Brevet FR2528903A1 — publié le 19831223

Dans le forage en mer de puits de pétrole et de gaz, il est courant de faire descendre une enveloppe de sondage, telle qu'un cuvelage, et du ciment au moyen d'un train de tiges afin de placer le ciment dans l'espace annulaire entourant cette enveloppe Cette dernière est ensuite habituellement lavée afin d'éliminer le ciment de tout profil intérieur de l'extrémité supérieure de l'enveloppe. Il a été reconnu avantageux de faire descendre l'enveloppe, la rampe à ciment et l'outil de lavage tous groupés sur un même train de tiges afin d'éviter des rota- tions supplémentaires de celui-ci pour effectuer de telles opérations Le brevet des Etats-Unis d'Amérique N O 3 885 625 décrit un exemple d'un tel assemblage Il décrit un outil combiné dans lequel un clapet est utilisé pour obturer l'alésage dudit outil et des orifices sont mis à découvert par rotation du train de tiges pour éliminer le ciment par lavage à partir du tronçon supé- rieur du corps de suspension du cuvelage Le liquide de lavage descend en s'écoulant dans un espace annulaire en- tourant le corps de suspension La rotation libère égale- ment l'outil du corps de suspension. Bien que les outils de l'art antérieur puissent exécuter des opérations de descente, d'application de ciment et de lavage en une seule rotation, ils ne sont pas équipés de moyens dirigeant des jets de liquide de lavage contre le profil extérieur de verrouillage. L'invention concerne un outil de puits perfec- tionné comportant un outil tubulaire de descente, des moyens destinés à verrouiller l'outil de descente à une enveloppe de sondage, une jupe annulaire creuse entourant l'outil, des moyens faisant communiquer l'intérieur de l'outil avec l'intérieur de la jupe, des ouvertures de la jupe tournées vers l'intérieur, des moyens d'obtura- tion situés dans les moyens de communication, la jupe comportant des moyens destinés à entrer en contact de manière amovible avec l'enveloppe pour empêcher toute rotation pendant que l'outil de descente tourne, et des conduites hydrauliques reliant les moyens d'obturation aux moyers de verrouillage afin que l'outil soit déverrouillé de l'enveloppe lorsque la jupe de lavage est alimentée en liquide de lavage. L'invention a pour objet un outil de puits per- fectionné destiné à la descente, à la cimentation et au lavage d'une cage ou enveloppe dans un sondage L'invention a également pour objet un outil perfectionné de descente, de cimenta- tion et de lavage qui réalise un lavage amélioré du profil extérieur supérieur de la cage c Lentée L'invention a égale- ment pour objet un outil perfectionné de descente, de cimentation et de lavage qui comporte des moyens permet- tant de le libérer de la cage ciẻntée L'invention a pour autre objet un outil perfectionné de descente, de cimen- tation et de lavage équipé de conduites hydrauliques et de conduites de commande qui ne sont pas affectées par la rotation du train de tiges de descente. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels: la figure 1 est une coupe longitudinale d'une tête de puits sous-marin et d'un sondage dans lequel l'outil perfectionné de puits selon l'invention a descendu une cage de puits; la figure 2 est une coupe axiale à échelle agrandie de l'outil selon l'invention alors que la cage de puits est en place la figure 3 est une coupe axiale illustrant la cimentation de la cage; la figure 4 est une coupe axiale montrant le lavage de la surface supérieure et extérieure de la cage cimentée; et la figure 5 est une coupe axiale de la cage cimen- tée après récupération de l'outil de puits. Une tête de puits sous-marin 10, représentée sur la figure 1, comporte une embase 12 reposant sur le fond 14 et reliée à une conduite 16 de grand diamètre qui descend dans un sondage 18 La surface intérieure de la conduite 16 présente un siège 20 destiné à recevoir et supporter une cage de puits ou un dispositif 22 de suspension de cuvelage. Sur les dessins, la partie supérieure de la tête de puits est supprimée, car ledispositif 22 de suspension peut reposer sur le siège 20 à proximité de la tête 10 ou sur tout siège convenable situé beaucoup plus profondément dans le sondage 18 V L'outil de puits 24 est relié et descendu sur un train de tiges 26 et il comprend une rampe 28 de cimen- tation (dont le tronçon inférieur n'est pas représenté, mais est de toute conception classique), des moyens 30 de verrouillage destinés à supporter de façon amovible le dispositif 22 de suspension de cuvelage, et des moyens 32 destinés à retirer le ciment par lavage de la partie supérieure du dispositif 22 L'outil de puits 24 comporte un corps tubulaire inférieur 34 réalisé d'une seule pièce avec la rampe 28 de cimentation, et un corps tubulaire supérieur 36 relié au corps inférieur 34 et comportant des moyens lui permettant d'être relié au train de'tiges de descente 26. Les moyens 30 de verrouillage ou de support comprennent un corps inférieur 34 présentant un épaule- ment 38 tourné vers le haut, une cage 40 entourant le corps 34 et reposant sur l'épaulement 38, un obturateur annulaire 42 qui entoure le corps 34 et qui est maintenu sur ce dernier par un anneau fendu 44, et un piston annu- laire 46 entourant le corps 34 et disposé dans la cage Le piston 46 peut coulisser dans une chambre 48 Des fenêtres 50 traversent la cage 40 et des goupilles 51 et un anneau 52 de verrouillage sont disposés dans les fenêtres et peuvent être déplacés vers l'intérieur et vers l'extérieur sous l'effet du mouvement du piston 46 qui présente une surface extérieure conique 54 de manière que, lorsque ce piston 46 est déplacé vers le bas, les goupilles 51 et l'anneau 52 de verrouillage soient dépla- cés à force vers l'extérieur de la cage 40 pour pénétrer dans une gorge 56 ménagée dans la surface intérieure du dispositif 22 de suspension du cuvelage Dans cette posi- tion, le dispositif de suspension repose sur le train de tiges de descente 26 La libération ou le déverrouillage s'effectue par l'application de fluide hydraulique à l'extrémité inférieure de la chambre 48 au moyen d'une conduite 58 (figure 4) pour déplacer le piston 46 vers le haut Le piston 46 est déplacé vers le bas sous l'effet de l'application d'un fluide hydraulique par une conduite à l'extrémité supérieure de la chambre 48 Ainsi, un dispositif de verrouillage et de déverrouillage, commandé par pression, réalise l'enclenchement des moyens 30 de support avec le dispositif 22 de suspension du cuvelage. Les moyens 32 de lavage comprennent un corps tubulaire supérieur 32 qui présente un épaulement 62 tourné vers le haut, une cage 64 entourant le corps 36 et coopé- rant avec un anneau 66 vissé sur le corps 36 pour former une chambre 68 dans laquelle un piston 70 d'obturation est monté de façon à pouvoir coulisser, et une jupe creuse 72 qui est fixée à la cage 64, comme décrit ci-après. La jupe 72 comprend une paroi extérieure 74 et une paroi intérieure 76 présentant des orifices 78, un anneau infé- rieur '80 d'obturation étant fixé entre les extrémités inférieures des parois 74 et 76 Un anneau 82 est fixé à l'extrémité supérieure de la paroi 76 et à la cage 64, et un anneau 84 est fixé à l'extrémité supérieure de la paroi 74 et à la cage 64, à une certaine distance au- dessus de l'anneau 82 Des orifices 86 traversent le corps supérieur 36 pour déboucher dans la chambre 68. Le piston obturateur 70 est traversé d'orifices 88 et il comporte des joints convenables de manière que, dans sa position haute (figure 3), un fluide de lavage puisse s'écouler par les orifices 86, les orifices 88 et les orifices 90 à travers la cage 64 et vers l'intérieur de la jupe 72 Des broches 92 s'étendent de l'obturateur 42 jusqu'aux anneaux 82 et 84 afin d'empêcher la jupe 72 de tourner par rapport à l'obturateur 42 Une goupille 94 dépasse de la partie extérieure inférieure de l'obturateur 42 et pénètre dans un évidement 96 ménagé dans l'extrémité supérieure du dispositif 22 de suspension de cuvelage Le piston obturateur 70 est déplacé vers le haut jusqu'à sa position d'ouverture, comme montré sur la figure 4, par l'application d'un fluide hydraulique à la conduite 58 qui communique-avec l'extrémité inférieure de la chambre 68 L'apelication-de fluide hydraulique à la conduite 60 engendre l'apparition d'une pression dans l'extrémité supérieure de la chambre 68 pour faire descendre le pis- ton obturateur 70 vers sa position de fermeture On obtient ainsi un dispositif d'obturation sensible à la 1 o pression, commandant l'écoulement du fluide de lavage vers la jupe 72. En fonctionnement, l'outil 24 de puits est assemblé et relié au dispositif 22 de suspension de cuvelage et au train de tiges 26 de descente, et il est abaissé, par l'intermédiaire du tube prolongateur (non représenté), dans le sondage 18 jusqu'à ce que ce dispositif 22 repose sur le siège 20, comme montré sur les figures 1 et 2. Pendant la mise en place, les moyens 30 de support sont actionnés pour se verrouiller sur le dispositif 22 de suspension, par l'application de fluide hydraulique au moyen de la conduite 60 afin de faire descendre le piston. Ceci provoque également un déplacement du piston obtura- teur 70 vers sa position de fermeture. L'application de ciment, réalisée par l'inter- médiaire du train de tiges de descente 26, de l'outil 24 de puits et de la rampe 28, commence lorsque le dispositif 22 de suspension est posé sur le siège 20 A la fin du pompage du ciment, un obturateur ou une sphère convenable est introduit dans le train de tiges 26, à la suite du ciment, pour se loger dans l'extrémité de la rampe 28 lorsque le ciment est coulé en position. La cimentation étant achevée, le fluide hydrau- lique est appliqué par l'intermédiaire de la conduite 58 afin d'amener le piston 46 vers sa position de déverrouil- lage et d'amener le piston obturateur 70 dans sa position d'ouverture pour permettre à un fluide de lavage de s'écou- ler par les orifices 86, 88 et 90, par l'espace compris entre les anneaux 82 et 84 et par l'espace annulaire com- pris entre les parois 74 et 76, et d'être déchargé, par les orifices 78, vers la face supérieure et extérieure du dispositif 22 de suspension afin d'éliminer le ciment, en particulier de son profil extérieur 98 Un léger relevage du train de tiges 26 permet à la jupe 72 d'être tournée autour du dispositif 22 de suspension dès que 4 la goupille 94 s'est dégagée de l'évidement 96. Un autre mode de libération consiste à faire tourner le train de tiges 26 de descente, ce qui a pour effet de faire tourner le corps 34, 36 Ceci permet un déverrouillage manuel d'un anneau qui est vissé sur le corps 36, afin qu'il puisse remonter, et le piston 46 est poussé à l'intérieur de la chambre 48, permettant aux goupilles 51 et àl'anneau 52 de verrouillage de se retirer de la gorge 56 de verrouillage. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'outil de puits décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention, REVENDICAT IONS 1 Outil de puits, caractérisé en ce qu'il com- porte un corps tubulaire ( 34) comprenant, à son extrémité inférieure, une rampe ( 28) de cimentation et, à son extré- mité supérieure, des moyens de raccordement à un train de tiges de descente ( 26), des moyens ( 30) de verrouillage commandés à distance, montés sur le corps et destinés à s'enclencher avec une cage ( 40), une jupe ( 72) de lavage montée de façon à pouvoir tourner sur le corps, audessus des moyens de verrouillage, cette jupe ayant un diamètre et une hauteur suffisants pour descendre autour de la surface-extérieure de l'extrémité supérieure d'une cage ( 64) portée par les moyens de verrouillage sur ledit corps tubulaire, la jupe présentant des orifices ( 78) tournés vers l'intérieur, des moyens ( 90) établissant une communication de fluide entre l'intérieur du corps et les orifices de la jupe, et un dispositif ( 70) d'obtu- ration, commandé à distance, étant monté dans ces moyens de communication. 2 Outil de puits selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens reliant le dispositif d'obturation et des moyens de verrouillage afin de permettre un écoulement d'un fluide de lavage et de déverrouiller lesdits moyens de verrouillage sous l'effet de l'application d'un fluide sous pression auxdits moyens de liaison. 3 Outil de puits selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps comporte des éléments ( 92) reliés à la jupe afin d'empêcher toute rotation relative entre la jupe et une cage ( 64) portée par les moyens de verrouillage. 4 Outil de puits selon la revendication 3, caractérisé en ce que les éléments empêchant toute rota- tion sont dégagés par élévation de la jupe et des moyens de verrouillage. Outil de-puits selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif d'obturation est un piston obturateur ( 70) réagissant à la pression. 6 Outil de puits selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de verrouillage compren- nent des moyens sensibles à la pression, destinés à verrouiller le corps sur la cage et à le déverrouiller de la cage. 7 Outil de puits selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps tubulaire comprend un corps tubulaire supérieur ( 36) sur lequel sont montés la jupe de lavage et le dispositif d'obturation, et un corps tubulaire inférieur ( 34) qui est relié au corps tubulaire supérieur, les moyens de verrouillage étant montés sur le corps tubulaire inférieur. 8 Outil de puits selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de verrouillage com- prennent plusieurs éléments de verrouillage ( 51, 52) mobiles radialement, un piston ( 46) qui présente une surface ( 54) de came en contact avec les éléments de verrouillage et qui, dans une position, déplace ces éléments vers une position de verrouillage avec la cage qu'ils doivent supporter. 9 Outil de puits selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte une cage ( 22) présentant une gorge intérieure' ( 56) ménagée dans sa partie supé- rieure et dimensionnée pour recevoir lesdits éléments de verrouillage afin que la cage soit supportée par le corps tubulaire. Outil de puits, caractérisé en ce qu'il comporte un corps tubulaire ( 34) ayant, à son extrémité inférieure, une rampe ( 28)-de cimentation et, à son extrémité supérieure, des moyens lui permettant d'être relié à un train de tiges ( 26) de descente, un dispositif ( 30) de support à cage sensible à la pression, monté sur le corps, un dispositif ( 32) de lavage sensible à la pres- sion, monté sur le corps, et des moyens destinés à alimen- ter en fluide sous pression le dispositif de support et le dispositif à cage, les moyens d'alimentation étant reliés entre eux de manière qu'un fluide sous pression, fourni pour libérer le dispositif de support, provoque également l'ouverture du dispositif de lavage. 11 Outil de puits, caractérisé en ce qu'il com- porte un premier mandrin tubulaire ( 34) duquel dépasse une rampe ( 28) de cimentation et qui présente un épaule- ment extérieur ( 38) tourné vers le haut, une cage annu- laire ( 40) de verrouillage portant sur l'épaulement du mandrin et présentant plusieurs fenêtres ( 50), plusieurs éléments ( 51, 52) de verrouillage disposés chacun dans l'une des fenêtres, une bride ( 42) entourant le mandrin et reposant sur l'extrémité de la cage de verrouillage, cette bride comportant des moyens ( 94, 96) qui empêchent toute rotation relative entre elles et une cage ( 22), des moyens ( 46) sensibles à la pression destinés à dépla- cer les éléments de verrouillage vers l'extérieur pour les enclencher et les verrouiller dans une gorge ( 56) ménagée dans la surface intérieure de la cage ( 22), des moyens ( 44) de retenue de la bride sur le premier mandrin, un second mandrin tubulaire ( 36) relié au premier mandrin et présentant un épaulement extérieur ( 62) tourné vers le haut, une cage ( 64) de lavage entourant le second mandrin et reposant sur l'épaulement extérieur de ce second mandrin, une jupe creuse ( 72) portée par la cage de lavage et présentant des orifices ( 78) tournés vers l'intérieur, cette jupe présentant un diamètre intérieur plus grand que le diamètre extérieur supérieur de la cage et s'étendant vers le bas sur une certaine distance au-dessous de la bride afin de permettre un lavage direct du profil extérieur de la cage, des moyens ( 90) établis- sant une communication entre l'intérieur du second mandrin et l'intérieur de la jupe, ces moyens de communication renfermant un dispositif ( 70) sensible à la pression et des moyens qui font communiquer les moyens destinés à déplacer les éléments de verrouillage et le dispositif d'obturation'de manière que les éléments de verrouillage soient libérés lorsque le dispositif d'obturation est ouvert pour permettre un lavage.