Brevet FR2523206A1 — publié le 19830916

PACKER GONFLABLE POUR SONDAGES 1 L'invention se rapporte aux appareils pour sondages du type 'packer et plus particulièrement à un packer gonflable en une seule pièce, renforcé intérieurement par des couches de toile de pneumatique. Depuis de nombreuses années, on utilise des packers gonflables dans lesquels on envoie du fluide sous pression pour isoler une zone d'un puits lorsqu'on effectue des essais de production Un type usuel de packer gonflable est réalisé en plusieurs couches comprenant une chambre interne, un manchon annulaire renforcé et une enveloppe de fils ou câbles tressés fixée sur des supports de montage Les câbles sont disposés en ensembles parallèles tissés entre eux, avec leurs extrémités fixées aux supports de montage par un procédé de collage epoxy décrit dans le brevet des Etats Uis d'Amérique N O 3 003 798 délivré le 10 octobre 1961 Ce type de packer gonflable a un certain nombre d'inconvénients Lorsqu'il est gonflé par du fluide sous pression, la chambre interne et le manchon annulaire ont tendance à extruder au travers des intervalles existant entre les câbles, ce qui entraîne des déchirures et des malfonctions du packer De plus, la fabrication de tels packers demande de nombreuses heures de travail du fait que les câbles sont tissés à la main pendant le montage En outre, il est difficile de remplacer la chambre interne et le manchon qui doivent être pliés avant insertion par suite de leurs dimensions. L'objet de l'invention se rapporte à un packer gonflable du type ci-dessus, réalisé en une seule pièce. -2- 1 L'objet de l'invention concerne en outre un packer gonflable ayant des moyens de renforts en toile de pneumatique fixés à des supports de montage de construction spéciale. Selon l'invention, un packer gonflable comprend un corps tubulaire élastique ayant des organes interne et externe en élastomère, renforcés par des couches de toile de pneumatique disposées entre eux Chaque couche de toile de pneumatique comporte des éléments parallèles de faible diamètre résistant à la traction, les couches étant disposées en biais de façon que les éléments résistant à la traction de couches adjacentes soient dirigés dans des directions hélicoïdales alternées Les angles des hélices des éléments résistant à la traction, par rapport à l'axe du corps, sont compris entre 16 et 200, ces angles augmentant progressivement de la couche interne à la couche externe Les couches de toile de pneumatique se prolongent au-delà des extrémités opposées des organes en élastomère et sont reliées à des supports de montage de construction spéciale Chaque support de montage comprend un tube interne ayant une surface extérieure dentée et des mâchoires dentées intérieurement disposées à sa périphérie - Les extrémités des couches de toile de pneumatique sont placées entre les surfaces dentées Des surfaces inclinées externes sur les mâchoires coopèrent avec d'autres surfaces inclinées internes d'une couronne externe pour serrer fermement les mâchoires sur les extrémités des couches de toile L'ensemble constitue une structure tubulaire composite plus fiable et de fabrication plus facile que les structures connues. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs mieux de la description qui va suivre d'un mode de réalisation non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels: La figure 1 est un schéma d'un dispositif d'essais de production incluant un packer gonflable selon l'invention disposé dans un sondage; et La figure 2 est une coupe partielle d'un packer gonflable et d'un support de montage selon l'invention. -3 - 1 En référence à la figure 1, un packer gonflable 10 faisant partie d'un dispositif d'essais de production, a été descendu en position rétractée dans un sondage 11 au moyen d'un train de tiges, et a été gonflé de façon appropriée pour isoler une zone à tester du sondage Le packer 10 est monté sur un mandrin 14 ayant un passage 15 pour permettre d'introduire du fluide sous pression à l'intérieur afin de le gonfler. L'extrémité supérieure du packer 10 est connectée à un support de montage 12 fixé au mandrin de façon appropriée, tandis qu'un autre support de montage 13 connecté à l'extrémité inférieure du packer est monté coulissant le long du mandrin et se déplace longitudinalement lors du gonflage ou du dégonflage Le mandrin comprend généralement des organes tubulaires concentriques qui forment des passages de test et de dérivation familiers aux spécialistes. En référence à la figure 2, le packer 10 comprend des organes tubulaires interne 22 et externe 21 en élastomère entre lesquels est disposé un manchon de renfort 23 L'organe 21 est de préférence réalisé en un mélange résistant à l'abrasion car sa surface externe vient en contact avec divers matériaux des formations, tandis que l'organe interne 22 est de préférence en un mélange facilement expansible sous l'effet de la pression. Le manchon de renfort 23 est formé par une pluralité de couches (par exemple huit) de toile de pneumatique L'expression, "toile de pneumatique" est utilisée ici pour désigner un tissu formé d'éléments parallèles résistant à la traction tels que des fils d'acier toronnés ou des fils en Kavlar, tissés avec des fils de nylon ou de coton, le tissu étant plongé dans un produit de collage et calandré avec du caoutchouc pour former une feuille d'épaisseur uniforme Les éléments résistant à la traction sont de faible diamètre, par exemple de 1 à 1,5 mm et sont disposés les uns contre les autres Uhe telle toile de pneumatique est commercialisée par différents fabricants et notamment par la société Steelastic Corporation, Akron, Chio, Etats Unis d'Amérique Les couches de toile de pneumatique sont collées les unes aux autres et aux surfaces adjacentes des organes 21 et 22 pour donner un packer gonflable réalisé en une seule pièce. -4- 1 Les couches de toile de pneumatique sont disposées en biais pendant la fabrication de façon que les éléments résistant à la traction soient dirigés dans des directions hélicoïdales alternées Dans un mode de réalisation préférentiel, l'angle de l'hélice des éléments*de la couche interne est d'environ 160 par rapport à l'axe longitudinal du mandrin, cet angle augmentant progressivement pour chaque couche jusqu'à atteindre 200 pour la couche externe Grâce à ces directions de couches alternées, on obtient une structure composite ayant une très faible tendance à se tordre losqu'elle est mise sous tension par le gonflage De plus, l'espacement très réduit entre éléments résistant à la traction élimine pratiquement tous intervalles au travers desquels pourrait extruder l'organe élastique interne 22 Comme mentionné précédemment, les couches de toile de pneumatique sont collées les unes aux autres et aux organes interne 22 et externe 21 pour former une seule pièce. Chaque couche de toile de pneumatique a des dimensions telles que ses extrémités opposées se prolongent au delà des extrémités des organes en élastomère 21 et 22, les parties - découvertes étant reliées aux supports de montage respectifs. Le support de montage inférieur 13 et son mode de liaison sont représentés sur la figure 2, le support supérieur étant formé des mêmes éléments disposés en sens inverse Comme représenté, les extrémités des diverses couches de toile de pneumatique ont des longueurs différentes, la paire centrale de couches étant la plus longue et les couches extrêmes, interne et externe, étant les plus courtes Cette disposition de couches de longueurs différentes donne une structure avec des surfaces exposées externes 28 à 31 et internes 32 à 35. Le support de montage 13 comprend un tube interne 37 qui porte à sa périphérie des ensembles 40 à 43 longitudinalement espacés de dents dirigées vers le bas Les ensembles de dents sont réalisés sur des parties de diamètres extérieurs différents de façon à venir en appui sur les surfaces internes respectives 32 à 35 des couches de toile de -5- 1 pneumatique uhe couronne externe 45 comporte, à l'intérieur, des surfaces inclinées 46 à 48 qui viennent en appui sur des surfaces inclinées correspondantes 50 à 52 réalisées à l'extérieur d'une pluralité de mâchoires 53 réparties tout autour du tube 37 Chaque mâchoire 53 est équipée d'ensembles 54 à 57 longitudinalement espacés de dents dirigées vers le bas Les ensembles de dents sont réalisés sur des parties de diamètres internes différents de façon à venir en appui sur les surfaces externes respectives 28 à 31 des couches de toile de pneumatique. L'extrémité inférieure 59 du tube interne 37 porte un joint torique 60 qui réalise l'étanchéité entre ce tube et une bride 61 dont la face supérieure vient en butée sur une collerette 62 du tube faisant saillie vers l'extérieur. L'extrémité inférieure 63 de la couronne externe 45 porte un taraudage 64 qui se visse sur un filetage 65 de la bride 61 de sorte que la rotation de la couronne par rapport à la bride déplace vers le bas la couronne par rapport aux mâchoires 53, provoquant ainsi le déplacement des mâchoires vers l'intérieur sous l'effet des surfaces inclinées 46 à 48 Par suite de ce déplacement radial des mâchoires, les diverses couches de toile de pneumatique se trouvent fermement maintenues dans le support de montage par la pression des dents sur les surfaces exposées internes et externes. Dans le mode de réalisation décrit, les dents du tube interne 37 sont des nervures circulaires longitudinalement espacées les unes des autres, de façon à constituer un joint étanche contre chaque couche de toile de pneumatique De plus, les arêtes des dents sont aplaties pour empêcher que les couches de toile soient coupées ou endommagées par la pression des dents Des goupilles de blocage 68 qui traversent des ouvertures de la couronne externe 45 viennent se placer dans des rainures longitudinales 69 réalisées à la partie inférieure de chaque mâchoire 53 de façon à empêcher toute rotation entre les pièces après assemblage Le tube 37 et la bride 61 ont des taraudages vissés sur des parties correspondantes du mandrin (non représenté) lorsque le train d'appareils est assemblé. -6- 1 L'extrémité supérieure 70 de la couronne externe 45 peut avoir une surface intérieure arrondie pour éviter d'endommager l'organe externe 21 ou les couches externes de toile lors du gonflage du packer. En fonctionnement, le packer 10 réalisé comme indiqué précédemment, est relié aux supports de montage 12 et 13 en plaçant les parties exposées du manchon de renfort entre le tube interne 37 et les mâchoires 53 dans la position représentée sur les figures Initialement, la couronne externe 45 est en position haute, si bien que les mâchoires 53 ont beaucoup de jeu à l'intérieur Lorsque les surfaces externes 28 à 31 et les surfaces internes 32 à 35 ont été mises en place entre les surfaces dentées du tube interne 37 et des mâchoires 53, on fait tourner la couronne externe 45 par rapport à la bride 61 de façon à déplacer la couronne vers le bas Ce déplacement repousse latéralement vers l'intérieur les mâchoires 53 qui viennent serrer avec force les diverses extrémités du manchon de renfort On place ensuite les goupilles de blocage 68 de façon à empêcher tout dévissage de la couronne 45 De la même façon on assemble le support de montage supérieur sur l'extrémité supérieure du packer. Le train d'appareils pour les essais de production est descendu dans le sondage jusqu'à ce que le packer soit à la profondeur désirée On actionne alors une pompe disposée dans l'appareil de façon à appliquer du fluide sous pression à l'intérieur du packer 10 et le gonfler jusqu'à ce qu'il soit en contact étanche avec la paroi du sondage Comme mentionné précédemment, le support de montage inférieur 13 peut, lors du gonflage, se déplacer vers le haut par rapport au mandrin sur lequel le packer est monté Quoi qu'il en soit, toute force de traction appliquée aux éléments résistants du manchon de renfort 23 pendant le gonflace a simplement pour effet d'appuyer encore plus fermement les mâchoires 53 contre les extrémités des couches de toile de pneumatique Lorsque l'essai est terminé, la pression dans le packer 10 est relâchée en mettant en communication avec le sondage l'intérieur du packer pour permettre à ce dernier de revenir à son état initial. 2523206- -7- 1 Le packer gonflable qui vient d'être décrit, réalisé en une seule pièce, est pratiquement indéchirable et ne présente pas les défauts des structures connues Ce packer peut être rapidement et facilement mis en place grâce aux supports de montage décrits. Ce dispositif peut évidemment faire l'objet de nombreuses modifications ou variantes sans sortir du cadre de l'invention. -8- 1 REVENDI CATIONS 1 Packer gonflable pour sondages, caractérisé en ce qu'il comprend un corps élastique en une seule pièce, généralement tubulaire, formé par deux organes, interne ( 22) et externe ( 21), en élastomère entre lesquels est disposé un manchon de renfort ( 23), ledit manchon comprenant des couches de toile de pneumatique ayant chacune des éléments parallèles résistant à la traction, lesdites couches, collées auxdits organes en élastomère ( 21, 22), étant disposées en biais de façon que les éléments résistant à la traction de couches adjacentes soient orientés dans des directions hélicoïdales alternées par rapport à l'axe longitudinal du corps, lesdites couches de toile ayant des dimensions telles que leurs extrémités dépassent des organes en élastomère ( 21, 22) pour permettre de relier ces extrémités de couches de toile à des supports de montage ( 12, 13). 2 Packer selon la revendication 1, caractérisé en ce que les angles des hélices des éléments résistant à la traction, par rapport à l'axe longitudinal du corps, sont compris entre 16 et 200. 3 Packer selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'angle des hélices des éléments résistant à la traction augmente progressivement d'environ 160 pour la couche interne jusqu'à environ 200 pour la couche externe. 4 Packer selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites extrémités de couches de toile dépassent des organes en élastomère ( 21, 22) de distances différentes, les couches centrales dudit manchon dépassant de la distance la plus longue et les couches interne et externe dépassant de la distance la plus courte. -9- Packer selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend des supports de montage ( 12, 13) aux extrémités dudit corps pour saisir lesdites extrémités de couches de toile et les fixer de façon étanche. 6 Packer selon la revendication 5, caractérisé en ce que chaque support de montage ( 12, 13) comprend un tube interne ( 37), une couronne externe ( 45) et des mâchoires ( 53); ledit tube ( 37) ayant des surfaces externes dentées ( 40 à 43) venant en appui sur les extrémités des couches internes dudit manchon ( 23); ladite couronne ( 45) ayant des surfaces internes ( 46 à 48) inclinées par rapport à l'axe du corps; et les mâchoires ( 53), disposées tout autour du tube ( 37), ayant des surfaces externes inclinées ( 50 à 52) et des surfaces internes dentées ( 54 à 57), les surfaces externes inclinées ( 50 à 52) coopérant avec les surfaces internes inclinées ( 46 à 48) de ladite couronnne pour serrer lesdites mâchoires ( 53) contre les extrémités des couches externes dudit manchon ( 23). 7 Packer selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens ( 64, 65) pour déplacer axialement ladite couronne ( 45) par rapport auxdites mâchoires ( 53) de façon à produire un déplacement radial des mâchoires vers l'intérieur et vers ledit tube ( 37), les extrémités respectives desdites couches étant ainsi fermement maintenues entre ledit tube interne ( 37) et lesdites mâchoires ( 53). 8 Packer selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que les extrémités desdites couches de toile de pneumatique ont des longueurs différentes de façon à- présenter des surfaces exposées tournées les unes vers l'intérieur ( 32 à 35) et les autres vers l'extérieur ( 28 à 31); lesdites surfaces dentées ( 40 à 43) du tube ( 37) formant des ensembles espacés longitudinalement adaptés à venir en appui sur des surfaces exposées respectives tournées vers l'intérieur ( 32 à 35), et lesdites surfaces dentées ( 54 à 57) des mâchoires ( 53) formant des ensembles espacés longitudinalement adaptés à venir en appui sur des surfaces exposées respectives tournées vers l'extérieur ( 28 à 31). -10- 1 9 Packer selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que lesdits moyens de déplacement axial comprennent un filetage ( 64) sur ladite couronne ( 45) réalisé de façon qu'une rotation de la couronne dans une direction produise un déplacement vers l'intérieur desdites mâchoires ( 53) et qu'une rotation de la couronne dans l'autre direction autorise un déplacement vers l'extérieur desdites mâchoires ( 53). 10 Packer selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens ( 68, 69) susceptibles de fonctionner lorsque les mâchoires ( 53) ont été déplacées vers l'intérieur, pour empêcher une rotation relative de ladite couronne ( 45). 11 Packer selon l'une des revendications 6 à 10, caractérisé en ce que lesdites surfaces dentées ( 40 à 43) dudit tube ( 37) sont adaptées à réaliser l'étanchéité entre ledit tube et les extrémités des couches de toile du manchon de renfort ( 23). 12 Packer selon l'une des revendications 6 à 11, caractérisé en ce que lesdites surfaces dentées du tube interne ( 37) et des mâchoires ( 53) ont des arêtes sensiblement plates qui viennent en appui sur lesdites couches de toile du manchon de renfort ( 23). 13 Packer selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdites couches de toile de pneumatique sont collées les unes aux autres.