Brevet FR2290564A1 — publié le 19760604

La présente invention se rapporte aux obturateurs de sécurité permettant d'obturer un puits de production de gaz ou d'huile en cas d'incidents graves, par exemple lors d'une éruption violente d'effluents du puits par suite d'une différence de pression importante en cours d'exploitation entre le fond et la surface. L'obturateur du puits évite la détérioration des installations d'exploitation. En général, les obturateurs classiques sont fixés au tube de production ("tubing"), à laide d'un mandrin d'ancrage et de garnitures d'étanchéité. Ils comportent un clapet ou soupape à tarage mécanique qui fonctionne par différence entre les pressions intérieure et extérieure du puits en fonction du débit. Les obturateurs à tarage mécanique ont des limites étroites de fonctionnement imposées par la course réduite du clapet liée elle-même à celle du ressort, et par la géométrie propre du clapet qui détermine la section de passage. La présente invention remédie aux inconvénients des clapets à faible course plus haut et propose, à cet effet, un obturateur très simple remarquable en ce qutil comporte - une soupape axiale couplée à un moyen d'enclenchement par un moyen de tarage commun, - un moyen de déclenchement, - un moyen retardateur couplé magnétiquement au moyen d'enclenchement, - des communications dégagées par la soupape en position de repos entre une ouverture supérieure et des orifices pratiqués dans la paroi latérale du corps de l'obturateur. Suivant un mode de réalisation de l'invention, le moyen d'enclenchement comporte - une bague à canaux radiaux courbes dont l'alésage coulisse sur la tige de la soupape axiale, - des billes engagées dans lesdits canaux qui débouchent d'un csté dans l'alésage ainsi que dans une gorge de la tige et de l'autre côté sur une face radiale de ladite bague. Suivant un autre mode de réalisation, le moyen de tarage commun prend appui d'un cté dans le corps dudit obturateur et de l'autre sur une butée radiale placée sur les billes qui débouchent sur la face de la bague à canaux radiaux courbes. Suivant un autre mode de réalisation, le moyen de déclenchement est un épaulement pratiqué dans l'alésage du corps de l'obturateur, ledit épaulement retenant la bague pour permettre de dégager les billes hors de la gorge après compression du moyen de tarage commun. Suivant un autre mode de réalisation, le moyen retardateur magnétique est une culasse aimantée placée autour de la tige de soupape et sous une face de ladite bague opposée à la face dans laquelle débouchent les billes, le circuit magnétique de ladite culasse se fermant sur la bague. Afin que le champ magnétique ne se disperse pas, le corps de l'obturateur est réalisé dans un matériau non magnétique. Le moyen de tarage commun est soit un ressort hélicoldal de compression, soit un empilage de rondelles élastiques. Les modes de réalisation exposés plus haut permettent 2 une section -de passage d'au moins 65 cm dans les orifices de la paroi latérale alors qu'à titre de comparaison, les appareils 2 utilisés ont une section de passage de 31 cm pour le meme diamètre de tube. La longueur de la tige déterminée par la course de la soupape est adaptée à la dimension des orifices latéraux. La figure unique représente schématiquement un obturateur de sécurité à longue course suivant l'invention. Sur cette figure, l'obturateur, suivant l'invention, est affecté du repère 1, il est monté à l'extrémité d'un mandrin d'ancrage 2 et l'ensemble est disposé dans le tubage 3 d'un puits. Au moins une garniture 4 fixée au mandrin 2 assure l'étanchéité avec le tubage 3. L'obturateur-1 comporte un corps la en matériau non magnétique ; il est équipé d'un raccord lb du coté de son ouverture supérieure lc et d'un fond 5 qui ferme l'autre côté. Le corps la présente des orifices latéraux ld qui communiquent (flèche F1) avec l'ouverture supérieure lc lorsqu'une soupape 6 est en position de repos (figure). Les orifices latéraux ld sont largement dimensionnés et présentent une section de passage totale de 65 cm2, au moins égale à celles de l'ouverture supérieure et du mandrin 2. La soupape 6 est guidée par une tige 6a qui coulisse entre deux parties le, If munies de garnitures d'étanchéité, respectivement 7a et 7b. La tige 6a passe également avec un certain jeu dans les alésages respectifs (8a, 9a, 1Oa) d'une butée radiale 8, d'une bague 9 et d'une culasse aimantée 10. Le siège 16 de la soupape est fixé près de l'ouverture supérieure lc. Un ressort hélicoldal 12 travaillant à la compression ou un empilage de rondelles élastiques (non figuré) est monté sur la tige 6e et interposé entre un fond intermédiaire lg de l'obturateur 1 et la butée 8. La bague 9 comporte plusieurs canaux radiaux courbes 9b qui communiquent d'un côté avec l'alésage 9a et de l'autre avec une face radiale 9c de la bague 9. Les canaux 9b sont remplis de billes 14 qui, d'une part, débouchent dans l'alésage 9a en se calant dans le fond d'une gorge 6b usinée dans la tige 6 et d'autre part qui repoussent la butée radiale 8 soumise à l'action du ressort 12. La bague 9, les billes 12 et la gorge 6b constituent le moyen d'enclenchement de le tige 6a. La bague 9 peut coulisser avec l'épaulement Ih du corps 1 jusqu'à se rencontre avec ltépau- lement li qui constitue un moyen de déclenchement, comme il sera explicité plus loin pour le fonctionnement. La culasse 10 placée sous la bague 9 produit un champ magnétique qui se referme à travers la tige 6a et les billes 14. Ce champ magnétique augmente l'inertie de repos de la soupape 6 et régularise ensuite le déplacement de sa tige 6a, il agit comme moyen retardateur. Le tarage du ressort 12 et l'intensité du champ magnétique sont choisis en fonction de la différence de pression qui doit régner entre l'amont et l'aval de l'obturateur I. Le tarage du ressort 12 peut hêtre modifié par précontrainte ou par interposition de rondelles du côté du fond inter médiaire îg (non figuré). Le fonctionnement de l'obturateur 1 conforme à l'inven- tion, est le suivant - dans la position illustrée par la figure, la soupape 6 est maintenue au repos par les actions conjuguées du ressort 12 et du champ magnétique produit par la culasse 10. Dans le cas d1un changement brusque de pression provo quant l'aspiration de la soupape vers le haut de l'obturateur 1, la tige 6, la bague 9 enclenchée par les billes 14 calées dans la gorge 6b (sous l'action du ressort 12) remontent dans l'alésage 1h en comprimant le ressort 12 après un retard db à la force complémentaire nécessaire pour vaincre l'action retardatrice du champ magnétique de la culasse 10. Si la perturbation de pression se maintient dans le sens d'aspiration de la soupape 6, celle-ci continue sa course en fermant progressivement l'ouverture supérieure lc. Au moment où la soupape 6 se rapproche du siège 16, la face 9c de la bague 9 s'arrête sur ltXpaulement 1i. Si l'aspiration s'accentua dans le m8me sens, la course finale de la soupape 6 pour prendre place sur le siège 16 a pour effet de dégager le chanfrein 6c (tige 6a) des billes 14, ce qui provoque le déclenchement brusque de la tige 6a sous l'effet du ressort 12 et la fermeture totale de l'ouverture supérieure îc. Ce déclenchement renvoie la bague 9 et le ressort 12 dans leur position initiale de repos. La soupape 6 reste appliquée sur le siège 16 uniquement par le poussée des effluents aval passant par les orifices Id. Lorsque la différence de pression amont/aval redevient normale, la soupape 6 agissant en piston est renvoyée dans sa position initiale de repos jusqu'à ce que sa tige s'enclenche à nouveau dans la bague 9 comme l'illustre la figure. REVENDICATIONS 1. Obturateur de sécurité à longue course monté à l'extrémité du mandrin d'ancrage d'un tube d'exploitation pour les forages profonds, caractérisé en ce qu'il comporte - une soupape axiale couplée à un moyen d'enclenchement par un moyen de tarage commun, - un moyen de déclenchement, - un moyen retardateur couplé magnétiquement au moyen d'enclenchement, - des communications dégagées par la soupape en position de repos entre une ouverture supérieure et des orifices pratiqués dans la paroi latérale du corps de l'obturateur. 2. Obturateur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen d'enclenchement comporte - une bague à canaux radiaux courbes dont l'alésage coulisse sur la tige de la soupape axiale, - des billes engagées dans lesdits canaux qui débouchent d'un c8té dans ltalésage ainsi que dans une gorge de la tige et de l'autre coté sur une face radiale de ladite bague. 3. Obturateur suivant les revendications 1 et 2 > caractérisé en ce que ledit moyen de tarage commun prend appui d'un cté dans le corps dudit obturateur et de l'autre sur une butée radiale placée sur les billes qui débouchent sur la face de la bague à canaux radiaux courbes. 4, Obturateur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le moyen de déclenchement est un épaulement pratiqué dans l'alésage du corps de l'obtura- teur, ledit épaulement retenant la bague pour permettre de dégager les billes hors de la gorge après compression du moyen de tarage commun. 5. Obturateur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen retardateur magnétique est une culasse aimantée placée autour de la tige de soupape et sous une face de ladite bague opposée à la face dans laquelle débouchent les billes, le circuit magnétique de ladite culasse se fermant sur la bague. 6. Obturateur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de tarage commun est un empilage de rondelles élastiques. 8. Obturateur suivant la -revendication 1, caractérisé en ce que les orifices pratiqués dans la paroi latérale ont une 2 section de passage d'au moins 65 cm 9. Obturateur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le corps de l'obturateur est réalisé dans un matériau non magnétique.