Brevet FR2557247A1 — publié le 19850628

La présente invention se rapporte à une vanne de puits à commande hydraulique,conçue pour être utilisée dans un conduit de puits,qui commande l'écoulement du fluide entre l'intérieur du conduit et l'extérieur du conduit, tel que l'espace annulaire du puits. La vanne est actionnée par une unique canalisation de commande hydraulique qui part de la surface du puits. Le piston est soumis à une pression différentielle entre la pression de la canalisation de com- lande et celle du fluide de l'espace annulaire de sorte que la vanne n'a pas à surmonter des forces de pressions hydro- statique pour se fermer et que, par conséquent, la profon- deur de pose n'est pas limitée. En outre, les joints assu- rant l'étanchéité vis à vis de l'alésage intérieur de la vanne sont identiques de sorte que la vanne n'est pas in- fluencée par la pression de l'alésage de la vanne oudu train de tiges. La vanne est une vanne de type coulissant qui as- sure la section d'écoulement maximale en utilisant un côté de la surface d'obturation en appui contre le conduit de puits,supprimant ainsi une paroi tubulaire pour accroître les capacités de section d'écoulement. La vanne peut être récupérable au moyen d'un câble et elle peut être montée dans un mandrin à poche latérale ou dans un raccord monté dans le train de tiges. La présente invention a ainsi pour objet une vanne à commande hydraulique conçue pour être utilisée dans un con- duit de puits afin de commander l'écoulement d'un fluide entre l'intérieur et l'extérieur du conduit. Un corps tubu- laire est agencé de manière à pouvoir être monté dans un conduit de puits et le corps comprend une ouverture pour établir une communication entre l'intérieur et l'extérieur du conduit. Une vanne est positionnée de manière à pouvoir ouvrir et fermer l'ouverture et elle est commandée par un piston qui est expose, d'un coté, à un moyen de commande hydraulique conçu de manière à s'étendre jusqu'à la sur- face du puits pour commander le déplacement du piston. Un second côté du piston est en communication avec l'extérieur du corps de sorte que la vanne peut être compensée hydrosta- tiquement lorsqu'elle est utilisée dans un puits. L'inven- tion peut également comporter l'une quelconque des caracté- ristiques complémentaires suivantes: - l'obturateur de la vanne peut être un tube coulissant positionné à l'intérieur du corps et comportant des moyens de sollicitation qui agissent sur le tube en le sollicitant dans la direction de fermeture de l'ouverture du corps; - un organe tubulaire intérieur peut être positionné à l'intérieur du tube coulissant, cet organe intérieur compor- tant une ouverture et des moyens d'étanchéité étant fixés à l'organe intérieur de part et d'autre de l'ouverture de 1'organe, en appui étanche contre le tube coulissant; - de préférence, l'ouverture du corps tubulaire et l'ou- verture de l'organe tubulaire sont alignées et l'obturateur tubulaire coulissant ne s'applique pas de manière étanche contre le corps tubulaire mais permet au fluide situé à l'extérieur du corps d'être transmis au piston à travers l'ouverture du corps; - le corps comporte un mandrin à poche latérale et la vanne peut être récupérable. L'invention a ainsi également pour objet une vanne ré- cupérable,conçue pour être utilisée dans un conduit de puits, ayant une canalisation de commande hydraulique s'étendant jusqu'à la surface du puits et comportant une ouverture. La vanne commande l'écoulement du fluide entre l'intérieur et l'extérieur du conduit. La vanne comporte un organe tubulaire intérieur qui comprend des moyens d'étan- chéité supérieur et inférieur agencés de manière à être en appui étanche contre l'intérieur du conduit de puits et qui comporte une ouverture traversante. Un obturateur tubulaire coulissant comportant une ouverture est positionné à l'ex- térieur de l'organe tubulaire intérieur et déplace son ouver- ture longitudinalement entre des positions ouverte et fermée par rapport à l'ouverture du corps sans s'appliquer de ma- nière étanche contre le corps. Des moyens d'étanchéité sont fixés à l'organe tubulaire intérieur de part et d'autre de l'ouverture de l'organe tubulaire intérieur et sont en appui contre l'obturateur. Un piston accouplé à l'obturateur est agencé de manière à être mis en communication,d'un côté, avec la canalisation hydraulique et, de l'autre câté, avec l'extérieur du conduit de puits, par l'intermédiaire de l'ouverture du conduit de puits, lorsque la vanne est mon- tée dans le conduit de puits, pour compenser hydrostatique- ment le piston. De préférence, le piston est monté en con- tact étanche entre l'intérieur du conduit de puits et l'or- gane tubulaire intérieur évitant de ce fait l'emploi d'une paroi extérieure de manière à permettre une plus grande capacité de débit de la vanne. En outre, les moyens d'étan- chéité prévus entre l'obturateur et le conduit intérieur sont, de préférence, métalliques. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'in- vention apparaitront à la lecture de la description détail- lée qui va suivre d'un mode de réalisation actuellement pré- féré de l'invention, donnée uniquement àtitre d'exemple non limitatif, considérée à la lumière des dessins annexes dans lesquels: la Fig. 1 est une vue en coupe longitudinale de l'appa- reil de la présente invention monté dans un mandrin à poche latérale descendu dans un tubage de puits; les Fig. 2A et 2B,qui sont des prolongements l'une de l'autre, sont des vues en coupe de la vanne représentée sur la Fig. 1, en position ouverte, la coupe étant prise suivant des lignes 2A, B-2A, B de la Fig. 3; la Fig. 3 est une vue en coupe prise suivant la ligne 3-3 de la Fig. 2A; et la Fig. 4 est une vue partielle en coupe longitudinale de la vanne de la présente invention représentée en posi- tion fermée. On décrira ci-après la vanne de la présente invention en se référant à son application en tant que vanne d'arrêt de circulation récupérable conçue pour être utilisée dans un mandrin à poche latérale mais il est bien entendu que la pré- sente invention peut être utilisée dans d'autres applications et dans d'autres types de conduits de puits. On se référera maintenant aux dessins et, en particu- lier, à la Fig. 1 sur laquelle on a désigné par la référence la vanne à commande hydraulique de la présente invention positionnée dans un conduit de puits approprié quelconque, tel qu'un raccord de production ou, comme représenté, dans la poche ou dans l'une des poches latérales 12 d'un mandrin 14. Le mandrin 14 est agencé de façon à pouvoir être monté dans un conduit de puits quelconque, tel que le train de tiges 16,qui est positionné à l'intérieur d'un tubage 18, un espace annulaire 20 étant formé entre les tiges et le tubage du puits. Comme représenté sur les Fig. 1, 2A et 2B auxquelles on se référera maintenant, le conduit de puits ou mandrin 14 comporte une ou plusieurs ouvertures 22 pour établir une communication fluidique entre l'intérieur et l'extérieur du mandrin 14. La vanne 10 est fixée dans le conduit de puits ou mandrin 14 à l'aide de moyens appropriés quelconques, tels qu'un verrou de puits classique 24, par exemple, un verrou de puits Camco du type R qui se verrouille dans des encoches 26 pour positionner la vanne 10 dans une disposi- tion adjacente à la ou aux ouvertures 22. Le conduit de puits ou mandrin 14 comporte également une canalisation de commande hydraulique, désignée par la référence générale , raccordée à un orifice 28 pour fournir un fluide de com- mande hydraulique en provenance de la surface du puits à la vanne 10 afin de la commander. La vanne 10 comporte un joint d'étanchéité supérieur 32 et un joint d'étanchéité inférieur 34 pour assurer son étanchéité en étant en appui contre la paroi intérieure de la poche latérale 12 du mandrin 14. Un obturateur 134 formé par un manchon tubulaire coulissant et qui comporte une ou plusieurs ouvertures 36 est positionné à l'intérieur de la poche latérale 12 et peut être déplacé longitudinalement de façon à modifier la position de la ou des ouvertures 36 de l'obturateur par rapport aux ouvertures 22 du mandrin. Un piston 38 est accouplé à l'obturateur 134. Le piston 38 est monté coulissant de manière étanche contrela paroi intérieure de la poche latérale 12 du mandrin 14, d'un côté et, de l'autre, contre la paroi extérieure d'un organe tubulaire intérieur 40. Le piston 38 a un premier côté ou face supé- rieure 42 exposé à un passage 44 qui est en communication fluidique avec l'orifice hydraulique 28 et avec la canalisa- tion hydraulique 30 qui remonte jusqu'à la surface du puits de sorte que du fluide hydraulique peut être appliqué au pis- ton 38 afin de déplacer l'obturateur coulissant 134 vers le bas de manière à placer l'ouverture 36 de l'obturateur en alignement avec l'ouverture 22 du mandrin. On notera que le second côté ou face inférieure 46 du piston 38 est exposé au fluide contenu dans l'espace annulaire 20 entourant exté- rieurement le mandrin 24 avec lequel il est mis en communi- cation par les ouvertures 22. En d'autres termes, l'obtura- teur 134,bien qu'il soit télescopiquement mobile le long de l'intérieur de la poche latérale 12 du mandrin 14,n'est pas en appui étanche contre la paroi intérieure du mandrin 14. Par conséquent, le fluide provenant de l'extérieur du mandrin 14 peut pénétrer par les ouvertures 22, s'écouler autour de la paroi extérieure de l'obturateur 134 et appliquer une pres- sion hydrostatique à la face inférieure 46 du piston 38. Ce- ci est avantageux étant donné que la pression hydrostatique qui existe dans la canalisation de commande 30 et qui agit sur la face supérieure 42 du piston 38 est approximativement égale à la pression hydrostatique régnant à l'extérieur du mandrin 14 qui agit sur la face inférieure 46 du piston 38. Ceci permet de poser la vanne 10 à une plus grande profondeur d'un puits,étant donné qu'il n'est pas nécessaire de surmon- ter les forces de pression hydrostatiques qui existent dans la canalisation de commande 30 lorsqu'on désire fermer la vanne. En d'autres termes,l'obturateur134est déplacé à lapo- sition ouverte par la mise sous pression à partir de la sur- face du fluide de commande hydraulique contenu dans la cana- lisation 30. Lorsqu'on désire fermer la vanne 10, on sou- lage la pression régnant dans la canalisation 30 de sorte que la pression agissant sur le piston 38 est hydrostatique- ment équilibrée et des moyens de sollicitation appropriés, qui sont prévus à cette fin agissent sur l'obturateur 134 afin de le déplacer jusqu'à la position fermée. Ainsi, un ressort 48 peut être monté en appui contre un épaulement 50 formé sur l'élément tubulaire intérieur 40 et contreun épau- lement 52 formé sur un élémentde sollicitation 54 lequel agit, à son tour, contre le dessous de l'obturateur 134. Ce- pendant, dans le cas ou le fluide contenu dans l'espace annu- laire 20 est plus lourd que le fluide de commande contenu dans la canalisation 30,le fluide de l'espace annulaire four- nit une force de fermeture et, si cette force est suffisante, le ressort 48 peut être supprimé. L'organe tubulaire intérieur 40 comporte un ou plusieurs ouvertures 60 qui sont disposées de façon à être alignées avec les ouvertures 22 du mandrin lorsque la vanne 10 est disposée dans la poche latérale 12. Des joints d'étanchéité métalliques 62 et 64 sont assemblés rigidement à l'organe tu- bulaire intérieur 40 de part et d'autre des ouvertures 60 de façon à établir une étanchéité entre l'organe tubulaire intérieur 40 et le manchon obturateur coulissant 134. Ainsi, l'obturateur 134 est isolé de l'intérieur 66 de la vanne mais n'est pas en appui étanche contre les bords des ouver- tures 22 du mandrin 14. On notera que la pression exercée sur les joints d'étanchéité 62 et 64 par la pression du puits est équilibrée. De préférence, les joints d'étanchéité 62 et 64 sont des joints métalliques pour assurer la forme- tion d'un joint métal contre métal entre l'alésage 66 de la vanne et l'espace annulaire 20. On notera également que la vanne 10 est construite de façon que le piston 38 soit appliqué de manière étanche contre la paroi périphérique intérieure de la poche 12 du mandrin, ce qui supprime une paroi tubulaire pour donner à la vanne d'arrêt de circulation une capacité de section d'é- coulement maximale. Le fluide qui s'écoule dans l'alésage 66 de la vanne 10 peut sortir de cette dernière par sa base 68 ou par des ouvertures supérieures 70 formées à sa partie supérieure puis à travers une ouverture 72 formée dans la paroi de la poche 12 étant donné que, d'une manière générale, le verrou 24 de vanne empêche que le fluide puisse s'écouler à travers lui. Ainsi, dans la présente application de la vanne 10 en tant que vanne d'arrêt de circulation, la vanne de la présente invention permet de donner à une vanne récu- pérable au câble une section d'écoulement maximale. La vanne peut être introduite dans la poche latérale 12 du mandrin 14 et peut en être retirée d'une manière classique, telle que décrite, dans sonensemble dans le brevet des EUA n 3 874 445. En service, le ressort 48 et/ou le fluide de l'espace annulaire 20 agissent de manière à solliciter normalement le piston 38 et l'obturateur 134 vers la position fermée telle que plus particulièrement représentée sur la Fig. 4. Lors- qu'on désire ouvrir la vanne, on envoie du fluide hydrau- lique mis sous pression à la surface dans la canalisation de sorte qu'il agit contre la face supérieure du piston 38 et déplace le piston 38 vers le bas,surmontant la pres- sion hydrostatique qui règne dans l'espace annulaire et la force du ressort 48 pour déplacer l'obturateur 134 jusqu'à la position ouverte, telle que plus particulièrement repré- sentée sur les Fig. 2A et 2B dans laquelle il est en butée contre l'élément 54. Par conséquent, la présente invention est bien appro- priée pour remplir les buts, atteindre les objectifs et réa- liser les avantages mentionnés ainsi que d'autres qui lui sont inhérents. Bien qu'on ait décrit aux fins de la divulga- tion un mode de réalisation actuelle préféré de l'invention de nombreux changements ence qui concerne les détails de construction et la disposition des pièces et qui viendront immédiatement à l'esprit des spécialistes de la technique entrent dans l'esprit de l'invention et dans le cadre des revendications annexées. REVENDICATIONS 1 - Vanne (10) à commande hydraulique conçue pour être utili- sée dans un conduit de puits afin de commander l'écoulement d'un fluide entre l'intérieur et l'extérieur du conduit, cette vanne étant caractérisée en ce qu'elle comporte: un corps tubulaire (12) agencé de façon à pouvoir être monté dans un conduit de puits et comportant une ouverture (22) assurant la communication fluidique entre l'intérieur et l'extérieur du conduit (14); un obturateur (134) positionné de manière à pouvoir ouvrir et fermer l'ouverture; et un piston (38) assemblé à l'obturateur,le piston étant exposé, d'un côté, à des moyens de commande hydrauliques agencés de manière à s'étendre jusqu'à la surface du puits pour comman- der le déplacement du piston, l'autre côté du piston communi- quant avec l'extérieur du corps de sorte que la vanne peut être compensée hydrostatiquement lorsqu'elle est utilisée dans un puits. 2 - Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'obturateur est un tube coulissant (134) positionné à l'in- térieur du corps (12) et en ce qu'elle comporte des moyens de sollicitation agissant sur le tube pour le solliciter dans la direction de fermeture de la vanne. 3 - Vanne selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle comporte un conduit tubulaire (40) positionné à l'intérieur du tube coulissant (134) et traversé par une ouverture {60) et des moyens d'étanchéité (62, 64) fixés au conduit tubulaire de part et d'autre de l'ouverture (60) du conduit tubulaire en appui étanche contre le tube coulissant. 4 - Vanne (10) à commande hydraulique conçue pour être uti- lisée dans un conduit de puits afin de commander l'écoule- ment d'un fluide entre l'intérieur et l'extérieur du conduit, cette vanne étant caractérisée en ce qu'elle comporte: un corps tubulaire (12) agencé de façon à pouvoir être monté dans un conduit de puits,ce corps comportantune ouverture(22) assurant la communication fluidique entre l'intérieur et l'extérieur dudit corps (14); un obturateur tubulaire coulis- sant (134) ayant une ouverture (36) et positionnée à l'inté- rieur du corps (12) de façon à pouvoir déplacer l'ouverture de l'obturateur entre des positions ouverte et fermée relativement à l'ouverture (22) du corps, un conduit tubu- laire (40) ayant une ouverture façon à s'étendre jusqu'à la surface du puits pour comman- der le déplacement du piston; ledit piston ayant une seconde face (46) mise en communication avec l'extérieur du corps par l'intermédiaire de l'ouverture (22) du corps de manière à compenser hydrostatiquement le piston. - Vanne selon la revendication 4, caractérisée ence que les moyens d'étanchéité (62, 64) sont fixés au conduit tubu- laire (40). 6 - Vanne selon la revendication 4, caractérisée en ce que le corps est constitué par un mandrin (14) à poche latérale. 7 - Vanne selon la revendication 4, caractérisée en ce que l'ouverture (22) du corps tubulaire (12) et l'ouverture (60) de l'organe tubulaire intérieur sont alignées. 8 - Vanne selon la revendication 4, caractérisée en ce que l'obturateur tubulaire coulissant (134) n'est pas en appui étanche contre le corps tubulaire. 9 - Vanne (10) à commande hydraulique conçue pour être uti- lisée dans un conduit de puits ayant une canalisation de com- mande hydraulique (30) qui s'étend jusqu'à la surface du puits et comportant une ouverture (22) pour commander l'é- coulement du fluide entre l'intérieur et l'extérieur du con- duit, cette vanne étant caractérisée en ce qu'elle comporte un conduit tubulaire intérieur (40) comportant des organes d'étanchéité supérieur et inférieur (32, 34) et étant tra- versé d'une ouverture (60); un obturateur tubulaire coulis- sant (134) muni d'une ouverture (36) et positionné à l'ex- térieur du conduit tubulaire et déplaçant longitudinalement l'ouverture de l'obturateurentre despositions ouverte et fermée par rapport à l'ouverture du corps; des seconds or- ganes d'étanchéité (62; 64) disposes entre l'obturateur et le conduit tubulaire intérieur (40); un piston (38) accou- plé à l'obturateur, ce piston étant agencé de façon à être, d'un côté, en communication avec la canalisation de commande hydraulique etde l'autre côté, en communication avec l'ex- térieur du conduit de puits par l'intermédiaire de l'ouver- ture (22) du conduit de puits, lorsque la vanne (10) est montée dans le conduit de puits; et des moyens de sollici- tation (48) agissant sur l'obturateur pour le solliciter dans le sens de fermeture de la vanne. 10 - Vanne selon la revendication 9, caractérisée en ce qu'elle est récupérable et en ce que le piston (38) est en contact étanche avec la paroi intérieure du conduit (12) de puits et avec le conduit tubulaire intérieur (40). 11 - Vanne selon la revendication 9, caractérisée en ce que les seconds moyens d'étanchéité sont fixés au conduit tubulaire intérieur (40) et sont en métal.