Brevet FR2264959A1 — publié le 19751017

la présente invention concerne les équipements utilisés pour le forage des puits pétroliers et de ceux à gaz et a notamment pour objet un organe à mors pour obturateur de sécurité destiné à rendre étanche la gueule d'un puits pendant le forage. Selon les particularités de leur conception et leurs paramètres techniques, les obturateurs de sécurité connus sont divisés en deux types : obturateurs à mors et obturateur universels. L'organe actif principal des obturateur à mors, assurant directement l'étanchéité de la gueule du puits, est un ortane à mors constitué par deux mors indentiques logés dans une rainure kectangulaire taillée dans le corps de l'obturateur. Actuellement le déplacement des mors suivant la rainure vers le centre du puits et leur retour se fait à l'aide de vérins d'entraSnement hydrauliques, les parois de la rainure servant de guides pour l'organe à mors. L'étanchéité de l'organe à mors avec le corps de l'obturateur s'effectue suivant le plan supérieur de l'obturateur. les mors des obturateurs sont constitués par un corps dans lequel sont fixés une garniture d'étanchéité élastique et un coussinet. On connait des conceptions dans lesquelles le coussinet ctt le corps du mors sont réalisés en une seule pièce. Les garnitures d'étanchéité des mors sont réalisées à partir d'un caoutchouc élastique résistant. Pour renforcer les parties soumises à l'action des charges plus élevées, on a prévu, dans le caoutchouc, des éléments renforçant les mors. Ces éléments des mors sont exécutés sous forme de plaques d'acier avec un évidement dont le rayon est égal à celui du tube à rendre étanche. Lesdites plaques sont placées sur les surfaces supérieure et inférieure de la garniture de manière qu'elles empêchent le caoutchouc de se déplacer le long de l'ase du tube à rendre étanche et contribuent au déplacement du caoutchouc dans la zone ou le tube doit être étanche. En se déplaçant vers le centre du tube à rendre étanche, les mors entrent en contact par leurs faces etrendeftle tube étanche en assurant ainsi son hermétisation. Pour renTe étanche des tubes d'an autre diamètre, le diamètre de l'évidement des plaques d'acier renforçant la garniture d'étanchéité doit corresppndre au diamètre des tubes, ce qui nécessite de remplacer les mors dans l'obturateur ou de poser dans la gueule du puits plusieurs obturateurs dotés de mors pour un diamètre déterminé des tubes à rendre étanches. Pour donner la possibilité de rendre étanches plusieurs tubes de forage à l'aide d'un seul dispositif, on a créé des obturateurs de sécurité universels. L'obSurateur universel comporte un corps abritant une garniture d'étanchéité annulaire massive réalisée à partir d'un matériau élastique armé d'éléments rigides, et un mécanisme déplaçant cette garniture d'étanchéité vers le tube à rendre étanche. Lors de son déplacement la garniture d'étanchéité se déforme. De ce fait, on doit calculer l'entraSnement de 1' obturateur pour des efforts notables qui augrentent particulièrement avec l'accroissement de l'orifice de passage du puits et de la pression de travail de l'obturateur universel. En plus, pendant le déplacement de la garniture d'étanchéité vers le tube à rendre étanche, le matériau data- garniture d'étanchéitéest déplacé vers le centre, ce qui se traduit par la formation des parties du caoutchouc qui ne sont pas protégées par les éléments de renforcement. Be vue de supprimer le déplacement du caoutchouc de ces parties, on doit augmenter l'épaisseur de la garniture d'étanchéité. En consëquence, les cotes d'encombrement, le poids et le coat des- obturateurs de sécurité universels sont tellement importants que leur emploi est irrationnel. Les tentatives visant à perfectionner' les obturateursuniversels n'ont pas donné de modifications sensibles de leurs caractéristiques techniques et du colt. Le but de la présente invention est de supprimer les inconvénients précités. On s'est donc proposé. de mettre su --point un organe a' mors pour obturateurs de sécurité, -q;ui permettrait, sans modifications, sensibles des obturateurs à-mors connus, de rendre étanche des tubes de différents diamètres. Ce problème est résolu du fait que dans un organe à mors d'obturateur de sécurité, du type constitué par deux mors identiques dont chacun comporte une garniture d'étanehéité élastique pourvue d'éléments dtarmature et réalisée sous forme d'éléments en arc de petit rayon et de grand rayon montés avec un espacement entre eux et reliés à leurs faces en bout par une barrette, ou paroi de liaison, un coussinet logé dans ledit espacement et doté d'une languette sortant au-dessus de l'élément en arc de petit rayon, et un corps embrassant la garniture d'étanchéité avec le coussinet, suivant l'invention les éléments d'armature de la garniture d'étanchéité sont disposés dans la zone des barrettes ou parois de liaison de la garniture d'étanchéité, et chacun desdits éléments est réalisé sous forme d'une première pièce et d'une deuxième pièce accouplées entre elles, la première desdites pièces étant fixée sur la surface de 1'élément en arc de petit rayon qui est orientée vers languette du coussinet et étant réalisée sous forme d'une plaque dont un premier pan est parallèle à la face de la barrette ou paroi de liaison de la garniture d'étanchéité, un deuxième pan de la plaque, orienté vers le tube à rendre étanche, étant réalisé en arc, tandis qu'un troisième pan de la plaque, orienté vers le coussinet, est dispose sous un angle par rapport au premier desdits pan de la plaque, un secteur du coussinet étant en contact avec ledit troisième pan de la plaque et ayant le m8me angle itinclinaison précité par rapport au premier pan de la plaque, la deuxième desdites pièces étant fixée dans la face en- bout de l'élément en arc de grand diamètre et étant dotée d'un guide pour le déplacement de cette pièce dans une direction perpendiculaire à la face de la garniture d'étanchéité. A la différence des organes à mors connus actuellement, l'invention proposée permet de rendre étanches des tubes de différents diamètres sans remplacer aucun élément. fa conception de l'organe à mors permet de l'employer dans les obturateurs de sécurité utilisés largement actuellement, sans modifier leur conception et leurs cotes d'encombrement. Ainsi, on a réussi à rapprocher les possibilités d'utilisation des obturateurs de sécurité à mors de celles de-s obturateurs de sécurité universels sans augmenter leur coût. L'organe à mors proposé est caractérisé par sa conception simple, sa fiabilité élevée, sa fabrication facile et sa grande longévité en service. Il est avantageux de réaliser le pan en arc de la plaque avec un rayon correspondant au rayon du tube de plus grand diamètre faisant partie du jeu de tubes à rendre étanche. Il est particulièrement avantageux de réaliser un amincissement sur la partie de l'élément en arc de petit diamètre de la garniture d'étanchéité disposée entre les éléments d'armature de ladite garniture d'étanchéité du c8té de la languette du coussinet, de manière que ladite partie amincie du côté du tube à rendre étanche se dégage dans le sens radial au-delà de ladite languette formant une enceinte avec ladite partie amincie, de tailler les rainures sur la surface intérieure du corps dans les zones où sont logés lesdits éléments d'armature de la garniture d'étanchéité, d'augmenter la hauteur de l'élément d'étanchéité de grand rayon dans les zones desdites rainures par rapport à l'autre partie de cet élément d'étanchéité, le volume de l'enceinte et des rainures précitées étant choisi en fonction du volume du matériau de la-garniture d'étanchéité à déplacer dans cette enceinte et les rainures lors de la réalisation de l'étanchéité. du tube due plus petit diamètre du jeu des tubes à rendre étanche. L'enceinte entre la garniture d'étanchéité et le coussinet peut être formé égalent par la rainure ménagée dans le coussinet, sur sa surface orientée vers l'élément en arc de -petit diamètre de la garniture d'étanchéité. Selon l'une des versions de réalisation de l'invention, il est possible de réaliser le coussinet avec une languette complémentaire ; les deux languettes précitées du coussinet embrassent 11 élément en arc de petit rayon de la garniture d'étanchélté, tandis que la première pièce d'armature de la garniture comporte une plaque compllmentaire identique à la première des plaques précitées, ces deux plaques étant disposées dans la zone de la barrette ou paroi de liaison de ladite garniture d'étanchéité sur la surface de-l'élément en arc de petit rayon de la garniture d'étanchéité orientée vers ladite languette du coussinet. Dans certains cas, il est possible d'accoupler les plaques précitées rigidement entre elles. La deuxième pièce de l'ldment d'armature de la garniture d'étanchéité peut être réalisée sous forme d'une bride dont les parties frontales des extrémités entrant en contact avec le coussinet sont orientées perpendiculairement à la face de la garniture d'étanchéité, la première pièce de l'élément d'armature de la garniture d'étanchéité étant logée entre lesdites parties frontales ; les extrémités de la bride sont pourvues de chevilles disposées parallèlement à la face de la garniture d'étanchéité et coopérant avec le corps du mors. D'autres objectifs et avantages de la présente invention ressortiront de la description détaillée, qui va suivre, d'exemples non limitatifs de réalisation de l'invention illustrés par les dessins annexés sur-lesquels : là Isr figure 1 représente l'organe à mors de 1' obturateur de sécurité conforme à l'invention, (vue en axonométrie, avec arrachement) - les figures 2, 3, 4, 5, 6 montrent les éléments constitutifs des mors (en axcnométrie) ; - -la figure 7 représente les éléments d'armature de la garniture dans la position qu'ils occupent lors de la réalisation de l'étanchéité du tube de plus grand diamètre ;; - la figure 8 représentent les éléments d'armature de la garniture danAla position qutils-occupent lors de la réalisation de l'étanchéité du tube de plus petit diamètre. L'organe à mors (figures 1, 2)-est constitué par deux mors identiques 1. Chacun desdits mors comprend une garniture d'étanchéité 2 fabriquée à partir d'un matériau élastique, par exemple à partir de caoutchouc. La garniture d'étanchéité 2 est réalisée sous forme d'éléments en arc 3, 4 de grand et de petit rayon, qui sont reliés par une barrette ou paroi de liaison 5 a' leurs faces. Les éléments 3, 4 et la barrette 5 sont armés, dans la zone de leur raccordement, par deux éléments rigides 6 fabriqués à partir d'un matériau résistant, par exemple à partir d'un acier. Chacun des éléments est constitué par deux pièces 7, 8 (figures 3, 4) accouplées entre elles.A l'endroit où les pièces 7, 8 sont accouplées il y a un jeu rempli de caoutchouc adhérant intimement auxdites pièces 7, 8 et formant une seule pièce avec la garniture d'étanchéité 2. Grace à ce montage des pièces 7, 8, on assure leur déplacement mutuel commun dans la direction perpendiculaire à la face de la garniture d'étanchéité 2. La pièce 7 est réalisée sous forme de deux plaques 9 fixées sur les surfaces supérieure et inférieure de l'élément 4 de la garniture d'étanchéité 2 dans-la zone de la barrette 5. les plaques 9 sont accouplées par une barrette rigide 10. Dans le cas où, pendant l'utilisation de l'obturateur de sécurité, on conserve une orientation constante de ses mors, autrement dit lorsque le plan supérieur de la garniture d'étanchéité 2 est orienté vers- l'extérieur du puits et lorsque le plan inférieur est orienté vers l'intérieur du puits, la pièce 8 ne peut être réalisée que sous forme d'une seule plaque 9 disposée sur le plan supérieur de l'élément en arc 4. Le pan 11 de la plaque 9 est disposé parallèlement à la face de la garniture d'étanchéité 2, tandis que l'autre pan.12, orienté vers le tube i rendre étanche, est réalisé en forme d'arc avec un rayon égal rayon du tube avant le plus grand diamètre parmi tous les tubes à rendre étanches faisantbartie du jeu de tubes ;- le .troisièe pan -13 de la plaque 9 est disposé sous un angle par rapport au pan 11. Qn a établi que l'angle optimal est égal-a450. La.deuxiéme pièce 8 armant la garniture d'étanchéité 2 est fixée dans la partie frontale de l'élément 3 de la garniture d'étanchéité 2 et réalisée sous forme d'une bride. Les plaques 9 sont disposées entre les parties frontales 14 des extrémités de la bride, perpendiculaires à -la face de la garniture d'étanchéité -2. Les chevilles 15 orientées parallèlement à la face de la garniture d'étanchéité 2 sont montées sur la bride du caté opposé par rapport aux parties 14 Les parties 14 et les chevilles 15 de la pièce 8 servent de guides pour le déplacement de la pièce 8 dans la direction perpendiculaire à la face de la garniture d'étanchéité 2.Pour assurer une bonne adhésion de la pièce 8 au caoutchouc de la-garniture d'étanchéité 2, on a prévu dans celle-ci des orifices 16 et des biseaux 17. Dans l'espacement entre les éléments en arc 3, 4 de la garniture d'étanchéité 2 est disposé un coussinet 18 (figures 5, 6) doté d'une languette 19 embrassant l'élément 4 de la garniture d'étanchéité 2. La face de la languette 19 orientée vers le tube à rendre étanche est réalisée en forme d'arc dont le rayon est égal au rayon du tube de plus petit diamètre de tous les tubes faisant partie du jeu. A la partie médiane de l'élément en arc 4 on a prévu, entre les éléments 6 armant la garniture d'étanchéité 2, un amincissement formant une enceinte 20 (figure 1t) avec la languette 19. Ia partie amincie de la garniture d'étanchéité 2 fait saillie radialement, par rapport aux-languettes 19, d'une valeur choisie de manière à assurer la pression de contact nécessaire pour rendre les tubes étanches. Les coussinets 18 comportent des parties 21 (figures 5, 7, 8) qui entrent en contact avec les pans 13 des plaques 9, l'angle dtinclinalson des parties 21 et des pans 13 par rapport à la face de la garniture d'étanchéité 2 étant identique. La garniture d'étanchéité 2, assemblée avec le coussinet 18, est logée dans le corps 22 (figure î, 6) dumors t embrassant la garniture d'étanchéité 2 au côté de l'élément 3 de la garniture d'étanchéité 2. Dates rainures 23 sont ménagées sur la surface intérieure du corps 22 dans les zones où sont logées les pièces 7, 8. L'une des parois de chaque rainurefflst perpendiculaire à la face de la garniture d'étanchéité 2 et coopère avec la cheville 15 de la pièce 8. Te volume de l'enceinte 20 et des rainures 23 est choisi en fonction du volume du matériau de la garniture d'étanchéité qui se déplace dans cette enceinte 20 et les rainures 23 lorsqu'on rend étanche le tube de plus petit diamètre du jeu de tubes à rendre étanche. Il convient de noter que l'enceinte 20 peut être fcrmée aussi par la rainure ménagée dans le coussinet 18 sur sa sudkee orientée vers l'élément en arc 4 et de la garniture d'étanchéité 2, ladite enceinte 20 peut aussi être réalisée dans le corps de l'élément 4 de la garniture d'étanchéité 2. Dans la zone des rainures 23, sur la surface supérieure et inférieure de l'élément 3, on a prévu des bossages formant des saillies 24. Ainsi, la hauteur de llélément 3 dans la zone des rainures 23 est augmentée par rapport la hauteur de l'autre partie de cet élément 3. La hauteur de la saillie 24 est choisie de manière à assurer la pression de contact nédessaire pour rendre étanche l'organe à mors-avec le corps (non-représenté) de l'obturateur de sécurité. Lorsqu'on rend. étanche le tube de diamètre maximal du jeu de tubes, on utilise l'organe-à mors de la manière suivante. Soua l'action du mécanisme d'entraînement, les mors t se déplacent. dans le corps (non représente') de l'obturateur, vers le tube à rendre étanche, dans le sens des flèches P (figure 7). En conséquence, les faces des mors 1 se rejoignent et la surface de ltélément 4 de la garniture d'étanchéité 2 s'applique sur le tube . Le caoutchouc de l'élément en arc 3 est deplacé jusqu'à ce qu'il entre en contact avec la surface eorrespondante du corps de l'obturateur de sécurité, du fait qu'il se trouve serré entre les surfaces du coussinet 18 et du corps 22. L'étanchéité de- l'organe à mors dans les zones des rainures-23 est réalisée gracie aux saillies .24 de la garniture d'étanchéité 2, et dans la zone des enceintes 20, grecs au fait que l'élément 4 fait saillie par rapport aux languettes 19 -du coussinet 18. Le déplacement du caoutchouc de l'élément4 le long de l'axe du tube à rendre étanche est interdit parles plaques 9 armant la garniture d'étanchéité 2 et par les languettes 19. Les parties 14 et les chevilles 15 de la pièce 8 armant la garniture d'étanchéité 2, qui sont respectivement en contact avec les parties 21 du coussinet t8 et avec les rainures 23 du corps 22 du mors 1 empeXchent le pivotement de la pièce 8 par rapport à la face- de la garniture d'étanchéité 2 et, par conséquent, le déplacement du caoutchouc de l'élément 3 dans le sens perpendiculaire à l'axe du tube à étancher. Du fait que les pans 12 des plaques 9 et la face de la languette 19 sont réalisés avec un rayon égal au rayon du plus grand tube faisant partie du jeu de tubes à rendre étanche, les éléments 7 et 8 ne se déplacent pas sensiblement l'un par rapport à l'autre. Pour rendre étanche le tube de plus petit diamètre, y compris le tubes de diamètre minimal du jeu des tubes à rendre étanche, on opère comme suit. Quand les mors 1 se déplacent dans la direction P (figure 8), leurs faces 5 se rejoignent, les éléments en arc 4 de la garniture d'étanchéité 2 forment avec le tube un espacement égal à la différence des diamètres du tube de diamètre maximal et du tube à rendre étanche. Les forces qui serrent les. mors 1 suivant leurs faces sont transmises aux pièces 7 armant la garniture d'étanchéité 2, -qui glissent suivant les parties 21 des coussinets 18. En conséquence, les pièces 7 se déplacent vers le centre du tube jusqu'à ce que-les éléments 4 de la garniture d'étanchéité 2 entrent en contact avec la surface du tube à rendre étanche. Les pièces 8 armant la garniture-d'étanchéité 2 se déplacent perpendiculairement au plan de la face de la garniture d'étanchéité 2 et de la pièce 8 simultanément avec le déplacement des pièces 7. A ce moment, les parties 14 et les tiges 15 des pièces 8 glissent suivant les surfaces correspondantes du coussinet t8 et du corps 22 du mors 1. Pendant le déplacement, les éléments 7 8 armant la garniture d'étanchéité 2 entrassent les parties du caoutchouc de la garniture d'étanchéité qui sont reliées auxdites pièces 7,8. Les enceintes 20 eut les rainures 23 sont ménagées exactement aux endroits où se déplace le caoutchouc entraîné par les pièces 7, 8. Le volume des enceintes 20 et des rainures 23 est choisi en fonction du volume du caoutchouc déplacé dans ces enceintes 20 et les rainures 23 pendant la réalisation de l'étanchéité du tube de plus petit diamètre du aeu des tubes à rendre étanche. Les enceintes 20 et les rainures 23 assurent la pression de contact nécessaire sur toutes les surfaces à rendre étanche, tandis que les enceintes 20 permettent de conserver, en plus, un espacement minimal entre le tube à rendre étanche et le coussinet 18, ce qui est surtout important pour les obturateurs de saleté destinés aux hautes pressions. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'Oxemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, Si celles-ci sont exultées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVEBDICADIONS 1. Organe à mors pour obturateur de sécurité d'un puits en cours de forage, du type composé de deux mors identiques, dont chacun comporte une garniture d'étanchéité élastique 2 pourvue d'éléments d'armature, un coussinet 18 pourvu d'une languette 19 surplombant ladite garniture d'étanchéité et un corps 22 embrassant ladite garniture d'étanchéité avec ledit coussinet, caractérisé en ce que la garniture d'étanchéité élastique 2 est réalisée sous forme d'éléments en arc de grand rayon 3 et de petit rayon 4, disposés avec un certain espacement entre eux et reliés à leurs faces par une barrette ou paroi de liaison 5, le coussinet 18 doté de la languette t9 surplombant ledit élément en arc de petit rayon étant monté dans ledit espacenent, tandis que les éléments d'armature 6 la garniture d'étanchéité 2 sont disposé dans la zone des barrettes ou parois de liaison de la- garniture d'étanchéité 2, et chacun de ces éléments 6 est réalisé sous forme d'une première pièce 7 et dtune deuxième pièce 8 accouplées entre elles, ladite première pièce étant fixée sur celle des surfaces dudit élément en arc de petit rayon 4 qui est orientée vers la languette 19 du coussinet 18 et étant exécutée sous forme d'une plaque 7 dont un pan 11 est parallèle à la face de ladite barrette ou paroi de liaison de la garniture d1étanchéit 2, un deuxième pan 12 de ladite plaque, orienté vers le tube à rendre étanche, étant réalisé en forme d'arc, et un troisième pan 13 de ladite plaque, orienté vers ledit -coussinet, étant disposé sous un angle par rapport audit premier pan, une partie du coussinet 18 étant en contact avec ledit troisième pan de la plaque 9 et ayant -le même angle d'inclinaison par rapport audit premier pan de la plaque 9, tandis que la deuxième pièce 8 est fixée dans la face précitée de l'élément en arc de grand rayon 9 et comporte un guide pour le déplacement de cette pièce dans une direction perpendiculaire à la face précitée de la garniture d'étanchéité 2. 2. Organe à mors conforme à -la revendication 1, caractérisé en ce que le pan en arc 12 de la plaque 9 est réalisé avec un rayon qui correspond au rayon du tube de plus grand diamètre du jeu de tubes à rendre étanche. 3. Organe à mors conforme à l'une des revendications t et 2, caractérisé en ce que la partie de l'élément en arc de petit rayon 4 qui est disposée entre les éléments d'armature 6 de la garniture d'étanchéité 2 du côté de la languette 19 du coussinet 18 comporte ùn amincissement, et que la partie amincie du coté du tube à rendre étanche fait saillie dans la direction radiale y rapport à la languette 19 du coussinet 18 formant une enceinte 20 avec ladite partie de la garniture d'étanchéité, tandis que la surface intérieure du corps 22 est pourvue de rainures 23 dans les zones où se trouvent les éléments d'armature 6 la garniture d'étanchéité et que la hauteur de la garniture d'étanchéité de ltélément de grand diamètre 3 dans les zones desdites rainures 23 est augmentée par rapport à l'autre partie de cet éLément d'étanchéité 3-, -le volume de l'enceinte 20 et des rainures 23 précitées étant choisi en fonction du volume du matériau de la garniture d'étanchéité 2 déplacé dans ltenceinte 20 et les rainures 23 pendant la réalisation de l'étanchéité dw tube de plus petit diamètre du jeu de tubes à rendre étanche. 4. Organe à mors conforme à l'une des revendications t, 2-et 3 caractérisé en ce que l'enceinte 20 entre le coussinet 18 et l'élément en arc de plus petit rayon 9 est formée par une rainure ménagée dans le coussinet 18 sur sa surface orientée vers l'élément en arc de plus petit diamètre 4 de la garniture d'étanchéité. 5. Organe à mors conforme à la revendication 3, caractérisé en ce que l'enceinte 20 est réalisée dans l'élément en arc de petit diamètre 4 de la garniture d'étanchélté. 6. Organe-à mors conforme à l'une des revendications 1 à 5, caraXterisé en ce que le coussinet est pourvu d'une languette -complémentaire 19 et-que les deux languettes 19 et 18 embrassent l'élément en arc de petit rayon 4 de la garniture d'étanchéité, la première pièce d'armature 7 de la garniture d'étanchéité comportant une plaque complémentaire 9 identique à la première desdites plaques, les deux plaques précitées, étant logées dans la zone de la barrette ou paroi de liaison 5 de la garniture d'étanchéité 2, sur celle des surfaces de l'élément en arc de petit rayon 4 qui est orientée vers les languettes 19 du coussinet 18. 7. Organe à mors conforme à la revendication 6, caractérisé en ce que les plaques 9 sont accouplées rigidement entre elles. 8. Organe à mors conforme à l'une des revendications 1 à 3, et la revendication 6, caractérisé en ce que la deuxième pièce 8 de l'élément d'armature 6 de la garniture d'étanchéité est réalisée sous forme d'une bride dont les faces frontales 14 des extrémités, coopérant avec le coussinet 18, sont orientées perpendiculairement à'la face-de la garniture d'étanchéité 2, et en ce que la première pièce 7 de l'élément d'armature 6 de la garniture d'étanchéité est logée entre elles, tandis que les extrémités de la bride sont pourvues de chevilles 15 disposées parallèlement à la face de la garniture d'étanchéité 2 et coopérant avec le corps 22 du mors 1.