Brevet FR2557927A1 — publié le 19850712

L'invention a pour objet un moteur hydraulique conçu essentiellement corme un vérin afin de communiquer à un arbre moteur un mouvement rectiligne alternatif se repétant indéfiniment. Le moteur de l'invention est utilisable de manière particulièrement avantageuse sur les puits de pétrole pour l'entraînement des pompes immergées de pompage du pétrole brut. I1 doit etre entendu, néanmoins, que le moteur de l'invention convient aussi à l'entraînement de toute machine dont les conditions de marche sont compatibles avec les possibilités de ce moteur. Dans ce qui suit, on se réfèrera à un exemple prfére de réalisation du moteur en vue de son installation sur une tête de puits de pétrole. On sait que l'on trouve au sommet d'un puits de pétrole brut d'une part le tubing qui est fixe, d'autre part le train de tiges qui descend à l'intérieur du tubing jusqu'à l'arbre de la pompe immergée qui est une pompe alternative. Un moteur hydraulique conforme à l'invention comprend un vérin ayant un cylindre obturé totalement à une extrémité par une première plaque de fermeture, obturé partiellement à l'autre extrémité par une seconde plaque de fermeture pour laisser passer une tige munie à une extrémité d'un piston monté coulissant dans le cylindre entre une première position extrême et une seconde position extrême; des canaux de raccordement du cylindre à un distributeur hydraulique sont percés à travers sa paroi à ses deux extré- mités au-delà des positions extrêmes que peut atteindre le piston par rapport à la partie centrale du cylindre dans le sens de sa longueur. Parmi ces canaux de raccordement, l'un est destiné à l'alimentation du vérin et l'autre est utilisé pour l'inversion du distributeur.En outre, au moins un trou de refoulement du fluide hors du vérin est percé à travers la paroi du cylindre, à chacune de ses parties extrêmes, àun emplacement situé avant les canaux de raccordement toujours par rapport à la partie centrale du cylindre. De préférence, il existe à chaque emplacement déterminé un ensemble de plusieurs trous successifs de refoulement espacés dans le sens du mouvement du piston, ces trous ayant des diamètres différents de plus en plus faibles dans le sens où ils sont obturés par le piston, c'est-à-dire à mesure qu'on se rapproche des canaux de raccordement correspondant à cette partie extrême du cylindre. Dans ce cas, chaque ensemble de trous est recouvert d'un collecteur relié par une canalisation au réservoir de fluide hydraulique d'une centrale hydraulique raccordée au distributeur hydraulique. De préférence encore, il existe, au moins dans une partie extrême du cylindre, plusieurs ensembles de trous successifs qui sont eux aussi espacés dans le sens du mouvement du piston. Seul un ensemble est couvert par un collecteur et le ou les autres ensembles d'une même partie extrême sont fermés par une plaque d'obturation. Dans l'utilisation la plus avantageuse du moteur de l'invention, le cylindre est monté verticalement sur le tubing, coaxialement au train de tiges. La seconde plaque de fermeture du cylindre est avantageusement incorporée à un bloc d'adaptation qui se monte sur la partie extrême supérieure du tubing; en outre, ce bloc d'adaptation est usiné et muni de joints d'étanchéité pour laisser passer la tige supérieure polie du train de tiges; cette tige supérieure s'étend à l'intérieur du cylindre où elle est munie du piston à son extrémité libre afin de constituer la tige de piston du vérin. On donnera maintenant, sans intention limitative et sans exclure aucune variante, unedescription d'un exemple préféré de réalisation. On se reportera au dessin annexé dans lequel - la figure 1 est une vue d'ensemble en coupe par un plan vertical d'un moteur hydraulique selon l'invention monté sur une tête de puits de pétrole, - la figure 2 est une représentation schématique du circuit hydraulique de raccordement du vérin de la fig. 1. Dans une tête de puits de pétrole, le tubing 1 contint un train de tiges 2 qui se termine par une tige supérieure polie 3 utilisée dans le cadre de l'invention pour constituer la tige de piston d'un vérin hydraulique 4. Ce dernier comprend un cylindre 5 disposé verticalement et obturé à son extrémité supérieure par une plaque de fermeture 6. A son extrémité inférieure, l'obturation est réalisée avantageusement par une plaque de fermeture 7 qui est incorporée à un bloc d'adaptation 8, soit par fixation à ce dernier, soit, de préférence, parce qu'elle en fait partie intégrante. Ce bloc d'adaptation 8 est monté et fixé sur la partie extrême supérieure 1A du tubing 1 sur laquelle il s'adapte. Ce bloc 8 contient plusieurs joints d'étanchéité qui entourent la tige de piston 3 et des chambres de rassemblement et d'évacuation des fuites. Dans le cylindre 5, la tige de piston 3 porte un piston 9 qui effectue une course alternative avec un point mort haut H et un point mort bas B indiqués en trait mixte, de part et d'autre de la partie centrale 5A du cylindre 5. Entre le point mort haut H et la plaque de fermeture 6 ainsi qu'entre 13 point mort bas B et le bloc d'adaptation 8, des canaux 10, 11 et 12, 13 respectivement sont percés à travers la paroi du cylindre 5 pour le passage du fluide hydraulique. Un canal 11, 13 destiné à l'arrivée du fluide hydraulique dans le cylindre 5 est raccordé à l'orifice correspondant d'un distributeur 14 tandis que l'autre canal 10, 12 est raccordé à l'orifice qui correspond à la commande du tiroir du distributeur 14. Ce dernier est avantageuse sement fixe au bloc dQadaptation 8 et raccordé par deux canalisations 14A, 14S à une centrale de fluide hydraulique. A un emplaeement 15, 16 respectivement, situé par rapport à 12 partie médiane SA du cylindre 5 avant les canaux de raccordement de chaque extrémité du cylindre 5, îsicurs trous espacés dans le sens longitudinal de ce cylindre sont percés à travers sa paroi sur une distance inférieure à la longueur du piston 9. Le premier trou 17 ou 20 respectivement rencontré en premier par le piston 9 a un diamètre supérieur au second trou 18 ou 21 qui est lui-même de diamètre plus gros que le troisième trou 19 ou 22. Ces trous servent à l'échappement du fluide hydraulique à chacun des emplacements 15, 16, ils sont recouverts d'un collecteur 23, 24 percé d'un trou 25, 26 qui est raccordé à l'orifice correspondant du distributeur 14. Sur la figure 1, des trous 17 à 19 et 20 à 22 sont représentés en trait plein à faible distance du point mort haut H et du point mort bas B. Le fonctionnement est alors le suivant. A mesure que le piston 9 obture les trous 17 à 19 ou 20 à 22 en commençant par le trou 17 ou 20 de plus grand diamètre, il diminue le débit du fluide refoulé jusqu'à l'interrompre complètement. Le piston 9 rencontre une contre-pression qui s'élève progressivement; il subit une décélération prédéterminée et, finalement, la pression dans le volume mort résiduel atteint une valeur qui provoque, à partir du canal 10 ou 12, l'inversion de la position du tiroir du distributeur 14. Le piston 9 est alors repoussé en sens inverse où le même phénomène se produit à la fin de sa course. Les emplacements 15, 16 peuvent être choisis en un point quelconque de la course du piston 9, comme on l'a indiqué en trait mixte à un emplacement 27, dans la partie haute du cylindre 5. Cet emplacement détermine un nouveau point mort haut H' moins élevé que le précédent. Le fluide hydraulique qui se trouve entre chaque point mort H ou H', ou B, et la plaque d'obturation 6 ou le bloc d'adaptation 8, joue le rôle de butée hydraulique quand tous les trous de refoulement ont été obturés par le piston 9. Quand les trous d'un emplacement tel que 27 ne sont pas utilisés par le refoulement du fluide, le collecteur 23 est remplacé par une plaque d'obturation 28. L'invention apporte une simplification impor tante et une réduction de l'encombrement par suite de l'emploi de la tige supérieure polie du train de tiges comme tige de piston, du montage direct du vérin sur le tubing à l'aide du bloc d'adaptation 8 et de la suppression de tous organes mobiles d'inversion en fin de course actionnés par le vérin. Le mouvement est doux grâce à la décélération en fin de course que l'on peut fixer à une valeur faible en choisissant convenablement le nombre et les diamètres des trous de refoulement. De plus, en prévoyant à l'avance plusieurs emplacements supplémentaires 27, obturés provisoirement par des plaques d'obturation 28 facilement démontables, on peut régler facilement sur place la longueur de la course du piston 9. REVENDICATIONS 1. Moteur hydraulique alternatif comprenant un vérin à double effet (4) ayant un cylindre (5) obturé à une extrémité par une plaque d'obturation (6), à l'extrémité opposée par une plaque d'obturation (7) contenant un piston (9) porté par une tige de piston (3) et déplaçable entre un point mort (H) et un point mort opposé (B), ce cylindre (5) étant percé de canaux d'arrivée de fluide (11, 13) et de trous de refoulement du fluide raccordés à un distributeur (14) à tiroir mobile de distribution caractérisé en ce que des canaux (10, 12) sont percés dans la paroi du cylindre (5) au-delà des points morts (H, B) par rapport à la partie centrale (5A) du cylindre (5) et sont raccordés respectivement aux orifices du distributeur (14) correspondant à la commande d'inversion de la position du tiroir mobile, cependant que plusieurs trous (17 à 19, 20 à 22) de refoulement du fluide sont percés au moins à deux emplacements (15, 16), ces trous étant répartis en sens longitudinal du vérin sur une distance inférieure à la longueur du piston (9), les diamètres de ces trous étant progressivement décroissants dans le sens où ils sont successivement obturés par le piston (9), les trous de chaque emplacement étant recouverts d'un collecteur (23, 24) ayant un trou (25, 26) de raccordement aux orifices correspondants du distributeur (14). 2. Moteur hydraulique selon la revendication 1 caractérisé en ce que des trous de refoulement du fluide sont prévus à plusieurs emplacements le long du cylindre (5) et sont fermés par une plaque d'obturation (28) facilement démontable quand ils ne sont pas utilisés. 3. Moteur hydraulique selon la revendication 1 utilisé sur une tête de puits de pétrole ayant un tubing (1) contenant un train de tiges (2) se terminant par une tige supérieure polie (3) caractérisé en ce que cette tige supérieure polie (3) constitue la tige de piston du vérin (4). 4. Moteur hydraulique selon la revendication 3 caractérisé en ce qu'une plaque d'obturation (7) du cylindre (5) est incorporée à un bloc d'adaptation (8) qui se monte et se fixe directement sur la partie supérieure du tubing (1) et qui est traversé par la tige supérieure polie (3) entourée de joints d'étanchéité. 5. Moteur hydraulique selon la revendication 4 caractérisé en ce que le bloc d'adaptation (8) porte le distributeur (14) de fluide hydraulique.