Brevet FR2476204A1 — publié le 19810821

Système de suspension à brides pour suspendre des colonnes de tubage et de pompage dans des puits de pétrole ou de gaz haute pression. La présente invention concerne un système de supen- sion à brides (que l'on appellera plus simplement système de bridage par la suite) pour suspendre des colonnes de tubage et de pompage dans des puits de pétrole ou degaz haute pres- sion très profonds, ce système présentant certains avantages sur les matériels connus tout en étant d'une construction plus simple. Il est bien connu que les puits de pétrole sont cons- titués par diverses colonnes de tubage et de pompage disposées l'une dans l'autre et débouchant à la surface à des niveaux légèrement différents à l'intérieur d'une t8te de puits, dont le but est de supporter ces colonnes dans leur position déter- minée. Lesdites t9tesde puits sont formées par plusieurs raccords double bride montés l'un sur l'autre, leur rôle étant de supporter chaque colonne de tubage ou de pompage tout en maintenant une étanchéité dans les colonnes l'une vis-à-vis de l'autre et vis-à-vis de l'extérieur. La figure 1 montre dE systèmesde bridage typiques de la technique connue. Les deux systèmes inférieurs sont utilisés pour suspendre des colonnes de tubage, et le système supérieur est utilisé- pour suspendre des colonnes de pompage. Chacun des deux systèmes inférieurs à bride est constitué par: a) deux raccords double-bride superposés 1 ayant un diamètre intérieur approprié pour le tubage 2 à suspendre et présentant une conicité intérieure qui est calculée en fonc- tion du poids à supporter; b) un ensemble de cales de fixation 3 disposé de manière à supporter le colonne de pompage 2 et calculé en fonction du poids de la colonne; c) un joint d'étanchéité principal dont le r8le est de rendre étanche le tubage vis-à-vis de l'extérieur et qui est constitué par une bague 5 en caoutchouc comprimé entre deux bagues 6 en fer ayant une section droite trapézoïdale et faisant adhérer la bague en caoutchouc à la surface exté- rieure des tubages 2 et à la surface intérieure des raccords double bride i quand deux raccords double-bride sont assemblés l'un à l'autre au moyen de boulons ou autres moyens de serrage appropriés; d) un Joint d'étanchéité secondaire 7 plus petit logé en dessous du raccord doublebride de support sous-jacent pour la colonne suivante, son rôle étant d'assurer l'étanchéité intéxeure de la colonne utilisant les mêmes éléments; e) une bague d'étanchéité 8 comprimée entre deux raccords double l'un au-dessus de l'autre, le r8le de cette bague étant d'assurer l'étanchéité intérieure et extérieure en cas o il y aurait un défaut dans les Joints d'étanchéité. Le système de bridage supérieur est constitué par le raccord doublebride 1 et le couvercle de production 9 dans lequel est disposé un dispositif de suspension de colonne de pompage, dispositif qui est fileté intérieurement à ses extré- mités. Le dernier tube ll de la colonne de pompage est vissé à l'extrémité inférieure de ce dispositif de suspension, cette colonne restant ainsi suspendue au dispositif de suspension. L'extérieur du dispositif de suspension est constitué par une surface cylindrique qui présente, à ses extrémités su- périeure et inférieure, un diamètre plus petit que le diamètre de sa partie centrale. Un joint annulaire 12 en caoutchouc, une bague cylin- drique 13 pouvant coulisser sur ladite surface et dont le bord inférieur est chanfreiné, et une bague de retenue filetée 14 sont disposés sur la surface cylindrique inférieure. Quand le dispositif de suspension est abaissé sur son siège intérieur du couvercle 9 au moyen d'un tube de manutention fileté à son extrémité inférieure, il fait venir le bord chanfreiné de la bague coulissante 13 sur une saillie correspondante de son siège et le joint 12 en caoutchouc est alors comprimé et se dilate vers l'extérieur de manière à assurer l'étanchéité extérieure. L'étanchéité intérieureest assurée par une valve de sécurité vissée dans le dispositif de suspension. En plus du guide de suspension de colonne de pom- page décrit Jusqu'ici, il existe évidement d'autres types plus ou moins compliqués qui assurent toutefois leur étanchéi- té extérieure au moyen d'éléments en caoutchouc. Le premier type dc système de bridage présente des inconvénients considérables à la fois en ce qui concerne l'étanchéité assurée par les Joints d'étanchéité et le montage des cales de fixation ainsi que le centrage du tubage. Il en est ainsi parce que les bagues 5 en caoutchouc comprimées entre les deux bagues en fer sont sujettes à une usure rapide à mesure que le temps passe et par suite des températures élevées et ne peuvent pas résister au2 pressions élevées qui apparaissent dans certains cas. De plus, les cales de fixation et les Joints d'étanchéité précités,qui sont fortement comprimes contre la circonférence extérieure du tubage,peuvent entraPner une fracture de ce tu- bage lorsque, par suite des divers passages des raccords de tige et de la rotation de la tige d'entraînement qui glisse contre la paroi intérieure du tubage, ces parois s'amincissent au point de s'affaiblir. Enfin, pour monter des cales de fixation afin de centrer le tubage et d'assembler ensuite les Joints d'étanchéi- té, il est nécessaire de démonter et d'enlever deux fois les vannes d'éruption avec,comme conséquence,une perte considéra- ble de temps et des coûts de fonctionnement élevés. A ce sujet, les opérations principales qui doivent être effectuées pour ce type de système de bridage chaque fois qu'une partie du puits doit être tubée sont les suivantes: a) une première phase de cimentation, b) un démontage et un soulèvement des vannes d'érup- tion. c) un montage des cales de fixation pour centrer la colonne; d) un abaissement et un remontage des vannes d'érup- tion; e) une seconde phase de cimentation; f) un démontage et un soulèvement des vannes d'érup- tion; g) une mise en place des Joints d'étanchéité; h) un montage des raccords de bride supérieure 2; i) un remontage des vannes d'éruption. Le second type de système de bridage pour suspendre des colonnes de pompage présente des inconvénients, spéciale- ment en ce qui concerne l'étanchéité extérieure. Il en est ainsi en raison du fait qu'aux pressions et aux températures élevées, la bague de caoutchouc et la ba- gue coulissante s'usent et se déforment rapidement de sorte que l'étanchéité devient faible ou complètement nulle. La présente invention a pour objet un nouveau type de système de bridage qui remédie aux inconvénients des sys- tèmes de bridage connus. Il convient à la fois pour supporter-- les tubages et(avec quelques modifications mineures) pour supporter les colonnes de pompage ou colonnes de production. On va décrire maintenant la présente invention en se référant aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 montre comme on l'a déjà mentionné des systèmes de bridage typique de la technique antérieure; la figure 2 est une coupe de deux exemples de sys- tèmes de bridage selon la présente invention, l'un comportant un dispositif de suspension 2 pour une colonne de tubage 6 et l'autre un dispositif de suspension 8 pour une colonne de pom- page 9; la figure 3 est une vue détaillée d'une système de bridage muni d'une dispositif de suspension de colonne de tubage; la figure 4 est une vue détaillée d'une système de bridage muni d'une dispositif de suspension de colonne de tuba- ge dans la position qu'il prend pendant le démontage des van- nes d'éruption, c'est-à-dire avant qu'il prenne la position finale indiquée sur la figure 2. En se référant à la figure 2 on voit que le système selon la présente invention est constitué essentiellement par deux raccords double-bride 1 disposés l'un au-dessus de l'autre et par un dispositif de suspension 2 comportant un alésage cylindrique et une surface extérieure tronconique munie d'une saillie annulaire 3 reposant sur une saillie correspondante prévue sur la partie intérieure du raccord doublebride infé- rieur et de gorges annulaires 4 servant de sièges à des Joints d'étanchéité appropriés. L'extrémité inférieure 5 du dispositif de suspension précité est filetée extérieurement ou intérieurement en vue d'un accouplement avec la colonne de tubage 6 à supporter, tandis que l'extrémité supérieure 7 est filetée intérieurement en vue d'un accouplement avec le tube de manipulation utilisé pour introduire et positionner le dispositif de suspension à l'intérieur du raccord double.-bride. L'étanchéité extérieure (voir figure 3) est assurée par un Joint annulaire 11 en cuivre recuit fixé à la saillie annulaire 3 par des vis 12, un Joint 13 en caoutchouc intro- duit dans la gorge annulaire 4 et comprimé entre deux rondel- les cunéiformes14 en matière spéciale qui contribuent à l'étanchéité, ainsi que par d'autres Joints toriques en caout- chouc disposés dans les gorges annulaires restantes 4. L'étan- chéité intérieure est assurée par un joint annulaire 15 en acier spécial dont la partie inférieure du siège se trouve dans la surface supérieure du dispositif de suspension et dont la partie suDirieure du siège se trouve dans la surface inté- rieure du raccord double-bride suivant. Le poids de la colonne de tubage comprime le joint en caoutchouece qui augmente l'étanchéité extérieure tandis que la liaison par boulons entre les deux brides des raccords double-bride supérieur et inférieur comprime la bague 15 de manière à assurerl'étanchéi- té intérieure. Le dispositif de suspension de colonne de pompage indiqué sur la fIgure par la référenee 8 diffère du dispo- sitif de suspension de colonne de pompage par le fait que l'étanchéI.te exterieure et l'étanchéité intérieure sont assu- rées par des joints annulaIre* 17 en acier. Le Joint ll en cuivre indique sur la figure 4 n utilisé que pour assurer 310 létanchéIt extérieure pendant le démontage des vannes d'érup- rion. Avant l'assemblage du couvercle de production, on sou- lève le dispos-itif de suspension et on enlève le Joint en cuivre de sorte qciue l'étanchéité extérieure n'est assurée que par le joint annulaire inférieur en acier. iVMme avec ees différences, la conception selon la- quelle est basée la présente invention reste inchangée, c'est- à-dire 1 ) un système de bridage dans lequel l'étanchéité extérieure est assurée au moyen d'une saillie annulaire présen- te sur le dispositif de suspension reposant sur un Joint en cuivre ou en acier reposant lui-même sur une saillie annulaire correspondante formée sur la partie intérieure du raccord double bride; 2 un système de bridage dans lequel l'étanchéité intérieure est assurée au moyen d'un Joint annulaire en acier spécial dont la partie inférieure du siège se trouve dans la surface supérieure du dispositif de suspension et dont la par- tie inférieure du siège se trouvedans la surface inférieure du raccord double-bride supérieur. Le rôle des vis 16 représentées sur la figure 4 est de retenir le dispositif de suspension à l'encontre de la pression intérieure lorsque, l'abaissement des tubes de pompage 6tantterminé, la vanne d'éruption a tédémontée et a été soulevée en vue de l'accouplement de la bride supérieure du dernier rac- cord double-bride avec la bride inférieure du couvercle du pro- duction. Avec le type décrit de dispositif de suspension selon la présente invention, l'accouplement à l'aide de brides utili- sé pour suspendre des colonnes de tubage ou de pompage devient plus simple, plus rapide, plus sûr et plus efficace que celui de la technique antérieure. A ce sujet, quand on a terminé une partie de puits d'un diamètre déterminé, on en effectue le tubage à l'aide de tubes de tubage puis on visse sur l'extrémité du dernier tube le dispositif de suspension avec des joints en cuivre, en acier et en caoutchouc déjà introduits dans leurssiège6respectiî. Un tube de manipulation est vissé sur l'extrémité supérieure du dispositif de suspension et est utilisé pour abaisser le support dans son siège formé dans le dernier raccord double- bride. On laisse environ un dixième du poids de la-colonne de tubage agir sur ledit siège et on cimente ensuite l'extrémité inférieure de la colonne de tubage à travers les ouvertures latérales du raccord double- bride. On libère alors le poids total de la colonne et on cimente ensuite l'extrémité supérieu- re de cette colonne. On soulève alors les vannes d'éruption et on assemble ensuite le raccord double-bride supérieur auquel doit être fixée la colonne de tubage suivante. On effectue un essai d'étanchéité sur les joints à travers les trous d'essai 19 (figure 3) et on remonte les vannes d'érup- tion. On s'y prend de la même façon pour chaque colonne de tubage Jusqu'à ce qu'on arrive à la dernière colonne, c'est- à-dire la colonne de pompage ou colonne de production. Le dispositif de suspension pour cette dernière colonne, avec ses Joints en cuivre, en acier et en caoutchouc disposés dans leurssiègesrespectiLúet avec la vanne de sécu- rité installée dans l'alésage central est abaissé sur son siège en procédant de la même façon que pour les dispositifs de suspension de colonne de tubage, de sorte qu'il prend la position représentée sur la figure 4. Dans cette position, l'étanchéité extérieure est assurée par le joint ll en cuivre et l'étanchéité intérieure est assurée par la vanne de sécurité 18. Pour empêcher que la pression intérieure pousse le dispositif de suspension vers le haut pendant le soulèvement des vannes d'éruption, on bloque ce dispositif au moyen des vis latérales 16 incor- porées à la bride supérieure du dernier raccord doublebride. On enlève ensuite le tube de manipulation et on soulève alors les vannes d'éruption. On revisse le tube de manipulation sur l'extrémité supérieure du dispositif de sus- pension, on libère le dispositif de suspension des vis latéra- les 16, on le soulève rapidement et on enlève le Joint d'étan- chéité en cuivreaprès quoi on l'abaisse de nouveau dans son siège de manière que le poids de la colonne de pompage agisse sur le Joint annulaire 17 en acier en prenant la position re- présentée sur la figure 2. On accouple ensuite la bride du dernier raccord double-bride à la bride du couvercle de produc- tion, on visse de nouveau les vis 16 et on soumet à un essai l'ensemble complet sous la pression de fonctionnement. Le système de bridage selon la présente invention présente donc des avantages considérables sur ceux de la tech- nique connue. On peut résumer ces avantages comme suit: une facilité et une rapidité d'assemblage en raison de la forme du dispositif de. suspension et du fait que le centrage de la colonne de tubage ou de pompage est automatique et que les vannes d'éruption ne sont soulevées qu'une seule fois pour l'assemblage du raccord double._bride supérieur; une résistance de joints d'étanchéité'plus grande aux pressiors et aux températures élevées avec,par conséquentune étanchéité intérieure et extérieure meilleure; une résistance supérieure à l'usure engendrée par la rotation et les passages des joints de tiges de forage, cela en raison de l'épaisseur considérable du dispositif de suspen- lO sion; des coûts de fabrication et de fonctionnement infé- rieurs. Il est bien entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre purement illustratif et non limitatif et que des variantes ou des modifications peuvent y 8tre appor- tées dans le cadre de la présente invention. * anala.dns op)laxq- alinop pmooMXa np anaoTa:luT 0 o ljans el suep, aAnolO es Oa ls nip l )naTdn93 ated.elquo),a e?,To,.td uoTs -uadsns ap jtrsod'Ip nrJ aJnaçajdns aQ.janrs,el suep oAnol1 ou o@a.ls np aalnaTaDJu: at'.1'd) qtuop UlO[' un quewaoj ieao.ads alaie ua an.uq aun aled apnsse queo: anallraqxa ajIqOuera, I laloe ua 9a. aonotia4no-eo ua sailEelnuum a:[,atituu3ljP s'4ulor s3p OC anod sataJls sap qU-Uioj (i @tnAinod queq? anbTuoDouo.xaon axoa,Oaax Doejans e qa uoiqe- -ndTuew ap aqnq un e quoaualdnoooIe uos op anrtA ua queaelnaaaq3'uT )p, @alîj queqa uoTsuadUnm op,;çsoqduIp ao op (L) anaiT.adrns qwaa,,xai 'aaqtoddns ' aIedwod ap no aoetinq a)p auuoroo Pl quoawaldnoooe uoS op anA ua quawaa-tioaqu[ nio 4uoawa@naltaxa 0I apOloij csa.a9;opad uoTsuaod; rlns op J141,.o(isllp np ((;) anala -aJuT- plTuajxa,I anrb Iej oal aId paS;laqoaeo. 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