Brevet FR2498243A1 — publié le 19820723

La présente invention concerne une soupape de sécurité de puits actionnée par une pression différen- tielle à réglable modifiable, récupérable et intégrée à la colonne de production. Il est connu de longue date, comme montré par le brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 3.045.760, de réa- liser une soupape de sécurité actionnée par une pression différentielle récupérable à l'aide d'un câble, réglée pour se fermer à un débit prédéterminé. On peut régler le débit prédéterminé en changeant le ressort hélicoïdal, en modifiant le nombre des bagues d'espacement du ressort utilisées ou en modifiant les dimensions de la duse. D'une manière générale, la production du puits change avec le temps et il est souhaitable de modifier ou de régler la soupape pour qu'elle se ferme à un débit dif- férent lorsque la production du puits change. Ceci peut être facilement effectué avec la soupape de sécurité récu- pérable à l'aide d'un câble de la technique antérieure qui est verrouillée de manière déverrouillable dans la colonne de production du puits et peut être retirée et réglée. Cependant, il serait souhaitable de pouvoir utiliser une soupape de sécurité récupérable intégrée à la colonne de production, c'est-à-dire une soupape qui est vissée dans la colonne de production et qui en fait partie, du fait que la soupape de sécurité récupérable intégrée à la colonne de production a un plus grand alésage traversant. Cependant, il n'est pas possible de changer facilement la force de fermeture d'une soupape de sécurité récupérable intégrée à la colonne de production sauf en remontant la colonne de production du puits ce qui est indésirable et n'est pas économiquement réalisable, La présente invention se rapporte à une soupa- pe perfectionnée de sécurité de puits, récupérable et ac-- tionnée par une pression différentielle, faisant partie de la colonne de production, dans laquelle les forces de fer- meture peuvent être réglées à partir de la surface du puits en fonction des besoins0 Ainsi, la présente invention a pour objet une soupape de sécurité de puits actionnée par une pression dif- fférentielle, récupérable, faisant partie de la colonne de production, dont les paramètres sont préréglés de sorte qu'un accroissement prédéterminé de la vitesse d'écoule- ment du fluide produit par le puits provoque la fermeture de la soupape de sécurité. La soupape comporte, d'une ma- nière générale, un corps conçu pour être raccordé par vis- sage à la colonne de production et qui est traversé par un alésage. Un organe obturateur est raccordé au corps et est mobile, entre des positions ouverte et fermée, dans l'alésage. Un tube d'écoulement est mobile longitudinale- ment dans le corps pour commander l'ouverture et la ferme- ture de l'organe obturateur, des moyens élastiques étant positionnés entre le corps et le tube d'écoulement pour dé- placer le tube dans une direction dans laquelle il-sollicite l'élément obturateur vers sa position ouverte. Une duse est raccordée au tube d'écoulement et elle engendre une pression différentielle et une force qui agissent à l'en- contre de l'action du ressort et tendent à provoquer la fer- meture de la soupape. La présente invention vise particu- lièrement à réaliser des moyens d'accouplement déverrouil- lables entre la duse et le tube d'écoulement de telle sorte que la duse peut être accouplée au tube de production et en être décrochée par un mouvement longitudinal de la duse par rapport au tube d'écoulement, ce qui permet ainsi de récupérer la duse et de mettre en place une duse de dimen- sions différentes pour modifier le débit auquel la soupape est réglée pour se fermer. Selon une autre caractéristique de la présente invention, les moyens d'accouplement déverrouillables en- tre la duse et le tube d'écoulement comprennent une douille de serrage qui accouple entre eux la duse et le tube d'écou- lement dans une première position longitudinale et qui dé- croche dans la duse du tube d'écoulement dans une seconde position longitudinale Selon encore une autre caractéristique de la présente invention, la duse comporte un évidement annulai- re et la douille de serrage comporte une partie élargie conçue pour s'engager dans l'évidement, et le tube d'écou- lement comporte un épaulement d'appui pour verrouiller la partie élargie dans l'évidement et il comporte également une ouverture pour recevoir la partie élargie et permettre à la douille de serrage de se décrocher de la duse, La duse peut également comporter une bague coulissante pour faciliter son décrochage de la douille de serrage. Selon encore une autre caractéristique de l'in- vention, des moyens élastiques sont disposés entre le tube d'écoulement et la douille de serrage pour solliciter élas- tiquement la partie élargie de la douille contre l'épaule- ment d'appui afin de maintenir la duse accouplée au tube d'écoulement. Un autre problème réside en ce qu'un petit bou- chon de liquide s'écoulant à travers la soupape de sécuri- té peut pénétrer dans la duse et engendrer une différence de pression suffisante pour fermer la soupape de sécurité d'une manière indésirable. La présente invention prévoit également des mo- yens pour exiger que la pression différentielle existe pen- dant une période de temps prédéterminée avant que la soupa- pe de sécurité se ferme, Ainsi, une chambre peut être for- mée entre le tube d'écoulement et le corps, un passage à fluide s'étendant de l'alésage jusqu'à la chambre qui com- porte un étranglement pour permettre le passage des liquides qui s'écoulent dans l'alésage jusqu'à la chambre et en pro- venance de la chambre. Un piston porté par le tube d'écou- lement est positionné dans la chambre, Du fait de l'étran- glement de l'écoulement du fluide en provenance de la cham- bre, le déplacement longitudinal du tube d'écoulement est freiné pendant une période de temps prédéterminée jusqu'à ce que le liquide ait franchi l'étranglement. CependaiTL, un bouchon de liquide n'agit pas sur la duse pendant la période de temps requise pour que le piston soit déplacé suffisamment pour permettre la fermeture de la soupape de sécurité. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre d'un mode de réalisation actuellement préfé- ré, donné à titre d'exemple non limitatif, et en regard des dessins annexés dans lesquels: les figures 1A, 1B et 1C, qui doivent être placées dans le prolongement les unes des autres, sont des vues partielles en coupe de la soupape de sécurité de la présente invention montrée en position ouverte; et la figure 2 est une vue semblable à celle de la figure 1B montrant un outil enlevant la duse de la soupa- pe de sécurité. On se référera maintenant aux dessins et en par- ticulier aux figures 1A-1C sur lesquelles la référence gé- nérale 10 désigne une soupape de sécurité récupérable, in- tégrée à la colonne de production selon la présente inven- tion et qui comporte un corps 12 conçu pour être muni d'un accouplement fileté (non représenté) servant à raccorder la soupape 10 à une colonne de production, au lieu d'être dis- posée à l'intérieur d'une colonne de production comme ceci est le cas pour une soupape de sécurité récupérable au câ- ble de type classique. Ceci permet d'accroître le diamètre de la soupape 10 et fournit ainsi un alésage 16 de plus grandes dimensions traversant la soupape, ce qui est sou- haitable pour réduire le cisaillement par le sable, atténuer les turbulences et permettre un accroissement de la produc- tion. La soupape comporte un organe obturateur d'un type approprié quelconque, tel qu'un clapet 18, qui est raccordé au corps par un pivot 20 et qui peut être déplacé à partir d'une position ouverte représentée sur la figure 1C jusqu'à une position fermée en appui contre un siège de soupape 22 pour interrompre l'écoulement vers le haut, à travers l'alésage 16 de la soupape 100 Un tube d'écou- lement 24 est monté longitudinalement mobile dans le corps 12 pour commander l'ouverture et la fermeture de l'organe obturateur 18. Des moyens élastiques, tels qu'un ressort 26, agissent entre un épaulement 28 formé sur le corps 12 et un épaulement 30 formé sur le tube d'écoulement 24 pour solliciter élastiquement le tube d'écoulement 24 vers le bas dans une direction dans laquelle il vient en contact avec l'organe obturateur 18 et le déplace jusqu'à une po- sition ouverte. Lorsque le tube 24 est déplacé vers le haut, le clapet 18 est libéré et peut se fermer. Un res- sort de torsion 32, qui agit sur le clapet 18, contraint ce dernier à pivoter vers le haut et à venir en appui contre le siège de soupape 22. La fermeture du clapet 18 est éga- lement obtenue par le fait que le fluide produit par le puits qui s'écoule dans le corps 12 agit sur la face arriè- re du clapet 18. Une duse 36 est disposée dans l'alésage 16 et est raccordée au tube d'écoulement 24, cette duse ayant un alésage intérieur 38 qui crée une différence de pression entre les deux extrémités de la duse 36. Ainsi, lorsque la vitesse d'écoulement du fluide produit par le puits, qui s'écoule à travers la duse 36, s'accroît à une valeur prédé- terminée, la pression qui agit contre le dessous 42 de la du- se provoque le déplacement de cette dernière vers le haut, surmontant la force du ressort 26 de sorte qu'elle entraîne le tube d'écoulement 24 vers le haut pour permettre à l'or- gane obturateur 18 de se fermer. Naturellement, la soupape de sécurité 10 doit être réglée de façon à se fermer à un débit prédéterminé basé sur les paramètres du puits dans lequel elle doit être utilisée de manière à ajuster les forces d'ouverture et de fermeture qui agissent sur le tube d'écoulement 24. Cepen- pendant, après une période de temps de production du puits, la production du puits change et il est désirable de chan- ger le réglage de la soupape de sécurité de façon qu'elle se ferme à un débit prédéterminé différent. Lorsqu'on utilise une soupape de sécurité du type récupérable au câble, on remonte en général la soupape à la surface du puits et on effectue des ajustements en changeant des fac- teurs, tels que le ressort hélicoïdal 26, en ajoutant ou en retirant des rondelles d'espacement qui agissent sur le ressort 26 ou en changeant la duse 36. Cependant, il n'est pas possible de remonter la soupape de sécurité 10 étant donné qu'elle est montée dans la colonne de production et que ceci nécessiterait de remonter l'ensemble de la colon- ne de production, ce qui est indésirable. La présente invention a pour but de réaliser une soupape de sécurité actionnée par une pression diffé- rentielle, récupérable, incorporée à la colonne de produc- tion, que l'on peut régler afin qu'elle se ferme à un débit différent. La présente invention vise à changer la force de fermeture en changeant les dimensions d'une duse 36 pen- dant que la soupape est en place. Ainsi, la présente in- vention utilise des moyens d'accouplement déverrouillables entre la duse 36 et le tube d'écoulement 24 pour accoupler une duse 36 au tube d'écoulement 24 ou décrocher une duse 36 de ce tube au moyen d'un mouvement longitudinal de la duse par rapport au tube d'écoulement 24, Les moyens d'accouplement décrochables 50 peu- vent comporter une douille de serrage qui raccorde entre eux la duse 36 et le tube d'écoulement 24. La douille de serrage 50 dans une première position longitudinale accou- ple la duse 36 au tube d'écoulement 24. Dans une seconde position longitudinale de la douille de serrage 50, la duse 36 peut être enlevée, et une duse différente 36 peut alors être mise en place, cette duse ayant un alésage intérieur 38 différent qui modifie la perte de charge dans la duse 36 pour que la soupape 10 se ferme à une vitesse d'écoulement du puits différente. La douille de serrage 50 comporte une partie élargie 52 raccordée par des doigts 54 et 56 s'étendant longitudinalement à des anneaux d'extrémité 58 et,,respec- tivement, 60. La duse 36 comporte un évidement annulaire 62 qui est conçu pour recevoir la partie élargie 52 afin de solidariser la duse 36 au tube d'écoulement 24. Le tube d'écoulement 24 comporte un épaulement d'appui 64 pour maintenir la partie élargie 52 dans l'évidement annulaire 62. Le tube d'écoulement 24 comporte également une ou- verture 65 dans laquelle la partie élargie 52 peut être reçue pour libérer la duse 36. Normalement, un ressort 66 repousse la douille de serrage 50 vers le haut pour main- tenir la partie élargie 52 en butée contre un épaulement d' arrêt 68 de telle sorte que les épaulements 64 et 68 main- tiennent la partie élargie 52 dans l'évidement annulaire 62. Cependant, la douille de serrage 50 et la duse 36 peuvent être repoussées vers le bas à l'encontre de l'action du ressort 66 pour placer la partie élargie 52 en alignement avec l'ouverture 65 et, alors, un mouvement de la duse 36 par rapport à la douille de serrage 50 repousse la partie élargie 52 dans l'ouverture 65 et libère la duse 36 de sor- te qu'elle peut être retirée de la soupape 10. De la même manière, on peut mettre en place une nouvelle duse 36 en dé- plaçant cette nouvelle duse 36 vers le bas par rapport au tube d'écoulement 24, mouvement au cours duquel un épaulement formé sur la duse entraîne la partie élargie 52 jusqu'à ce qu'elle vienne en alignement-avec l'ouverture 65 ce qui permet ensuite à la duse 36 de se déplacer vers le bas par rapport à la partie élargie 52 jusqu'à ce que cette par- tie élargie tombe dans l'évidement 62. Ensuite, le mouve- ment vers le haut, à la fois de la douille de serrage 50 et de la duse 36, place la duse 36 dans la position accou- plée représentée sur la figure 1C. La duse 36 comporte une bague coulissante 72 mobile longitudinalement dans l'évidement 62 pour faciliter l'enlèvement de la duse 36. Lorsque la duse 36 est intro- 24982 43 duite par un déplacement vers le bas dans l'alésage de la soupape 10, la partie élargie 52 de la douille de ser- rage vient buter contre la bague coulissante 72 poussant cette bague 72 en direction du sommet de l'évidement 62 et permettant à la partie élargie 52 de pénétrer dans l'é- videment 62 et de verrouiller la duse 36 au tube d'écou- lement 24. Lors du décrochage de la duse 36, la duse est repoussée vers le bas et elle entraîne avec elle la ba- gue coulissante 72 vers le bas au-delà de la partie élar- gie 52 alors que la partie élargie 52 est repoussée dans l'ouverture 65 et, lors du déplacement vers le haut de la duse, la bague coulissante se déplace jusqu'à la partie inférieure de l'évidement 62 et vient en appui contre l'in- térieur de la partie élargie 52, comme plus particulièrement représenté sur la figure 2. Ceci empêche la partie élargie 52 de se déplacer en appui contre l'épaulement d'appui 64 et permet ainsi à la duse 36 d'être tirée vers le haut au- delà de la partie élargie 52. Bien qu'on puisse utiliser un type quelconque approprié d'outil au câble pour décrocher la duse 36, on peut avantageusement utiliser l'outil désigné par la réfé- rence générale 80 représenté sur la figure 2. L'outil 80 comporte un corps 82 qui est muni d'un épaulement d'appui 84. Une douille mobile longitudinalement munie d'une sé- rie de doigts de serrage 89 qui comportent des crochets 90 est montée coulissante sur le corps 82. Un ressort 92 est disposé entre le corps 82 et la douille pour déplacer les doigts de serrage 89 vers le bas par rapport au corps 82. Lorsque l'outil 80 est descendu dans l'alésage 16 de la sou- pape 10 de puits, les doigts de serrage 89 viennent en con- tact avec la duse 36, se déplaçant tout d'abord vers le haut en surmontant la force du ressort 92 puis fléchissent en pé- nétrant dans l'intérieur 38 de la duse 36. Après avoir tra- versé la duse 36, les doigts 89 se déplacent au-dessous de la base 42 de la duse et s'adaptent contre l'épaulement 84. Le bord 86 du corps 82 vient en contact avec la duse 36 et 2498&23 la douille de serrage 50 et les déplace vers le bas jus- qu'à ce que la partie élargie 52 soit disposée en aligne- ment avec l'ouverture 65 en surmontant la force du ressort 66. La douille de serrage 50 s'arrête lorsqu'elle atteint un épaulement 88 et l'application de secousses à l'outil provoque le déplacement de la bague coulissante 72. Le déplacement vers le haut de l'outil 80 a pour effet que la bague coulissante 72 vient en appui contre la partie élar- gie 52 et empêche cette partie élargie de pénétrer dans l'é- videment 62 et de venir se placer contre l'épaulement d'ap- pui 64. La poursuite du déplacement vers le haut de l'ou- til a pour effet de presser la partie élargie 52 dans l'ou- verture 65, ce qui permet d'enlever complètement la duse 36. On peut descendre une autre duse 36 à l'aide d'un outil ap- proprié quelconque et la mettre en place dans la soupape 10. Alors qu'il est désiré que la soupape 10 se fer- me à un débit de gaz prédéterminé à travers la soupape 10, le gaz peut parfois contenir un petit bouchon de liquide qui peut s'engager dans la duse 36 et créer une différence de pression suffisante pour fermer la soupape de sécurité d'une manière indésirable. La présente invention comporte également des moyens pour exiger que la différence de pres- sion qui existe entre les deux côtés de la duse 36 se prolon- ge pendant une période de temps prédéterminée avant que la soupape de sécurité 10 se ferme. Ainsi, comme représenté sur la figure 1A à laquelle on se référera, il est prévu une chambre à liquide 100 dans laquelle un liquide peut ê- tre introduit ou recueilli à partir de l'alésage 16 par l'intermédiaire d'une ouverture 102. Un passage 104 à flui- de partant de l'ouverture 102 est formé entre l'alésage 16 et la chambre 100, ce passage comportant un étranglement 106. Un piston 108 est porté par le tube d'écoulement et posi- tionné dans la chambre 100, Lorsque la soupape 10 est dans la position ouverte et qu'il existe une différence de pres- sion donnée entre les deux côtés de la duse 36 pendant une période de temps prédéterminée, le tube d'écoulement 24 et 2498_243 le piston 108 se déplacent vers le haut jusqu'à ce que le liquide contenu dans la chambre 100 ait franchi l'étrangle- ment 106 après quoi la soupape 10 se ferme. Cependant, un petit bouchon de liquide n'agit pas sur la duse 36 pen- dant une période de temps suffisante pour provoquer un déplacement vers le haut du piston 108 suffisant pour pro- voquer la fermeture de la soupape. Par conséquent, la présente invention est en- tièrement appropriée pour atteindre les objectifs et offrir les avantages mentionnés ainsi que d'autres qui lui sont propres. Bien qu'on ait décrit un mode de réalisation de l'invention actuellement préféré,de nombreux changements en ce qui concerne les détails de construction et l'agen- cement des pièces viendront immédiatement à l'esprit des spécialistes de la technique, de tels changements entrant dans l'esprit de l'invention il REVENDICATIONS 1) - Une soupape de sécurité de puits actionnée par une pression différentielle, récupérable et intégrée à la colonne de production, caractérisée en ce qu'elle comporte: un corps (12) agencé pour être raccordé par vissage à la colonne de production et traversé par un a- lésage (16), - un organe obturateur (11) raccordé au corps et mobile entre des positions ouverte et fermée dans l'a- lésage, - un tube d'écoulement (24) monté longitudina- lement mobile dans le corps pour provoquer l'ouverture et la fermeture de l'organe obturateur, - des moyens élastiques (26) positionnés entre le corps et le tube d'écoulement pour déplacer le tube d'é- coulement dans une direction dans laquelle il provoque l'ou- verture de la soupape, - une duse (36), - des moyens d'accouplement déverrouillable (50) disposés entre la duse et le tube d'écoulement pour accoupler la duse au tube d'écoulement et décrocher la duse du tube d'écoulement par un déplacement longitudinal de la duse par rapport au tube d'écoulement. 2) Soupape de sécurité selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens d'accouplement comprennent une douille de serrage (50) qui accouple entre elles la duse (36) et le tube d'écoulement (24) dans une première position longitudinale et qui décroche la duse du tube d'écoulement dans une seconde position longitudinale. 3) Soupape de sécurité selon la revendication 2, caractérisée en ce que la duse (36) comporte un évidement annulaire (62); la douille de serrage (50) comporte une partie élargie (52) conçue pour s'engager dans l'évidement; et 249824'i3 le tube d'écoulement (24) comporte un épaulement d'appui (64) pour servir d'appui maintenant la partie élargie dans l'évidement et il comporte également une ouverture (65) pour recevoir la partie élargie afin de permettre à la douille de serrage de se décrocher de la duse (36). 4) Soupape de sécurité selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens élasti- ques (66) disposés entre le tube d'écoulement (24) et la douille de serrage (50) pour solliciter élastiquement la partie élargie (52) de la douille sur l'épaulement d'appui (64). ) Soupape de sécurité selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'elle comporte également une bague coulissante (72) montée coulissante dans l'évidement (62) de manière que la partie élargie (52) puisse venir en appui contre elle. 6) Soupape de sécurité selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte: une chambre (100) disposée entre le tube d'écoulement (24) et le corps (12); un passage à fluide (104) allant de l'alésage (16) jusqu'à la chambre et comportant un étranglement (106), ce passage permettant le passage des fluides s'écoulant dans l'alésage jusqu'à la chambre et en provenance de la chambre; un piston (108) porté par le tube d'écoulement, posi- tionné dans la chambre de telle sorte que le déplacement du tube d'écoulement est retardé pendant que le fluide est chassé de la chambre à travers l'étranglement.