Brevet FR2532034A1 — publié le 19840224

La présente invention se rapporte à une vanne de réglage de débit qui comprend:un corps de vanne dans lequel est for- mée une ouverture s'étendant longitudinalement, un orifice d'entrée débouchant dans ladite ouverture et un orifice de sortie partant de ladite ouverture; deux disques pouvant tourner l'un par rapport à l'autre placés dans une disposi- tion contiguë dans l'ouverture, l'un des disques étant dis- posé en amont par rapport à l'autre disque, chacun des disques étant percé d'une ouverture;et un organe d'actionne- ment s'étendant à l'intérieur du corps pour faire tourner l'un des disques par rapport à l'autre disque afin de dépla- cer les ouvertures de ceux-ci en alignement et hors d'aligne- ment de manière à commander l'écoulement d'un fluide depuis l'orifice d'entrée jusqu'à l'orifice de sortie. Lors du forage de puits de pétrole ou de gaz, la com- mande ou la maîtrise de la pression au fond du puits présente une importance critique L'un des moyens utilisés pour comman- der la pression dans certaines conditions est une vanne appe- lée une duse réglable Une duse réglable dont l'emploi est très répandu dans l'industrie du forage pour la commande des puits profonds à haute pression a été décrite dans le brevet des EUA no 3 207 181 La duse réglable représentée dans ce brevet comprend deux disques percés d'orifices, l'un des disques pouvant être déplacé en rotation par rapport à l'autre disque pour aligner sélectivement les orifices afin de régler le débit de fluide qui traverse la duse L'inter- face des disques est obturée de manière étanche du fait du fluide sous une pression relativement forte qui s'écoule contre le disque amont et qui repousse la face aval du disque amont en appui étanche contre la face amont du disque aval. Cependant, l'interface des disques ne s'obture pas de manière étanche tant que la pression de fluide et/ou le dé- bit n'ont pas atteint un point auquel la masse de la plaque amont est surmontée Tant que les conditions de débit et/ou de pression nécessaires ne sont pas atteintes, au moins une partie des faces en vis à vis sont dans une disposition espacée, définissant ainsi un trajet d'écoulement de fluide. L'écoulement des fluides par l'interface pendant les condi- tions de basse pression peut provoquer l'érosion des disques. En outre, il est nécessaire de vérifier l'étanchéité des duses réglables avant de les mettre en service L'essai d'étanchéité doit être effectué dans des conditions de pres- sion relativement élevée du fait du problème ci-dessus dé- crit lié à l'absence d'une étanchéité convenable dans les conditions de basse pression De ce fait, une telle vérifica- tion nécessite l'emploi de procédés et d'équipements d'essai spéciaux. On a essayé de résoudre le problème de l'étanchéité à basse pression en réduisant les tolérances linéaires entre les disques et les moyens utilisés pour faire tourner les disques rotatifs Bien que de telles mesures réduisent les pertes d'étanchéité, le problème n'est pas supprimé tandis que la réduction des tolérances linéaires accroît les coûts de fabrication. La présente invention est caractérisée en ce qu'un dis- positif exerçant une force est assemblé à la face amont du disque amont pour repousser ce disque en appui étanche contre le disque aval. D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen du dessin annexé dans lequel: la Fig 1 est une vue en coupe d'une vanne de réglage de débit de la technique antérieure faisant ressortir ses inconvénients; la Fig 2 est une vue en coupe, semblable à la Fig 1, qui représente une vanne de réglage de débit mettant en oeuvre la présente invention. Dans le dessin auquel on se référera maintenant, la Fig 1 représente une vanne à orifices multiples de la tech- nique antérieure et la Fig 2 représente la vanne de la Fig 1 à laquelle est incorporée l'invention décrite ici Lors de la description des Fig 1 et 2 on a utilisé les mêmes réfé- rences pour désigner les éléments identiques. Comme représenté sur la Fig 1 à laquelle on se référera, la vanne à orifices multiples comprend un corps de vanne dé- signé par la référence générale 10 muni d'un orifice d'en trée 12 et d'un orifice de sortie 14 Le corps 10 comprend une partie principale 16 traversée par une ouverture 18 s'éten- dant longitudinalement La partie 16 comporte une partie 20 formant bride qui est soudée ou fixée d'une autre manière à une partie formant bride correspondante 21 d'un élément tubulaire 22 Une bague d'étanchéité torique 24 est disposée entre les faces opposées des parties 20 et 21 formant bride. Deux disques 26 et 28 rotatifs l'un par rapport à l'autre sont placés dans une disposition contiguë dans l'ou- verture 18 entre l'orifice d'entrée 12 et l'orifice de sortie 14 Les disques 26 et 28 sont respectivement percés d'un ori- fice 30 et d'un orifice 32 Comme représenté, le disque 26 est positionné en amont par rapport au disque 28 Le disque aval 28 est positionné longitudinalement à l'intérieur de l'ouverture 18 par son appui contre un épaulement 33 Comme précédemment noté, chaque disque 26 et 28 est percé d'au moins un orifice 30 et, respectivement, 32 Les orifices sont sélectivement placés en alignement à la suite d'un dé- placement angulaire relatif d'un des disques par rapport à l'autre disque Dans le mode de réalisation spécifique dé- crit, le disque 26 est angulairement mobile par rapport au disque 28. Pour effectuer un tel mouvement angulaire, un organe d'actionnement désigné par la référence générale 34 est mon- té à rotation dans la paroi d'extrémité 35 de la partie 16 du corps L'organe d'actionnement 34 comporte une partie de tige 48 qui s'étend à travers une ouverture 37 formée dans la paroi d'extrémité 35, l'étanchéité du passage de la tige étant assurée, par exemple, par des bagues d'étanchéité to- riques 36 La tige 48 porte-, à son extrémité intérieure, un organe de rotation 38 en fourche qui s'engage dans une en- coche 40 formée dans le disque 26 L'organe d'actionnement 34 est agencé de manière à pouvoir être déplacé en rotation par une poignée ou volant 44 qui fait partie d'un capuchon 42 fixé par des moyens de fixation 46 sur l'extrémité exté- rieure de la tige 48. Il doit être bien compris que la masse de chacun des disques 26 et 28 est relativement élevée Bien que le disque 26 soit repoussé en direction du disque 28 par l'organe d'actionnement 34, il existe un certain degré de tolérance linéaire entre l'extrémité de l'organe de rotation 38 en fourche et l'encoche 40 du disque 26 Par conséquent, dans des conditions de basse pression ou dans des conditions sta- tiques, le disque 26 vient occuper par rapport au disque 28 la position représentée sur la Fig 1 Comme on le notera immédiatement, les faces 52 et 50 en vis à vis respective- ment du disque 26 et du disque 28 sont espacées l'une de l'autre de façon à former un canal d'écoulement de fluide. Comme déjà indiqué, la vanne représentée est principalement utilisée en tant que duse réglable dans les opérations de forage Lorsqu'on désire interrompre l'écoulement de fluide de forage dans la vanne, on place les orifices 30 et 32 des disques dans une position angulairement espacée, comme repré- senté sur la Fig 1 Cependant, lorsque la vanne est fermée dans des conditions de basse pression, la force exercée sur la face amont du disque 26 est insuffisante pour repousser complètement les faces 50 et 52 en vis à vis des deux disques en appui étanche Ainsi, le fluide peut s'écouler autour du bord du disque 26 et par l'orifice 30 dans l'ori- fice 32 Ceci empêche une fermeture certaine et l'écoulement de fluide indésiré peut provoquer l'érosion des disques. Sur la Fig 2 à laquelle on se référera maintenant, on a représenté une vanne qui est identique à la vanne repré- sentée sur la Fig 1 à cette différence près que la vanne représentée sur la Fig 2 incorpore la présente invention con- çue pour éviter les inconvénients de la technique antérieure. Plus particulièrement, on observera immédiatement que les faces 50 et 52 en vis à vis sont en appui étanche l'une contre l'autre L'appui étanche entre les faces en vis à vis des disques 26 et 28 est obtenu quelle que soit la force pro- duite par la pression amont agissant contre la face amont du disque 26. Pour obtenir l'appui étanche désiré des faces 50 et 52, des moyens exerçant une force, désignés par la référence générale 53, sont assemblés à la face amont du disque 26 pour repousser le disque en appui étanche contre le disque aval Dans le mode de réalisation préféré, les moyens 53 exerçant une force comprennent une paire de pistons rétrac- tables 56 qui font saillie hors de cylindres 54 Chaque cy- lindre comporte un ressort 58 pour repousser le piston vers l'extérieur du cylindre en direction du disque 26 Les cy- lindres sont assemblés à l'organe d'actionnement 34 Comme représenté, les cylindres sont positionnés symétriquement de part et d'autre de l'axe longitudinal du disque de sorte que les forces exercées par chacun des cylindres sont égales,de sorte que le disque 26 est repoussé uniformément en appui étanche contre le disque 28. Du fait que l'on assure une étanchéité certaine entre les faces en vis à vis des disques 26 et 28, l'écoulement de fluide entre les orifices 30 et 32 dans les conditions de basse pression amont est empêché L'agencement ci-dessus dé- crit évite le problème décrit en se référant à la vanne de la technique antérieure,à savoir le fait qu'une étanchéité certaine n'était pas assurée à basse pression et qu'il se produisait une érosion des disques, ce qui accroissait les frais d'entretien de la vanne et diminuait sa fiabilité. Bien que le mode de réalisation préféré utilise des pistons 56 à ressort qui font saillie hors de cylindres 54, il est possible d'utiliser d'autres moyens pour produire la force nécessaire Par exemple, un ressort à rondelles Belle- ville peut être monté entre l'organe d'actionnement 34 et la face amont du disque 26 De même, un organe en matière élas- tomère peut être collé à la face avant de l'organe d'action- nement pour appliquer une force à la face amont du disque 26 ou un dispositif à ressort peut être convenablement position- né pour repousser l'organe d'actionnement en appui certain dans l'encoche 40. Bien qu'on ait décrit et représenté un mode de réalisa- 2532 È 34 tion préféré de la présente invention, l'invention ne doit pas être considérée comme limitée à ce mode de réalisation mais peut être mise en oeuvre sous d'autres formes sans sortir du cadre de la présente demande de brevet. On notera par ailleurs que la présente invention permet d'obtenir une étanchéité à basse pression ou statique de l'interface des disques sans augmenter de façon significative le coût de fabrica- tion de la duse réglable. REVENDICATIONS 1 Une vanne de réglage de débit qui comprend un corps ( 10) de vanne dans lequel est formée une ouverture ( 18) s'éten- dant longitudinalement, un orifice d'entrée ( 12) débouchant dans ladite ouverture et un orifice de sortie ( 14) partant de ladite ouverture; deux disques ( 26, 28) pouvant tourner l'un par rapport à l'autre-placés dans une disposition conti- gue dans l'ouverture, l'un ( 26) des disques étant disposé en amont par rapport à l'autre disque ( 28), chacun des disques étant percé d'une ouverture ( 30, 32);et un organe d'action- nement ( 34) s'étendant à l'irntérieur du corps pour faire tourner l'un des disques ( 26) par rapport à l'autre disque ( 28) afin de déplacer les ouvertures de ceux-ci en alignement et hors d'alignement de manière à commander l'écoulement d'un fluide depuis l'orifice d'entrée ( 12) jusqu'à l'orifice de sortie ( 14),caractérisé en ce qu'un dispositif ( 56) exer- çant une force est assemblé à la face amont du disque amont ( 26) pour repousser ce disque en appui étanche contre le disque aval ( 28). 2 Vanne de réglage de débit selon la revendication 1 dans laquelle le disque amont ( 26) est rotatif caractérisée en ce que le dispositif ( 56) exerçant une force est assemblé à l'organe d'actionnement ( 34). 3 Vanne de réglage de débit selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le dispositif exerçant une force comprend deux pistons ( 56) repoussés en contact contre la face amont du disque amont ( 26),les pistons exerçant tous deux la même force.