Brevet FR2378171A1 — publié le 19780818

La présente invention a pour objet un séparateur de couches susceptible d'être mis en place hydrauliquement à l'aide d'un système à coins d'ancrage à double effet, lequel séparateur comporte au moins une douille rectifiee pouvant être retiree par destruction, ainsi qu'une garniture d'étanchéité, couramment appelée "packer", ajustee de manière amovible, cet ensemble étant capable d'être utilisé pour la séparation de couches superposées dans lesquelles on a operé un forage profond muni de tubes de chemisage en acier, cette séparation de couches pouvant être effectuée même dans les cas ou les pressions régnant, respectivement, dans lesdites couches, sont très différentes et lorsque les températures des couches sont très differentes. Compte tenu des avantages du séparateur de couches selon l'invention, tels que la durabilité considérable des joints d'étanchéité disposes entre la douille rectifiée et le tube de chemisage, etc., ledit séparateur est utilisé à une grande échelle en tant qu'équipement de base pour les installations de forage, notamment dans le domaine des exploitations pétrolières et de gaz naturel. Le separateur de couches selon l'invention assure, lorsqu'il est place sur les couches à haute pression, la protection du tronçon intéresse du tube de production contre la corrosion et contre les effets de la pression, et il permet, par des manipulations convenables, d'assurer la separation des couches dans le séparateur, de sorte qu'il est possible de démonter le tronçon intéressé du tube de production sans qu'il soit nécessaire de remplir la sonde d'un liquide. Dans le domaine de l'exploitation pétrolière, on utilise tous types de séparateurs de couches amovibles par destruction sans moyens de dégagement ou de démontage. Certains de ces dispositifs peuvent être mis en place à l'aide d'un ensemble séparé formant un équipement de mise en place hydraulique. Dans ce cas, on doit appliquer, outre les forces hydrauliques, une'force de traction mécanique qui provoque toutefois un déplacement indésirable du tube de production. Un autre type de séparateur de couches permanent est associé à l'équipement hydraulique de mise en place, et est actionné directement. A la connaissance de la Demanderesse, les séparateurs de couches les plus interessants sont construits aux Etats-Unis d'Amérique; ces separateurs de couches font partie de la catégorie de ceux qui peuvent être dégagés ou démontés par destruction (cf. les séparateurs connus sous les désignations commerciales respectives de Baker F. FA, D, DA, Fermadrill de la Société OTIS, et CAMO-PD1, HSP1). Tous ces dispositifs presentent une caractéristique commune-qui réside dans le fait qu'ils sont munis d'un système de coins d'ancrage disposés en deux rangées au-dessus ou au-dessous du joint d'étanchéité élastique, en vue de l'absorption des sollicitations alternatives en deux sens différents qui se manifestent pendant le fonctionnement, et dans le fait que les dispositifs in téressés sont enlevés du tube de chemisage par destruction complète de ceux-ci. Tous ces dispositifs présentent un inconvénient du fait que le dispositif intéressé peut facilement se déplacer angulairement, pendant l'étape d'enlevement de copeaux , et qu'après le dégagement de la rangée de coins supérieure, il existe un risque de glissement, de sorte que le démontage devient très difficile et ne peut, souvent, être accompli qu'apres de fastidieuses opérations de rattrapage. La présente invention a pour but de créer un séparateur de couches permanent susceptible d'etre mis en place hydrauliquement, qui soit agencé de ma nière à etre combiné avec le mécanisme de-mise en place hydraulique, et qui, lors de sa mise en place, ne nécessite pas de déplacement du tube de production, cependant que la douille rectifiée peut être retirée du tube de chemisage par destruction partielle. Grâce à l'agencement particulier du séparateur de couches, il est possible de faire en sorte que, pendant l'étape d'enlèvement de matière, le dispositif ne puisse se déplacer ni angulairement, ni linéairement (par glissement), et qu'apres l'enlèvement des impuretés déposées et après la destruction d'un certain élément, le retrait des autres organes du dispositif suisse être effectué sans difficultés, à l'aide d'un outil approprié. Le séparateur de couches selon la présente invention est un dispositif permanent comportant un systeme de coins d'ancrage double et des joints d'étan chéité élastiques, qui se prête à la mise en place hydraulique. Ce séparateur de couches est remarquable en ce qu'il comporte une douille rectifiée constituée par plusieurs éléments et montée à l'aide d'au moins un filetage, en ce qu'il est prévu une garniture d'étanchéité (packer) s'engageant dans ladite douille et pourvue de joints d'étanchéité, ladite garniture d'étanchéité étant montée sur le tronçon de tube de production associé, d'une maniere immobilisable et amovible, cependant que des joints d'étanchéité sont disposés sur la surface externe de ladite douille rectifiée, en ce que les coins d'ancrage inferieurs et supérieurs, ainsi qu'un guidage appelé a guider lesdits coins, et une bague intermediaire sont disposés au-dessous des éléments d'étanchéité, en ce qu'un manchon de pression pourvu, sur sa douille intérieure, de rainures de gui dage, est lié audit guidage des coins au moyen de tenons à filetage, cependant que le coin inférieur est supporte, par le bas, par un couvercle de cylindre de configuration conique, en ce qu'il est prévu un cylindre hydraulique appelé à actionner la garniture d'étanchéité et les éléments de fixation, ainsi qu'un manchon de mise en place relié audit guidage des coins et à ladite bague intermédiaire au moyen de vis susceptibles d'être cisaillées, ledit séparateur comportant en outre des dispositifs de verrouillage inférieur et supérieur appelésà maintenir la condition comprimée, cependant qu'un élémentinter- médiaire étanche est monté sur le manchon au moyen d'un filetage, par l'intermédiaire d'un refouleur de débris afin de permettre la liaison avec les elements de construction dans ladite douille rectifiée. L'invention sera décrite de manière plus détaillée ci-dessous en référence à la figure unique annexée qui représente, à titre d'exemple, mais non pas de limitation, un mode de réalisation de l'invention. Cette figure unique représente, partiellement en coupe, un séparateur de couches selon la présente invention. Ce séparateur comporte une douille supérieure sur laquelle est monté, au moyen d'un filetage fendu de sécurité à pas à gauche, la garniture d'étanchéité (ou packerJ 1 associée au tube de production. Le joint d'étanchéité elastique 3 assure l'étanchéité de la douille 2 et de l'espace intérieur du tube de production; ce joint d'étanchéité est supporté, en bas, par la douille de pression 5. La surface intérieure de la douille de pression est guidee par des-nervures, à la surface extérieure de la douille- inférieure 6; grâce à cette liaison à nervures, la douille supérieure 2 et la douille inférieure 6 montee sur ladite douille supérieure par vissage sont immobilisees angulairement l'une par rapport à l'autre. Le guidage 9 des coins est dispose au-dessous de l'extrémité inférieure de la douille de pression 5 et est monté à l'aide des tenons à filetage 5; les coins supérieurs 11 qui protègent le séparateur de couches contre les effets des forces agissant à partir du haut, sont disposes dans les rainures en T du guidage des coins. Le guidage 9 est fixé sur la douille de mise en place 15 à l'aide des vis 10 de cisaillement 10 assurant la mise en place du joint d'étanchéité elastique 3. Le coin supérieur 11 et le coin inférieur 14 s'appuient sur la bague intermédiaire 23 et sont maintenus l'un contre l'autre par les rainures en T,cependant que la bague intermédiaire est fixee sur la douille de mise en place 15 au moyen des vis de cisaillement 12 servant à la mise en place du coin supérieur 11. Les coins inférieurs 14 protègent le séparateur de couches contre les effets des forces agissant à partir du bas; les coins s'appliquent contre le couvercle conique 16, et ils sont maintenus dans leur position par les ressorts à lame 13. La douille inférieure 6 et le manchon à piston 17 sont reliés entre eux par un filetage sur la surface extérieure duquel est prevu le cylindre hydraulique effectuant la mise en place des éléments de fixation et des éléments d'etanchéité. Le couvercle 16 ferme le cylindre hydraulique, ce cylindre etant verrouillé dans sa position, après le déplacement, par les moyens de verrouil- -- lage inférieurs 19, par rapport au manchon de piston 17. La pièce intermédiaire 21 est reliée audit manchon de piston, par vissage, par l'intermédiaire du refouleur de débris 20, l'étanchéité hydraulique étant assurée par les joints toriques à section circulaire. Le séparateur de couches selon l'invention fonctionne de la façon suivante; Les unités de construction complémentaires connues en elles-mêmes sont montées sur le séparateur de couches conforme à l'invention. On monte la piece intermédiaire de circulation, au-dessus du séparateur de couches, cependant que la valve à bille de mise en place est vissée sur la pièce intermédiaire; on peut aussi prévoir une valve d'obturation dans ladite pièce intermédiaire. L'ensemble ainsi constitué, ainsi que le tube de production sont mis en place à la profondeur voulue. Après obturation de l'extrémité inférieure, on produit une surpression hydraulique ou pneumatique l'intérieur du tube de production et à l'intérieur du séparateur de couches. Sous l'effet de cette pression, le cylindre 18 et le couvercle 16 se déplacent vers le haut, cependant que la force de mise en place agit sur la douille de mise en place 15, les vis de cisaillement 10, le guidage 9 des coins et enfin sur la douille 5, comprimant de ce fait les joints d'étanchéité 3 pour les amener dans leur position d'obturation, dans laquelle ils sont pressés contre la paroi du tube de production. Le mécanisme de verrouillage superieur 8 suit ce deplacement et, âpres le cisaillement des vis 10 sous l'effet d'une pression prédéterminée, ce mécanisme de verrouillage 8 est arrêté par la douille inférieure 6, ce qui empêche le joint d'étanchéité élastique de glisser vers l'arrière. Pendant qu'on maintient, ou que l'on augmente la pression de mise en place, la force de mise en place agit, par l'intermediaire de la douille de mise en place 15 et des vis de cisaillement 12, sur la bague intermédiaire 23, à la suite de quoi les coins superieurs 11 glissent vers l'extérieur, sur le guidage 9, pour venir buter contre la paroi du tube de production, et ils sont alors bloqués dans cette position Lorsque la valeur requise de la pression de mise en place a été atteinte, on diminue la pression et, de ce fait, le mécanisme de verrouillage inférieur coopère avec le manchon de piston 17 et maintient ainsi la condition comprimee. Il ressort de ce qui précède que le système à coins à double effet protège le séparateur de couches contre l'action des forces externes dans deux sens différents. L'enlèvement partiel de matiere et le retrait du séparateur de couches s'effectuent de la manière suivante: La garniture d'étanchéité (packer) 1 du tube de production est devissée du separateur de couches par un mouvement tournant dans le sens des aiguilles d'une montre, et est retirée. Ensuite, on met en place, d'une manière connue en soi, une fraise de fond pourvue de plaquettes en carbure ou matériau dur analogue. L'outil est placé de manière à toucher la douille supérieure 2 du separateur de couches. Sous une charge de 2 à 3 Mp et avec une vitesse de rotation d'entrainement de 40 à 60 tours/mn, on peut alors, tout en prevoyant une circulation de fluide convenable, commencer la destruction par enlevement de copeaux de la douille supérieure 2 qui, tout en étant formée d'un matériau à haute résistance mécanique, se prete facilement à cette opération. Ladite opération d'enlevement de copeaux se poursuit jusqu'à ce que la substance à extraire apparaisse dans le liquide de rinçage, après quoi on interrompt l'opération d'enlèvement de copeaux. Par l'opération de fraisage sus-mentionnée avec circulation d'un fluide, on élimine, d'une part, les dépôts de sable et de boue et, d'autre part, on supprime le support de l'élément 3, et il en résulte une destruction totale ou partielle, ainsi qu'un rinçage efficace. On retire la partie inferieure du séparateur de couches selon l'invention en procedant comme indiqué ci-dessous. Grâce à l'agencement particulier du séparateur de couches, les éléments maintenus par les coins inférieur et supérieur ne se déplacent pas, pendant l'opération de destruction par enlevement de copeaux du joint élastique 3, mais ils restent dans leur position ou ils sont fixés sur la paroi du tube de production. Après l'achèvement de l'opération de fraisage, on peut retirer la partie inferieure à l'aide d'outils classiques bien connus des spécialistes, tels que pince à arracher les tubes, mandrin fileté, etc. L'outil de démontage ou de retrait est d'abord fixe dans la douille su périeure 2 ou dans la douille inferieure 6, les douilles précitees étant immobilisées angulairement l'une par rapport à l'autre par la douille de pression 5, les tenons à filetage 7, le guidage 9 des coins et les coins supérieurs 11. Ensuite, on abaissse l'outil de retrait sous une charge appropriée. Sous l'effet de la pression, la douille inférieure 6 et le manchon de piston 17 sont déplacés, la tête du manchon de piston entre en contact avec la plaque terminale du cylindre 18 et l'abaisse, le couvercle conique 16 du cylindre est retire d'en-dessous de la plaque inferieure des coins 14, de sorte que les coins ne sont plus supportés par le bas. Après l'achèvement du déplacement, la tête de la douille inferieure 6 entre en contact avec l'épaulement inté- rieur de la douille de pression 5 ou avec le guidage des coins qui est fixé sur le tubes de production par les coins supérieurs 11, cependant que le mecanisme de verrouillage superieur 8 maintient l'état démonte-au niveau de la douille inferieure. Apres l'achèvement des opérations décrites ci-dessus, on relève l'outil de retrait. Sous l'effet de la force de traction, le mécanisme de verrouillage supérieur entre en contact avec l'extrémité conique inférieure de la douille de pression 5; ensuite, ladite force de traction agit sur le guidage 9 des coins, par l'intermédiaire des tenons 7; de ce fait, le guidage 9 est retiré d'en-dessous des coins supérieurs 11. Les éléments de fixation sont detachés de la paroi du tube de production et rétractés dans les rainures de guidage du guidage 9. Lorsque la douille inferieure 6 est remontée davantage, le coin supérieur 1 entraîne la bague intermédiaire 23, le coin inférieur 14 est détaché de la paroi du tube de production, de sorte que, sous l'action des ressorts à lame 3, les éléments intéresses reviennent vers leur position initiale. La partie inférieure du séparateur de couches, desserré comme décrit cidessus, peut alors être retirée sans difficulté du tube de production. Ainsi qu'il ressort de la description qui précède, le séparateur de couches selon l'invention présente une construction simple, sa mise en place est effectuée hydrauliquement, il n'est pas necessaire de déplacer le tube de production; par ailleurs, l'étanchéité et la protection contre les effets des sollicitations hydrauliques et mécaniques dans deux sens différents sont assurees.Le retrait du dispositif à partir du tube de production est effectue d'une manière sure et peut être opéré d'une manière sensiblement plus avantageuse que dans le cas des dispositifs connus, étant donné que le dispositif selon l'invention ne peut ni tourner ni glisser pendant l'opération de destruction par enlèvement de copeaux de l'élément d'étanchéité et de la douille rectifiée.Par conséquent, le séparateur de couches selon l'invention peut etre retiré du tube de chemisage à l'aide d'un outil convenable, apres le démontage des différents éléments de l'installation. Un autre avantage du séparateur de couches selon l'invention reside dans le fait que les éléments de fixation sont disposés au-dessous du joint d'etan- chéité élastique, de sorte qu'il n'est pas nécessaire de détruire, par enle- vement de copeaux, la rangée de coins d'ancrage formés d'un materiau dur à haute résistance mécanique, ce qui diminue les risques de détérioration du tube de chemisage et réduit la duree de l'opération de démontage. Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée aux modes de realisation decrits et représentés; elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées et sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. rEVENDICATIONS 1.- Séparateur de couches comportant un système de coins d'ancrage à double effet disposes en deux rangees, ainsi qu'un joint d'étanchéité élastique, caraçtérisé.en ce qu'il comprend une douille supérieure pourvue d'un alésage rectifié, en ce qu'une garniture d'étanchéité amovible et susceptible d'être assujettie est destinée à être montee dans ladite douille superieure, en ce qu'une douille inférieure est prévue, cependant qu'une douille de pression liée à un manchon de piston est montée sur le corps du separateur, en ce qu'un guidage de coins fixé par des tenons à filetage est monté sur ladite douille de pression, en ce qu'il est prevu, en outre, un mécanisme de verrouillage supérieur, en ce qu'une bague intermédiaire assure le serrage du coin superieur et du coin inférieur, et en ce que ledit séparateur comprend egalement une douille de mise en place, un cylindre de mise en place monté sur un couvercle à l'aide d'un filetage, ainsi qu'un mécanisme de verrouillage inférieur. 2.- Séparateur de couches selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une douille de mise en place du joint d'étanchéité elastique et du coin superieur, ladite douille de mise en place etant montée de façon deplaçable au-dessous des éléments de fixation. 3.- Séparateur de couches selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite douille de mise en place est fixée sur ledit guidage de coins et sur ladite bague intermédiaire à l'aide de vis de cisaillement. 4.- Séparateur de couches selon la revendication 1, caractérisé en ce qulil comporte un mécanisme de verrouillage pourvu d'un filetage à profil en dents de scie, qui est disposé entre ladite douille de pression et ledit guidage de coins, ce mécanisme de verrouillage étant appelé à maintenir ledit joint d'étanchéité élastique dans la condition comprimée et à permettre le desserrage des coins inférieur et supérieur. 5.- Séparateur de couches selon-la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des guidages à rainures disposés sur la surface intérieure de ladite douille de pression et sur la surface extérieure de ladite douille inférieure, respectivement, lesdits guidages à rainures étant agencés de maniere à coopérer l'un avec l'autre afin d'éviter tout mouvement angulaire relatif des éléments intéressés. 6.- Séparateur de couches selon la revendication 1, caractérisé en ce que des épaulements sont formés sur la surface intérieure de ladite douille de pression et sur la surface extérieure de ladite douille inférieure, respectivement, lesdits épaulements étant agencés de maniere à entrer en contact l'un avec l'autre. 7.- Séparateur de couches selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'après une destruction partielle par enlèvement de copeaux du dispositif, son retrait du tube de production associe est susceptible d'être effectue à l'aide d'un outil d'extraction.