Brevet FR2480848A1 — publié le 19811023

L'invention concerne un appareil de cisaillage destiné à cisailler des pièces telles qu'une garniture de forage traversant une tâte de puits. La garniture de forage peut comporter un joint de tige carrée, des tiges de forage, des joints de tige et des masses-tiges de diverses masses linéiques. Au cours du forage d'un puits, il peut être nécessaire de cisailler la garniture de forage au niveau de la tête de puits afin de contrôler le puits. Il est donc souhaitable de pouvoir cisailler n'importe quel tronçon de la garniture de forage pouvant se trouver dans la tête de puits au moment o une situation d'urgence apparait et nécessite le cisaillage de la garniture et l'obturation du puits. Des dispositifs de cisaillage antérieurs, tels que celui décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique NI 3 5%1 52U, se présentent sous la forme de blocs d'obturation qui coupent les tiges de forage et réalisent une obturation s'opposant à la pression du puits après que la tige a été cisaillée. Bien que ces dispositifs de cisaillage donnent satisfaction pour cisailler des tiges de forage, ils ne sont pas conçus pour cisailler des masses-tiges ou des tubages lourds, pour plusieurs raisons. En général, ils ne sont pas suffisamment puissants pour cisailler les masses- tiges lourdes. Ils tendent à aplatir un tubage qui devient ainsi plus large que l'alésage du bloc d'obturation et pend dans les chemins de guidage. De plus, en exerçant la force nécessaire au cisaillage d'une masse-tige, les lames de coupe ont tendance à s'écarter verticalement, ce qui réduit leur aptitude au cisaillage. Certains appareils de cisaillage de l'art antérieur comportent des guides empêchant l'écartement des lames. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique N0 1 802 564 décrit un appareil de cisaillage de tête de puits dont le corps présente des rainures entourant le sondage et dans lesquelles les lames coulissent en effectuant leur cisaillage. Un support latéral est prévu pour les lames de coupe dans le dispositif décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique NO 3 399 728. L'invention concerne un appareil perfectionné de cisaillage destiné à cisailler n'importe quel tronçon d'une garniture de forage dans une tête de puits. Cet appareil comporte un corps traversé par un alésage des côtés opposés duquel partent latéralement des chemins de guidage de mâchoires, un ensemble comprenant des première et seconde mâchoires placées chacune dans l'un des chemins de guidage, une lame de coupe associée à chaque mâchoire, des moyens associés aux lames afin de retenir la structure cisaillée à l'intérieur de l'alésage et de s'opposer à l'écartement des lames pendant le cisaillage, et des moyens destinés à déplacer les mâchoires vers l'alésage et en sens opposé, sous une force suffisante pour que les lames de coupe cisaillent les masses-tiges. L'invention concerne donc un appareil perfectionné de cisaillage de tête de puits, capable de cisailler n'importe quel tronçon d'une garniture de forage et conçu pour empêcher la structure cisaillée de se coincer en s'engageant dans les chemins de guidage de l'appareil. Ce dernier exerce une force qui résiste à l'écartement des lames de coupe, ce qui accroit l'efficacité du cisaillage. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels: la figure 1 est une élévation, avec coupe partielle, de l'appareil perfectionné de cisaillage selon l'invention traversé par une masse-tige dont un tronçon est représenté avec arrachement partiel afin de montrer en détail l'ensemble à mâchoires; la figure 2 est une vue en plan de l'appareil de la figure 1, avec arrachement partiel du corps montrant les positions relatives des mâchoires, de l'alésage et des chemins de guidage; la figure 3 est une vue analogue à celle de la figure 1, montrant le cisaillage d'une masse- tige; la figure 4 est une vue en perspective de la forme préférée de réalisation des lames et des mâchoires de l'appareil selon l'invention; et 2Z480848 la figure 5 est une coupe suivant la ligne 5-5 de la figure 3. Les figures 1 et 2 représentent l'appareil 10 selon l'invention qui comprend un corps 12 traversé par un alésage vertical 14. Une garniture D de forage passe dans l'alésage 14o Le corps 12 comporte une bride inférieure 16 et une bride supérieure 1? permettant à l'appareil 10 d'être fixé dans un bloc de tête de puits. Des chemins 20 et 22 de guidage de m&choires partent vers l'extérieur des côtés opposes de l'alésage 14. L'ensemble à mâchoires de l'appareil comprend des premiere et seconde mâchoires 24 et 26 qui sont disposées dans les chemins de guidage 20 et 22, respec- tivement. Des éléments de commande de mouvement alter'natie; par exemple des actionneurs 28, sont destinés à dépiacar ou faire avancer les mâchoires en réponse à une certaine pression de fluide dans l'alésage 14, afin de cisailler le tronçon de la garniture D de forage passant dans l'alésage, ces actionneurs étant également destines à rétraccer les macholres de l'alésage. Chacun des actionneurs 28 comprend un piston 30 logé dans un cylindre 32, et une tige 34 qui relie le piston à la mâchoire à déplacer. Les actionneurs sont convenablement fixses au corps 12, comme représenté. Des moyens convenables assurent une alimentation en fluide sous pression sur les cotés opposés du piston 30. Une lame supérieure 36 de coupe est portée par la mâchoire 24 alors que la mâchoire 26 porte une lame inférieure 38 de coupe. Comme représenté sur la figure 4, les lames de coupe sont réalisées d'une seule piece avec les mâchoires. Les mâchoires 24 et 26 ont une section droite à peu près ovale, correspondant à la forme des chemins de guidage 20 et 22, et les lames 36 et 38 de coupe sont tournées vers l'alésage 14. Les lames 36 et 38 sont disposées de manière que l'arête de coupe de la lame 38 passe juste au- dessous de l'arête de coupe de la lame 36 afin de cisailler un tronçon de la garniture de forage. Des bras 40 et 42 sont fixés aux côtés de la mâchoire 24 par des vis 44 à tête, comme représenté, et font saillie vers l'alésage 14. Des bras 46 et 48 sont fixés aux côtés de la mâchoire 26 par des vis 50 à tête et font saillie vers l'alésage 14. Les bras 40, 42, 46 et 48 font saillie vers l'avant des mâchoires, sur les côtés des lames, et ils sont suffisamment épais pour recouvrir l'alésage 14 sur une petite distance, comme montré sur la figure 5. Les bras 40 et 42 présentent également des épaulements 52 et 54 tournés vers le haut et des surfaces supérieures 53 et 55, respectivement, qui s'étendent le long d'une partie importante de leur longueur, comme montré sur la figure 4. Les bras 46 et 48 comportent des épaulements 56 et 58 tournés vers le bas et des surfaces inférieures 57 et 59, respectivement, qui s'étendent sur une partie importante de leur longueur, comme montré sur la figure 4. Chacun des bras 40, 42, 46 et 48 comporte une saillie verticale intérieure 60 qui s'ajuste dans des rainures 62 des mâchoires. Lorsque les mâchoires 24 et 26 sont déplacées vers l'intérieur, le bras 40 porte contre le bras 46 de manière que l'épaulement 52 entre en contact avec la surface 57 et que l'épaulement 56 entre en contact avec la surface 53. De plus, les bras 42 et 48 portent l'un contre l'autre, l'épaulement 54 portant contre la surface 59 et l'épaulement 58 portant contre la surface 55. Tous ces contacts sont glissants. Lorsque les mâchoires 24 et 26 sont suffisamment déplacées pour entrer en contact avec la garniture de forage D, leurs bras sont enclenchés les uns avec les autres et occupent les espaces des chemins 20 et 22 de guidage situés sur les côtés de l'alésage 14, comme montré sur la figure 5. Ainsi, pendant que la garniture D de forage est cisaillée par les lames de coupe 36 et 38, les bras empêchent cette garniture d'être aplatie dans les espaces ménagés dans les chemins 20 et 22 de guidage, sur les côtés de l'alésage 14. L'action de cisaillage des lames 36 et 38 de coupe engendre des forces tendant à soulever la lame supérieure 36 et à abaisser la lame inférieure 38. Si les lames, sous l'effet de ces forces, s'éloignaient du plan de cisaillage, l'efficacité du cisaillage serait notablement réduite. Dans l'appareil 10 de cisaillage selon l'invention, une résistance est opposée à ces forces et les lames sont maintenues, par l'enclenchement des bras, dans leur position correspondant au cisaillage le plus ef icace. Les épaulements 56 et 58 et les surfaces 57 et 59 tendent à se déplacer vers le bas lorsque la lame de coupe 36 est forcée vers le bas, et les épaulements 52 et 54 et les surfaces 53 et 55 tendent à se déplacer vers le haut lorsque la lame de coupe 38 est forcée vers le haut. Les enclenchements réalisés entre les épaule- ments et les surfaces transmettent' ces forces afin de maintenir -es lames dans l'alignement souhaité. De plusî l'ajustement étroit des bras dans les cotés des chemins de guidage produit une force qui résiste à celles tendant à écarter les lames de coupe l'une.de l'autre. Bien que les mâchoires représentées et décrites soient réalisées d'une seule pièce avec leur lame de coupe, il est évident qu'une lame de coupe rapportée peut être convenablement fixée au corps de chaque mâchoire, par exemple au moyen de vis à tête et d'organes complémentaires mâles et femelles d'emboitement. La figure 3 représente l'appareil 10 de cisaillage alors qu'il vient d'achever le cisaillage de la garniture de forage D dont le tronçon inférieur est tombé dans le sondage (non représenté), au-dessous de l'appareil 10. Cette figure montre le cisaillage d'une masse-tige qui ne présente pratiquement pas d'aplatissement résultant du cisaillage. Un tubage et une tige de forage de grand diamètre sont normalement aplatis par les appareils antérieurs tels que ceux décrits dans les brevets précités. Pour permettre le cisaillage de masses-tiges et de tubages lourds, les actionneurs 28 sont sensiblement plus puissants que ceux utilisés avec les appareils de cisaillage de tiges de puits de l'art antérieur- Par exemple, les actionneurs 28 peuvent fonctionner sous la même pression que celle utilisée dans les appareils de cisaillage antérieurs, mais ils ont une surface utile, soumise à la pression, d'environ 4 fois supérieure à celle des actionneurs antérieurs, pour des mâchoires de cisaillage de même dimension. Il est possible de comparer la surface utile de pression des actionneurs qui, dans un appareil de l'art antérieur, est de 860 cm2 alors que dans l'actionneur 28 selon l'invention elle est de 4000 cm2. Ainsi, l'actionneur 28 développe une force égale à quatre fois celle des appareils de l'art antérieur et il est suffisamment puissant et robuste pour cisailler rapidement des masses-tiges de 17,8 cm et un tubage de 34 cm, par exemple. Pour cisailler des masses-tiges de 20,3 cm, il est recommandé de porter la pression du fluide d'alimentation des actionneurs 28 de la valeur normale de 21 MPa à la valeur de 35 MPa. Lors du cisaillage d'un tel tubage de grand diamètre, les bras empêchent tout mouvement du tubage écrasé dans les chemins de guidage, sur les côtés de l'alésage, et ils résistent également à l'écartement des lames de coupe au cours du cisaillage. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'appareil de cisaillage décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIO l Apareil de cisaillage du type à mâchoires, destineé à une tète de puits et caractérisé en ce qu'il c mporte un corps (12) traversé par un alésage (14) de c8tés opposés duquel parternt latéralement des chemins (20, 22) de guidage de machoires0 un ensml e corprenant des première et seconlde m. c:res (24, 26) placees chacune dans un chemin de gu-idage, et des!s) {à8 dstines a taire exécuter un m.ouvement e alternatif aux miDchoires lers l'intérieur de l1,aiésage et en sens oppose, chaque meChoire comportant une 7dmer ud= coupe o,$ u 38d ds2aposAe de e que.larte de coupe de la lame c"une p remre oaichire passe juste au- @.C]ss;s!r&tae.c 5AÀpe de la lape- de l1autre machoire Dour c- J'sa l er un;e i, n!acée dadls llcalésage, lorsque les L2 1 mho.= sont dCé@lac&o l'une vers l'autre dans l alésage, ch2cfue mc.hoi_re zompUo' ha?' Cun braes (406 4,2, 4' ou 48) fixé à l'un de -ese côtés et saillie vyers l'autre machoire, las brae er:, gant ntr' etux des forces de réaction qui r' l-a.iin t Is lames dans leur position souhaitée de 1 c - J.'a 2. Apparil de cisail.1age selon la reavendication i caracterisé en ce que ch:aque machoire cornporte deux bras (40, 72 - 4G, i3g fixes le long de ses côtés et faisant saille vers i:autre!ttchoire afin que les pièces cisa illées ne scient Das déD!acëes à force deLeet ans les che'-ins dle 9udage, vers!'extérieur de l'alésage. 3. Appareil de cisaillage selon la revendication 2, aract-r risé en ce que les bras s'ajustent étroitement contre les cÈtés des chemins de guidage et sont suffisamment épais pour recouvrir une petite partie de l'alésage lorsque les mzchoires sont déplaces au moins partiellement vers l'intérieur de l'alésageo 4. Appareil de cisaillage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les bras s'enclenchent mutuellement pour résister à l'écartement des lames pendant le cisaillage d'une piece placée dans l'alésage. 5. Appareil de cisaillage selon la revendication 2, caractérisé en ce que les bras sont ajustés suffisamment étroitement contre les côtés, la surface supérieure et la surface inférieure des chemins de guidage pour résister à l'écartement des lames pendant le cisaillage d'une pièce placée dans l'alésage. - 6. Appareil de cisaillage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments destinés à déplacer les mâchoires ont une puissance suffisante pour que les lames cisaillent une masse-tige complète placée dans l'alésage. 7. Appareil de cisaillage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les lames de coupe sont réalisées d'une seule pièce avec les mâchoires. 8. Appareil de cisaillage selon la revendication 2, caractérisé en ce que chacun des bras comporte des épaulements axiaux (52, 54; 56, 58), les épaulements des bras faisjant saillie de la mâchoire comportant la lame inférieure étant tournés vers le bas et les épaulements des bras faisant saillie de la mâchoire comportant la lame supérieure étant tournés vers le haut, les épaulements des mâchoires s'enclenchant les uns avec les autres lorsque lesdites mâchoires sont déplacées vers l'intérieur, afin d'assurer une transmission de forces qui résistent à l'écarte- ment des lames de coupe pendant le cisaillage. 9. Appareil de cisaillage destiné à une tête de puits, caractérisé en ce qu'il comporte un corps (12) traversé par un alésage vertical (14) des côtés opposés duquel partent latéralement des premier et second chemins (20, 22) de guidage de mâchoires, des organes reliant le corps à un bloc de tête de puits, les chemins de guidage ayant une largeur supérieure au diamètre de l'alésage vertical, l'appareil comportant également un ensemble qui comprend des première et seconde mâchoires (24, 26) placées chacune dans un chemin de guidage correspondant, des éléments (28) d'actionnement destinés à faire avancer chaque mâchoire dans l'alésage vertical et à la rétracter dudit alésage vertical, chaque mâchoire comportant une lame de coupe (36 ou 38), lesdites lames de coupe étant disposées de manière que, lorsque les mâchoires sont avancées dans l'alésage vertical, une première lame croise la seconde lame afin que son arête de coupe se trouve juste au-dessous de celle de la seconde lame pour cisailler une pièce placée dans l'alésage vertical, des bras (40, 42, 46, 48) étant fixés sur les côtés de chaque mâchoire et faisant saillie vers la miâchoire opposée, ces bras étant suffisamment larges pour remplir l'espace présenté par les chemins de guidage à l'extérieur de l'alésage vertical pendant le cisaillage de façon à empêcher des éléments tubulaires d'être forcés, en cours de cisaillage, dans cet espace, sur le côté de l'alésage vertical, chaque bras comportant un épaulement (52g 54d 56 ou 58) qui porte contre un épaulement du bras opposé de l'autre mâchoire, les épaulements des bras de la mâchoire comportant la lame de coupe supérieure étant tournés vers le haut et les épaule- ments des bras de la m&choire comportant la lame de coupe inférieure étant tournés vers le bas afin d'exercer des forces qui résistent à celles développées par le cisaillage et tendant à écarter les lames de coupe l'une de l'autre.