Brevet FR2237053A1 — publié le 19750207

La présente invention se réfère de façon genérale à un outil pour puits de pétrole, propre a être incorporé dans le tube d'exploitation du puits au voisinage de la pompe de manière à refouler 1 'huile vers le haut à travers 1 'espace annulaire prévu entre le chemisage du puits et le tube, et non pas dans ce tube lui-neme. L'invention vise à permettre d'établir untel outil quton puisse insérer dans le-tube d'exploitation quand celui-ci est en cours de montage, et qui dérive lthuile recueillie pour la faire passer entre ce tube et le chemisage du puits, tandis qutil est prévu un dispositif d'étanchéité qui permet de remplir la partie du tube précité située au-dessus de lui d-'un liquide lubrifiant léger propre à abaisser les résistances de frottement auxquelles la tige de la pompe est soumise au cours de son mouvement alternatif, à lubrifier les pièces, et à éliminer les flexions et déformations de cette tige pendant son fonctionnement, L'invention vise encore - à permettre d'établir un outil comme sus-indiqué, qui comporte un outil élémentaire extracteur du dispositif d'étanchéité de la tige de la pompe en vue de permettre de retirer du tube ce dispositif lui-même et la tige pour le remplacement du disposée tif ou dans tout autre but, sans qu'il soit nécessaîre de retirer en même temps le tube -et la pompe - 3 réaliser un outil comme sus-indiqué dans lequel se trouve incorporé un dispositif de circulation comprenant un piston retenu en position par une goupille cisaillable qui permette la récupération du liquide léger par application au piston dtune pous séesuffisante pour cisailler la goupille - à établir un outil du genre sus-mentionné dans lequel il soit prévu une série de clapets d'arrêt à bille situés au-dessous du dispositif d'étanchéité de la tige, qui remplace la soupape inférieure de la pompe et fasse disparaitre la pression hydrostatique sur le clapet à bille associé au piston de celle-ci, en éliminant tout blocage par bouchon gazeux ainsi que les coups de bélier pour assurer une plus longue durée utile à la pompe elle-même et à sa tige. Le dessin annexé, donné à titre d'exemple, permettra-de mieux comprendre l'invention, les caractéristiques quelle présente et les avantages qu'elle est susceptible de procurer Fig. 1 est une vue schématique d'un puits de pétrole indiquant les constituants essentiels de celui-ci et l'agencement cor respondant de l'invention. Fig. 2 est une coupe verticale à plus grande échelle en deux parties représentant outil suivant l'invention. Sur le dessin annexé l'outil suivant l'invention a été désigné par la référence générale 10 (fig. 1). Il est incorporé dans un tube d'exploitation 12 disposé axialement à ltintérieu-r du chemisage (ou casing) 14 du puits, ce tube renfermant la tige 16 attelée, à la façon habituelle, avec une pompe 18, de type classique, située à l'intérieur de ce tube dans la zone de production du puits. Un mécanisme convenable (non représenté) impartit un mouvement alternatif à la tige 16 en vue d'assurer le fonctionnement du piston 18 de la pompe, tandis qu'on peut prévoir des vannes appropriées pour le tube 12 et l'extrémité supérieure du chemisage 14, à la façon indiquée en fig. 1. L'outil 10 comprend d'une part une partie tubulaire supérieure 20 pourvue d'un filetage extérieur 22 (fig. 1) propre à permettre la liaison avec le tube d'exploitation, d'autre part une partie inférieure 24, également tubulaire, filetée extérieurement en 26 pour être assemblée avec le corps de.la pompe ou avec une longueur de tube d'exploitation elle-meme reliée à celui-ci. L'extrémité inférieure de la partie supérieure 22-précitée comporte un second filetage extérieur 28 tandis que de son côté 1 'extrémité supérieure de la partie inférieure 24 est également filetée extérieurement en 30, les deux filetages 28 et 30, situés en vis-à-vis, étant reliés l'un à l'autre par un dispositif d'étanchéité désigné par la référence générale 32.Ce dispositif comprend une moitié haute 34, filetée intérieurement en 36 pour se visser sur l'extrémité inférieure 28 de la partie tubulaire 20 précitée. La moitié 34 est elle-même filetée intérieurement dans le bas en 38 pour recevoir une moitié inférieure ou adaptateur 40 dont l'extrémité supérieure est filetée extérieurement en 42 de façon correspondante, tandis que son extrémité inférieure comporte un filetage intérieur 44 pour se visser sur le filetage 30 de la partie tubulaire inférieure 24 de l'outil. L'extrémité supérieure 42 est de son côté vissée dans l'extrémité inférieure 38 de la moitié 34, pour constituer l'enveloppe du dispositif d'étanchéité 32. L'ensemble ainsi réalisé reçoit des joints annulaires 46 dans l'espace situé entre l'adaptateur 40 et un épaulement 48 défini par une creusure 50 qui s'étend du bas de la moitié 34 jusqu'en un point situé immédiatment au-dessous du filetage supérieur 36. Tous les constituants sus-décrits sont ainsi filetés de manière à pouvoir être incorporés au tube d'exploitation au cours du montage de-ceSui-ci. A l'intérieur de la partie tubulaire superieure 2G et du-dis- positif d'étanchéité 32 est-inséré un autré dispositif 52 propre à assurer l'étanchéité autour de la tige de pompe. Ce second dispositif comprend un tube 54 dont l'extrémité supérieure est solidaire d'un épaulement périphérique intérieur 56 propre à former butée pour ltélément supérieur d'une.série de joints annulaires 58.L'ex trémité inférieure du tube 54 est filetée intérieurement en 60 pour recevoir à vissage l'extrémité supérieure 62, filetée de façon correspondante, d'un organe inférieur 64 qui vient s 'appliquer contrele joint 58 situé le plus bas pour maintenir l'assemblage de cesj'oints tout en permettant le mouvement. alternatif de la targe 16 dont la périphérie trouve en contact étanche avecceux-ci,à la façon en soi connue. L'extrémité inférieure de ltorgane-64 est filetée intérieurement et extérieurement, -commeindiqué en 66, le filetage intérieur étant à droite et le filetage extérieur à gauche, et ce dernier étant à plus fort ou à filet plus gros que le premier. Le filetage extérieur gauche se visse dans la partie haute filetée 42 de l'adaptateur 40, -c'est-à-dire de la moitié inférieure du dispositif d'étanchéité 32. Le filetage intérieur de-la partie 66 de l'organe 64~peut recevoir un filetage extérieur correspondant 68 prévu sur un outil élémentaire 70 destiné à permettre l'extraction de l'ensemble du dispositif. Cet outil -élémentaire extracteur 70 est en outre fileté intérieurement dans -sa partie haute72 pour se visser sur l'extrémité inférieure 74, filetée de façon correspondante de la tige 16 de la rampe. L'extrémité inférieure de cet outil élémentaire 70 est à son tour filetée -intérieurement en 76 pour se visser sur l'extrémité supérieure 78 de l'élément 80 de la tige de pompe qui aboutit au piston 18 de celle-ci, à la façon connue. La partie tubulaire 24 comporte un sous-ensemble de production à contre-pression de gaz-auquel on a affecté la référence générale 82. Ce sous-ensemble comprend un certain nombre de saillies longitudinales 84 convenablement écartées les unes des autres dans le sens- angulaire et directement solidaires de partie 24 précitée. Chacune de ces saillies est creusée d'un espace longitudinal ou passage 86 à liintérieur duquel peut se déplacer librement un clapet -à bille 88. L'extrémité supérieure de chaque passage 86 est découpée d'une fente longitudinale 90 qui débouche dans l'espace annu laire 92 (fig. 1) prévu entre le chemisage 14 du puits et lue tube d'exploitation 12, tandis que l'extrémité inférieure du passage considéré communique avec l'intérieur de la partie tubulaire 24 par une ouverture 94.En outre chaque espace ou passage 86 renferme dans sa partie basse et au-dessus de l'ouverture d'entrée 94, un siège annulaire horizontal 96 destiné à coopérer avec le clapet 88 pour permettre à l'huile de s'écouler de l'intérieur de la partie tubulaire inférieure 24 par les ouvertures 94 à travers les sièges 96 et les fentes 90 pendant le mouvement ascendant du piston de la pompe, tandis qu'au cours de la course de retour de celuici, les clapets 88 viennent reposer sur les sièges 96 pour empêcher le liquide de passer en sens inverse.On élimine ainsi l'effet sur la pompe de la pression hydrostatique de l'huile -en cours de pompage, en constituant un clapet anti-retour qui remplace la soupape inférieure de retenue généralement prévue dans cette pompe. L1agen- cement décrit élimine en outre tout blocage de la pompe par effet de bouchon gazeux et diminue ou supprime les coups de bélier susceptibles d'apparaitre lorsque la soupape de la pompe supporte la pression hydrostatique et que le niveau de l'huile dans son cylindre se trouve au-dessous du piston qui alors se déplace rapidement jusqu'à venir au contact du liquide en déterminant ainsi un à-coup très important, susceptible d'entratner des dommages et une usure excessive de la pompe -elle-même, En marche normale le tube d'exploitation, la pompe, 1 'outil sus-décrit et la tige de pompe sont montés en surface et introduits à l'intérieur du chemisage du puits à la façon en soi connue, un joint 98 étant disposé entre le tube 12 et le chemisage 14 au-dessus de la zone d'exploitation, mais au-dessous de l'outil 10 lui-même, le tout comme montré en fig. 1. La tige 16 est normalement animée d'un mouvement de va-et-vient pour assurer le fonctionnement de la pompe à la façon usuelle. Dans ces conditions l'outil élémentaire extracteur 70 se trouve écarté du dispositif d'étanchéité 52 qui correspond à la tige16 étant donné que le point mort haut de la course de cet outil élémentaire se trouve -au-dessous de ltextrémi- té inférieure du dispositif précité.L'huile refoulée par la pompe traverse les ouvertures 94 et 90 pour arriver dans l'espace annulaire 92, ceci du fait que la tige 16 se trouve entourée par le dispositif d'étanchéité 52. Pour assurer la lubrification de la tige 16 à l'intérieur du tube 12, on remplit celui-ci d'un liquide léger, tel que de l'huile combustible (fuèl) pour diesel, de liteau ou ana logue, qui diminue l'usure et les frottements entre la tige de pompe et le tube.Par suite de la présence du dispositif d'étanchéité 52, ce liquide ne se mélange pas à l'huile en cours de pompage et il est retenu dans l'espace annulaire précite défini par la tige 16 et le tube 12, de sorte qu'il est possible de le récupérer par le moyen d'un dispositif de circulation 100 incorporé à la partie supérieure 20 de l'outil, à la façon qu'on decrira-ci-après. Quand en vue des réparations ou deys remplacements 1Ton désire retirer soit le dispositif d'étanchéité 52, soit le piston de la pompe, il suffit de soulever la tige 16 jusqu'à ce que llextrémité supérieure filetée 68 de 1 'outil élémentaire extracteur 70 vienne au contact du filetage intérieur de l'extrémité inférieure 66 de la moitié inférieure du dispositif 52. On fait alors tourner la tige 16 dans le sens dextrorsum pour visser ltoutil élémentaire 70 dans le dispositif 52.Lorsque les deux pièces sont vissées à fond, on fait tourner le~dispositif 52 de manière que les filets à gauche prévus sur l'extrémité inférieure de ce dispositif se dégagent de ceux correspondants prévus dans l'extrémité inférieure du disposée tif 32. Ainsi le dispositif d'étanchéité qui correspond à la tige se trouve dégagé de celui correspondant au tube d'exploitation et le premier peut être retiré du puits sans entraîner le tube lui-même ni la pompe. Le remontage du dispositif d'étanchéité de la tige s'effectue, bien entendu, en procédant à l'inverse de ce qu'on vient de décrire.Ainsi le dispositif qui renferme le bourrage 58 destiné à la tige à surface polie peut être extrait avec le piston de la pompe en éliminant donc l'obligation de retirer en même temps le tube d'exploitation, quand on désire remplacer soit le bourrage 58 luimême, soit le piston de la pompe. Le dispositif de circulation 100 comprend une saillie creuse 102 dont l'extrémité inférieure communique par un passage 104 avec l'intérieur de la partie supérieure tubulaire 20 de l'outil 10 en un point situé au-dessus du dispositif d'étanchéité de la tige. a saillie 102 renferme un piston 106 pourvu à sa partie inférieure d'un joint torique 108, ce piston pouvant coulisser dans un alésage 110 prévu dans cette saillie, entre une première position voisine de l'ouverture 104 et une seconde située au-dessus d'une ouverture 112 débouchant à l'extérieur.Le piston106 est retenu en position par un écrou 114 solidaire de la saillie 102 et par une goupille cisaillable 116 qui traverse cet écrou et l'extrémité supérieure de la tige du piston en vue de retenir celui-ci en position et d'empê cher par conséquent le liquide de s'écouler par les ouvertures 104 et 112. Si pour une raison quelconque on désire récupérer ou éliminer le-lubrifiant qui se trouve au-dessus du dispositif d'étanchéité 52 de la tige, on met sous pression le tube d'exploitation de sorte quelle liquide précité provoque le cisaillement de la goupille 116 et la remontée du piston 106. Ce liquide peut alors s'évacuer dans espace annulaire situé entre le tube et le chemisage pour être récupéré en surface.Une saillie 118 (fig. 1) est prévue audessus du piston et de la saillie 102 pour les protéger.lors de l'introduction et de l'enlèvement de l'ensemble du tube d'exploitation et de l'outil. En pratique le dispositif 100 peut être agencé en n'importe quel point situé au-dessus du dispositif d'étanchéité de la tige, mais d'ordinaire on ne le place pas à plus d'environ 6 à 10 mètres plus haut que celui-ci. On notera encore que la course normale de la tige de pompe est établie de façon que le point mort haut de l'ou- til élémentaire extracteur 70 se situe 1 mètre ou plus au-dessous de ce dispositif d'étanchéité. Tous les constituants décrits peuvent être établis à partir de matériaux ou produits semi-finis normalement utilisés dans la construction des pièces pour puits de pétrole et les surfaces de toutes les parties dépassantes peuvent être arrondies ou orientées obliquement en vue d'éliminer les angles vifs ou trop prononcés. I1 doit d'ailleurs être entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple et qu'elle ne limite nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tous autres équivalents. -R E V E N D I C A T I O N S 1. Outil propre à être utilisé dans un puits de pétrole du genre comportant un chemisage, un tube d 'exploitation disposé con centriquement dans ce chemisage, une-pompe alternative prévue-dans la partie basse du tube d'exploitation et une tige susceptible de se déplacer en va-et-vient dans celui-ci pour actionner la pompe, caractérisé en ce qu'il comprend un ensemble tubulaire incorporé dans le tube d'exploitation, et qui renferme un dispositif d'étanchéité pour la tige de pompe, des moyens fixant de façon détachable ce dispositif à l'ensemble tubulaire, et-un outil extracteur éiémentaire incorporé à la tige de pompe pour venir s'engager avec le dispositif d'étanchéité de la tigeen vue d'enlever celuici de l'ensemble tubulaire et du tube d'exploitation sans retirer en même temps ce tube du puits 2.Agencement suivant la revendication 1, caractérisé en-ce que l'ensemble tubulaire comprend un sous-ensemble de production disposé au-dessous du dispositif d'étanchéité de la tige, mais audessus d'un second dispositif d'étanchéité prévu entre le chemisage et le tube d'exploitation, ce sous-ensemble comportant des moyens de passage qui- font communiquer le tube d'exploitation avec l'espa- ce annulaire compris entre celui-ci et le chemisage du puits, tandis qu'il est~prévu un système de clapet dtarrêt pour fermer ce passage pendant la course descendante du piston de la pompe et pour ltouvrir au contraire de façon automatique au- cours de la course ascendante de ce piston. 3. Agencement suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le tube d'exploitation renferme une masse de liquide~léger dans sa partie située au-dessus du dispositif dtétanchéité de la tige en vue d'assurer la lubrification de celle-ci pendant son mouvement alternatif. 4. Agencement suivant la revendication 3, caractérisé en ce qu' il comporte un dispositif de circulation- du liquide lubrifiant propre à permettre à celui-ci de s'écouler dans l'espace annulaire situé entre- le tube d'exploitation et le chemisage du puits afin de pouvoir être récupéré en surface, ce dispositif de circulation compo-rtant un système de vanne normalement fermé, mais susceptible de s' ouvrir sous l'effet d'une pression prédéterminée exercée sur le liquide lubrifiant en vue de permettre la sortie de celui-ci dans l'espace annulaire précité. 5. Agencement suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu' à l'ensemble tubulaire est incorporé un dispositif d'étanchéité affecté au tube d'exploitation et propre à venir en contact avec le dispositif d'étanchéité de la tige, ces deux dispositifs d'étant chéité comportant une liaison par vissage au voisinage de leur extrémité inférieure en vue de permettre de dégager celui qui correspond à la tige de celui qui correspond au tube lorsque l'outil extracteur élémentaire vient s'engager avec celui de la tige et qu'on fait tourner la tige, outil extracteur et le dispositif d'étanchéité de-la tige en vue de dévisser ce dernier du dispositif d'é- tanchéité du tube et de permettre de le retirer sans retirer simultanément ni le tube d'exploitation ni la pompe elle-même. 6. Agencement suivant la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une masse de liquide léger disposée dans le tube d'exploitation au-dessus du dispositif d'étanchéité de la tige pour lubrifier celle-ci pendant son mouvement alternatif et un dispositif de circulation propre à permettre au liquide léger de s'écouler dans l'espace annulaire compris entre le tube d'exploitation et le chemisage du puits en vue d'être récupéré en surface, ce dispositif comprenant un système de vanne normalement fermé, mais susceptible de s'ouvrir sous l'effet d'une pression prédéterminée exercée sur le liquide léger en vue de permettre la sortie de celuici dans l'espace annulaire- précité. 7. Agencement suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu' à l'ensemble tubulaire est incorporé un dispositif d'étanchéité affecté au tube d'exploitation et propre à venir en contact étanche avec le dispositif d'étanchéité de la tige, ces deux dispositifs d'étanchéité comportant une liaison par vissage au voisinage de leur extrémité inférieure pour permettre de dégager celui qui correspond à la tige de celui qui correspond au tube quand l'outil extracteur élémentaire vient s'engager avec celui de la tige et qu'on fait tourner la tige, l'outil extracteur et le dispositif d'étanchéité de la tige en vue de dévisser ce dernier du dispositif d'é- tanchéité du tube et de le retirer de ce tube avec le piston de îa pompe sans retirer simultanément ni le tube d'expîoitàtion ni la pompe elle-même. 8. Ensemble destiné à un puits de pétrole comportant un chemisage, caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison les éléments suivants dont certains au moins sont connus - un tube d'exploitation disposé concentriquement à l1in- térieur du chemisage du puits en définissant avec celui-ci un es pace annulaire intermédiaire ; - une pompe disposée dans le bas du tube d'exploitation pour déterminer un courant ascendant d'huile dans celui-ci ;; - une tige disposée à l'intérieur du tube d'exploitation pour actionner la pompe - un dispositif d'étanchéité entre le tube d'exploitation et le chemisage du puits au-dessus de la pompe en vue de fermer dans le bas l'espace annulaire intermédiaire - un outil incorpore dans le tube d'exploitation audessus du dispositif d'étanchéité précité et renfermant un ensemble tubulaire - un dispositif d'étanchéité associé à la tige de pompe à l'intérieur de cet ensemble pour s'oppposer à l'écoulement ascendant de lthuile provenant de la partie du tube d'exploitation située au-dessous de l'ensemble tubulaire précité ;; - des moyens pour fixer de façon amovible ce dispositif d'étanchéité de la tige pompe à l'intérieur de l'ensemble tubulaire - des moyens incorporés à la tige de pompe pour venir s'engager avec le dispositif d'étanchéité de la tige et pour retirer celui-ci de l'ensemble tubulaire et du tube d'exploitation sans extraire ce dernier du chemisage du puits ;; - un sous-ensemble de production disposé au-dessous du dispositif d'étanchéité de la tige de pompe, mais au-dessus du dispositif d'étanchéité interposé entre le chemisage du puits et le tube d'exploitation, ce sous-ensemble comportant des moyens de passage qui font communiquer le tube d'exploitation avec l'espace annulaire intermédiaire ménagé entre ce tube et le chemisage du puits, de telle sorte que lthuile extraite du puits se trouve refoulée dans l'espace intermédiaire précité, tandis qu'il est prévu un système de clapet d'arrêt qui ouvre le passage lorsque la pompe refoule l'huile vers le haut, mais qui le ferme automatiquement lorsque.cette pompe cesse d'agir. 9. Ensemble combiné suivant la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une masse de liquide léger disposée dans le tube- d'exploitation au-dessus du dispositif d'étanchéité de la tige de pompe en vue de lubrifier cette tige pendant son mouvement. 10. Ensemble combiné suivant la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un dispositif de circulation du li qui de lubrifiant en vue de permettre à celui-ci de passer du tube d'exploitation dans l'espace annulaire intermédiaire compris entre ce tube et le chemisage du puits en vue d'être récupéré en surface, ce dispositif comprenant un système de vanne normalement fermé, mais susceptible de s'ouvrir quand on applique une pression prédétermi- née sur le liquide lubrifiant pour permettre la sortie de celui-ci dans l'espace annulaire précité.