Brevet FR2269669A1 — publié le 19751128

L'invention concerne un système de blocage, pour une vanne d'éruption comportant une pluralité d'obturateurs à commande hydraulique individuelle. O > tilise couramment des vannes d'éruption comportant une pluralité d'obturateurs ou opercules, qui s'ouvrent etse ferment pour l'obturation de l'alésage d'un puits de pétrole et/ou de gaz. Les opercules de ces vannes sont en général commandés hydrauliquement par un système à cylindre et piston. Pour maintenir les opercules en position de fermeture, on utilise généralement des dispositifs de verrouillage mécanique, à commande hydraulique. Bien entendu, des conduites hydrauliques appropriées doivent être disposées entre la vanne d'éruption et une source de fluide sous pression, pour amener le fluide hydraulique de manoeuvre des opercules et des dispositifs de verrouillage. Si la vanne d'éruption est immergée, il est très avantageux de disposer d'un système de verrouillage de dimension minimale et nécessitant un nombre minimal de conduites entre la surface et la vanne immergée. La présente invention vise un système de verrouillage perfectionné, pour une vanne d'éruption, qui utilise une soupape hydraulique beaucoup plus petite que les systèmes mécaniques usuels, ainsi qu' un nombre minimal de conduites de commande. Les soupapes de verrouillage à fermeture positive inversable suivant l'invention peuvent etre bloquées, ouvertes et soulevées, selon les besoins, pour exécuter la fonction de verrouillage pour une pluralité d'opercules. La présente invention a pour objet un système de verrouillage positif, pour vanne d'éruption comportant une pluralité d'oper- cules hydrauliques commandés individuellement et comprenant chacun une soupape spéciale de verrouillage dans la conduite de fermeture d l'opercule. Afin de réduire le nombre de lignes de commande, toutes les soupapes de verrouillage pilotées sont ouvertes et fermées sinultanément, par l'intermédiaire de deux lignes pilotes usuelles seulement. Si un opercule est fermé et verrouillé, toutes les soupapes de verrouillage sont placées en position fermée, puissutelles sont toutes commandées par des lignes pilotes communes. Une autre caractéristique de l'invention est la propriété du système de verrouillage de permettre la fermeture d'un deuxième opercule sans ouvrir les soupapes de verrouillage, ces dernières étant équipées pour celà d'un dispositif de soulèvement hydraulique qui est ac tonné par l'application, dans la ligne de fermeture de l'opercule qu'on désire fermer, d'une pression plus forte que celle qui est appliquée sur la soupape de verrouillage par la ligne pilote, Cette caractéristique de soulèvement permet d'ouvrir une soupapé verrouil lée, afin de fermer l'opercule qui y est relié Sans affecter les autres soupapes de verrouillage des autres opercules de la vanne d'éruption. La présente invention vise également une soupape de verrouillage pilotée, comportant un dispositif de soulèvement, dans laquelle un élément obturateur de soupape se déplace entre une position ouverte et une position fermée, cet élément étant commandé par des pistons actionnés par pilote. Le piston qui ouvre la soupape présente une surface exposée à l'entrée de la soupape, dans une direction d'ouverture de cette dernière. Lorsqu'on applique une pression, par 1' trée de soupape et contre le piston d'ouverture, supérieure à la force de fermeture qui agit sur le piston de fermeture, la soupape se soulève et s'ouvre pour permettre le passage du fluide mais elle se referme lorsque la pression d'entrée est réduite. L'invention a également pour objet une soupape de verrouillage à soulèvement dans laquelle le piston d'ouverture comprend deux parties séparées mais adjacentes, la deuxième partie comportant un piston annulaire et étant exposée à la pression de la ligne de pilotage d'ouverture, la première partie comportant un passage de communication entre l'entrée de la soupape et une extrémité de la première partie, pour exercer une pression de soulèvement venant de l'entrée de la soupape contre le clapet. L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description de sa forme de réalisation, non limitative, représentée sur les desins annexés. Fig. 1 est une vue en élévation et en coupe de la soupape de verrouillage à commande par pilote, conforme à la présente invention, et Fig. 2 est une vue schématique, avec coupe partielle, d'un système de verrouillage pour une vanne d'éruption. Sur les dessins, et en particulier sur la figure 2, le repère 10 désigne globalement une vanne d'éruption, de type usuel, comprenant une pluralité d'obturateurs ou opercules 12, 14, 16 et 18. De façon connue, chaque opercule comporte une ligne ou conduite hydraulique de fermeture et une ligne hydraulique d'ouverture. Ainsi, les opercules 12, 14, 16 et 18 sont reliés, respectivement à des lignes de fermeture 20, 2ê, 24 et 26. D'autre part, les opercules 12, 14, 16 et 18 sont reliés respectivement à des lignes hydrauliques d'ouverture 28, 30, 32 et 34. Les opercules peuvent être actionnés,de façon connue, par des vérins à double effet, à piston et cylindre, qui se ferment lorsque le fluide hydraulique est admis par leur ligne de fermeture, le fluide s'échappant alors par la ligne d'ouverture.Ces vérins s'ouvrent lorsque le fluide hydraulique est admis par leur ligne d'ouverture, le fluide s'échappant par leur ligne de fermeture. Bien entendu, si la vanne d'éruption 10 est immergée sur un fond marin, les lignes de fermeture 20, 22, 24 et 26 et les l-ignes d'ouverture 28, 30, 32 et 34 doivent aboutir à la surface de l'eau, à une source de fluide hydraulique sous pression pour la commande de la fermeture ou de ltouverture des opercules. Cette commande peut être effectuée par exemple par l'intermédiaire de robinets d'aiguillage 21, 23, 25 et 27 respectivement, qui aboutissent de préférence à deux sources de pression. Le système de verrouillage suivant la présente invention comprend des soupapes identiques 40a, 40b, 40c et 40d, dans chacune des lignes de fermeture 20, 22, 24 et 26 respectivement. Ces soupapes s'ouvrent pour permettre le passage du fluide hydraulique de fermeture vers un ou plusieurs des opercules 12, 14, 16 et 18,de façon à fermer ces derniers. Après fermeture d'un opercule, la soupape de verrouillage doit être fermée, de façon à maintenir la pression et à bloquer l'opercule dans une position fermée et verrouillée. Lorsqu'on veut ouvrir les opercules, la soupape de verrouillage doit s'ouvrir pour permettre au fluide des lignes de fermeture de s'échapper par les soupapes de verrouillage. Chacune des soupapes de verrouillage 40a, 40b, 40c et 40d est commandée par pilote, pour son ouverture ou sa fermeture.Afin de réduire le nombre de lignes aboutissant à la vanne d'éruption 10, en particulier lorsque cette dernière est immergée, on utilise une seule ligne pilote 42 de commande de fermeture et une seule ligne pilote 44 de commande d'ouverture. Chacune de ces lignes est raccordée à chacune des soupapes de verrouillage 40a, 40b, 40c et 40d, de façon à appliquer simultanément une force hydraulique de fermeture ou d'ouverture sur toutes les soupapes de verrouillage. On se reporte maintenant à la figure 1, qui représente une seule soupape de verrouillage 40a, les autres soupapes 40b, 40c, et 40d ayant une structure et un fonctionnement identiques. La soupape 40a comprend une entrée 46 et une sortie 48, qui sont raccor dées toutes deux dans la ligne de fermeture 20, pouppermettre l'admission du fluide hydraulique vers le vérin 12 ou son échappement de ce vérin. La soupape 40a comprend un élément de soupape ou tiroir obturateur 50, par exemple du type à étanchéité par translation, susceptible de se déplacer pour ouvrir et fermer positivement la communication entre l'entrée 46 et la sortie 48, ce tiroir étant représenté en position fermée sur la figure 1.La soupape 40a comprend également un orifice 52 de pilotage de fermeture, raccordé à la ligne de commande de fermeture- 42, et un orifice de pilotage d'ouverture 54, raccordé à la ligne pilote 44 de commande d'ouverture. Un piston 56 de pilotage de fermeture est disposé en communication avec l'orifice de fermeture 52 et la ligne 42 de commande de fermeture, pour déplacer le tiroir 50 en position fermée lorsque la pression est admise dans la ligne 42 de commande de fermeture. Un piston de pilotage d'ouverture, globalement désigné par le repère 60, est disposé en communication avec l'orifice d'ouverture 54 et la ligne 44 de commande d'ouverture. Ce piston répond à l'admission d'une pression dans cette ligne de manière à déplacer indirectement vers le haut le tiroir 50, par poussée sur un support 62 de tiroir. La pièce 62 intervient également comme piston primaire d' ouverture, soumis à la pression appliquée entre le piston secondaire d'ouverture 60 et ladite pièce 62. Le piston secondaire d'ouverture 60 comporte un joint annulaire 66 d'étanchéité de piston, de sorte que la première partie 60 se déplace en réponse à une pression de fluide dans la ligne 44 de commande d'ouverture. Le piston primaire 62 comporte un joint annulaire 64 d'étanchéité de piston, un orifice 68 et un canal 70 aboutissant à une cavité entre les pièces 60 et 62.On voit que l'orifice 68 et le canal 70 sont en communication de fluide avec l'entrée 46 de la soupape, ce qui permet au fluide de passer de l'entrée 46 à la face inférieure du piston 62, pour créer un soulèvement hydraulique. Il eakésulte un déplacement du tiroir 50 qui ouvre la soupape 40a meme lorsque cette dernière a été déplacée en position fermée par le piston 56 de pilotage de fermeture. On suppose par exemple que tous les opercules 12, 14, 16 et 18 de la vanne 1Q sont ouverts et qu'on désire en fermer un, par exemple l'opercule 12. Dans ce cas, la pression de commande est transmise par la ligne pilote 44 de commande d'ouverture et est appliquée contre le piston 60 de pilotage d'ouverture dans la soupape de verrouillage 40a et contre les pistons d'ouverture dans tou tes les autres soupapes 40b, 40c et 40d, puisque toutes les soupapes de verrouillage sont actionnées simultanément à partir des deux lignes pilotes communes 44 et 42. La pression de fluide, qui s'exerce contre l'arrière du piston secondaire 60, éloigne le support 62 et par suite le tiroir 50 de l'orifice de sortie 48, ce qui permet la communication entre l'entrée 46 et la sortie 48 de la soupape de verrouillage 40a, et ouvre donc cette dernière.Le fluide hydraulique est alors transmis par la ligne de fermeture 20 et la soupape 40a au vérin 12, pour fermer l'opercule correspondant. La pression de fluide dans la ligne pilote 44 de commande d'ouverture est alors purgée et la pression de fluide s'exerce par l'intermédiaire de la ligne pilote 42 de commande de fermeture qui est raccordée à l'orifice de fermeture 52 derrière le piston 56 de pilotage de fermeture. Ce dernier déplace alors le tiroir 50 en position de recouvrement de l'orifice de sortie 48, comme représenté sur la figure 1, ce qui interrompt la communication entre lt entrée 46 et la sortie 48 de la soupape. Ainsi, la soupape 40a est verrouillée en position fermée dès que la pression de fluide dans la ligne de fermeture 20 est purgée.Puisque on utilise seulement les lignes de commande 42 et 44, la fermeture de la soupape 40a ferme toutes les autres soupapes de verrouillage 40b, 40c et 40d, bien que les opercules 14, 16 et 18 restent en position ouverte. Dans le cas ob on désire fermer ensuite un deuxième opercule, par exemple le repère 14, la soupape de verrouillage 40b fermée doit alors etre soulevée, par application dans la ligne de fermeture 22 de ltopercule 14 d'une pression supérieure à celle qui est appliquée à la soupape de verrouillage 40b par lsintermédiaire de la ligne pilote 42 de commande de fermeture.A titre d'exemple seulement, la pression de pilotage dans les lignes de commande 42 et 4 peut être de t05 bars et si on applique une pression hydraulique de 140 bars par la ligne de fermeture 22, la soupape de- verrouillage 40b fermée est temporairement ouverte par la pression dans la ligne de fermeture 22, sans affecter les autres soupapes 40a, 40c et 40d, jusqu'à ce que l'opercule 14 soit fermé. Ensuite seulement, la soupape de verrouillage 40b se ferme à nouveau, pour maintenir l'opercule 14 en position fermée.Autrement dit, la pression plus élevée dans la ligne de fermeture 22 est admise par l' entrée 46 de la soupape 40b, l'orifice 68 et le canal 70, sur la face inférieure du piston d'ouverture primaire et du support 62, de manière à vaincre la force resultant de la pression plus faible de la ligne pilote 42 de fermeture, agissant sur le piston 56 de pilotage de fermeture. La force plus élevée qui agit sur la partie de piston 62 déplace ce dernier vers le haut, ce qui éloigne le tiroir 50 de la sortie 48 et permet la communication de fluide à pression plus élevée venant de entrée 46, à travers la sortie 48 et laligne de fermeture 22, pour fermer l'opercule 14. Dès que ce dernier est fermé, la pression p-lus élevée de fermeture dansa ligne de fermeture 22 est purgée. Lorsque la pression dans la ligne de fermeture 22 est descendue au-dessous de la pression dans la ligne pilote 42 de fermeture, la pression de cette ligne 42 repousse à nouveau le piston 56 de pilotage de fermeture vers le bas, ce qui amène le tiroir 50 en position fermée et retient le fluide derrière le vérin à double effet de l'opercule 14. Pendant cette opération de fermeture de l'opercule 14, les autres soupapes 40a, 40c et 40d restent verrouillées. On voit que la présenteninvention permet d'atteindre les buts et avantages recherchés. Il est entendu que des modifications de détail peuvent dtre apportées dans la forme et la construction du dispositif suivant l'invention, sans sortir du cadre de celle-ci. REVENDICATIONS 1. Système de verrouillage, pour vanne d'éruption, comportant une pluralité d'opercules à commande hydraulique, caractérisé en ce qu'il comprend : une Soupape de verrouillage actionnée par pilote, pour chaque opercule, cette soupape comportant une en trée et une sortie, la sortie de chaque soupape étant raccordée à un des opercules et l'entrée de chaque soupape étant raccordée à une source séparée de fluide hydraulique pour la fermeture de Itopercule respectif, chaque soupape possédant un tiroir obtu rateur commandé par pression pour ouvrir et fermer la communi cation entre l'entrée et la sortie de la soupape ; une ligne pilote commune reliée à toutes les soupapes, d'un premier côté dudit tiroir, pour fermer toutes les soupapes et verrouiller ain si ceux des obturateurs qui ont été amenés en position de fer meture; une ligne pilote commune reliée à toutes les soupapes, du deuxième ctté du dit tiroir,-pour ouvrir toutes les soupapes; et une surface supehaque tiroir, du dit deuxième coté, exposée à l'entrée de la soupape, ladite surface étant suffisamment gran de pour ouvrir le tiroir associé lorsqu'une pression de soulève ment, supérieure à la pression dans la ligne pilote qui ferme la soupape, est admise à l'entrée d'une des soupapes, de sorte que cette soupape stouvre permet la fermeture de opercule qui lui est relié. 2. Soupape de verrouillage, actionnée par pilote et utilisable dans le système de la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend s une entrée et une sortie ; un tiroir obturateur pour ouvrir et fermer la communication entre l'entrée et la sortie un piston placé d'un cté du dit tiroir ; un orifice de pilotage de fermeture qui communique avec le piston pour admettre le flui de sur ledit piston de façon à déplacer le tiroir dans sa posi tion de fermeture ; un deuxième piston du deuxième coté du ti roir obturateur ; un orifice de pilotage d'ouverture qui commu nique avec le deuxième piston pour admettre le fluide sur ledit piston de façon à déplacer le tiroir dans sa position d'ouvertu re, ledit deuxième piston yant une surface exposée à l'entrée de la soupape dans une direction d'ouverture du tiroir, de façon à ouvrir la soupape lorsqu'une force supérieure à la force de fer meture exercée sur le premier piston est appliquée de l'entrée de la soupape sur le deuxième piston. 3. Appareil suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le deuxième piston comprend une première et une deuxième parties séparées adjacentes, la deuxième partie comprenant un joint annulaire et la première partie comportant un passage en communication entre l'entrée de la soupape et l'extrémité de laXpre- mière partie éloignée du tiroir, ladite deuxième partie étant située entre ladite première partie et le tiroir obturateur.