Brevet FR2532000A1 — publié le 19840224

O Des dispositifs d'obturation de puits, qui con- tiennent des fluides hautement corrosifs, sous haute pres- sion, en obturant l'espace annulaire compris entre les éléments concentriques intérieur et extérieur de puits, doivent non seulement résister aux effets corrosifs des fluides du puits, mais également aux mouvements tendant à éloigner la bague d'obturation de sa position souhaitée pendant la descente du dispositif dans le puits et égale- ment après que le dispositif a été mis en place et action- né. Un obturateur antérieur destiné à une telle application est décrit par le brevet des Etats-Unis d'Amé- rique n O 4 043 391, obturateur dans lequel la bague d'ob- turation est mise en place en étant déplacée sur un tron- çon de diamètre agrandi du corps sur lequel elle est montée. Cette bague d'obturation comporte des ressorts hélicoïdaux à ses quatre angles afin d'empêcher leur extrusion. Dans la demande de brevet des Etats-Unis d'Amé- rique N O 324 125, déposée le 23 novembre 1981, il est dé- crit un obturateur de tête de puits comprenant une bague élastique ayant une partie extérieure concave et des cha- peaux annulaires métalliques supérieur et inférieur qui sont maintenus en contact d'étanchéité avec les surfaces d'obturation correspondantes par la pression d'un fluide s'exerçant sur la surface extérieure concave de la bague élastique. Bien que les deux obturateurs décrits ci-dessus aient été utilisés pour réaliser l'obturation souhaitée d'un espace annulaire, le second dispositif d'obturation ne peut être actionné à l'intérieur d'un sondage de puits et le premier dispositif d'obturation n'assure pas une protection contre les fluides corrosifs. Un autre dispositif d'obturation de l'espace annulaire de puits est décrit dans le brevet des Etats- Unis d'Amérique N O 3 797 864 Ce dispositif d'obturation comprend un obturateur annulaire élastique disposé entre des bagues supérieure et inférieure de support et action- né par une charge axiale afin que l'obturateur annulaire et des lèvres des bagues de support se déplacent radiale- ment vers l'extérieur et vers l'intérieur pour entrer en contact avec des surfaces opposées de l'espace annulaire. L'invention concerne un obturateur annulaire perfectionné destiné à l'espace annulaire d'un puits Le dispositif d'obturation selon l'invention est monté sur un corps tubulaire qui est conçu pour être descendu dans un tubage de puits afin d'être logé et relié à ce dernier. Ce dispositif d'obturation présente des surfaces extérieu- res tournées vers la surface intérieure du tubage et com- prenant une surface supérieure de faible diamètre, une sur- face inférieure de plus grand diamètre et une surface coni- que reliant les deux surfaces précédentes Le dispositif comporte également un ensemble d'obturation comportant une bague élastique portant des chapeaux extrêmes métalliques et qui, lorsqu'elle n'est pas en position, entoure la sur- face supérieure du corps, et des moyens destinés 4 faire descendre l'ensemble annulaire d'étanchéité sur la surface inférieure pour le faire entrer en contact étanche avec cette surface inférieure et avec la surface intérieure du tubage. L'invention a pour objet un dispositif perfec- tionné d'obturation de l'espace annulaire d'un puits, ayant une longue durée de vie dans un milieu corrosif L'inven- tion a également pour objet un dispositif perfectionné d'obturation dans lequel l'obturateur annulaire ne peut se dégager de sa position d'obturation L'invention a pour autre objet un dispositif d'obturation qui peut être action- né aisément, qui élimine les problèmes d'extrusion de joints et qui peut être aisément récupéré L'invention a également pour objet un dispositif perfectionné d'obtura- tion qui est actionné radialement plutôt que par une char- ge axiale. L'invention sera décrite plus en détail en re- gard des dessins annexés à titre d'exemple nullement li- mititif et sur lesquels la figure 1 est une coupe verticale partielle d'un tubage de puits et du dispositif perfectionné d'obtu- ration selon l'invention, représenté en demi-coupe avec son outil de descente; la figure 2 est une coupe:longitudinale par- tielle du dispositif d'obturation en position de dégage- ment ou de descente; la figure 3 est une coupe analogue à celle de la figure 2, montrant les dispositifs d'obturation fixés en position; et la figure 4 est une coupe longitudinale par- tielle à échelle agrandie du dispositif annulaire d'obtu- ration fixé en position. Le dispositif perfectionné 10 d'obturation selon l'invention est descendu dans un tubage 12 de puits à l'ai- de d'un outil 14 de descente Le dispositif 10 est posé sur et relié à un dispositif de suspension 16 supporté de ma- nière connue dans le tubage 12 Un corps tubulaire 18 du dispositif 10 d'obturation est en prise avec le dispositif 16 de suspension au moyen d'un encliquetage R (segments filetés rappelés par ressort> et il comporte un épaulement extérieur 20, tourné vers le bas, reposant sur une surface supérieure 22 du dispositif 16 de suspension. Le dispositif 10 d'obturation comprend un corps tubulaire 18 ayant un épaulement extérieur 24 tourné vers le haut, une surface extérieure 26, une surface conique 28 orientée vers l'intérieur et vers le haut, et une surface supérieure 30 dont le diamètre est inférieur à celui de la surface 26, une bague 32 de soutien entourant la surface 26 à laquelle elle est reliée de -manière amovible par une goupille 34 de cisaillement, un ensemble annulaire 36 d'étanchéité situé au-dessus de la bague 32, et un manchon 38 de positionnement situé au-dessus de l'ensemble annulai- re.36-d'étanchéité Dans la position de descente ou de dé- gagement telle que montrée schématiquement sur la figure 2, l'outil 14 de descente n'étant pas représenté pour plus de clarté, la bague 32 de soutien est placée autour de la sur- face 26 et s'élève jusqu'au bas de la surface conique 28 pour buter contre l'ensemble annulaire 36 d'étanchéité Le manchon 38 de positionnement porte contre l'extrémité su- périeure de l'ensemble annulaire d'étanchéité et entoure la surface 30 Une bague conique fendue 40 est logée dans une gorge 42 du manchon 38 et dans une gorge 44 du corps 18 La bague fendue 40 et la goupille de cisaillement re- tiennent le manchon 38, l'ensemble 36 d'étanchéité et la bague 32 de soutien en position pendant la descente Si cela est souhaité, un ou plusieurs ergots, fixés dans la bague de soutien et coulissant dans une rainure ménagée dans la surface extérieure du corps 18, peuvent être uti- lisés pour aider à maintenir les éléments en position sur le corps 18 pendant la descente Le manchon 38 présente une gorge intérieure 46 située au-dessus de la gorge 42 et destinée à une fonction décrite ci-après. L'ensemble annulaire 36 d'étanchéité comprend une bague élastique 48 ayant des chapeaux extrêmes métal- liques 50 et 52 sur ses extrémités supérieure et inférieu- re, comme représenté, les chapeaux étant de préférence liés à cette bague Les chapeaux extrêmes 50 et 52 comportent chacun une partie centrale 54 de laquelle des rebords 56 partent vers le haut et vers le bas, respectivement,, en direction du milieu de la bague élastique 48 La partie centrale intérieure 58 de la bague élastique 48 est con- vexe et s'étend vers l'intérieur afin dé porter légèrement contre la surface 30 ou de se placer à peu de distance de cette surface 30 en position de dégagement Il est préfé- rable que la bague élastique 48 soit réalisée en un élas- tomère, par exemple en caoutchouc nitrile tel que celui commercialisé par la firme B F Goodrich Company, sous la marque "HYCAR", et les chapeaux extrêmes métalliques sont en tôle fine d'acier inoxydable du type 316. Pendant la descente, le dispositif 10 d'étan- chéité est supporté par l'outil 14 de descente à l'aide de goupilles 60 et 62 Lors de la pose du dispositif 10, on fait tourner l'outil de descente 14 pour serrer l'en- clenchement R, puis on le fait descendre pour que la gou- pille 64 porte contre le manchon 30 et le déplace vers le bas jusqu'à la position montrée sur la figure 3 Ce mou- vement de descente provoque un cisaillement de la goupil- le 34 et fait descendre l'ensemble annulaire 36 d'étanché- ité sur la surface extérieure 26 Ce mouvement de descente de l'ensemble annulaire 36 d'étanchéité provoque son dé- placement radial vers l'extérieur sur la surface conique 28 et son arrivée sur la surface 26 de plus grand diamètre. Ainsi, ce mouvement de descente provoque l'actionnement ra- dial de l'ensemble annulaire 36 d'étanchéité qui est ainsi amené dans sa position d'obturation entre la surface 26 et la surface intérieure du tubage 12 Dans cette position, il se forme des joints à contact métal sur métal entre les rebords 56 des chapeaux extrêmes 50 et 52 et les surfaces d'obturation du tubage 12 et du corps 18, car la partie centrale intérieure 58 de la bague 48 est comprimée radia- lement vers l'extérieur, ce qui engendre une force interne vers l'extérieur, en direction de la surface correspondante d'obturation, sur les rebords extérieurs des chapeaux extrêmes Cette force assure également le maintien des re- bords intérieurs en contact étanche avec la surface 26. Bien que ce joint soit actionné par un mouvement axial, qui peut résulter de la force d'un poids, d'une vis ou de tout a'utre actionnement, il provoque la sollicitation radiale de la bague élastique 48, ce qui assure l'obturation et n'exige aucune charge axiale pour le maintien de l'obtura- tion après que l'actionnement a été réalisé Au cours de ce mouvement de mise en place du manchon 38, la conicité de la gorge 42 déplace la bague fendue 40 vers l'intérieur de la gorge 44 jusqu'à ce que le manchon 38 descende pour aligner la gorge 46 sur la gorge 44 Dans cette position, la bague élastique 40 pénètre dans la gorge 46 et bloque le manchon 38, l'empêchant de s'élever et retenant ainsi le dispositif 10 d'obturation dans sa position de travail. Dans cette position de travail, la bague élastique 36 est libre de s'expanser axialement, mais la surface 26 et la surface intérieure du tubage 12 l'empêche de se déplacer radialement. Le dispositif perfectionné d'obturation selon l'invention réalise une obturation de longue durée de vie de l'espace annulaire d'un puits, qui convient à une utili- sation dans des milieux corrosifs, ce dispositif d'obtu- ration étant actionné radialement, de sorte qu'une charge exercée par vissage ou par poids est inutile au maintien de l'obturateur En outre, ce dispositif n'exige pas l'ap- plication et le-maintien d'un fluide sous pression pour maintenir l'obturation Aucune extrusion de la bague élas- tique ne se produit sous l'effet de la pression du puits, car cette bague est totalement protégée, à ses extrémités, par les chapeaux extrêmes qui réalisent un joint à contact métal sur métal dans l'espace annulaire En outre, s'il devient nécessaire de récupérer le dispositif d'étanchéité en le remontant du sondage du puits, ceci peut être ef- fectué aisément par levage du dispositif, auquel cas les chapeaux extrêmes métalliques évitent qu'une course ultérieure de remontée dans le sondage du puits n'arrache, par trac- tion, une partie du joint et ne risque de suspendre le dispo- sitif d'étanchéité ou de faire tomber une partie du joint dans le puits. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Dispositif d'obturation de l'espace annulaire d'un puits, destiné à assurer l'étanchéité vis-à-vis de l'intérieur d'un tubage ( 12) de puits, caractérisé en ce qu'il comporte un ensemble annulaire ( 36) d'obturation ayant une bague élastique ( 48) et des chapeaux extrêmes métalliques ( 50, 52) et des moyens destinés à actionner radialement l'ensemble d'obturation pour le placer en po- sition dans le tubage du puits. 2 Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que les chapeaux extrêmes sont en acier inoxy- dable et comprennent chacun une partie ( 54) de base de laquelle partent des rebords ( 56) s'étendant de chaque côté de la bague élastique. 3 Dispositif selon la revendication 2, caracté- risé en ce que la bague élastique est réalisée en élasto- mère et en ce que les chapeaux extrêmes sont liés à cette bague élastique. 4 Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que les moyens d'actionnement comprennent un corps ( 18) présentant une surface extérieure supérieure ( 30), une surface extérieure inférieure ( 26) de plus grand dia- mètre et un tronçon conique ( 28) compris entre les surfaces, l'ensemble annulaire d'obturation étant disposé autour de la surface extérieure supérieure du corps, en position de dégagement, et des moyens étant destinés à amener l'ensem- ble annulaire d'obturation sur ladite surface extérieure inférieure du corps pour actionner radialement cet ensemble annulaire d'obturation. 5 Dispositif selon la revendication 4, caracté- risé en ce que la bague élastique présente une surface in- térieure convexe. 6 Dispositif d'obturation de l'espace annulaire d'un puits, destiné à être descendu dans un tubage ( 12) de puits et à en obturer l'espace intérieur, selon la reven- dication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un mandrin ( 18) d'obturation présentant une surface extérieure supé- rieure ( 30), une surface extérieure inférieure ( 26) de plus grand diamètre que la surface supérieure, et une sur- face conique ( 28) comprise entre les deux surfaces précé- dentes, la surface extérieure inférieure se terminant, à son extrémité inférieure, par un épaulement ( 24) tourné vers le haut, une bague ( 32) de soutien entourant la sur- face extérieure inférieure du mandrin à laquelle elle est fixée de façon amovibleau-,dessus de l'épaulement, la bague d'obturation et les chapeaux extrêmes métalliques supérieur et inférieur entourant la surface extérieure supérieure du mandrin et étant en butée avec la bague de soutien, un manchon ( 38) de positionnement entourant la surface extérieure supérieure du mandrin et étant en butée avec la bague de soutien, et des moyens étant destinés à faire descendre le manchon de mise en place sur le mandrin pour libérer la bague de soutien et amener à force la ba- gue d'obturation sur la surface extérieure inférieure et en contact étanche entre la surface extérieure inférieure et la surface intérieure du tubage du puits dans lequel le dispositif d'obturation est placé. 7 Dispositif d'obturation de l'espace annulaire d'un puits, caractérisé en ce qu'il comporte un élément tubulaire intérieur, un élément tubulaire extérieur, l'élé- ment tubulaire intérieur ( 18) comprenant un premier tronçon ( 30) d'un certain diamètre extérieur, un second tronçon ( 26) dont le diamètre extérieur est supérieur à celui du premier tronçon, et un tronçon conique ( 28) s'étendant entre les deux premiers tronçons, une bague ( 32) de sou- tien entourant le second tronçon de l'élément intérieur et pouvant coulisser sur le second tronçon, une bague ( 36) d'obturation qui comprend une bague élastique ( 48) portant, sur ses extrémités supérieure et inférieure, des chapeaux extrêmes métalliques supérieur et inférieur ( 50, 52), en- tourant le premier tronçon de l'élément intérieur, à pro- ximité immédiate du tronçon conique, un manchon ( 38) de po- sitionnement entourant le premier tronçon de l'élément in- térieur et pouvant coulisser sur ce premier tronçon pour entrer en contact avec la bague d'obturation, et des moyens étant destinés à déplacer le manchon de positionnement sur l'élément intérieur afin que la bague d'obturation soit dé- placée au-dessus du tronçon conique pour être amenée sur le second tronçon extérieur de l'élément intérieur afin de réaliser une obturation étanche entre les éléments tubu- laires intérieur et extérieur.