'ensemble de tous les éléments à piston sont considérablement réduites tout en appliquant une force motrice plus élevée à l'ensemble d'outils 10. Etant donné qu'il peut être avantageux d'ajouter ou de retirer divers éléments à piston à la colonne d'outils 10, l'accouplement flexible 82 est réalisé de manière à permettre de retirer l'élément 90 du manchon 84. On obtient ce résultat en dévissant la douille 88 du premier manchon 84 pour mettre à nu l'élément 90. On utilise une réalisation semblable pour l'accouplement flexible 18, dans lequel le manchon 54 peut être dévissé de la tige creuse 40 de manière à permettre de séparer de l'élément à piston 16 le manchon 54 ainsi que la pièce 76. Cette séparation peut devenir nécessaire quand l'obturateur sphérique 26 de l'élément à piston 16 est suffisamment usé pour que son usure ne puisse être corrigée en ajustant l'organe de serrage 30. Pour résumer, on notera que l'élément 14 racleur est assez court et qu'ainsi il-nlempêche pas le passage de l'outil 10 travers les coudes des tubes ayant un rayon inférieur ou égal à 90 cm. Par ailleurs, le piston en forme de sphère comporte des surfaces courbes autour desquelles le piston 16 peut tourner et les accouplements souples aux extrémités du piston 16 adg-mentent la souplesse de l'outil 10. Il ne faut pas oublier que tes lames elles-memes sont chargées par des ressorts et par 'co'nsé'quent prennent dans une certaine mesure la forme du tube 12, ce qui facilite encore le passage de l'outil dans un tube courbe. Bien entendu, diverses modifications peuvent autre apportées par l'homme de l'art aux dispositifs ou procédés qui viènnent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de l'invention. R E V E N D I C A T I O N S 1. Outil destiné à être déplacé par pression hydrostatique à l'intérieur de tubes et comportant un piston et un outil relié non rigidement audit piston, caractérisé en ce que ledit piston est constitué par un obturateur sphérique élastique avec deux organes d'ajustement sur ses faces opposées, qui peuvent être déplacés axialement pour mooifier le diamètre dudit obturateur. 2. Outil selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit obturateur est constitué par une sphère en caoutchouc synthétique. 3. Outil selon l'une dee revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les organes d'ajustement se déplacent l'un par rapport à l'autre sur une tige qui traverse ledit obturateur 4, Outil selon la @@@@tion 3, caracterisé en ce qu'un de@dits organes de réglage est fixé et l'autre est mobile. 5. Outil selon la r@@@@@@@ation 4, caractérisé en ce que ladite tige est @@ @ter de @ à re@evoir un écrou deuüné à l'@@u@tement de l'@r@@@ @ lie. 6. Outil selon l'une q@@l@onque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'une cé@@@ation pour liquide traverse tout l'outil et comporte de préférence un étranglement. 7. @@til selon l'uns qu@@@ nqué des revendica- tionsl à 6, caractérisé en @e qu'il comprsn@ un élément comportant des lames hélicoidales chargées par un ressort.