Brevet FR2505397A1 — publié le 19821112

L'invention se rapporte à un dispositif de connexion déconnectable pour disposer dans une installation d'injection de gaz inerte pour la mise en débit d'un puits de pression sous hydrostatique lors d'un essai de production à partir d'un engin flottant. En mer comme à terre, lorsque le problème est posé d'obtenir un échantillon de fluide d'une couche déterminée qui a été traversée par un forage, si la pression de couche est inférieure à la pression hydrostatique, trois procédés peuvent être employés : le pitonnage squvent toléré par dérogation aux règlements de sécurité, le pompage électrique pour lequel la nécessité d'amener du courant électrique sous plusieurs milliers de volts au moteur entraînant la pompe immergée peut être en contradiction avec les règles de sécurité, enfin l'allègement de la colonne liquide par injection d'un gaz inerte, généralement de l'azote. Ce dernier procédé, bien que ne mettant pas en oeuvre de produit ou de moyen mécanique dangereux par euxmêmes présente une difficulté de mise en oeuvre pour ce qui est de l'établissement de la continuité d'un conduit d'injection à travers les moyens de sécurité et d'interruption de la colonne d'essais de puits r ces moyens se trouvant localisés dans la zone d'action du dispositif de sécurité de la tête de puits, autrement dit, du moyen de prévention d'éruption (en anglais Blow out Preventer ou B.O.P.). Cette difficulté réside dans la nécessité de laisser fonctionner les moyens de sécurité de la colonne d'essais de puits malgré la présence du conduit d'injection. La présente invention permet de pallier,cette difficulté en installant un dispositif commandant le retrait de l'élément de conduit d'injection situé dans la zone d'action des moyens de sécurité de la colonne d'essais du puits préalablement au déclenchement de ces moyens de sécurité. Un connecteur déconnectable selon l'invention pour un tube d'injection de fluide intérieur à une colonne d'essais de puits, entre un tube inférieur d'injection suspendu à une bague annulaire fixée à l'intérieur de la colonne, peu audes sous du dispositif de sécurité de celle-ci et un tube supérieur aboutissant à la tête de la colonne d'essais, est caractérisé en ce qu'il comporte un élément tubulaire mobile en translation longitudinale entre une position basse de connexion et une position haute de déconnexion, cet élément tubulaire ayant son extrémité inférieure apte à reposer de façon étanche sur une portée tronconique entaillant la bague annulaire de suspension du conduit inférieur d'injection et son extrémité supérieure solidaire d'un piston annulaire mobile en translation dans une chambre cylindrique coaxiale. Dans certaines réalisations, le piston annulaire, situé dans la zone des mécanismes de sécurité de la tête de puits, est mobile en translation dans une chambre cylindrique de section droite annulaire entrainant le tube supérieur d'injection, ce piston annulaire divisant la chambre cylindrique annulaire en deux espaces, un espace supérieur mis en pression d'huile à partir de la surface et un espace inférieur mis en pression à l'aide d'un fluide à partir d'au moins une chambre de pression solidaire de la colonne. Dans d'autres réalisations, le piston annulaire, situé en tête de la colonne d'essais, est mobile en translation dans une chambre cylindrique constituée par une portion du tube supérieur d'injection dont le diamètre est plus important que le diamètre de l'élément tubulaire mobile, ce piston annulaire délimitant entre l'élément tubulaire mobile et la portion de conduit supérieur de diamètre plus important un espace annulaire mis en pression d'huile à partir de la surface. Dans les réalisations pour lesquelles le maximum de sécurité est demandé - un premier piston annulaire, situé dans la zone des méca nismes de sécurité de la tête de puits, est mobile en trans lation dans une chambre cylindrique de section droite annu laire entourant le tube supérieur d'injection, ce piston annulaire divisant la chambre cylindrique annulaire en deux espaces, un espace supérieur mis en pression d'huile à partir de la surface et un espace inférieur mis en pression à l'aide d'un fluide à partir d'au moins une chambre de pression solidaire de la colonne et, - un second piston annulaire, situé en tête de la colonne d'essais, est mobile en translation dans une chambre cylin drique constituée par une portion du tube supérieur d'injec tion dont le diamètre est plus important que le diamètre de l'élément tubulaire mobile, ce piston annulaire délimitant entre l'élément tubulaire mobile et la portion de tube supérieur de diamètre plus important un espace annulaire mis en pression d'huile à partir de la surface. L'invention sera mieux comprise dans la description suivante, donnée à titre non limitatif, d'une forme de réalisation illustrée par les figures suivantes - Figure 1 : Connecteur déconnectable pour un tube d'adduction de gaz inerte dans un puits avec dispositif inférieur de commande. - Figure 2 : Chambre pour fluide hydraulique sous pression de gaz. - Figure 3 : Dispositif supérieur de commande d'un connecteur déconnectable pour un tube d'adduction de gaz inerte dans un puits. En se référant à la figure 1, dans l'espace intérieur (1) d'un dispositif (2) de prévention d'éruption (en anglais Blow Out Preventer), disposé sur une tête de puits d'exploration d'hydrocarbures non figuré, on trouve un dispositif de connexion déconnexion (3) installé sur un conduit de production (4), mettant en relation le-fond du puits avec les installations de surface non figurées. Ce conduit de production ou train de tiges (4) comprend un conduit inférieur (5) reliant le fond du puits au dispositif de connexion (3) et un conduit supérieur (6) reliant le dispositif de connexion (3) à la tête de la colonne d'essais, non figurée. Le conduit inférieur (5) est prolongé vers le haut par un embout.m le (7) apte à prendre place dans un embout femelle (8) prolongeant vers le bas le conduit supérieur (6). Le conduit inférieur (5) comporte une bague annulaire externe (9) dont le contour inférieur tronconique (10) est apte à prendre appui sur un siège annulaire (11) tronconique situé à la partie inférieure (12) de l'espace intérieur (1) du dispositif de prévention des explosions (2). Dans cet espace intérieur (1), on trouve trois vannes de fermeture à savoir de bas en haut, une première vanne (13), fermée, sur le conduit inférieur (5) une seconde vanne (14), ouverte, apte à être fermée soit sur le contour externe de l'embout femelle (8) du conduit supérieur (6), soit sur le contour externe de l'embout male (7) du conduit inférieur (5), et une troisième vanne (15) ouverte, apte à être fermée soit sur le contour externe de l'embout femelle (8), soit sur elle-meme assurant l'isolement complet de la portion sous-jacente (17) de l'espace interne (1). A l'intérieur de l'embout mâle (7), deux dispositifs de fermeture de sécurité, un dispositif (18) à déplacement latéral d'une vanne et un dispositif (19) à rotation d'un boisseau sphérique. Les dispositifs (18) et (19) sont mis en mouvement à partir de la surface par l'intermédiaire d'un conduit (20) de transmission pour un fluide hydraulique. Dans la masse métallique de l'embout femelle (8) sont disposés les éléments, non représentés, du dispositif de connexion déconnexion (3) du conduit supérieur (6) d'avec le conduit inférieur (5) constituant le conduit de production (4). Ce dispositif de connexion déconnexion (3) est commandé à partir de la surface à l'aide d'une commande hydraulique reliée au dispositif (3) par une tubulure (21). Selon l'axe du conduit de production (4), est installé un tube (22) d'injection de fluide comportant une partie inférieure (23) suspendue à ,une bague annulaire (24) fixée à l'intérieur de la colonne peu au-dessous du dispositif inférieur (19) de sécurité interne et une partie supérieure (25) dont un élément inférieur (26) repose de façon étanche sur une portée tronconique (27) entaillant la bague annulaire (24) et dont la partie supérieure aboutit A la tête de la colonne d'essais. La bague annulaire (24) comporte au moins un percement longitudinal (28) pour la connexion des espaces annulaires entourant la conduite (22), situés au-dessous et au dessus de la bague annulaire (24) et constituant le conduit de production du puits. L'élément inférieur tubulaire (26) a son extrémité supérieure solidaire d'un piston annulaire (29) mobile en translation, par rapport à l'élément supérieur (25), dans une chambre cylindrique (30) annulaire limitée vers l'intérieur par l'élément supérieur (25) et vers l'extérieur par une enveloppe cylindrique coaxiale (31).Cette chambre cylindrique (30) est fermée vers le haut par un fond annulaire (32) et vers le bas par un joint annulaire (33) assurant le coulissement étanche de l'élément inferieur tubulaire -(26). L'enveloppe cylindrique (31) est munie à son extrémité supérieure d'un ajutage (34) pour une conduite (35) pour un fluide hydraulique aboutissant à des moyens de commande situés en surface et, à son extrémité inférieure, d'un ajutage (36) mettant en rapport permanent l'espace annulaire (37) situé au-dessous du piston (28) avec une chambre annulaire (38) contenant de l'azote sous pression. Cette chambre annulaire entoure le conduit supérieur (6) sur une longueur peu inférieure à la longueur de la chambre cylindrique (30). L'enveloppe cylindrique (31) est maintenue en place dans le conduit supérieur (6) par un bouchon annulaire inférieur (39) comportant un percement radial (40) établissant une liaison entre l'ajutage (36) et un percement (41) à travers le conduit supérieur (6) et un percement longitudinal (42) pour la connexion des espaces annulaires entourant le conduit (22), et par un bouchon supérieur (43) comportant un percement radial (44) pour le passage de la conduite (34) et un percement longitudinal (45) pour la connexion des espaces annulaires entourant la conduite (22). A la place du réservoir annulaire (38), on emploie avec avantage des réservoirs cylindriques (46) tels que décrits à l'aide de la figure 2. L'espace annulaire (37) situé audessous du piston (29) est alors mis en rapport permanent avec au moins un réservoir (46) où de l'huile (47) est maintenue sous pression par un volume d'azote (48) sous pression dont elle est séparée par une membrane (49). Ces réservoirs (46) sont régulièrement répartis et fixés sur le contour extérieur du conduit (6). Sur la figure 3, on trouve, en haut de la colonne d'essais, le conduit tubulaire de production (4) se terminant par le dernier élément du conduit supérieur (6), prolongé lui-meme par une tête de production (50) à trois directions d'un modèle connu en soi. Selon l'axe du conduit tubulaire de production (4), on trouve le tube (22) d'injection de fluide, notamment de fluide gazeux. Ce tube (22) a son extrémité supérieure solidaire d'un piston annulaire (51) mobile en translation dans une chambre cylindrique (52) limitée par une enveloppe cylindrique (53). Le piston annulaire (51) délimite avec le tube (22) et l'enveloppe (53) un espace annulaire (54), relié par un percement (55) à travers l'enveloppe cylindrique (53) avec un conduit (56) pour un fluide hydraulique de commande et isolé de l'espace annulaire situé entre le conduit de production (4) et le tube (22) par un joint annulaire (57). Cette enveloppe (53) est maintenue en place dans le conduit supérieur (6) par un bouchon inférieur (58) comportant un percement radial (59) pour le passage du conduit (56) et au moins un percement longitudinal (60) pour la communication des espaces annulaires situés de part et d'autre du bouchon (58), et par un bouchon supérieur (61) comportant un percement (62) pour la mise en communication de la chambre cylindrique (52) avec une conduite (63) d'amenée de fluide, notamment de gaz inerte, et au moins un percement longitudinal (64) pour la mise en communication de l'espace annulaire (65) situé au-dessous du bouchon supérieur (59) avec la tête de production (50). La continuité du conduit de production, espace annulaire délimité par le conduit de production (4) et le tube (22), est assurée par le percement longitudinal (28) à travers le bouchon (24), le percement longitudinal (42) à travers le bouchon (39), le percement longitudinal (45) à travers le bouchon (43), le percement (60) à travers le bouchon (58) et enfin le percement (64) à travers le bouchon (61). Pour des raisons pratiques de mise en place et de démontage, le dispositif de sécurité de puits logé dans les pièces (7) et (8) pour la commande des vannes (18) et (19), constitue un ensemble muni de filetages d'extrémité pour assurer la liaison d'une part avec le conduit inférieur (5) par un joint fileté (66) et a'autre part avec le connecteur déconnectable par un joint fileté (67). Le connecteur déconnectable est lui-même relié à la partie supérieure du train de tiges (4) par un joint fileté (68). Le-tube d'injection (22) est muni d'un embout à verrouillage automatique (69) apte à se verrouiller dans un siège (70) usiné dans le bouchon (43), lequel bouchon (43) est solidaire du conduit supérieur (6) par le moyen de goupilles cisaillables (71). Enfin le dispositif supérieur de commande décrit à l'aide de la figure 3 est relié au train de tiges (4) par un joint fileté (72). UTILISATION DU CONNECTEUR DECONNECTABLE POUR CONDUIT D'INJECTION 1 - Mise en place du matériel On commence par descendre le train de test avec le nombre de tiges nécessaires en fonction de la profondeur à laquelle on va poser l'appareil de test. On descend et met en place la partie inférieure (23) du tube d'injection de fluide d'une longueur appropriée et on en suspend la tête à la bague annulaire (24) constituant un siège. On installe le dispositif de sécurité qui commande les vannes (18) et (19) et qui est localisé dans la masse de l'embout femelle (8) et dans la masse de l'embout mâle (7) à l'intérieur duquel sont installées les vannes (18) et (19). Ce dispositif de sécurité d'un modèle connu et désigné ici par ensemble (7-8) est vissé sur le conduit inférieur (5) par un joint fileté (66). Le connecteur déconnecteur proprement dit est installé dans un manchon constituant la partie inférieure du conduit supérieur (6). Ce manchon est vissé sur l'ensemble (7-8) au moyen d'un joint fileté (67) et on visse au-dessus la suite du train de tiges qui prolonge le conduit supérieur (6) au moyen d'un joint fileté (68). Pendant cette manoeuvre, le piston (29) est maintenu en position haute par la pression hydraulique de l'accumulateur (38). On reprend alors la descente du train de test jusqu'à ce que la bague annulaire externe (9) repose sur le siège (11). A ce moment-ld, on descend le tube d'injection (22) muni d'un embout à verrouillage automatique (69) qui vient se verrouiller dans un siège (70) usiné dans le bouchon (43) de telle sorte que le tube d'injection (22) est connecté avec la partie supérieure (25) de ce tube dans le connecteur déconnecteur. On met alors en place le dispositif supérieur de commande du connecteur déconnectable, tel qu'il est décrit à l'aide de la figure 3. 2 - Mise en oeuvre du matériel On procède d'abord à l'ouverture des vannes (18) et (19) par commande hydraulique depuis la surface par la conduite (20). La pression nécessaire pour ouvrir les vannes (18) et (19) est dans la conduite (20) d'environ 70 à 100 bars, pour une pression de sécurité de maintien d'ouverture de 200 bars, un régulateur de pression permet le passage du fluide de commande du piston (29) par la conduite (35) à partir du moment où la pression dans la conduite (20) atteint 180 bars. Lorsque le piston (29) atteint la position basse, l'extrémité inférieure du tube (26) vient prendre appui étanche sur la bague annulaire (24), utilisée comme siège et à ce moment-l! la pression hydraulique dans les conduits de commande (20) et (35) est maintenue à 200 bars. L'injection d'azote par la conduite (63) peut avoir lieu pour aider le puits à débiter si, après l'ouverture du matériel de test, la pression de couche étant inférieure à la pression hydrostatique, ce débit a de la difficulté à s'établir. Lorsque la décision de déconnecter le déconnecteur est prise, on purge la pression de la conduite (35), ce qui provoque la remontée du piston (29) sous l'effet de la pression de l'accumulateur de pression (38). La pression minimum de cet accumulateur (38) est de 100 bars, valeur de la pression d'ouverture des vannes,(18) et (19), ce qui permet au tube (26) de se retirer avant que les vannes (18) et (19) ne se ferment. Quant le piston (29) a atteint sa position haute, la purge du conduit (35) et par voie de conséquence du conduit (21), se poursuit et les vannes (18) et (19) se ferment. On peut alors commencer la remontée du train de test en toute sécurité. Dans le cas où le tube (26) ne remonte pas pour une raison quelconque de mauvais fonctionnement d'un dispositif hydraulique, on utilise le dispositif supérieur de commande décrit à l'aide de la figure 3. On admet la pression hydraulique par la conduite (56) faisant remonter le piston (51) qui entraîne le tube (22), lequel est solidaire du siège (43) par l'embout (69). La mise en traction du tube (22) a pour effet de cisailler les goupilles (71) libérant l'ensemble interne du connecteur déconnectable essentiellement constitué par le cylindre (3i), le piston (29), l'élément tubulaire supérieur (25), l'élément tubulaire inférieur (26) et le siège (43) Cet ensemble interne du connecteur déconnectable remonte d'une longueur suffisante pour le dégagement des vannes (18) et (19) afin de permettre leur fermeture. On peut alors reprendre le cours des opérations de retrait du dispositif de test, en toute sécurité. REVENDICATIONS 1 - Connecteur déconnectable (3) pour un tube d'injection de fluide intérieur à une colonne d'essais de puits, entre une partie inférieure (23) d'injection suspendu à une bague annulaire (24) fixée à l'intérieur de la colonne, peu au-dessous du dispositif de sécurité de celle-ci et une partie supérieure aboutissant à la tête de la colonne d'essais, caractérisé en ce qu'il comporte un élément tubulaire (26) mobile en translation longitudinale entre une position basse de connexion et une position haute de déconnexion, cet élément tubulaire ayant son extrémité inférieure apte à reposer de façon étanche sur une partie tronconique (27) entaillant la bague annulaire (i4) de suspension du tube inférieur d'injection (23) et son extrémité supérieure solidaire d'un piston (29) annulaire mobile en translation dans une chambre cylindrique coaxiale (30). 2 - Connecteur selon la revendication 1, dans lequel le piston annulaire (29), situé dans la zone des mécanismes de sécurité de la tête de puits, est mobile en translation dans une chambre cylindrique (30) de section droite annu laire entraînant le tube supérieur d'injection (26), ce piston annulaire (29) divisant la chambre cylindrique annulaire (30) en deux espaces, un espace supérieur mis en pression d'huile à partir de la surface et un espace inférieur (37) mis en pression à- l'aide d'un fluide à partir d'au moins une chambre de pression (38) solidaire de la colonne. 3 - Connecteur selon la revendication 1, dans lequel le piston annulaire (51), situé en tête de la colonne d'essais, est mobile en translation dans une chambre cylindrique (52) constituée par une portion du tube supérieur d'injection dont le diamètre est plus important que le diamètre de l'élément tubulaire mobile (22), ce piston annulaire (51) délimitant entre l'élément tubulaire mobile (22) et la portion de tube supérieur (53) de diamètre plus important un espace annulaire (54) mis en pression d'huile à partir de la surface. 4 - Connecteur selon la revendication 1, dans lequel - un premier piston annulaire (29), situé dans la zone des mécanismes de sécurité de la tête de puits, est mobile en translation dans une chambre cylindrique (30) de section droite annulaire entourant le conduit supérieur d'injection (26), ce piston annulaire (29) divisant la chambre cylindrique (30) annulaire en deux espaces, un espace supérieur mis en pression d'huile à partir de la surface et un espace inférieur (37) mis en pression à l'aide d'un fluide à partir d'au moins une chambre de pression (38) solidaire de la colonne et, - un second piston annulaire (51), situé en tête de la colonne d'essais, est mobile en translation dans une chambre cylindrique (52) constituée par une portion du conduit supérieur d'injection dont le diamètre est plus important que le diamètre de l'élément tubulaire mobile (22), ce piston annulaire (51) délimitant entre l'élément tubulaire mobile et la portion de conduit supérieur de diamètre plus important un espace annulaire (54) mis en pression d'huile à partir de la surface.