Brevet FR2486143A1 — publié le 19820108

La présente invention concerne des moyens permettant de fermer la colonne de production d'un sondage à un endroit déterminé de la colonne et à un instant prédéterminé. Lorsqu'on extrait du pétrole brut d'une roche réservoir souterraine, on procède, avant la mise en production du puits, à des mesures permettant de déterminer les caractéristiques du réservoir telles que par exemple, la pression, le débit des fluides s'écoulant dans la colonne de production, la température, etc. Ces mesures ont pour but de faire produire le puits dans des conditions optimales pour récupérer le maximum de pétrole contenu dans la roche réservoir. L'une des caractéristiques importante à mesurer est la variation de pression des fluides lorsqu'on arrête la production du puits, donc lorsque l'on ferme la colonne de production. Cependant, lorsque cette manoeuvre est effectuée loin du réservoir, par exemple à proximité de la surface, la colonne de fluide contenue dans la colonne de production en amont de l'endroit de fermeture de la colonne intervient dans la variation de pression que l'on désire enregistrer. Cet effet, appelé "effet d'emmagazinage", doit être éliminé afin d'enregistrer uniquement les variations de pression des fluides de la roche réservoir. Il est donc nécessaire d'îsoler la zone productrice et, pour ce faire, les moyens d'obturation de la colonne de production sont placés le plus près possible de la zone productrice. Dans la plupart des dispositifs de l'art antérieur, la commande de la fermeture de la colonne de production s'effectue à l'aide d'un câble reliant les moyens de fermeture à la surface. Lorsque ce câble est électrique, un signal est envoyé depuis la surface jusqu'aux moyens de fermeture de façon à actionner,par exemple, un moteur électrique contenu dans les moyens de fermeture. Lorsque le câble n'est pas électrique, la manoeuvre de fermeture s'effectue par la méthode classique de travail au cable, par exemple, en tirant avec une certaine force depuis la surface sur ce câble pour actionner un dispositif de déclenchement compris dans les moyens de fermeture. Il est possible aussi de descendre dans la colonne de production depuis la surface un outil spécial pour actionner un dispositif de déclenchement de fermeture. Cependant, tous ces dispositifs présentent l'inconvénient majeur d'encombrer la colonne de production par un cable ou un dispositif spécial et donc d'entraver la circulation des fluides dans la colonne de production avant sa fermeture. Il est en effet souhaitable pour effectuer de bonnes mesures de variation de pression que l'écoulement des fluides dans la colonne de production s'effectue le plus librement possible, sans contrainte. L'invention fournit un dispositif correspondant mieux que ceux de l'art antérieur aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'il ne présente pas les inconvénients ci-dessus. L'invention vise en particulier à fermer la colonne de production d'un puits d'hydrocarbures à un instant prédéterminé, sans câble reliant les moyens de fermeture à la surface. La force nécessaire pour fermer les moyens d'obturation est fournie uniquement par la pression du puits. L'invention ne fait donc pas appel à des moyens électriques de fermeture, tel qu'un moteur, ou à des moyens mécaniques, tel qu'un essort. De plus, l'outil conforme à l'invention est simple et robuste. A cette fin, l'invention propose un outil de fermeture de la colonne de production d'un puits pouvant être fixé d'une façon étanche dans la colonne de production, caractérisé en ce qu'il comporte un corps de vanne percé d'un évidement longitudinal communiquant avec la partie supérieure de la colonne de production située au-dessus dudit outil et d'au moins un orifice permettant la communication dudit évidement avec la partie inférieure de la colonne de production située en dessous dudit outil, un obturateur dont le déplacement permet la fermeture étanche dudit orifice, des moyens hydrauliques pour déplacer ledit obturateur sous l'effet de la pression du puits et des moyens de déclenchement de la fermeture dudit orifice à un instant prédéterminé, non reliés à la surface, coopérant avec lesdits moyens hydrauliques.Lesdits moyens de déclenchement comportentavanta- geusement un mécanisme à horloge. Lesdits moyens hydrauliques sont avantageusement formés d'une première et d'une deuxième chambre séparées par une membrane. Le mécanisme à horloge agit depuis la première chambre sur la membrane pour commander la fermeture de l'orifice. La deuxième chambre est fermée par un piston, solidaire de l'obturateur, subissant la pression du puits. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode d'exécution de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent dans lesquels : - la figure 1 représente l'outil de fermeture en position ouverte et, - la figure 2 représente le même outil en position fermée. L'outil de fermeture 20 conforme à l'invention est installé à l'intérieur de la colonne de production 2 à l'aide d'un porte-outil 4, lequel se pose dans un raccord à portée intérieure. Ce porte-outil 4 montré partiellement sur les figures 1 et 2, est classique et d'un usage courant dans l'industrie pétrolière. La plupart des porte-outils commercialement disponibles peuvent convenir dans la mesure où ils sont munis de garnitures d'étanchéité 6 pour éviter l'écoulement des fluides entre la colonne de production 2 et le porte-outil 4. Ce dernier doit aussi être percé de part en part d'un passage longitudinal 8 permettant l'écoulement des fluides et être muni d'une portée intérieure 10 avec un filetage (ou des moyens équivalents), de façon à pouvoir y fixer l'outil de fermeture 20.Un raccord de liaison 12 est prévu entre le porte-outil 4 et l'outil de fermeture 20 de façon à pouvoir adapter le diamètre du filetage 10 au diamètre du filetage supérieur 14 de l'outil. Bien entendu, lorsque ces deux filetages 10 et 14 se correspondent, le raccord 12 n'est pas nécessaire. l'étanchéité de ce raccord est assuré à 11 aide des deux joints toriques 16 et 18. L'outil de fermeture 20 comporte un corps de vanne 22 muni à sa partie supérieure d'un filetage extérieur 14 et d'un joint torique 18. Le corps de vanne est percé d'orifices 24 et d'un évidement longitudinal 26 creusé partiellement dans la partie supérieure du corps de vanne. Ces orifices et cet évidement permettent au fluide de s'écouler d'amont en aval de l'outil, donc depuis la zone productrice (non représentée) jusqu'à la partie de la colonne de production située au-dessus de l'outil de fermeture. Un obturateur 28, ayant sensiblement la forme d'un manchon cylindrique, entoure le corps de vanne 22. L'extrémite inférieure 30 de l'obturateur est munie d'un pas de vis 32 permettant de fixer un instrument de mesure 34 représenté partiellement et très schématiquement sur les figures 1 et 2. Cet instrument de mesure peut etre, par exemple, un enregistreur de pression. Lorsque l'outil est en position d'ouverture, l'extrémité supérieure 36 de l'obturateur 28 est situé en-dessous des orifices 24 de façon à permettre l'écoulement des fluides. Des joints d'étanchéité 38 et 40 sont situés de part et d'autre des orifices 24 pour assurer l'étanchéité entre le corps de vanne 22 et l'obturateur 28 lorsque ce dernier est en position de fermeture. Un manchon 42 est disposé autour du joint d'étanchéité 40 pour le protéger. Ce manchon protecteur 42 est maintenu au corps de vanne à l'aide d'une goupille de cisaillement 44. Des lumières 46 et 48 sont réalisées dans l'obturateur de façon à faciliter l'écoulement des fluides entre les parties interne et externe de l'obturateur. On remarque ainsi que la pression du puits se retrouve bien intégralement dans l'espace 50. A l'intérieur même du corps de vanne 22 se trouve une première chambre 52.Cette chambre contient un mécanisme de déclenchement comprenant un mécanisme d'horlogerie 54 dont l'arbre de sortie est constitué par une vis 56 sur laquelle est vissée une masselotte ou marteau 58. Le marteau 58 est guidé et sa rotation empéchée à l'aide d'un têton 60 coulissant dans une rainure 62 réalisée dans l'enveloppe du mécanisme de déclenchement ou dans la partie interne de la chambre 52. Le marteau descend au fur et à mesure que l'arbre 56 tourne et se désolidarise de l'arbre en fin de course. Une membrane 64 ou disque de rupture sépare la première chambre 52 d'une deuxième chambre 66. Un percuteur, montré schématiquement sur les figures 1 et 2 sous la forme d'une aiguille 68, est placé juste au-dessus de la membrane 64. Lorsque le marteau 58 se désolidarise de l'arbre 56, il tombe sur l'aiguille laquelle perce la membrane 64.Ce dispositif de déclenchement est classique ; il est par exemple décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amerique nO 3.459.263. La deuxième chambre 66 est fermée à l'une de ses extrémités par un piston 70 relié à l'obturateur 28 par une pièce 72. La deuxième chambre 66 est remplie d'un fluide hydraulique. Une bague 74 permet de sortir le piston 70 de la chambre 66, pour, par exemple, remplir la chambre d'un liquide hydraulique. Un bouchon cassable 76 traverse le corps de vanne. il permet, lorsqu'on le casse, d'égaliser les pressions en amont et en aval de l'outil lorsque l'obturateur 28 est en position de fermeture. Le fonctionnement de l'outil est expliqué ci-après en regard des figures 1 et 2. En surface, avant de descendre l'outil, le mécanisme de déclenchement est reglé de façon à ce que la masselotte 58 se désolidarise de l'arbre 56 au bout d'un temps prédéterminé, lequel déclenchera la fermeture de la colonne de production. Une membrane non percée 64 est mise en place et la deuxième chambre 66 est remplie de liquide hydraulique. L'outil est alors en position d'ouverture. il est fixé au raccord de liaison 12, lequel est luimême fixé à la partie inférieure du porte-outil 4. Si nécessaire, un instrument de mesure 34 peut être fixé à l'extrémité inférieure de l'outil. L'ensemble est accroché à l'extrémité d'un câble ou de tiges et descendu dans la colonne de production à la profondeur souhaitée. Le porte-outil 4 est fixé par des moyens classiques dans la colonne de production 2, les garnitures d'étanchéité 6 venant en appui avec la paroi interne de la colonne de production. Au lieu d'un porte-outil qui se pose dans un raccord à porté intérieure, lui-meme visse dans la colonne de production, un porte-outil stancrant directement dans la colonne de production pourrait être utilisé. Au bout du temps prédéterminé à la surface, la masselotte 58 tombe sur le percuteur 68, lequel perce la membrane 64. La pression dans la première chambre 52 étant la pression atmosphérique aux variations de température près et la pression dans la deuxième chambre 66 étant la pression du puits, le fluide hydraulique pénètre dans la première chambre 52. Simultanément, le piston 70 est poussé vers le haut par la pression du puits.L'obturateur 28 remonte jusqu'à ce que son extrémité supérieure 36 vienne en contact avec l'extrémité inférieure du manchon protecteur 42. La goupille de cisaillement 44 a été choisie de section suffisamment faible et réalisée dans un matériau choisi pour que la force exercée par l'obturateur sur le manchon protecteur fasse casser cette goupille. L'obturateur 28 pousse alors vers le haut le manchon protecteur 42 jusqu'à la position représentée sur la figure 2. Les orifices 24 sont alors fermés d'une façon étanche par l'obturateur. Les parties du puits en amont et en aval de l'outil sont alors isolées. Lorsqu'on désire remonter l'outil en surface, il est d'abord nécessaire d'égaliser les pressions entre les parties de la colonne de production en amont et en aval de l'outil de fermeture. Pour ce faire, une tige ou un bélier 78 suspendu au bout d'un câble est descendu dans la colonne de production jusqu a ce qu' il heurte et casse le bouchon 76. La tige 78 peut être munie de moyens d'ancrage (non représentés) venant s'ancrer dans une encoche du porte-outil 4 , la course du dispositif d'ancrage et la longueur de la tige 78 étant déterminées de telle sorte que l'extrémité inférieure de la tige 78 heurte le bouchon 76 après que la tige soit ancrée au porte-outil 4. On évite ainsi la remontée subite de la tige 78, due à l'égalisation soudaine des pressions.Ce dernier permet alors une communication entre l'évi- dement longitudinal 26 de la partie supérieure du corps de vanne et la partie de la colonne de production située sous l'outil de fermeture. Lorsque cette égalisation de pression est faite, on détache le porte-outil 4 du raccord à portée intérieure ou de la paroi interne de la colonne de production. Cette opération classique dépend du type d'ancrage utilisé. L'ensemble constitué par le porteoutil 4, le raccord de liaison 12 et l'outil de fermeture 20 est remonté à la surface. On remarque que l'outil conforme à l'invention permet d'obtenir une circulation des fluides du puits dans la colonne de production d'une façon tout à fait libre, sans contrainte, et que la fermeture de la colonne de production s'effectue sans que cet écoulement des fluides soit perturbé avant l'instant de fermeture. Cette dernière s'effectue uniquement par la pression du puits sans aucun moyen électrique ou mécanique. il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'instrument déerit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Outil de fermeture de la colonne de production d'un puits pouvant être fixé de façon étanche dans la colonne de production (2), caractérisé en ce qu'il comporte un corps de vanne (22) percé d'un évidement longitudinal (26) communiquant avec la partie supérieure de la colonne de production située au-dessus dudit outil et d'au moins un orifice (24) permettant la communication dudit évidement avec la partie inférieure de la colonne de production située en-dessous dudit outil, un obturateur (28) dont le déplacement permet la fermeture étanche dudit orifice, des moyens hydrauliques (66-70) pourdéplacer ledit obturateur sous l'effet de la pression du puits et des moyens de déclenchement (54-56-58-68) de la fermeture dudit orifice à un instant prédéterminé, non reliés à la surface, coopérant avec lesdits moyens hydrauliques. 2. Outil selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de déclenchement comportent un mécanisme à horloge (54). 3. Outil selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens hydrauliques comportent une première et une deuxième chambres (52-66) séparées par une membrane (64), ledit mécanisme à horloge agissant depuis ladite première chambre sur ladite membrane pour commander la fermeture dudit orifice et ladite deuxième chambre étant fermée par un piston (70) subissant la pression du puits sur sa partie extérieure à la dite deuxième chambre, ledit piston étant solidaire dudit obturateur. 4. Outil selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit mécanisme à horloge comporte des moyens de percement (68) de ladite membrane et un marteau (58) tombant audit instant prédéterminé sur lesdits moyens de percement. 5. Outil selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite deuxième chambre (66) est remplie d'un fluide hydraulique, ledit piston (70) soumettant ledit fluide hydraulique à la pression du puits, ladite première chambre (52) étant à la pression atmosphérique de sorte que le percement de ladite membrane provoque simultanément le passage dudit fluide hydraulique de la deuxième chambre à la première chambre et le déplacement dudit piston et dudit obturateur pour fermer ledit orifice. 6. Outil selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit obturateur est forme en partie par un manchon coulissant (28) autour dudit corps de vanne (22). 7. Outil selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'égalisation de pression (76) entre ledit évidement longitudinal du corps de vanne et ladite partie inférieure de la colonne de production. 8. Outil selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdits moyens d'égalisation de pression comportent un bouchon cassable (76) fixé dans ledit corps de vanne et communiquant avec ledit évidement. 9. Outil selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte à son extrémité inférieure des moyens de fixation (32) d'un instrument de mesure (34). 10. Outil selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un manchon (42) de protection des moyens d'étanchéité.