Brevet FR2509364A1 — publié le 19830114

-1- De nombreux puits de pétrole et de gaz produisent à partir de deux formations productrices ou plus et ont une colonne de production séparée pour chaque formation pro- ductrice Souvent, l'entrée dans le puit, en particulier dans le cas de formations produisant du gaz à haute pression, a lieu à de grandes vitesses et de tels courants venant heurter la colonne de production venant d'une formation située plus bas sont extrêmement abrasifs Une telle production peut éroder une colonne de production en des laps de temps relativement courts et entraîner ainsi une communication directe indésirable entre des formations productrices Une telle communication peut empêcher la production de l'une des formations et peut entraîner un vol par l'autre formation. On a consacré de nombreux efforts différents à essayer de résoudre ce problème Le brevet des E U A N O 3 034 912 suggère des anneaux multiples à ajustement libre, en acier ou en matière plastique, avec des saillies, entourant la colonne de production dans la zone des perforations de la formation de manière à la protéger contre l'action abrasive des courants de production qui viennent la heurter Il est proposé que ces anneaux soient en polyéthylène ou en acier et qu'ils tournent sous l'action des courants qui les heurtent de manière à éliminer l'abrasion de la colonne. De tels anneaux n'ont pas éliminé ce type d'abrasion et en raison de la nécessité de l'ajustement libre des anneaux, ils pouvaient permettre au courant de heurter la colonne entre les anneaux. Le brevet des E U A N O 3 365 000 décrit l'utilisation d'une série d'écrans protecteurs avec un ressort enrobé dans chaque écran pour pousser l'anneau vers l'extérieur dans le puits quand l'écran protecteur est usé par les jets qui entrent, de manière à permettre à l'écran suivant situé au-dessus de tomber en position de protection Bien entendu, un tel dispositif retarde seulement l'érosion de la colonne de production. -2- Les brevets des E U A N O 4 141 386 et 4 028 296 suggèrent que ce problème peut être résolu en entourant la colonne de production dans la région des perforations de la formation supérieure-au moyen d'une série allongée de courts anneaux cylindriques de carbure de tungstène iînenté. Le même inventeur dans le brevet des E U A affirme que la solution pratique dans l'utilisation de tels anneaux de carbure de tungstène cimenté comprend l'introduction d'un décentrement élastique des anneaux pour permettre une liberté de mouvement des anneaux par rapport à la colonne afin de permettre la manutention et le mouvement du joint assemblé sans dommage pour les anneaux Ces structures s'usent aussi parce que la matrice de ciment n'a pas la résistance à l'abrasion que présentent les particules de carbure de tungstène Les anneaux quand ils sont usés peuvent se rompre et tomber dans le puits, ce qui peut rendre difficile un mouvement ultérieur de la colonne de production De plus, en raison de l'aboutement plat entre les anneaux, des jets à grande vitesse peuvent couper la colonne entre ces aboutements quand ils sont alignés avec eux Bien qu-'il soit spécifié dans le brevet qu'il s'agit d'une structure commerciale, le joint anti-abrasion en service n'a pas empêché des dommages à la colonne. Des poteries de revêtement pour isolement thermique reliées entre elles ont été proposées pour des tuyaux s'étendant à travers des fours comme indiqué dans les brevets des E U A N O 3 488 040 et 3 914 100 Toutefois, ces structures ne sont pas utilisables dans un joint anti- abrasion et elles ne suggèrent pas les anneaux terminaux de protection et l'assemblage courbe entre anneaux. La présente invention concerne une structure tubulaire résistant à l'abrasion améliorée, telle qu'un joint anti- abrasion, et les éléments résistant à l'abrasion améliorés qui protègent la colonne sans qu'il existe aucun joint qui pourrait éventuellement être aligné avec les jets de -3- production venant des perforations dans la formation pro- ductrice Les éléments sont des demi-cylindres d'une matière résistant à l'abrasion qui ont des joints axiaux d'accouplement du type rainure et languette et des joints d'extrémité courbes du type rainure et languette qui quand ils sont correctement accouplés retiennent les éléments autour de la colonne et empêchent que de gros morceaux résultant de la rupture des filaments ne tombent dans le puits Les éléments de support assemblés sont pourvus à chaque extrémité de l'assemblage d'anneaux protecteurs formés par les éléments pour supporter les anneaux dans la position désirée, pour retenir les éléments en place en empêchant leur mouvement radial vers l'extérieur et pour protéger les anneaux contre des dommages en centrant la colonne quand elle est déplacée dans le puits. Un but de la présente invention est de fournir une structure tubulaire améliorée qui résiste à l'abrasion causée par des courants de fluides abrasifs à grande vitesse dirigés vers sa surface extérieure. Un autre but est de fournir un joint anti-abrasion amélioré dans lequel les anneaux de protection résistant à l'abrasion ne fournissent aucun trajet à leurs joints qui pourrait éventuellement devenir aligné avec les jets de production. Un autre but est de fournir un demi-manchon résistant à l'abrasion amélioré, dont deux forment un anneau de pro- tection pour un élément tubulaire, ayant à la fois des joints axiaux du type rainure et languette et des joints d'extrémité courbes du type rainure et languette. Un autre but encore est de fournir un joint anti- abrasion amélioré avec des anneaux de protection qui sont retenus sur le tube de manière à ne pas tomber dans le puits même quand des portions de ces anneaux sont rompues. D'autres buts et avantages de l'invention résulteront encore de la description ci-après. -4 - La figure 1 est une vue partielle, partiellement en coupe, d'une colonne de production dans un puits, montrant le joint anti-abrasion amélioré selon la présente invention protégeant la colonne de production au voisinage des per- forations dans la formation productrice. La figure 2 est une vue de détail en coupe du joint anti-abrasion amélioré selon la présente invention. La figure 3 est une vue en plan de deux des demi- manchons améliorés formant un anneau de protection. La figure 4 est une vue en coupe suivant la ligne 4-4 de la figure 3. La figure 5 est une vue en plan d'une paire de moitiés de support assemblées dans la position dans laquelle elles sont assemblées dans le joint anti-abrasion amélioré, avec des portions arrachées pour montrer l'assemblage des moitiés l'une avec l'autre. La figure 6 est une vue en coupe des pièces d'extrémité le long de la ligne 6-6 de la figure 5. La structure de protection améliorée selon la présente invention est représentée sur les figures 1 et 2 sous la forme d'un joint anti-abrasion 10 qui constitue la partie d'une colonne de production S s'étendant en face des per- forations P dans une formation F Le joint anti-abrasion 10 est relié à la colonne S par des raccords C. Le joint anti-abrasion 10 comprend un tube 12, une multiplicité d'anneaux de protection 14 et des moyens sur les extrémités supérieures et inférieures des Anneaux 14 pour les supporter sur le tube 12, ces moyens servant aussi à empêcher la portion retenue de se déplacer radialement vers l'extérieur et à protéger les anneaux 14 en assurant que le joint 10 lors de son déplacement dans le puits B soit suffisamment centré pour éviter des chocs sur les anneaux 14. Les anneaux de protection 14 sont formés de deux demi- manchons 16 qui sont représentés plus en détail sur les figures 3 et 4 Les demi-manchons 16 sont identiques et comprennent un corps 18 semitubulaire avec des bords axiaux -5- et 22 et des extrémités courbes 24 et 26 L'extrémité courbe 24 qui est représentée est celle des deux extrémités qui se trouve en haut et elle comporte une saillie courbe 28 et une extrémité courbe 26 qui, comme représenté, est l'extrémité inférieure et comporte une rainure courbe 30. Quand les anneaux 14 sont assemblés comme représenté, les saillies 28 sont disposées par rapport aux rainures 30 de l'anneau 14 immédiatement supérieur de façon à former un assemblage du type rainure et languette entre les anneaux 14 Chaque demi-manchon 16 comporte une saillie ou languette 32 faisant face radialement vers l'extérieur sur son bord et une rainure 34 faisant face radialement vers l'ex- térieur située immédiatement vers l'intérieur entre la saillie 32 et le corps 18 et sur son autre bord axial 22 une saillie ou languette 36 faisant face radialement vers l'intérieur et une rainure 38 faisant face radialement vers l'intérieur immédiatement à l'intérieur entre la saillie 36 et le corps 18 Comme représenté sur la figure 3, à l'état assemblé, la languette 32 d'un demi-manchon 16 est placée dans la rainure 38 de l'autre demi-manchon et la languette 36 du deuxième demi-manchon est placée dans la rainure 34 du premier demi-manchon La distance radiale à laquelle les languettes 32 et 36 s'étendent dans les rainures 38 et 34 est de préférence telle qu'elle donne une interférence supé- rieure à l'espace libre diamétral entre la surface intérieure des demimanchons 16 et l'extérieur de l'élément tubulaire sur lequel ils sont installés Par exemple, des demi-manchons 16 prévus pour être installés autour d'un élément tubulaire ayant un diamètre extérieur de 88,90 mm auraient un diamètre intérieur compris entre 89,69 et 91,97 mm de manière à donner un espace libre maximal de 3,07 mm et un espace libre minimal de 0,79 mm et l'interférence radiale entre les languettes 32 et 36 assemblées est de 3,175 mm Avec ces dimensions, on assemble mutuellement les demi-manchons 16 en les faisant glisser l'un dans l'autre tandis qu'ils sont en position -6- autour de l'élément tubulaire Il est préféré aussi que le diamètre extérieur des anneaux 14 ne soit pas supérieur au diamètre extérieur du raccord C de manière qu'aucune portion des anneaux 14 ne fasse saillie au-delà des raccords C et qu'ainsi les chocs soient empêchés sur les anneaux 14 durant un mouvement dans le puits B. Les moyens supportant, retenant et protégeant les anneaux 14 quand ils sont installés sur un élément tubu- laire comprennent un support de blocage inférieur 40 et un support de blocage supérieur 42 Le support supérieur 40 et le support inférieur 42 sont de préférence dé la même structure et comprennent chacun deux moitiés de support identiques 44 comme on le voit très bien sur les figures et 6 Chaque moitié de support 44 comprend un corps semi- tubulaire 46 et une extrémité 48 dont le diamètre extérieur diminue progressivement depuis le diamètre du corps 46 jusqu'à un diamètre légèrement supérieur au diamètre in- térieur du corps 46 et de l'extrémité 48 comme représenté sur la figure 6 Le corps 46 comporte d'un côté des trous taraudés 50 qui s'étendent tangentiellement à travers un bord du corps 46 et des trous 52 qui s'étendent tangentiel- lement à travers l'autre bord du corps 46 dans une position convenable pour venir en alignement avec les trous 50 quand deux de ces moitiés de support 44 sont assemblées pour former un support de blocage 40 ou 42 Le corps 46 comporte des suralésages 54 entourant l'extrémité des trous 52 afin de fournir des épaulements 56 contre lesquels les têtes 58 de boulons 60 prennent appui quand on serre les moitiés de support 44 pour former un support de blocage L'extrémité courbe 62 du corps 46 comporte des saillies courbes 64 s'étendant à partir du corps et formant une rainure 66 entre elles Avec cette forme de l'extrémité 62, les supports de blocage 40 et 42 vienne en prise avec l'une ou l'autre extrémité d'anneaux 14 de manière à réaliser un assemblage du type rainure et languette avec les anneaux 14 à leurs -7- extrémités tant supérieures qu'inférieures Une ouverture 62 est prévue dans l'extrémité 48 comme représenté pour permettre qu'une tige (non représentée) y soit introduite afin d'aider à serrer tous les anneaux 14 entre les supports 40 et 42 et à assurer ainsi l'accouplement du type à languette et rainure désiré des extrémités des anneaux 14 entre eux et avec les supports 40 et 42 De plus, les coins supérieurs des demi-manchons 16 sont dépouillés comme en 64 de manière à réduire au minimum l'ébrèchement des semi-manchons 16 dans la manutention et l'assemblage. Lors de l'assemblage du joint anti-abrasion amélioré selon la présente invention, il est préféré d'appliquer une petite quantité d'un liant approprié, comme de colle de silicones, sur les joints d'accouplement de manière à aider à les retenir dans leur position désirée. Dans la forme préférée de structure, les moitiés de support 44 sont en métal et sont placées suffisamment au- dessus et au-dessous des jets de la formation pour ne pas être soumises à l'action abrasive des jets Dans le cas o la formation F produitdu gaz corrosif, la matière des moitiés de support 44 et des boulons 60 est choisie pour sa résistance à la corrosion par les constituants du gaz corrosif. Dans la forme préférée, la matière des demi-manchons 16 est une matière céramique telle que la matière d'une teneur nominale en A 1203 de 90 % fournie par Coors Procelain Company de Golden, Colorado, sous la désignation "AD 90 " D'autres matières résistant à l'abrasion, comme le carbure de tungs- tène, le carbure de silicium et le carbure de bore, sont envisagées comme étant des matières utilisables pour les demi-manchons 16. REVENDICATIONS 1 Joint ( 10) anti-abrasion pour une colonne de produc- tion (S), comprenant: un élément tubulaire ( 12), une multiplicité d'anneaux ( 14) entourant l'extérieur de l'élément tubulaire qui doit être exposé aux fluides à grande vitesse s'écoulant à partir d'une formation produc- trice (E) dans l'espace annulaire du puits dans lequel s'étend la colonne de production, un moyen annulaire d'assemblage du type à rainure et languette entre chacun des anneaux, un moyen ( 40) fixé autour de l'élément tubulaire et venant en engagement mutuel avec l'extrémité inférieure de l'anneau inférieur de façon à retenir cet anneau pour l'empêcher de se déplacer radialement vers l'extérieur en s'écartant de l'élément tubulaire, à supporter les anneaux sur l'élément tubulaire et à protéger les anneaux inférieurs contre des dommages durant un déplacement de l'élément tubulaire dans le puits, un moyen ( 42) fixé autour de l'élément tubulaire et venant en engagement mutuel avec l'extrémité supérieure de l'anneau supérieur de façon à retenir cet anneau pour l'empêcher de se déplacer radialement vers l'extérieur en s'écartant de l'élément tubulaire, à retenir les anneaux sur l'élément tubulaire en engagement mutuel et avec le moyen inférieur de retenue et à protéger les anneaux supérieurs contre des dommages durant un déplacement de l'élément tubulaire dans le puits. 2 Joint anti-abrasion selon la revendication 1, carac- térisé en ce qu'il comprend un raccord (C) vissé sur une extrémité de l'élément tubulaire, les anneaux et les moyens supérieur et inférieur de retenue ayant un diamètre extérieur pas plus grand que le diamètre du raccord. 3 Joint anti-abrasion selon la revendication 1, caractérisé en ce que les anneaux ont un diamètre intérieur étroitement ajusté autour de l'extérieur de l'élément tubulaire. 4 Joint anti-abrasion selon la revendication 3, caractérisé en ce que les anneaux ont un diamètre intérieur plus grand de 0,76 à 3,07 mm que le diamètre extérieur de l'élément tubulaire et une interférence dans leur assemblage axial du type à rainure et languette d'au moins 3,175 mm. 5 Joint anti-abrasion selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière des anneaux est une matière céramique. 6 Joint anti-abrasion selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière des anneaux est choisie parmi une matière céramique, le carbure de tungstène, le carbure de silicium et le carbure de bore. 7 Joint anti-abrasion selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour coller ensemble les portions en engagement mutuel des anneaux. 8 Joint anti-abrasion selon la revendication 1, caractérisé en ce que les anneaux comprennent chacun une paire de demi-manchons ( 16) ayant un moyen d'assemblage mutuel du type à rainure ( 38) et languette ( 32) le long de leurs bords extérieurs ( 20, 22) s'étendant axialement. 9 Joint anti-abrasion selon la revendication 8, caractérisé en ce que chacun des demi-manchons est identique à l'autre. Joint anti-abrasion selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour coller ensemble les bords en engagement mutuel des demi-manchons et les extrémités en engagement mutuel des anneaux. 11 A titre de sous-combinaison pour fournir une pro- tection contre l'abrasion à l'extérieur d'un élément tubu- -10- laire, un élément de protection comprenant un demi-manchon ( 16) d'une matière résistant à l'abrasion ayant des bords ( 20, 22) s'étendant axialement et des extré- mités courbes ( 24, 26), une de ces extrémités ( 26) comportant une rainure ( 30) et l'autre extrémité ( 24) comportant une partie saillante ( 28) prévue pour être reçue dans la rainure d'extrémité d'un autre de ces demi-manchons, un des bords ( 20) ayant une partie saillante ( 32) faisant face à l'extérieur ainsi qu'une rainure ( 34) faisant face à l'extérieur séparée du bord par la partie saillante, l'autre bord ( 22) ayant une partie saillante ( 36) faisant face à l'intérieur ainsi qu'une rainure ( 38) faisant face à l'intérieur séparée de ce bord par la partie saillante faisant face à l'intérieur, de manière que deux des demi- manchons viennent en engagement mutuel du type à rainure et languette le long de leurs bords afin de former un anneau avec une partie saillante annulaire sur une extrémité et une rainure annulaire sur l'autre extrémité. 12 Element de protection selon la revendication 11, caractérisé en ce que la matière du demi-manchon est une matière céramique. 13 Elément de protection selon la revendication 11, caractérisé en ce que la matière du demi-manchon est choisie parmi une matière céramique, le carbure de tungstène, le carbure de silicium et le carbure de bore. 14 Elément de protection selon la revendication 12, caractérisé en ce que la matière céramique est une matière d'une haute résistance mécanique comprenant 90 pour cent de A 1203 * Structure ( 10) de protection pour une colonne de production (S), comprenant: un élément tubulaire ( 12), une multiplicité d'anneaux ( 14) résistant à l'abrasion -11- entourant l'extérieur de l'élément tubulaire qui doit être exposé aux fluides à grande vitesse s'écoulant à partir d'une formation productrice (E) dans l'espaoe annulaire &u puits dans lequel s'étend l'élément tubulaire, un moyen annulaire d'assemblage du type à rainure et languette entre chacun des anneaux, des moyens ( 40, 42) fixes autour de l'élément tubulaire et venant en engagement mutuel avec l'extrémité inférieure de l'anneau inférieur et l'extrémité supérieure de-l'anneau supérieur de façon à retenir ces anneaux pour les empécher de se déplacer radialement vers l'extérieur en s'écartant de l'élément tubulaire, à supporter les anneaux sur l'élé ment tubulaire et à protéger les anneaux inférieurs et supérieurs contre des doamages durant un déplacement de l'élément tubulaire dans le puits. 16 Structure de protection selon la revendication 15, caracté- risée en ce que les anneaux coeprennent chacun une paire de demi- manchons ( 16) ayant un moyen d'assemblage mutuel du type à rainure et languette le long de leurs bords extérieurs s'étendant radialement. 17 Structure de protection selon la revendication 16, caractérisée en ce que chacun des demi-manchons est identique à l'autre. 18 Structure de protection-selon la revendication 15, caractérisée en ce que la matière des anneaux est choisie parmi une matière céramique, le carbure de tungstène, le carbure de silicium et le carbure de bore. 19 Structure de protection selon la revendication 15, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens pour coller ensemble les portions en engagement mutuel des anneaux. Structure de protection selon la revendication 15, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens pour coller ensemble les bords en engagement mutuel des demi-manchons et les extrémités en engagement mutuel des anneaux.