Brevet FR2553819A1 — publié le 19850426

I Tube de production et raccord pour tube de production, facilitant la complétion d'un puits pétrolier La présente invention se rapporte à la complétion d'un puits pétrolier, c'est-à-dire aux opérations mettant un puits foré en état de produire un effluent, par l'installation notamment d'un tube de production et d'une tête de puits. On sait que les opérations de complétion d'un puits pétrolier nécessitent la descente et la remontée au câble de plusieurs instruments, en particulier pour tester le tube de production, pour ancrer le dispositif d'étanchéité, dit packer, assurant l'étanchéité entre le tube de production et le cuvelage du puits, pour assurer la sécurité du puits 10 pendant l'installation de la tête de puits, pour la mise en place d'un fluide léger de démarrage et pour la mise en production du puits. Il existe actuellement des équipements permettant d'effectuer certaines de ces opérations sans intervention d'un câble C'est ainsi que pour ancrer un packer hydraulique, on peut utiliser un siège à bille 15 escamotable placé dans le tube de production sous le packer et mettre sous pression le tube de production pour ancrer le packer, un excès de pression déplaçant la bille et le siège et celui-ci s'écartant alors pour laisser échapper la bille De même, on peut tester un tube de production en utilisant un siège fixe que l'on obture par une bille qui est ensuite 20 récupérée à la surface par un pompage inverse depuis l'espace annulaire compris entre tube de production et cuvelage vers l'espace interne au tube de production, ce qui suppose l'installation d'une vanne de circulation établissant une communication entre l'espace annulaire et l'espace interne au tube de production à un niveau proche de celui du packer Une 25 telle vanne de circulation, peut aussi permettre la circulation d'un fluide de démarrage, et il est possible de la commander par la pression dans l'espace annulaire. Outre qu'un défaut d'étanchéité de la vanne de circulation est toujours à craindre et que la commande de celle-ci par la pression dans l'espace annulaire augmente encore les risques de fuite par rapport à une commande au câble du fait qu'elle implique une communication entre l'espace annulaire et l'espace interne au tube de production, une commande de la vanne de circulation par la pression dans l'espace annulaire n'est pas bien adaptée à la mise en place d'un fluide de démarrage dans 10 le tube de production car le pompage doit alors se faire à partir de l'espace annulaire, dont le volume est grand. De toute façon, la mise en sécurité du puits pendant l'installation de la tête de puits nécessite l'obturation du tube de production à un niveau proche de celui du packer et cette obturation ne peut actuelle15 ment être réalisée que par une intervention au câble pour poser un bouchon. Un objectif de l'invention est de supprimer toute intervention au câble pendant la complétion d'un puits pétrolier et ainsi d'éliminer les risques d'une telle intervention et de réduire la durée et le coût des opérations de complétion. Un objectif de l'invention est aussi d'éliminer la nécessité de manoeuvrer pendant la complétion une vanne de circulation établissant une communication entre espace annulaire et espace interne au tube de production. Un objet de l'invention est ainsi un tube de production pour complétion d'un puits pétrolier, par mise en place, dans un cuvelage du puits pétrolier, du tube de production muni d'un dispositif d'étanchéité, dit packer, pour fermer l'espace annulaire entre tube de production et cuvelage et par installation d'une tête de puits pour la production, comportant, en dessous du packer, un siège à bille escamotable qui permet, 30 lorsqu' il a été fermé par le lâcher d'une bille, d'admettre un fluide sous pression dans l'espace interne au tube de production et qui s'efface par déplacement axial et extension radiale sous l'action d'un excès de pression dans cet espace interne et se caractérisant en ce que le tube de production, comprend en dessous du packer, d'une part, un clapet de fermeture disposé de manière à se fermer lorsque ledit siège ou premier siège se déplace axialement sous l'action dudit excès de pression, pour fournir une sécurité lors de l'installation de la tête de puits, et, d'autre part, au-dessus de ce clapet, un deuxième siège à bille escamotable, de plus grand diamètre que le diamètre du premier siège, qui, fermé par le lâcher d'une deuxième bille et soumis à un fluide sous pression admis dans l'espace interne au tube de production, s'efface, par déplacement axial et extension radiale, et provoque l'ouverture dudit clapet et le maintien de celui-ci en position ouverte, pour mettre le puits en état 10 de production. Le premier siège permet, lorsqu'il est fermé par la première bille, d'augmenter la pression dans ledit espace interne d'abord pour ancrer le packer, puis pour tester le tube de production Lorsque ce premier siège s'est efface, le clapet se ferme et constitue une sécurité pendant les J 5 opérations de montage de la tête de puits Le deuxième siège sert à ouvrir le clapet avant la mise en production du puits On peut ainsi éviter toute opération de descente ou montée d'instruments au câble. Un objet de l'invention est aussi un raccord pour tube de production de puits pétrolier, qui est destiné à être inséré dans le tube de 20 production au-dessous du dispositif classique d'étanchéité, dit packer, porté par le tube de production pour assurer l'étanchéité entre ce tube de production et un cuvelage du puits, et à faciliter les opérations de complétion dudit puits, qui comporte un siège à bille escamotable et qui se caractérise en ce qu'il comprend de haut en bas dans le sens axial, les 25 parties suivantes: une partie supérieure dans laquelle une chemise supérieure radialement extensible est tenue radialement serrée et se trouve retenue verticalement par au moins une première pièce cisaillable; une première partie médiane portant un clapet de fermeture et une deuxième partie médiane contenant un logement susceptible de recevoir ladite che30 mise supérieure et d'en permettre l'extension radiale; une partie inférieure dans laquelle une chemise inférieure radialement extensible est tenue radialement serrée et se trouve retenue verticalement par au moins une deuxième pièce cisaillable; et une partie prolongatrice contenant un logement susceptiblede -4 recevoir ladite chemise inférieure et d'en permettre l'extension, la chemise inférieure formant, lorsqu'elle est radialement serrée, un premier siège apte à recevoir une première bille de fermeture,la chemise supérieure formant, lorsqu'elle est radialement serrée, un deuxième siège, de diamètre plus large que le diamètre du premier siège, apte à recevoir une deuxième bille de fermeture, la présence d'une des chemises inférieure et supérieure dans ladite première partie médiane assurant l'ouverture dudit clapet et la chemise inférieure se prolongeant dans ladite première partie médiane lorsqu'elle se trouve dans ladite partie inférieure et la 10 chemise supérieure se prolongeant dans ladite première partie médiane lorsqu'elle se trouve dans ladite deuxième partie médiane. Les chemises inférieure et supérieure sont de préférence des chemises cylindriques fendues le long d'une génératrice Les premier et deuxième sièges sont de préférence formés dans une portion supérieure de 15 ces chemises, Le clapet est de préférence un clapet rabattant. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront de la description d'un exemple de réalisation qui va être donnée en se référant au dessin joint dans lequel: la Fig l représente schématiquement un puits pétrolier dont le tube de 20 production est muni d'un raccord tel que décrit ci-dessus; la Fig 2 est une coupe axiale du raccord dans l'état o celui-ci est descendu dans le puits; la Fig 3 est une coupe axiale de la partie inférieure du raccord contenue dans lapartie prolongatrice, après descente de la chemise inférieure; la Fig 4 est une vue de dessus de cette chemise inférieure dans la partie prolongatrice; la Fig 5 est une coupe axiale de la partie du raccord se trouvant au- dessus de la partie inférieure représentée sur la Fig 3, après descente de la chemise inférieure; la Fig 6 est une vue de dessus du clapet; et la Fig 7 est une vue en élévation et coupe partielle du raccord pendant la production du puits. Sur la Fig 1, un puits pétrolier I est délimité par un cuvelage 2 à l'intérieur duquel on a fait descendre un tube de production 3 muni d'un packer hydraulique 4 pour fermer l'espace annulaire 5 compris entre le tube 3 et le cuvelage 2, l'effluent devant monter dans l'espace 6 interne au tube 3. On n'a pas représenté la tête de tube de production, ni les moyens 10 de suspension de celle-ci, ni la tête de puits, car ces organes sont classiques et n'ont pas de relation directe avec l'objet de l'invention. Le tube de production 3 comporte de manière classique:dans sa partie supérieure près de la surface terrestre,une vanne de sécurité de subsurface 7; au-dessus du packer 4, un raccord d'expansion 8 et une vanne de circulation coulissante 9; sous le packer 4, un raccord supérieur d'arrêt dit "no-go", un raccord perforé 10 et un raccord inférieurll d'arrêt dit "no-go" On a conservé dans ce tube de production 3 tous les organes habituels bien que certains, comme par exemple, la vanne de circulation coulissante 9, n'interviennent pas dans la complétion sans opéra20 tions de descente(-ou de montée au caâble que l'invention permet de réaliser, car ils peuvent être utilisés pour effectuer des opérations spéciales dans certains cas ou lors de l'apparition de certaines anomalies. Ce tube de production 3 diffère d'un tube de production classique par l'insertion en dessous du packer 4, d'un raccord spécial 12 qui va 25 être décrit en se référant aux Fig 2 à 7. Sur la Fig 2, on voit que ce raccord 12 comprend une enveloppe formée d'un corps supérieur 13 vissé à un manchon 14 du tube de production 1, d'un corps médian 15, d'un corps inférieur 16 et d'un corps prolongateur 17 Ces différents corps sont raccordés les uns aux autres par vissa30 ge et leurs liaisons sont rendues étanches par des joints d'étanchéité toriques 18, 19 et 20. -6 L'intérieur de cette enveloppe peut être considéré comme formant cinq parties successives: une partie supérieure délimitée par le corps supérieur 13, qui forme un fourreau 21 tenant à l'état radialement serré une chemise supérieure 22 en alliage métallique élastique, fendue selon une génératrice 23 et retenue axialement par une goupille cisaillable 24; une première partie médiane élargie délimitée par le corps médian 15 et servant de logement à un clapet rabattant 25 qui est monté sur un support 26 et peut s'ouvrir dans un espace 27 ménagé par le corps médian 15; une deuxième partie médiane, de diamètre interne compris 10 entre celui de la partie supérieure et celui de la première partie médiane, délimitée par une portion supérieure élargie 28 du corps inférieur 16 vissée dans le corps médian 15 et formant un logement d'extension 29 pour la chemise supérieure 22; une partie inférieure délimitée par le reste du corps inférieur 16 et formant un fourreau 30 tenant à l'état radiale15 ment serré; une chemise inférieure 31 en alliage métallique élastique, fendue selon une génératrice 32 et retenue axialement par une goupille cisaillable 33; et une partie prolongatrice délimitée par le corps prolongateur 17 formant un logement d'extension 34 pour la chemise inférieure 31, comme on le voit sur la Fig 3. Dans l'exemple représenté, on a supposé que la chemise inférieure 31 et la chemise supérieure 22 s'emboîtaient l'une dans l'autre selon des portions cylindriques respectives 35 et 36 Entre la chemise supérieure 22 et le corps supérieur 13 et entre la chemise inférieure 31 et le corps inférieur 16, on a inséré des joints toriques d'étanchéité en matériau 25 élastomère, respectivement 37 et 38. Dans la portion supérieure des chemises 22 et 31 on a formé des sièges, respectivement 39 et 40, destinés à recevoir des billes de fermeture, respectivement 41 (Fig 5) et 42 (Fig 2) Le siège 39 et la bille 41 ont des diamètres supérieurs aux diamètres du siège 40 et de la bille 42. Le clapet rabattant 25 est, au repos, ramené en position de fermeture par un ressort de rappel 43, comme on le voit sur la Fig 6. On va décrire la fonctionnement du raccord 12. -7 Le tube de production 3 est descendu dans le puits l avec le packer 4 rétracté et le raccord l 2 dans la position représentée sur la Fig 2, sauf que la bille 42 est encore à la surface Apres la descente et la pose du tube de production 3, on pompe du fluide léger de démarrage dans l'espace 6 interne au tube de production 3 et on peut effectuer un test d'étanchéité de la vanne de sécurité de subsurface 7 en fermant celle-ci et en supprimant la pression au-dessus d'elle, puis on lâche la bille 42 à partir de la surface, ce qui obture la chemise inférieure 31. On augmente alors la pression dans l'espace 6 interne au tube 3 tout 10 d'abord jusqu'à une valeur suffisante pour ancrer le packer 4, puis à une valeur de test à laquelle on teste le tube 3 et enfin à une valeur de cisaillage à laquelle la goupille cisaillable 33 se sectionne, ce qui permet à la chemise inférieure 31 de descendre et de venir se placer dans le logement 34, comme le représentent les Fig 3 et 4 La fente 32 s'élar15 git alors grâce à l'élasticité de la chemise inférieure 31 et la bille 42 s'échappe du siège 40 En même temps, le clapet 25, qui était précédemment maintenu ouvert par la présence de la chemise inférieure 31 dans l'espace 27, se referme, comme le montre la Fig 5, assurant, conjointement avec les mesures classiques prises en surface, la sécurité pendant la phase 20 suivante d'enlèvement du bloc obturateur de puits (BOP) et de montage de la tête de puits. Après le montage de la tête de puits, on lâche la bille 41 qui vient obturer la chemise supérieure 22 On augmente alors la pression dans l'espace 6 interne au tube de production 3 pour cisailler la goupille 25 24, ce qui permet à la chemise supérieure 22 de descendre et de rouvrir le clapet 25 Cette chemise supérieure 22 vient se placer dans le logement 29, comme le montre la Fig 7 La fente 23 s'élargit grâce à l'élasticité de la chemise supérieure 22 et la bille 41 s'échappe du siège 39, Le tube de production 3 se trouve alors ouvert et le puits I est prêt à produire. La chemise supérieure 22 a une longueur suffisante pour rester tenue par le fourreau 21 jusqu'à ce que son bord inférieur ait atteint le logement 29 et pour continuer à tenir le clapet 25 ouvert lorsque la chemise supérieure est entièrement engagée dans le logement 29 Le diamètre interne de la chemise inférieure 31 à l'état radialement expansé dans -8 le logement 34 est supérieur au diamètre externe de la bille 41 de manière que celle-ci puisse librement sortir du tube de production. On remarquera que le système décrit présente aussi l'avantage de permettre un test de l'étanchéité de la vanne de sécurité de sub5 surface 7. De nombreuses modifications peuvent évidemment être apportées à la réalisation qui vient d'être décrite d'un raccord selon l'invention sans sortir du cadre de celle-ci. -9 Revendications l Tube de production ( 3) pour complétion d'un puits pétrolier ( 1) par mise en place, dans un cuvelage ( 2) du puits pétrolier ( 1), du tube de production ( 3) muni d'un dispositif d'étanchéité, dit packer ( 4), pour fermer l'espace annulaire ( 5) entre tube de production ( 3) et cuvelage ( 2) et par installation d'une tête de puits pour la production comportant, en dessous du packer ( 4), un siège à bille escamotable ( 40) qui permet, lorsqu'il a été fermé par le lâcher d'une bille ( 42), d'admettre un fluide sous pression dans l'espace ( 6) interne au tube de production et qui s'efface par déplacement axial et extension radiale sous l'action d'un excès de pression dans cet espace interne et se caractérisant en ce que le tube de production ( 3) comprend, en dessous du packer ( 4), d'une part un clapet de fermeture ( 25) disposé de manière à se fermer lorsque ledit siège ou premier siège ( 40) se déplace axialement sous l'action dudit excès de pression, pour fournir une sécurité lors de l'installation de la tête de puits, et, d'autre part, au- dessus de ce clapet ( 25) un deuxième siège ( 39) qui, fermé par le lâcher d'une deuxième bille ( 41) et soumis à un fluide sous pression admis dans l'espace ( 6) interne au tube de production, s'efface par déplacement axial et extension radiale, et provoque l'ouverture dudit clapet ( 25) et le maintien de celui-ci en position ouverte, pour mettre le puits ( 1) en état de production. 2 Raccord ( 12) pour tube de production ( 3) de puits pétrolier ( 1) selon la revendication 1, qui est destiné à être inséré dans le tube de production ( 3) au dessous du dispositif classique d'étanchéité, dit packer ( 4),qui comporte un siège à bille escamotable ( 40) et qui se caractérise en ce qu'il comprend, de haut en bas, dans le sens axial, les parties suivantes: une partie supérieure ( 13,21) dans laquelle une chemise supérieure ( 22) radialement extensible est tenue radialement serrée et se trouve retenue verticalement par au moins une première pièce cisaillable ( 24); une première partie médiane ( 15,27) portant un clapet de fermeture ( 25) et une deuxième partie médiane ( 28,29) contenant un logement ( 29) susceptible de recevoir ladite chemise supérieure ( 22) et d'en permettre l'extension radiale; une partie inférieure ( 16,30) dans laquelle une chemise inférieure ( 31) radialement extensible est tenue radialement serrée et se trouve retenue verticalement par au moins une deuxième pièce cisaillable ( 33), et une partie prolongatrice ( 17,34) contenant un logement ( 34) susceptible de recevoir ladite chemise inférieure ( 31) et d'en permettre l'extension, la chemise inférieure ( 31) formant, lorsqu'elle est radialement serrée, ledit siège ou premier siège ( 40) apte à recevoir une première bille de fermeture ( 42), la chemise supérieure ( 22) formant, lorsqu'elle est radialement serrée, un deuxième siège ( 39), de diamètre plus large que le diamètre du premier siège ( 40), apte à recevoir une deuxième bille de fermeture ( 41), la présence d'une des chemises inférieure ( 31) et supérieure ( 22) dans ladite première partie médiane ( 27) assurant l'ouverture dudit clapet ( 25) et la chemise inférieure ( 31)se prolongeant dans ladite première partie médiane ( 27) lorsqu'elle se trouve dans ladite partie inférieure ( 30) et la chemise supérieure ( 22) se prolongeant dans ladite première partie médiane ( 27) lorsqu'elle se trouve dans ladite deuxième partie médiane ( 29). 3 Raccord selon la revendication 2, caractérisé en ce que les chemises inférieure( 31) et supérieure ( 22) sont des chemises cylindriques fendues le long d'une génératrice ( 32,23). 4 Raccord selon la revendication 2, caractérisé en ce que les premier ( 40) et deuxième ( 39) sièges sont formés dans une portion supérieure des chemises inférieure ( 31) et supérieure ( 22). Raccord selon la revendication 1, caractérisé en ce que le clapet ( 25) est un clapet rabattant.