Brevet FR2519111A1 — publié le 19830701

Des blocs obturateurs sont utilisés pour retenir la pression à l'intérieur de puits de pétrole et de gaz pendant le forage et la complétion Des blocs obturateurs annulaires du type auquel l'invention a trait comprennent une garniture élastique annulaire unique disposée à l'in- térieur d'un corps, et ils possèdent des moyens permettant de déplacer cette garniture jusqu'à une position d'obtura- tion contre une partie d'un train detiges traversant le bloc obturateur, ou sur elle-même pour obturer un puits lorsqu'aucun train detices ne traverse le bloc obturateur. Un bloc obturateur annulaire est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N O 3 572 627 La garniture de ce bloc comprend un anneau élastique qui présente une série circulaire d'éléments rapportés rigides traversant la garniture et comportant, à leurs deux extrémités, des ailes extrêmes formant un iris et se déplaçant pour cons- tituer un support extrême pour l'anneau élastique lorsque celui-ci est comprimé radialement vers l'intérieur par des pistons Ces derniers sont disposés autour de l'anneau élastique afin d'exercer une force radiale dirigée vers l'intérieur sur cet anneau élastique D'autres blocs obturateurs annulaires utilisent une déformation axiale de l'anneau élastique pour déplacer ce dernier radialement vers l'intérieur jusqu'à une position d'obturation Les brevets des Etats-Unis d'Amérique No 4 099 699, No 2 387 205, N O 3 667 721, Ne 3 323 773, No 2 148 844, N O 2 812 197. et N O 2 846 178 décrivent des exemples de blocs obturateurs annulaires de l'art antérieur De plus, la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique N O 06/137 549, déposée le 4 avril 1980 sous le titre "Annular Blowout Preventer" décrit un exemple plus récent du type de structure auquel l'invention apporte un perfectionnement. L'application d'une force axiale sur l'anneau élastique d'un bloc obturateur annulaire est plus simple et moins coûteuse que l'application d'une force radiale relativement uniforme sur l'anneau élastique Comme décrit dans la demande précitée, l'utilisation d'une force axiale sur l'anneau élastique décrit dans le brevet 2519111. N 3 572 627 précité ne conviendrait pas, car les éléments rapportés rigides empêcheraient toute déformation axiale effective de l'anneau En l'absence des tiges s'étendant des ailes extrêmes supérieures aux ailes extrêmes infé-. rieures, on a noté que les éléments rapportés pouvaient- être soumis à une inclinaison autour de l'épaulement supé- rieur lorsque l'anneau était amené en position d'obturation par compression axiale. L'invention concerne un bloc obturateur annulaire perfectionné comportant une garniture annulaire perfectionnée. Le bloc obturateur comprend un corps, une garniture annu- laire et un piston destiné à appliquer une force axiale à la garniture annulaire Cette dernière comprend un anneau élastique qui présente une série circulaire d'éléments rapportés rigides ayant des tiges intérieures s'étendant dans la partie intérieure de l'anneau, les éléments rapportés étant encastrés dans la surface supérieure de cet anneau afin que leurs extrémités intérieures se dépla- cent vers l'intérieur lorsque l'anneau élastique se déplace vers l'intérieur pour exercer un appui supérieur sur cet anneau élastique, une bague de support étant disposée entre l'anneau et le bord extérieur des éléments rapportés. Une autre série circulaire d'éléments rapportés peut être encastrée dans la face inférieure de l'anneau élas- tique. L'invention a donc pour objet un bloc obturateur annulaire perfectionné de construction simple et de durée de vie utile relativement longue L'invention a également pour objet une garniture annulaire perfectionnée destinée à un bloc obturateur annulaire et comportant un support supérieur convenable lorsque leanneau élastique est déplacé vers l'intérieur L'invention a pour autre objet une garniture perfectionnée qui présente une meilleure protection contre l'extrusion lorsqu'elle est fermée et qu'elle retient une certaine pression L'invention a pour autre objet un bloc obturateur annulaire perfectionné qui peut être actionné de nombreuses fois en position d'obturation sans présenter de détériorations empêchant la poursuite de son utilisation. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels: la figure 1 est une élévation, avec coupe partielle, de la forme préférée de réalisation du bloc obturateur annulaire perfectionné selon l'invention dont la garniture est représentée en position de relâchement ou d'ouverture; la figure 2 est une vue analogue à celle de la figure 1, mais montrant la garniture de l'obturateur en position fermée d'obturation; la figure 3 est une vue de dessus de la gar- niture en position de relâchement ou d'ouverture; la figure 4 est une vue analogue à celle de la figure 3, montrant la garniture dans sa position de fermeture ou d'obturation; et la figure 5 est une coupe partielle d'une variante de la garniture selon l'invention. Le bloc obturateur annulaire perfectionné 10 représenté sur les figures 1 et 2 comprend un corps annu- laire 12 traversé par un alésage vertical 13, un piston annulaire 14, un anneau 16 de retenue, un anneau 18 de verrouillage et une garniture 20 Le corps 12 comporte une bride inférieure 22 reliée à un col 24, un rebord annulaire 26 qui s'élève du col 24 et une partie annulaire extérieure 28 de corps qui s'étend radialement vers l'ex- térieur du col 24 et qui s'élève autour et à distance du rebord 26 Une chambre 30 est constitué par l'espace annulaire compris entre le rebord 26 et la partie 28 au-dessous de l'extrémité inférieure de l'anneau 16 de retenue Le piston 40 est disposé de façon à pouvoir se déplacer partiellement à l'intérieur de la chambre 30, comme représenté Un canal 32 s'étend à travers la partie 28 du corps et débouche dans la chambre 30 pour amener un fluide sous pression contre la face inférieure du piston 14 et faire monter ce dernier, et pour évacuer des fluides lorsque le piston 14 descend Un canal 34 s'étend à travers la partie 28 du corps et débouche dans la chambre 30 pour amener un fluide sous pression contre la face supérieure du piston 14 afin de le faire descendre et d'évacuer les fluides lorsque le piston 14 s'élève. La garniture 20, de forme annulaire, comme décrit ci-après, est disposée dans un évidement 37 situé au-dessous d'un épaulement 36 de l'anneau 16 de retenue et au-dessus de l'extrémité supérieure d'un rebord annu- laire 38 du piston 14 qui porte contre l'extrémité infé- rieure de la garniture 20 Ainsi, lorsque le piston 14 s'élève, son rebord 38 exerce une force axiale sur la garniture 20 L'épaulement 36 empoche la garniture 20 de monter et la surface intérieure 40 de l'anneau 16 de retenue empêche la garniture 20 de se déplacer radialement vers l'extérieur, ce qui provoque un mouvement de la garniture vers sa position de fermeture ou d'obturation telle que montrée sur la figure 2. La garniture 20, représentée plus en détail sur les figures 3 et 4, comprend un anneau élastique 42 une série circulaire supérieure d' éléients rapportés rigides 44 disposés, liés et encastrés dans la surface supérieure de l'anneau 42, et une série circulaire inférieure d'élé- ments rapportés rigides 46 liés et encastrés dans la surface inférieure de l'anneau 42 Chaque élément rapporté rigide 44 comprend un corps 48 de forme triangulaire et plate de l'extrémité intérieure ou du sommet intérieur duquel une tige 50 part vers le bas La tige 50 s'étend vers le bas dans la partie intérieure de l'anneau 42 et elle est suffisamment longue pour suivre le mouvement de l'anneau vers l'intérieur et pour assurer le pivotement de l'extrémité intérieure du corps 48 vers l'intérieur, comme montré sur la figure 4 De plus, la tige 50 se termine à une certaine distance des extrémités supérieures des tiges des éléments rapportés inférieurs 46 afin que l'anneau 42 présente une longueur axiale libre suffisante pour pouvoir se fermer comme montré sur la figure 2 Dans la position relâchée d'ouverture de l'anneau 42, telle que montrée sur la figure 3, les cordes 48 de forme triangulaire sont inclinées par rapport à l'axe de la garniture et butent les unes contre les autres de manière que, lorsque l'anneau se déplace vers une position de fermeture telle que montrée sur la figure 4, les éléments rapportés 44 tournent à la façon d'un iris vers des posi- tions moins inclinées et se déplacent radialement vers l'intérieur Ceci accroit l'appui réalisé sur l'anneau en augmentant les longueurs radiales utiles (c'est-à-dire les dimensions radiales) des éléments rapportés. Les éléments rapportés rigides 46 peuvent être identiques aux éléments 44, ou bien ils peuvent être sensiblement analogues aux éléments rapportés 44 hormis que, comme montré sur la figure 4, ils sont les inverse de ces éléments rapportés 44 de manière à effectuer le même mouvement relatif que ces derniers Lorsque les élé- ment sont actionnés, les rotations de sens opposé des éléments rapportés 46 et 44 provoquent une légère torsion de l'anneau 42 Il semble que cette torsion facilite l'ouverture de l'anneau 42. Une bague 52 de support est encastrée dans la surface extérieure de l'anneau élastique 42, immédiate- ment au-dessous de la partie extérieure des corps 48 des éléments rapportés 44 Comme montré sur la figure 2, la bague 52 de support, disposée entre l'anneau élastique et les extrémités extérieures des, éléments rapportés 44, aide ces derniers et les soutient lorsque le bloc obtura- teur est amené en position d'obturation Ceci empêche les extrémités intérieures des éléments rapportés 14 de s'in- cliner vers le haut, à l'intérieur de l'alésage traversant l'anneau 16 de retenue Ce maintien des éléments rapportés 44 permet également à ces derniers d'appuyer de façon continue sur l'anneau élastique 42 jusqu'à ce qu'il ait atteint sa po- siton d'obturation complète. Comme décrit, le mouvement de l'anneau élastique 42, résultant d'une déformation axiale due au déplacement annulaire 14, provoque un pivotement du corps 48 des élé- ments rapportés 44 afin qu'ils maintiennent l'extrémité supérieure de l'anneau élastique 42 Ce mouvement des corps 48 peut être-assimilé à une action d'iris, car il ne provoque pas de diminution du diamètre intérieur du support utile constitué par les éléments apportés 44 Les éléments rapportés 46 produisent une action d'iris simi- laire. La forme de réalisation modifiée de l'invention montrée sur la figure 5 comprend un anneau élastique 42 ' muni d'éléments rapportés supérieurs 44 ' et d'une bague 52 ' de support qui est maintenuedans une gorge 54 ménagée dans la surface ntérieure d'un anneau 56 de retenue, au moyen d'un chapeau 58 d'anneau de retenue qui est convenable- ent fixé sur l'anneau 56 Ce bridage de la bague 52 ' de support dans la gorge 54 entre les éléments 56 et 58 assure un maintien continu des parties extérieures des éléments rapportés 44 ' et empêche la bague 52 ' de support de se déplacer sous l'effet du mouvement de l'anneau élastique 42 '. Pendant les opérations effecutées normalement sur un puits, le piston 14 est dans sa position basse et la garniture 20 est à l'état relâché, présentant une ouver- ture maximale 62, au moins aussi grande que l'alésage 13 comme montré sur la figure 1 Lorsqu'on souhaite fermer l'obturateur 10, une pression est appliquée par l'inter- médiaire d'un canal 32 à l'intérieur de la chambre 30 et le canal 34 est relié à un dispositif convenable d'évacuation (non représenté) Ceci provoque un mouvement de montée du piston 14 de façon que son rebord 38 comprime la garniture Cette déformation axiale provoque un mouvement de l'anneau élastique 42 vers l'intérieur, comme montré sur la figure 2. De plus les éléments rapportés 44 et 46 pivotent vers la position montrée sur les figures 2 et 4 afin d'accroître la dimension du support pour la partie centrale de l'anneau. La présence de la bague 52 de support assure ce maintien supplémentaire pendant la totalité du mouvement de déforma- tion axiale de la garniture 20 Le relâchement de l'anneau 42 est obtenu, par élimination de la pression exercée sous le piston 14 au moyen du canal 32 et par l'application de la pression au-dessus du piston 14 au moyen du canal 34. Ceci provoque un mouvement du piston 14 vers la position montrée sur la figure l et permet à la garniture 20 de revenir dans sa position d'ouverture complète. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à la garniture décrite et représentée sans sortir du cadre de l'invention. 251911 1 REVENDICATIONS 1 Garniture destinée à être utilisée dans un bloc obturateur annulaire comportant des moyens permettant de déformer axialement dette garniture, caractérisée en ce qu'elle comporte un anneau ( 42) en matière élastique présen- tant une surface périphérique intérieure, une bague ( 52) encastrée dans la surface extérieure et supérieure de l'anneau, et une série sensiblement circulaire d'éléments rapportés rigides ( 44) disposés et liés sur l'extrémité supérieure de l'anneau, chaque élément rapporté comportant un corps plat ( 48) et une tige ( 50) qui fait saillie vers le bas de l'extrémité intérieure du corps, ce dernier étant situé dans un plan à peu près perpendiculaire à l'axe de l'anneau de façon que les parties radiales situées le plus à l'exté- rieur S 'étendent au-dessus de la bague et que les extrémités radialement intérieures des corps soient sensiblement adjacentes à la surface périphérique intérieure de l'anneau lorsque ce dernier n'est pas contracté, chaque élément rapporté étant de forme sensiblement triangulaire, incliné par rappoît à l'axe de la garniture et en butée avec d'autres éléments rapportés, la tige s'étentant vers le bas dans l'anneau sur une distance sensiblement inférieure à la longueur présentée par l'anneau à l'état comprimé et contracté, les éléments rapportés réagissant à la compression axiale de l'anneau en pivotant vers une position dans laquelle leurs extrémités intérieures supportent une partie de diamètre intérieur réduit de l'anneau lorsque ladite surface périphérique intérieure est contractée, prolongeant ledit anneau radialement vers l'intérieur pendant qu'il est déformé axialement, les extrémités extérieures des éléments rapportés étant maintenues par ladite bague afin que les parties intérieuresdes éléments rapportés ne pivotent pas dans une direction axiale lorsque l'anneau est contracté. 2 Garniture selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte une série sensiblement circulaire d'éléments rapportés rigides( 46)disposés et liés sur l'extré- mité inférieure de l'anneau élastique. 3 Garniture selon la revendication 2, caractérisée en ce que les éléments rapportés inférieurs sont identiques aux éléments rapports supérieurs. 4 Garniture selon la revendication 2, caractérisée en ce que les éléments rapportés inférieurs sont les inverses des éléments rapports supérieurs. Bloc obturateur annulaire, caractérisé en ce qu'il comporte un corps annulaire ( 12) qui présente une chambre annulaire axiale intérieure ( 30) et des orifices ( 32, 34) traversant ce corps pour déboucher dans des extrémités oppo- sées de la chambre, des moyens ( 16) présentant un épaulement ( 36) faisant saillie vers l'intérieur et tourné vers le bas à l'intérieur du corps, une garniture annulaire ( 20) disposée dans'le corps et dont une extrémité porte contre l'épaule- ment, un piston annulaire ( 14) dans la chambre ayant un rebord ( 38) en contact avec l'extrémité de la garniture opposée à celle portant contre l'épaulement, l'application alternée d'une pression aux extrémités opposées de la chambre provoquant un déplacement du piston contre ladite garniture afin de la comprimer entre ce piston et l'épaule- ment vers une position intérieure d'obturation, l'application alternée de pression ayant également pour effet d'éloigner le piston de l'épaulement pour permettre à la garniture de- se relâcher dans sa position d'ouverture, ladite garniture comprenant un anneau élastique ( 42) qui présente une sur- face périphérique intérieure, une bague ( 52) encastrée dans la surface extérieure et supérieure de l'anneau,et une série sensiblement circulaire d'éléments rapportés rigides ( 44 ou 46) qui réagissent à un mouvement de l'anneau élasti- que et dont les extrémités:situées radialement à l'extérieur s'étendent au-dessus de ladite bague qui les supporte, alors que leurs extrémités situées radialement à l'intérieur sont sensiblement adjacentes à la surface périphérique inté- rieure lorsque l'anneau élastique n'est pas contracté, les- dits éléments rigides rapportés ayant une forme sensiblement triangulai re, étant inclinés par rapport à l'axe de la garniture et étant en butée les uns avec les autres, ces éléments comportant des moyens destinés à les faire pivoter afin que leurs extrémités intérieures se déplacent vers l'intérieur et que leurs extrémités extérieures restent supportées par ladite bague lorsque l'anneau élastique est contracté. 6 Bloc obturateur annulaire,caractérisé en ce qu'il comporte un corps ( 12) traversé par un alésage vertical ( 13) et présentant une chambre annulaire ( 30) qui s'étend axialement, et des moyens ( 16) qui présentent u épaulement intérieur ( 36) tourné vers la chambre annulaire, à l'inté- rieur du corps, une garniture élastique annulaire ( 20) disposée à l'intérieur du corps et portant contre l'épaule- ment, un piston annulaire ( 14) logé dans la chambre et comportant un rebord ( 38) qui fait saillie de la chambre afin de porter contre l'extrémité de la garniture éloignée de l'épaulement, des moyens ( 32, 34) destinés à introduire des fluides sous pression vers les faces opposées du piston, à l'intérieur de la chambre, et à évacuer ces fluides sous pression afin de provoquer un mouvement axial du piston, la garniture comportant un anneau élastique ( 42) qui comporte une partie intérieure et une partie extérieure, et une série sensiblement circulaire d'éléments rapportés ( 44) formant un iris, encastrés dans l'extrémité supérieure de l'anneau, inclinés par rapport à l'axe de la garniture et en butée les uns avec les autres, une bague ( 52) de support disposée dans la partieextérieure supérieure de l'anneau et supportant les parties des éléments rapportés situées radialement vers l'extérieur, les éléments-rapportés comportant des corps plats ( 48) de forme triangulaire et des tiges ( 50) qui font saillie des extrémités sommitales intérieures des corps, ces tiges traversant la partie intérieure de l'anneau sur une distance suffisante pour assurer un mouvement des éléments rapportés vers l'intérieur, à la manière d'un iris, lorsque l'anneau élastique se déplace vers l'intérieur, lesdites tiges aboutissant à une distance suffisante de l'extrémité opposée de l'anneau pour que de dernier présente une quantité de manière à l'état libre suffisante pour assurer l'obturation sous l'effet d'une compression axiale. 1 1 7 Bloc obturateur annulaire selon la revendication 6, caractérisé en ce que le corps présente une gorge ( 54) ménagée dans la surface formant l'évidement annulaire et en ce que la bague ( 52 ') est logée dans cette gorge.