Brevet FR2484012A1 — publié le 19811211

La présente invention concerne un obturateur anti-éruption annulaire pour installation de forage pétrolier ou gazier. Le brevet US 3.667.721 décrit d'une manière générale un obturateur antiéruption annulaire pour fermer et étanchéifier un trou non tubé, un tubage, une tige de forage, une tige d'exploitation ou une tige carrée d'entraîne- ment, dans lequel la surface intérieure de la cage supérieure est une surface sphérique. La présente invention a pour objet un obturateur anti-éruption annulaire perfectionné selon lequel la hauteur globale est plus faible, le volume d'agent hydraulique nécessaire pour sa manoeuvre est réduit d'au moins 50 %, ce qui réduit les dimensions de l'ensemble de manoeuvre hydrau- lique nécessaire, sa durée de fermeture est réduite d'envi- ron 50 % et son coût est sensiblement réduit. La présente invention propose un obturateur anti-éruption perfectionné pour installation de forage pétrolier ou gaziers comportant une cage inférieure, une cage supérieure, un moyen d'étanchéité élastique interposé entre les cages, et un piston de manoeuvre du moyen d'étan- chéité selon lequel l'intérieur de la cage supérieure présente une surface sphérique, l'intérieur de la cage inférieure présente une surface sphérique, et le moyen d'étanchéité élastique comporte des surfaces sphériques supérieure et inférieure destinées à coopérer avec les surfaces sphériques des cages supérieure et inférieure respectivement. L'invention propose en outre - un obturateur anti-éruption dans lequel les surfaces sphériques des cages supérieure et inférieure sont concentriques; - un moyen d'étanchéité comportant des segments en acier disposés de haut en bas du moyen d'étanchéité, ces segments d'acier présentant des surfaces supérieures et inférieures sphériques; - un obturateur anti-éruption comportant une 2 2484012 cage inférieure, une cage supérieure, un moyen d'étanchéité élastique interposé entre les cages, un alésage vertical traversant coaxialement les cages, et un piston agissant verticalement sur le moyen d'étanchéité, obturateur dans lequel l'intérieur de la cage supérieure présente une surface sphérique qui. s'étend jusqu'à l'alésage, l'intérieur de la cage inférieure présente une surface sphérique qui s'étend jusqu'à l'alésage, et les surfaces sphériques sont concentriques. Le moyen d'étanchéité comporte des segments en acier qui s'étendent de haut en bas du moyen d'étanchéité, et les dessus et dessous du moyen d'étanchéité et des segments en acier constituent des surfaces sphériques concentriques qui coopèrent avec les surfaces sphériques des cages supérieure et inférieure. Les cages supérieure et inférieure comportent chacune une paroi verticale partant vers le bas de la surface sphérique de la cage considérée, et le piston à mouvement vertical est en contact étanche avec ces parois verticales. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion ressortiront de la description que l'on va maintenant donner d'un mode préféré de réalisation de l'invention, choisi à simple titre d'exemple, en se référant aux dessins annexés sur lesquels les mêmes parties portent sur toutes les figures les mêmes symboles de référence. - Figure 1 est une vue schématique d'une instal- lation de forage sous-marin dans laquelle on peut utiliser l'obturateur anti-éruption selon la présente invention; - Figure 2 est, en élévation, une vue en coupe droite montrant l'obturateur anti-éruption selon le mode préféré de réalisation de l'invention en position dans laquelle il n'est pas en contact étanche avec une colonne de forage qu'il entoure; - Figure 3 est, en élévation, une vue de détail partiellement en coupe prise suivant la ligne 3-3 de la figure 2; - Figure 4 est, en élévation, une vue de détail en coupe droite montrant l'obturateur anti-éruption selon la 3 244 012 présente invention en position de fermeture autour de la colonne de forage; - Figure 5 est, en élévation, une vue de détail en coupe droite montrant l'obturateur anti-éruption selon la présente invention en position de fermeture dans un trou non tubé, et - Figure 6 est, à plus grande échelle, une vue en perspective des segments métalliques de translation ou de guidage de l'élément d'étanchéité. L'obturateur anti-éruption selon la présente invention est désigné par 10 et, tel que représenté sur la figure 1 à simple titre d'exemple, il est en service dans une installation de forage sous-marin située au large dans laquelle il est commandé à partir d'une tour de forage flottante 11 par des lignes de commande 12 et 14. Toutefois, l'appareil 10 selon l'invention peut servir dans tous types de tours de forage, sous-marines ou non. L'obturateur anti-éruption 10 peut comporter, comme on le voit le mieux sur la figure 2, des cages supérieu re 16 et inférieure 18, maintenues assemblées de manière amovible pour un mécanisme de blocage désigné par 20. Dans les cages supérieure 16 et inférieure 18 sont respectivement ménagés des trous coaxiaux 22 et 24 de réception d'outil de forage, destinés à recevoir un outil formé d'une colonne de forage 26 qui peut être déplacée- axialement dans un alésage 28 ménagé coaxialement dans les cages 16 et 18. L'élément d'étanchéité désigné par 30 comporte un moyen d'étanchéité élastique 32 interposé entre les cages supérieure 16 et inférieure 18 et peut être sélectivement déplacé entre une position de non étanchéité, représentée sur la figure 2, et une position d'étanchéité représentée sur les figures 4 et 5. Le moyen ou joint d'étanchéité 32 peut comporter un anneau continu en matière élastique telle que caoutchouc naturel ou synthétique. Le joint 32 présente un alésage intérieur 34 de diamètre approximativement égal à celui de l'alésage 28 des cages. 4 2484012 L'é'ément d'étanchéité 30 comporte aussi une série de moyens; de guidage ou segments en acier 36 radiale- ment espacés, urévus pour coopérer à coulissement avec les cages. supérieure 16 et inférieure 18 afin de convertir le mouvement vertical d'un moyen de manoeuvre tel que piston 38 en un mouvement décrit vers l'intéricur par le moyen d'étanchéité 30 pour établir l'étanchéité dans l'alésage 28 ces cages. De préférence, les segments en acier 36 radialement espacés adhèrent à l'anneau d'étanchéité élastique 32. Le moyen de manoeuvre ou piston 38 est à double effet et est déplacé verticalement grâce aux lignes de fluide de. commande 12 et 14. Bien qu'on puisse utiliser tout moyen de blocage approprié pour fixer la cage supérieure 16 contre la cage inférieure 18 et lui faire prendre appui sur un anneau adaptateur 40, le moyen de blocage peut comporter une couronne d'encliquetage extérieure 42 présentant des dents inclinées qui coopèrent avec une rainure de blocage 44 de la cage inférieure 18, une couronne de blocage 46 qui présente une surface tronconique portant contre le dos tronconique de la couronne d'encliquetage 42 et des boulons 48 de fixation de la couronne de blocage à la cage supérieure 16. L'intérieur de la cage supérieure 16 comporte une surface sphérique 50 qui s'étend jusqu'à l'alésage 28. En outre, l'intérieur de la cage inférieure 18 comporte une surface sphérique 52 qui s'étend jusqu'à l'alésage 28. Les surfaces sphériques 50 et 52 sont concentriques et servent à guider l'élément d'étanchéité 30 et à déterminer son trajet de mouvement. En outre, le moyen d'étanchéité 30 présente une surface supérieure 54 au niveau de laquelle tant le joint élastique 32 que les segments en- acier 36 définissent ensemble une surface sphérique qui épouse la surface sphérique 50 de la cage supérieure 16 et coopère avec elle: De même, le moyen d'étanchéité 30 comportant le joint élastique 32 et les segments en acier 36 présente une surface inférieure 56 qui est sphérique et qui coopère 24104O!2 avec la surface sphérique 52 de la cage inférieure 18. Les moyens de translation métalliques ou segments en acier 36 présentent chacun, comme on lC voit sur les fi- gures 2 à 6, un dessous 60 à surface sphérique 62 épousant la surface.sphérique 52 et un dessus 64 à surface sphérique 66 coopérant avec la surface sphérique 50. Le dessous 60 et le dessus 64 sont réunis par une membrure 68. Les surfaces 62 et 66 coopèrent avec les surfaces 52 et 50 pour permettre un mou- vement glissant métal-métal à frottement doux, lors du mouve- ment de fermeture décrit vers l'intérieur par l'élément d'étan- chéité 30, afin de guideruniformément cet élément 30 entre les surfaces sphériques 50 et 52. L'intérieur de la cage supérieure 16 comporte aussi une paroi verticale 70 partant vers le bas de la surface sphérique 50. L'intérieur de la cage inférieure 16 présente également une paroi verticale 72 partant vers le bas de la surface sphérique 52. Le piston 38 mobile verti- calement est en contact étanche avec les parois verticales et 72 et passe de la position rétractée représentée sur la figure 2 à la position, représentée sur les figures 4 et' 20.5, de pénétration dans le volume séparant les surfaces sphériques 50 et 52. On notera que les surfaces sphériques et 52 contrôlent et restreignent le mouvement de l'élément d'étanchéité 30 pour contrôler plus positivement le mouvement et l'effet d'étanchéité intervenant quand le piston 38 se déplace vers le haut comme représenté sur les figures 4 et 5. En outre, la structure selon la présente invention réduit la hauteur globale de l'obturateur anti- éruption 10, diminue d'au moins 50% le volume d'agent hydraulique nécessaire pour fermer cet obturateur 10, ce qui réduit les dimensions de l'ensemble hydraulique de commande, réduit d'environ 50% le temps de fermeture, et a- baisse en outre sensiblement le coût de l'obturateur.Une fois l'étanchéité initiale établie, la pression agissant sur le dessous du piston 38 contribue à conserver à l'obtu- rateur sa position d'étanchéité. Pour ouvrir l'obturateur anti-éruption 10, on déplace de haut en bas le piston 38 vers sa position initiale et, grâce à son élasticité, le moyen d'étanchéité 32 prend, en se déplaçant vers l'exté- 6 24Q4O12 rieur et les deux surfaces sphériques 50 et 52 qui le flanquent, sa position d'ouverture. La présente invention-permet donc bien d'atteindre les objectifs visés et elle peut être mise en oeuvre suivant des variantes sans que l'on sorte de son cadre. - 7 249t9' 2 A?,. 2 REVENDICATIONS 1. Obturateur anti-éruption pour installation de forage pétrolier ou gazier comportant une cage inférieure (18), une cage supérieure (16), un moyen d'étanchéité élastique (30) interposé entre. les cages, et un piston de manoeuvre (38) dudit. moyen d'étanchéité (32), caractérisé en ce que l'intérieur de la cage supérieure (16) et de la cage inférieure (18), présente une surface sphérique (50,52), lesdites surfaces sphériques (50,52) des cages supérieure (16) et inférieure (18) sont concentriques, et ledit moyen d'étanchéité élastique (30) comporte des surfaces sphériques supérieure (54) et inférieure (56) destinées a coopérer respectivement avec les surfaces sphériques des cages supé- rieure et inférieure, en réponse à l'action exercée sur ledit moyen d'étanchéité (30) par ledit piston (38) lors de ladite manoeuvre. 2. Obturateur selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le moyen d'étanchéité (30) comporte des segments en acier (36) qui s'étendent de haut en bas du moyen d'étanchéité et qui présentent par-dessus et par- dessous des surfaces sphériques (66, 62). 3. Obturateur anti-éruption pour installation de forage pétrolier ou gazier, comportant une cage inférieure (18), une cage supérieure (16), un moyen d'étanchéité (30) interposé entre les cages, un alésage vertical (28) traver- sant coaxialement les cages, et un piston (38) agissant verticalement pour manoeuvrer ledit moyen d'étanchéité (30), selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'intérieur de la cage supérieure (16) présente une surface sphérique (50) qui s'étend jusqu'à l'alésage (28), l'intérieur de la- cage inférieure (18) présente une surface sphérique qui s'étend jusqu'à l'alésage (28), les surfaces sphériques des cages supérieure et inférieure étant concentriques, le moyen d'étanchéité (30) comportant des segments d'acier (36) qui s'étendent de haut en bas du moyen d'étanchéité, 'le dessus et le dessous du moyen d'étanchéité et des segments d'acier constituant des surfaces sphériques qui coopèrent avec les 8 24p4O52 surfaces sphériques des cages supérieure et inférieure, ledit piston àmouvement vertical (38) pouvant pénétrer dans le volume qui sépare les surfaces sphériques des cages supérieure et inférieure pour déplacer le moyen d'étanchéité (30) vers l'alésage (28). 4. Obturateur selon la revendication 3, caracté- risé en ce que les cages supérieure (16) et inférieure (18) comportent chacune une paroi verticale (70, 72) partant vers le bas de la surface sphérique de la cage intéressée, et en ce que ledit piston (28) porte hermétiquement contre lesdites parois verticales (70,72).