Brevet FR2535784A1 — publié le 19840511

-2535784 Il est bien connu d'utiliser un manchon cou- lissant pour cisailler ou couper un bouchon obturateur qui est normalement fermé, afin d'établir une communica- tion fluidique entre l'extérieur et l'intérieur d'un ou- til utilisé dans un puits de forage, afin de comman- der un second outil utilisé dans le puits de forage commecela est décrit dans les brevets déposés aux Etats Unis d'Amérique NO 3 786 866 et 3 799 258 Cependant les dispositifs de l'art antérieur, qui utilisaient des joints élastomères possédant une brève durée de vie dans bon nombre d'environnementshostiles de puits de forage,étaient cisaillés transversalement, ce qui créait une possibilité de blocage de la communication fluidique, et étaient po- sitionnés de telle sorte qu'ils augmentaient de façon in- désirable l'épaisseur de la paroi - La présente invention concerne un raccord de communication fluifique permettant de bloquer ini- tialement la communication fluidique depuis l'extérieur d'un outil utilisé dans un puits de forage, vers l'in- térieur d'un tel outil, mais pouvant être ouvert lors- que cela est souhaitable, sans utiliser des joints élas- tomères, et qui est rompu par contrainte de manière à réaliser un écoulement de fluide et est disposé de ma- nière à ne pas empiéter sur l'épaisseur de la paroi. La présente invention concerne un raccord de communication permettant de faire circuler un écou- lement depuis l'extérieur d'un outil utilisé dans un puits vers l'intérieur d'un tel outil, grâce à un pas- sage pour-le fluide ménagé dans cet outil, sans l'uti- lisation de joints élastomères Un organe métallique cassant ou fragile s'étend à l'intérieur du passage, en obturant ce dernier avec une étanchéité métal sur métal et s'étend à l'intérieur de l'outil situé dans le puits de forage Ledit organe possède une cavité en communication avec ce passage Le manchon de rup- r ture déplaçable verticalement est disposé au voisinage dudit organe etadazté pour rompre ce dernier sous l'effet d'une contrainte de traction et fait communiquer la ca- vité avec l'intérieur de l'outil situé dans le puits de forage, lorsque le manchon est déplacé par rapport audit organe. Un autre but de l'invention consiste à four- nir des moyens cassants de maintien, s'étendant vertica- lement et bloquant initialement le manchon de rupture contre tout déplacement De préférence les moyens de maintien maintiennent le manchon de rupture en dehors de tout contact avec ledit organe. Un autre but de l'invention est de fournir des moyens permettant le maintien dudit organe, lorsqu'il est cassé, dans une position séparée de manière à garan- tir que la communication fluidique à travers ledit orga- ne n'est pas bloquée. Un autre but de la présente invention est de fournir un raccord de communication, dans lequel l'or- gane cassant est une vis métallique comportant des filets permettant son vissage dans ledit passage, et comporte une surface d'étanchéité métallique servant à contacter la surface d'étanchéité métallique situé autour dudit passage et inclut une tête destinée à engrener avec le manchon. Un autre but de la présente invention est de fournir un raccord de communication utilisé dans une soupape de sécurité commandée par un fluide et compor- tant un organe de valve et un siège placés dans un corps en vue d'assurer la commande de l'écoulement du fluide à travers le trou de forage et la colonne de pompage, avec des moyens permettant de repousser la soupape en position fermée, et des moyens de commande hydraulique autes 4 s'étendre jusan'à la surface en haut du puits afin de délivrer un fluide agissant sur la soupape dans une direction ouvrant cette dernière Des moyens perfection- nés de commande fluidique envoient un fluide de commande hydraulique dans l'alésage de la soupape Un premier corps de soupape comporte un passage pour le fluide s'étendant à l'intérieur de l'alésage et apte à être relié à la surface en vue de recevoir le fluide hydraulique de commande Une vis métallique cassante slétend verticalement à l'intérieur du passage et obtu- re initialement le passage en réalisant une étanchéi- té métal sur métal, et s'étend à l'intérieur de l'alé- sage et comporte une cavité située en communication avec ledit passage Un manchon de rupture se déplaçant verticalement peut être amené en contact avec la vis et est apte à rompre cette dernière par contrainte et à établir la communication avec l'alésage lors- que le manchon est déplacé par rapport à la vis. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description don- née ci-après prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est une vue en élévation et en coupe partielle du raccord de communication fluidique conforme à la présente invention, représenté dans sa position initiale; les figures 2, 3, 4 et 5 sont des vues en élévation, en coupe partielle, se prolongeant réci- proquement et montrant le raccord de communication con- forme à la présente invention, utilisé dans une soupape de sécurité d'une colonne de pompage ou d'ex- ploitation et quiest située dans la position ouverte servant à envoyer un fluide de commande à une seconde soupape de sécurité disposée dans l'alésage de la pre- mière soupape de sécurité; la figure 6 est une vue en coupe transver- sale prise suivant la ligne 6-6 de la figure 1; la figure 7 est une vue en coupe transversale prise suivant la ligne 7-7 de la figure 2; et la figure 8 est une vue en perspective explo- sée de l'organe cassant ou fragile et du manchon de rup- ture conformes à la présente invention. Uniquement à des fins d'illustration, la pré- sente invention va être décrite en liaison avec son uti- lisation dans une première soupape de sécurité d'une colon- ne ou canalisation de pompage, en vue de l'envoi d'un flui- de de commande à une seconde soupape de sécurité récupéra- ble disposée à l'intérieur de la première soupape de sé- curité Cependant, il faut considérer que la présente invention peut être également utile pour réaliser la com- mande et la mise en communication fluidique de l'extérieur de différents types d'outils utilisés dans des puits de fo- rage avec l'intérieur de tels outils, et pour assurer dif- férentes autres fonctions. En se référant maintenant aux dessins, et en particulier à la figure 1, un raccord de communica- tion fluidique est désigné d'une manière générale par la référence 10 et comporte un corps 11 et un passage 12 pour le fluide, apte à être raccordé à des moyens ou à un dispositif fluidiqui s'étendant jusqu'à la surface en haut du puits, de manière à permettre l'envoi d'un fluide, et s'étend normalement jusqu'à l'alésag ouvert 14 du corps 11 Par conséquent, un fluide peut être en- voyé depuis la surface en haut du puits par l'intermé- diaire du passage 12, et ce pour différentes raisons, comme par exemple en vue d'actionner un outil utilisé dans le puits et disposé à l'intérieurde l'alésage 14, lorsque le passage 12 est ouvert Cependant, au départ lorsqu'il n'est pas nécessaire qu'il y ait une communi- cation fluidique avec l'alésage 14, un organe métalli- que fragile ou cassant comme par exemple un bouchon ou - une vis 16 (figures 1 et 8) est disposé de manière à s'éten- dre verticalement dans le passage 12 et à b 1 cqu E l'écoule- ment du fluide de commande à travers ce passage La vis 16 comporte des filets 18 servant à coopérer avec des filets 20 ménagés dans le corps 11 de manière à y blo- quer la vis L'étanchéité créée dans le passage 12 par la vis 16 est obtenu par suite de la coopération des surfaces métalliques 22 et 24 situées respectivement sur la vis 16 et sur le corps 11 Ces surfaces d'étan- chéité métalliques sont de préférence coniques et sont avantageusoespar rapport aux joints élastomètres usuels étant donné qu'elles peuvent résister à l'environnement hostile du à des températures élevées et à des fluides corrosifs présents dans de nombreux puits de forage. La vis 16 comporte une cavité 26 qui est en communica- tion avec le passage 12, et comporte des moyens tels qu une tête 28 permettant le serrage ou le blocage et la rupture de la vis 16 en vue de réaliser l'établisse- ment de la communication du passage 12 avec l'alésage 14. Naturellement on peut utiliser d'autres types d'obtura- teurs ou bouchons à la place de la vis 16. Il est avantageux que l'organe 16 soit dis- posé verticalement, c'est-à-dire que l'épaisseur de la paroi du logement 11 doit être suffisante pour recevoir l'organe 16 et c'est pourquoi les vis horizontales de l'art antérieur imposaient, ce qui était indésirable, une épaisseur supérieure à l'épaisseur usuelle de paroi. Un manchon de rupture 30 déplaçable vertica- lement est prévu dans l'alésage 14 du corps 11, de ma- nière à y avoir un déplacement vertical, et comporte un renfoncement 32 destiréà recevoir la tête 28 et la vis 16 Sur un côté du renfoncement 32, le manchon com- porte un épaulement 34 pouvant contacter et engrener- avec la tête 28 et soumettre la vis 16 à une contrain- te de traction,permettant de rompre cette vis 16 et de mettre la cavité 26 en communication avec'l'alésage 14, lorsque le manchon 30 est abaissé en étant écarté de la vis 16 Le manchon 30 comporte des moyens appro- priés, tel qu'un renfoncement 36 pour outil, lequel coopère avec des outils appropriés, par exemple par engagement, pour déplacer le manchon 30 vers le bas et rompre la vis 16 Si on le désire il est possible de ménager une encoche 40 sur le pourtour de l'extérieur de la vis 16 de manière à faciliter le positionnement ou la commande de l'emplacement de la rupture Il est en outre avantageux de rompre ou de casser l'organe 16 au moyen d'une contrainte de traction de sorte que la cavité 26 ne soit pas obstruée C'est-à-dire qu'un cisaillement transver- sal d'une vis peut obturer le passage de la cavité si- tuée dans la vis et bloquer le passage du fluide. Cependant, le renfoncement 36 est situé en communication avec l'alésage 14 et il existe le risque que différents autres types d'outils utilisés dans la partie inférieure du puits contactent le renfoncement 36, en étant susceptibles de rompre accidentellement la vis 16 à un moment o cela n'est pas souhaité C'est pourquoi il est prévu un ou plusieurs boulons cassants 42 permettant le blocage initial du manchon de rupture contre tout déplacement Les boulons 42 sont fixés au corps 11 et s'étendent verticalement de manière à permettre un déplacement vertical dudit manchon 30 et à maintenir initialement l'épaulement 34 du manchon hors de tout contact vertical avec la tête 28 de la vis de telle sorte qu'un choc accidentel d'autres outils utilisés dans le puits contre le renfoncement 36 ne tend pas à affaiblir ou rompre la vis 16 Cependant, lors de l'actionnement du manchon 30, le boulon 42 est rompu, comme par exemple sur le pourtour d'une identation 44, ce qui dégage le manchon 30 pour l'établissement d'un contact avec la tête 28 de la vis 16, de manière à provoquer la rupture de la vis 16 et à placer le passage 12 en communication avec l'alésage 14. Une fois que 1-es boulons 42 et le bouchon ou l'obturateur 16 sont rompus, il est souhaitable que les parties cassées-du bouchon 16 restent séparées de manière à garantir qu'un écoulement du fluide à travers la cavité 26 n'est pas bloqué Une bague d'arrêt ou de blocage 46 (figures 1 et 6) peut être prévue dans un renfoncement 48 ménagé dans le manchon 30 au voisi- nage de l'indentation 44 La bague 46 peut être un an- neau en C étiré qui, lorsque les boulons 42 sont rompus, se contracte en s'engageant dans l'espace entre les parties rompues des boulons 42 La contrac- tion de la bague 46 maintient le manchon 30 et par conséquent la tête 28 dans une position abaissée, ce qui maintient à l'état séparé les parties cassées du boulon 16 On se référera aux figures 2 et 7 en ce qui concerne l'anneau détendu 46 a maintenant sépa- rées les parties cassées des boulons 42 a. Les figures 2-5 montrent l'utilisation du raccord de communication conforme à la présente inven- tion dans une soupape de sécurité principale d'une colonne d'exploitation, dans une position ouverte permettant l'envoi d'un fluide de commande à une soupape de sécurité secondaire disposée dans l'alésage de la soupape de sécurité principale de la colonne. Les parties de la figure 2, qui sont identiques à celles de la figure 1 sont affectées de références auxquelles est adjoint le suffixe "a" La soupape de sécurité principale ou soupape de sécurité 10 a de la colonne d'exploitation comporte des filetages 50 et 52 situées sur ces extrémités et servant à son raccor- dement dans une colonne de pompage ou colonne d'exploi- tation classique de puits Une canalisation de commande hydraulique 54 s'étend jusqu'à la surface en haut du puits et est en communication fluidique avec le passage 12 a Bien que l'on puisse utiliser une canalisation séparée de commande pour réaliser l'actionnement de la soupape de sécurité principale l Oa, il est préférable d'utiliser une canalisation 56 raccordée au passage 12 a et aboutissant à une chambre 58 (figure 3) en vue de réaliser l'actionnement d'un ou de plusieurs pistons 60 qui, à leur tour actionnent un-tube d'écoulement 62 permettant la commande de l'ouverture et de la fermeture d'un élément de soupape 64 Des moyens de compression tels qu'un ressort 66 et/ou la pression du puits agissant sur les pistons 60, agissent dans un sens permettant de déplacer le tube d'écoule- ment 62 vers le haut Lorsque le tube d'écoulement 62 est déplacé vers la position inférieure sous l'action du fluide hydraulique agissant dans la canalisation de commande 56 et appliqué contre les pistons 60, le tube d'écoulement 62 écarte l'élément de soupape en -forme de volet ou de languette 64, du siège de soupape 68 Par conséquent la soupape 10 a est maintenue dans la position ouverte tant que le tube d'écoulement 62 se trouve dans la position abaissée Lorsque le tube d'écoulement 62 est relevé vers le haut par suite du tarissement du fluide hydraulique dans les canalisa- tions 54 et 56 et dans la chambre 58, le ressort 66 et le fluide du puits agissant sur le piston 60 re- foulent le tube d'écoulement 62 vers le haut, et l'élément de soupape 64 peut s'appliquer contre le siège de soupape 68 et fermer l'écoulement circulant à travers l'alésage 14 a Une description plus complète de la constitution et du fonctionnement de la soupape de sécurité i Qa peut être trouvée dans la demande de brevet US déposée le ler juin 1982 sous le N O 383 897. Cependant, comme cela est indiqué dans le brevet US No 3 799 258, la soupape de sécurité prin- cipale ou soupape de sécurité de la colonne d'exploi- tation peut devenir inopérante et c'est pourquoi il est souhaitable de disposer une seconde soupape de sécurité ou soupape de sécurité de type récupérable, dans l'alésage de la première soupape de sécurité, pour assurer la protection du puits Par conséquent, dans le cas d'une défaillance de la soupape de sécu- rité principale 10 a, des moyens sont prévus dans l'alésage 14 a d'un renfoncement 70 (figure 2) afin de supporter un verrou classique 72 de blocage de puits, comme par exemple un verrou connu sous l'appellation commerciale "Camco Type C" qui à son tour soutient une seconde soupape de sécurité repérée dans son ensemble par la référence 74 La seconde soupape de sécurité 74 est constituée et agencée de manière à être commandée par le fluide circulant dans le passage 12 a La soupape de sécurité 74 'comporte un porte- garnitures complet 76-placé contre l'intérieur de la première soupape de sécurité 1 Qa au-dessus du bouchon cassant 16 a, et un second portegarnitures complet 78 (figure 5) situé au-dessous des orifices d'admission dans la seconde soupape de sécurité 74. Avant de positionner la seconde soupape de sécurité 74 dans la soupape de sécurité principale a, on ouvre le passage 12 a, qui est initialement fermé par la vis 16 a, de manière que le fluide de commande pénètre dans l'alésage intérieur 14 a de la soupape de sécurité principale loa entre les porte- garnitures complets 76 et 78 de la soupape de sécurité secondaire 74 Ainsi, comme cela a été précédemment décrit, un outil approprié est engagé dans le renfon- cement 36 a du manchon 30 a et est déplacé vers le bas de manière à provoquer la rupture de la vis 16 a sous l'effet d'une contrainte de traction pour permettre au fluide de commande de pénétrer dans l'alésage 14 a et dans les orifices 80 de la soupape de sécurité secondaire 74. La soupape de sécurité secondaire 74 peut être semblable à la soupape de sécurité 10 a tant du point de vue structure que du point de vue fonction- nement Par conséquent, les orifices 80 de la soupape de sécurité secondaire 74 aboutissent à une ou plu- sieurs chambres 158 logeant et servant à appliquer un fluide de commande à un ou plusieurs pistons 160, qui sont raccordés à un tube dtécoulement 162 qui, lorsqu'il est déplacé vers le bas, ouvre un élément de soupape 164 Des moyens de chargement, tels qu'un ressort 166 et/ou le fluide présent dans l'alésage 14 b, agissent de manière à déplacer le tube d'écou- lement 162 vers le haut lorsque le fluide de commande n'est plus envoyé aux orifices 80 et à la canalisation de commande 54 Par conséquent, la seconde soupape de sécurité 74 peut être introduite par l'alésage 14 a de la soupape de sécurité i Qa non récupérable et assure une fonction de protection du fluide, en désactivant la première soupape de sécurité l Oa et en étant commandée par le fluide de commande situé dans la canalisation de commande 54 Cependant, le raccord de communication fluidique conforme à la présente invention permet à la soupape de sécurité principale l Oa de rester dans le puits dans des con- ditions difficiles pendant des intervalles de temps étendus avant qu'on ait besoin de l'utiliser et assume ensuite la fonction d'envoyer un fluide de commande pour actionner une seconde soupape de sécurité 74. C'est pourquoi la présente invention est parfaitement adaptée pour atteindre les objectifs et les buts et avantages mentionnés ainsi que d'autres des avantages inhérents au dispositif Bien que l'on ait indiqué à titre indicatif une forme de réalisa-. tion actuellement préférée de l'invention, il appa- raîtra à l'évidence aux spécialistes de la technique que de nombreuses modifications des détails de cons truction et de l'agencement des pièces peuvent être apportées sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Raccord de communication fluidique permettant la circulation d'un fluide depuis l'exté- rieur d'un outil utilisé dans un puits de forage à l'intérieur de cet outil par l'intermédiaire d'un passage ( 12; 12 a) pour le fluide, situé dans ledit outil, sans l'utilisation de joints élastomères, ca- ractérisé en ce qu'il comporte un organe métallique cassant ( 16; 16 a) s'étendant verticalement à l'in- térieur du passage ( 12; 12 a) et obturant ce dernier et s'étendant en direction de l'intérieur de l'outil et possédant une cavité ( 26) qui est en communication avec ledit passage, et un manchon de rupture ( 30; 30 a) déplaçable verticalement et disposé de manière à en- grener avec ledit organe ( 16; 16 a) et pouvant rompre ce dernier sous l'action d'unecontrainte et mettre en communication la cavité ( 26) avec l'intérieur de l'outil utilisé dans le puits de forage lors du déplacement du manchon ( 30; 30 a) par rapport audit organe ( 16; 16 a). 2 Raccord de communication fluidique per- mettant la circulation d'un fluide depuis l'extérieur d'un outil utilisé dans un puits de forage à l'inté- rieur de cet outil par l'intermédiaire d'un passage ( 12; 12 a) pour le fluide, situé dans ledit outil, sans l'utilisation de joints élastomères selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce que l'organe métallique cassant est une vis métallique cassante ( 16; 16 a) s'étendant verticalement dans le passage ( 12; 12 a) et obturant ce dernier en réalisant une étanchéité métal sur métal et s'étendant à l'intérieur dudit outil, et possédant une cavité ( 26) qui est en communication avec ledit passage, le manchon de rupture ( 30,30 a) étant déplaçable verticalement et disposé de manière à engrener avec la vis ( 16,16 a) et apte à rompre cette dernière sous l'action d'une contrainte et à mettre en communication la cavité ( 26) avec l'intérieur de l'outil lorsque le manchon ( 30,30 a) est écarté de la vis ( 16;i 6 a). 3 Raccord selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de maintien cassants ( 42; 42 a) s'étendant verticalement et bloquant initialement le manchon de rupture ( 30,30 a) contre tout déplacement. 4 Raccord selon la revendication 3, caracté- risé en ce que les moyens de maintien ( 42,42 a) maintiennent initialement le manchon de rupture ( 30, a) hors de tout contact vertical avec ledit organe ( 16; 16 a). Raccord selon la revendication 3, caracté- risé en ce qu'il comporte des moyens de blocage ( 46; 46 a) servant à maintenir séparées les pièces cassées dudit organe cassant ( 16; 16 a). 6 Raccord selon la revendication 2, caractérisé en ce que la vis métallique ( 16,16 a) comporte des filets ( 18) vissés dans le passage ( 12; 12 a) et possède une surface d'étanchéité métallique ( 22) servant à contacter une surface d'étanchéité métallique ( 24) située sur le pourtour du passage ( 12,12 a) ainsi qu'une tête ( 28; 28 a) servant à être contactée par le manchon ( 30; 30 a). 7 Raccord de communication fluidique utili- sé dans une soupape de sécurité ( 1 Qa) commandée par un fluide et destinée à être utilisée dans une colonne de pompage d'un puits de forage et comportant un élément de soupape ( 64) situé dans un corps (lia) de manière à commander l'écoulement du fluide à tra- vers l'alésage ( 14 a) de la soupape et dans ladite colonne, des moyens ( 66) pour repousser ladite soupape dans le sens de sa fermeture et des moyens de commande hydraulique ( 54,12) aptes à s'étendre jusqu'à la surface afin d'envoyer un fluide agissant sur la soupape dans le sens de son ouverture et servant à envoyer le fluide de commande hydraulique à l'inté- rieur de l'alésage ( 14 a) de la soupape pour commander une seconde soupape de sécurité ( 74,174) située dans l'alésage ( 14 a), caractérisé en ce qu'il est prévu un passage ( 12 a) pour le fluide ménagé dans le corps (lia) communicant avec l'intérieur de l'alésage ( 14 a) et apte à être raccordé à la surface de manière à recevoir le fluide de commande hydraulique, une vis métallique ( 16 a) pouvant être rompue s'étendant verti- calement à l'intérieur dudit passage et obturant initialement ce dernier avec une étanchéité métal sur métal, ladite vis s'étendant à l'intérieur de l'alé- sage ( 14 a) et possédant une cavité qui est en commu- nication avec ledit passage, et un manchon de rupture ( 30 a) déplaçables verticalement et disposé de ma- nière à contacter la vis ( 16 a) et apte à rompre cette vis sous contrainte et à mettre en communication la cavité avec l'alésage lorsque le manchon ( 30 a) est déplacé par rapport à la vis. 8 Raccord selon la revendication 7, caracté- risé en ce qu'il comporte des moyens ( 42 a) de maintien pouvant être rompus, s'étendant verticalement, et bloquant initialement le manchon ( 30 a) sur le corps ( 11). 9 Raccord selon la revendication 7, caracté- risé en ce qu'il comporte des moyens ( 42 a) pouvant être rompus et bloquant initialement le manchon ( 30 a) sur le corps (lia)-et maintenant initialement le manchon ( 30 a) hors de tout contact vertical avec la vis ( 16 a). Raccord selon la revendication 7, ca- ractérisé en ce que la vis métallique ( 16 a) comporte des filets servant à son vissage dans le passage ( 12 a), une surface d'étanchéité métallique conique desti- née à contacter une surface d'étanchéité métallique située sur le pourtour du passage ( 12 a) et une tête ( 28 a) servant à être contactée par ledit manchon. 11 Raccord selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de blocage ( 46 a) servant à maintenir séparées les par- ties cassées de la vis ( 16 a).