Brevet FR2529963A1 — publié le 19840113

L'invention a pour objet un piston de pompe de fond du type des pompes qui sont utilisées au fond des puits de production des champs pétrolifères. On sait que le pétrole se présente avec des caractéristiques physiques assez diverses notamment en ce qui concerne la densité et la viscosité. Les pompes de remontée du pétrole comprennent un corps qui descend profondément dans un forage de production et un piston fixé à l'extrémité inférieure d'une tige qui remonte jusqu'à la surface et à laquelle on impose à l'aide d'un balancier des mouvements alternés de descente et de montée. En descendant le piston s'enfonce dans la nappe de pétrole qui a pénétré à l'intérieur du corps de pompe et en montant il chasse devant lui, vers le haut, le pétrole qui le recouvre. La répétition continue de ces mouvements fait monter le pétrole dans le corps de la pompe jusqu'à la surface du sol.Des clapets sont prevus à l'extrémité inférieure du corps de pompe et dans le piston, qui est creux, pour assurer un contrôle satisfaisant du déplacement du pétrole. Dans certaines régions, notamment au Vénézuela, le pétrole est plus visqueux et dans certains champs pétrolifères il est comparable à une huile très vis- queuse dans laquelle le piston ne descend que tres len, tement, à l'intérieur du corps de pompe. Cette descente ralentie du piston diminue la cadence de ses mouvements et limite la production du puits. La cause principale de cette situation vient de ce que le piston a dans le corps de pompe un jeu dia metral constant juste nécessaire au fonctionnement qui est le même sur toutes les pompes. Pour les pétroles visqueux il faudrait augmenter ce jeu, mais au-aeia d'une certaine valeur, un jeu trop important diminue à son tour le débit de la pompe, ce qui va à l'encontre de ce que l'on souhaite. L'invention a pour but principal de remédier à cette situation et de parvenir à un piston pour pompe de fond et pour liquide visqueux comme certains pétroles, qui soit capable de s'enfoncer dans ce liquide sans ralentissement appréciable et sans diminution du débit de liquide pompe à chaque course en comparaison d'une pompe classique du même type pompant un liquide à fable viscosite. On atteint ce but selon l'invention avec un piston muni de moyens mobiles entre une position d'effacement qu'ils occupent pendant la course de descente du piston, de sorte que la section droite de ce piston est diminuée, et une position d'activité qu'ils occupent pendant la course de montée du piston de sorte que celui-ci a une section droite ne lui laissant qu'un jeu faible normal dans le corps de pompe. Tous moyens déplaçables entre deux positions pourraient être adoptés et montés sur un piston conforme à l'invention, avec la possibilité d'occuper l'une et l'autre des positions, soit par suite d'une- commande positive, soit par suite des mouvements mêmes du Faston. Il est préférable, pour que l'on obtienne un débit normal de la pompe, c'est-âdire un débit égal à celui qu'elle permet avec un jeu normal de fonctionnement, que les moyens mobiles montés sur le piston inté ressent la totalite de la périphérie de ce piston. colon I'invention, ces moyens mobiles donnent au piston un diamètre réduit quand ils occupent leur position d'effacement et un diamètre normal, c'est- -dire un diamètre qui minage un -jeu normal de fonctionnement dans le corps de pompe, quand ils occupent leur position d'activité. Dans un mode de réalisation de l'invention, le piston a un diamètre réduit et il présente une zone étranglée limitée par un épaulement supérieur et par un épaulement inférieur et les moyens mobiles sont dispo sés dans cette zone étranglée ; dans leur position d'effacement ils ont un diamètre égal sensiblement au diamètre réduit du piston et dans leur position d'activité ils ont le diamètre normal défini plus haut. De préférence, les moyens mobiles comprennent un ressort hélicoïdal disposé dans la zone étranglée entre les deux épaulements et surmonté dans cette zone, en position d'utilisation, d'un manchon coulissant librement entre le ressort et l'épaulement supérieur. I1 est préférable aussi de réaliser ce ressort à partir d'un fil à section droite carrée ou rectangulaire bien qu'un fil rond convienne aussi. On donnera maintenant, uniquement à titre d'exemple, une description d'une réalisation' préférée de l'invention. On se reportera au dessin annexe dans lequel - la figure 1 est une vue générale d'un piston de pompe de fond destiné à être pourvu, dans la partie entourée d'un cercle, de moyens conformes à l'invention, vue - la figure 2 est une/ågrandie de ladite partie montrant les moyens mobiles conformes à l'invention représentés à leur position d'effacement, - la figure 3 est une vue agrandie de la même partie montrant les moyens mobiles représentés à leur position d'activité. Le piston 1 d'une pompe à balancier pour puits de pétrole comprend un piston 2 proprement dit fixé à un train de tiges 3 terminé par une tête de manoeuvre 4. Le piston 2 est allongé, avec un volume intérieur creux 5 limité par une paroi tubulaire cylindrique 6 ; à sa partie extrême inférieure opposée au train de tige 3, il est pourvu d'une cage qui contient une bille 8 associée à un siège 9. Certains pistons sont munis d'un autre clapet à bille placé à la partie extrême supérieure avant la jonction du piston2 avec le train de tiges 3. L'invention n'a pas de rapport avec le ou les clapets à bille. Le piston 2 allongé a une partie médiane indiquée par un cercle C sur la figure 1 où les moyens de l'invention ne sont pas dessinés. Ces moyens sont représentés sur les figures 2 et 3 qui sont un agrandissement de la -partie C concernée par l'invention avec, en plus, un tronçon correspondant du corps de cylindre 10 qui ne se trouve pas sur la figure 1. Ce corps de cylindre 10 a un diamètre intérieur D. Selon l'invention, le piston 2 a un diamètre D1 réduit en comparaison du diamètre qu'il a habituellement. I1 en résulte qu'il limite avec le corps de pompe 10 un jeu radial J supérieur au jeu strictement nécessaire au fonctionnement. L'importance du jeu agrandi J est fonction de la viscosité du liquide à pomper ;on le détermine de façon qu'il corresponde à une diminution suffisante du diamètre et donc de la section droite du piston afin que celui-ci rencontre une moindre résistance pendant son mouvement de descente. Dans cette partie C, la paroi 6 du piston est creusee davantage de façon à présenter une zone étranglée 11 à un diamètre D2 plus faible encore, entre un épaulement supérieur 12 et un épaulement inférieur 13. Entre ces épaulements 12,13, sont disposés un manchon 14 coulissant librement et un ressort 15 qui est également libre en coulissement dans la zone étranglée 11. En position d'utilisation, le manchon 14 se trouve au-dessus du ressort 15 ; il a une masse suffisante pour écraser ce dernier contre 11 étranglement inférieur 13 comme on l'expliquera plus loin. Ce ressort 15 est de type hélicoidal, réalisé à partir d'un fil à section carrée ou rectangulaire qui est choisi pour produire l'effet que l'on expliquera maintenant. Pendant la descente du piston 2, comme indiqué par une flèche F1 sur la figure 2, le manchon 14 est soulevé au-dessus du ressort 15 sous l'effet de ltinertie et de la montée du liquide entre le piston et le corps de pompe. Tout au moins, le manchon 14 ne pèse plus suffisamment sur le ressort 15 pour le comprimer. Ce dernier est donc détendu et allongé. Quand les spires s'allongent, le diamètre extérieur du ressort 15 diminue jusqu'à une valeur D3. De préférence, ce diamètre D3 est é-ôal au diamètre réduit D1 du piston 2.On notera cependant que le diamètre D3 du ressort 15 détendu pourrait être inférieur au diamètre D1 du piston 2 ; il pourrait aussi être supérieur à ce diamètre D1, dans la mesure où le ressort 15 ne deviendrait pas la cause d'une résistance non souhaitable à la descente du piston. Une autre donnée sert à déterminer les dimensions du ressort 15. Pendant le mouvement de montée du piston, comme indiqué par une flèche F2 sur la figure 3, en raison de l'inertie et de la résistance opposée par le liquide visqueux, le manchon 14 s'appuie sur le ressort 15 et le comprime à bloc contre l'épaulement inférieur 13. Quand les spires se resserrent, le diamètre extérieur du ressort 15 augmente jusqu'à une valeur D4 qui est voisine du diamètre intérieur D du corps de pompe 10 mais qui lui est inférieure afin de laisser un jeu minimum juste nécessaire au fonctionnement.Les spires étant serrées les unes contre les autres et le ressort 15 étant lui-même appliqué contre l'épaulement inférieur 13, ce ressort constitue sur l'ensemble de sa longueur une partie du piston 2 qui a un diamètre D4 parfaitement approprié à l'entraine-- ment du liquide vers le haut. Le ressort 15 est téter miné en foncton de ses deux diamètres D3 et D4. On voit donc que, pendant sa descente le piston 2 a une section droite minimum qui correspond au diamètre D1 et pendant sa montée, il a une section droite maximum qui correspond au diamètre D4. Avec le mode préféré de réalisation de l'invention, la variation de sa section droite se fait également en tous points de sa périphérie et pas seulement en certains points ou par secteurs comme on pourrait l'obtenir à l'aide de volets articulés, par exemple, répartis ou localisés à la périphérie du piston 2. REVENDICATIONS 1") Piston pour pompe de fond d'un liquide visqueux comme certains pétroles ayant un corps de pompe d'un diamètre intérieur D, caractérisé en ce qu'il est muni de moyens mobiles entre une position d'effacement lui donnant pendant sa descente une section droite minimum et une position d'activité lui donnant pendant sa montée une section droite maximum. 20) Piston selon la revendication 1 caractérisé en ce que les moyens mobiles sont répartis également le long de sa périphérie et lui donnent pendant sa descente un diamètre réduit D1 et pendant sa montée un diamètre maximum D4 qui diffère du diamètre D du corps de pompe (10) du jeu juste necessaire au fonctionnement. 30) Piston selon la revendication 2 carac térisé en ce qu'il a un diamètre réduit D1 et il présente une zone étranglée (11) à diamètre plus faible D2 entre un épaulement supérieur (12) et un épaulement inférieur (13), les moyens mobiles sont disposés entre ces épaulements (12,13) et comprennent un manchon coulissant (14) pince, en pos-ition d'utilisation, au-dessus d'un ressort de compression (15) ayant à l'état détendu un diamètre extérieur D3 sensiblement égal au diamètre D1 et à l'état comprimé un diamètre D4 qui diffère du diamètre D du corps de pompe du jeu juste nécessaire au fonctionnement. 40) Piston selon la revendication 3 caractérisé en ce quelle ressort (15) est réalisé à par tir d'un fil à section droite carrée, rectangu laire ou circulaire.