Brevet FR2560633A1 — publié le 19850906

La présente invention se rapporte à un dispositif de - commande de débit pour un puits, ce dispositif étant conçu pour être utilisé dans un train de tiges d'un puits de pé- trole et/ou de gaz afin d'établir une communication entre le train de tiges et l'espace annulaire qui l'entoure. Un manchon est positionné télescopiquement dans.un corps de fa- çon à recouvrir et obturer initialement des ouvertures for- mées dans le corps et à découvrir les ouvertures du corps lorsqu'on le désire. Il est souhaitable qu'il ne soit produit qu'un frottement minimal pendant le déplacement du manchon. La présente invention a pour objet un type de dispositif de commande de débit à manchon coulissant qui est facile à ac- tionner, qui fournit un moyen pour établir une communication entre le train de tiges et l'espace annulaire du puits et dont le fonctionnement peut être déclenché soit par un moyen mécanique soit par un moyen hydraulique. La présente invention a pour objet un dispositif de com- mande de débit pour un puits, ce dispositif étant conçu pour être utilisé dans un train de tiges d'un puits de pétrole et/ ou de gaz afin d'établir une communication entre le train de tiges et l'espace annulaire et comportant un corps tubu- laire réalisé de façon à pouvoir être assemblé dans un train de tiges monté dans un puits. Le corps comprend plusieurs ou- vertures agencées pour établir une communication entre 1'in- térieur du corps et l'extérieur du corps. Un manchon est mon- té télescopiquement mobile dans le corps et couvre et obture initialement les ouvertures. Au moins un taquet est porté par le manchon et le ou les taquets peuvent être déplacés vers l'extérieur par rapport au manchon en direction du corps. Le corps comporte un épaulement d'appui positionné de manière à maintenir les taquets repoussés vers l'intérieur lorsque le manchon recouvre les ouvertures de manière à permettre à un outil de venir en appui contre les taquets, de déplacer le manchon et de découvrir les ouvertures. Le corps comporte un évidement positionné de manière à recevoir les taquets. lorsque le manchon est déplacé à une position dans laquelle il découvre les ouvertures. Des moyens déblocables, tels que des moyens cisaillables, sont prévus entre le manchon et le corps et empêchent initialement le déplacement du man- chon par rapport au corps. L'invention peut également comporter les autres carac- téristiques suivantes: - le manchon peut comporter une fenêtre pour chaque taquet, les fenêtres ayant des bords supérieurs et inférieurs qui sont inclinés vers le haut et vers l'intérieur pour por- ter les taquets; - chaque taquet peut comporter une bille disposée sur l'extérieur du taquet, les billes venant initialement en ap- pui contre l'épaulement d'appui pour repousser les taquets vers l'intérieur et réduire le frottement au minimum lorsque le manchon est déplacé. Le manchon comporte alors un épaule- ment qui vient en appui contre les billes pour limiter l'im- portance du déplacement des taquets vers l'intérieur. De préférence, les billes sont en une matière plus tendre que le corps pour assurer une action anti-friction; - le corps peut comporter un organe d'étanchéité autour de chaque ouverture et être évidé en éloignement du manchon sauf aux emplacements qui entourent les organes d'étanchéité et les moyens déblocables, limitant de ce fait le contact de frottement, entre lecorps et le manchon lorsque le man- chon est déplacé. Le dispositif peut, en outre, comporter un piston hy- draulique et un passage formé dans le corps qui transmet au piston la pression régnant à l'extérieur du corps. Le piston est positionné de façon à venir en appui contre les moyens déblocables,tels qu'une goupille de cisaillement, et à les actionner lorsque le dispositif de commande dedébit est dé- placé vers le bas du trou de sonde et rencontre une pression hydrostatique suffisante pour actionner les moyens déblo- cables. D'autres buts, caractéristiques et avantages de la pré- sente invention apparaitront à la lecture de la description qui va suivre des modes de réalisation de l'invention actuel- lement préférés-considérés à la lumière des dessins annexes dans lesquels: la Fig. 1 est une vue en élévation, en partie en coupe, d'un mode de réalisation de la présente invention représenté dans la position fermée; la Fig. 2 est une vue en élévation en demi-coupe représentant le dispositif de la Fig. 1 en place dans un train de tiges et en position ouverte; la Fig. 3 est une vue en coupe prise suivant la ligne 3-3 de la Fig. 1; la Fig. 4 est une vue en coupe prise suivant la ligne 4-4 de la Fig. 1; la Fig. 5 est une vue en élévation, en partie en coupe, d'un autre mode de réalisation de la présente invention représenté dans la position fermée; et la Fig. 6 est une vue en coupe,prise suivant la ligne 6-6 de la Fig. 5. On décrira ci-après le dispositif de commande de débit pour un puits de l'invention en se référant à son emploi en tant que manchon de production perforé uniquement à des fins d'illustration étant donné que la présente invention est uti- lisable dans de nombreux types d'applications. On se référera maintenant aux dessins et en particulier aux Fig. 1 et 2 sur lesquelles on a désigné par la référence générale 10 le dispositif de commande de débit pour un puits selon la présente invention qui comporte,d'une manière géné- rale, un corps muni de raccords filetés supérieur 14 et in- férieur 16 destinés à permettre son montage dans un train de tiges 18 lequel est, à son tour, monté à l'intérieur du tu- bage 20 d'un puits. Le corps 12 comporte un alésage 22 et une ou plusieurs ouvertures 24 qui établissent une communi- cation entre l'alésage intérieur 22 du corps 12 et l'exté- rieur du corps 12, tel que l'espace annulaire 26 formé entre le train de tiges 18 et le tubage 20. Un manchon 30 est mon- té télescopiquement mobile dans l'intérieur du corps 12 et il recouvre et obture initialement les ouvertures 24 de sorte qu'il n'y a aucune communication entre l'alésage 22 et l'ex- térieur du corps 12. Le déplacement du manchon 30 vers le bas, comme plus particulièrement représenté sur la Fig. 2, établit la communication entre l'intérieur et l'extérieur du corps 12. Au moins un et, de préférence, plusieurs taquets 32 sont portés par le manchon 30. Chacun des taquets 32 com- prend un épaulement 34 qui s'étend vers l'intérieur par rap- port au manchon 30 à l'intérieur de l'alésage 22 de manière qu'un outil d'actionnement puisse venir en appui contre lui afin de déplacer les taquets et, de ce fait, le mandrin 30 vers le bas. Les taquets 32 sont montés mobiles dans des fe- nêtres formées dans le manchon 30, chacune de ces fenêtres comportant un bord supérieur 36 et un bord inférieur 38 qui sont inclinés vers le haut et vers l'intérieur pour porter le taquet 32 correspondant. Les bords supérieurs et infé- rieurs inclinés 36 et 38 contribuent à porter le taquet 32 et facilitent le déplacement du manchon 30 vers le bas lors- qu'un outil frappe l'épaulement 34. Il est souhaitable qu'un frottement minimal se produise au cours du déplacement du manchon 30. Ainsi, chaque taquet 32 comporte une bille 40 disposée sur son c6té extérieur. La bille 40 est initiale- ment en appui contre un épaulement d'appui 42 formé dans le corps 12, comme plus particulièrement représenté sur la Fig. 1. L'épaulement d'appui 42 est positionné de manière à repousser les taquets 32 vers l'intérieur lorsque le man- chon 30 recouvre les ouvertures 24 afin d'assurer que l'é- paulement 34 pénètre dans l'alésage 22 de manière qu'un ou- til puisse venir en appui contre l'épaulement 34, déplacer le manchon 30 et découvrir les ouvertures 24. En outre, le contact entre les billes 40 et l'épaulement 42 réduit le frottement au cours du déplacement du manchon 30. Le manchon comporte également un épaulement 44 qui est en butée contre les billes 40 pour limiter l'importance du déplacement des taquets 32 vers l'intérieur et pour les empêcher de tom- ber hors du manchon 30 dans l'alésage 22. Des moyens déblocables, tels qu'une goupille de cisail- lement 46, sont montés entre le manchon 30 et le corps 12 pour empêcher le déplacement du manchon 30 par rapport au corps pendant que le train de tiges 18 est descendu vers le fond du trou de sonde à l'intérieur du tubage 20. Ensuite, on descend un outil classique approprié quelconque dans le trou de sonde 22 de façon qu'il vienne en appui contre l'é- paulement 34 et cisaille la goupille 46 et déplace le man- chon 30 vers le bas, comme plus particulièrement représenté sur la Fig. 2, jusqu'à ce que les billes 40 et les taquets 32 soient écartés de l'épaulement d'appui et soient reçus dans un évidement 50. L'évidement 50 est positionné de manière à recevoir les taquets 32 lorsque le manchon 30 a été déplacé jusqu'à une position dans laquelle il découvre les ouvertures 24. Ceci permet également aux épaulements 34 des taquets 32 de se déplacer vers l'extérieur et de ne pas obstruerl'alésage 22 après que le dispositif 10 de com- mande de débit a été ouvert. De préférence, le corps 12 comporte des organes d'étan- chéité 52 et 54 disposés autour des ouvertures 24. On notera qu'il est préférable que le corps 12 soit évidé en retrait par rapport au manchon 30 excepté aux emplacements adjacents aux organes d'étanchéité 52 et 54 et à l'emplacement de mon- tage de la goupille de cisaillement 46. Ceci réduit le con- tact de frottement du glissement entre le manchon 30 et le corps 12. En outre, les billes de roulement 40 sont, de pré- férence, fabriquées en une matière plus tendre que le corps 12; ce sont, par exemple, des billes de laiton tandis que le corps 12 est en acier,ce qui assure ainsi un meilleur support et une surface à moindre frottement lorsque le man- chon 30 est actionné. Sur la Fig. 5 à laquelle on se référera maintenant, on a représenté un autre mode de réalisation dans lequel on a désigné les éléments semblables à ceux de la Fig. 1 par les mêmes références que celles indiquées sur la Fig. 1 suivies de l'indice inférieur "a". D'une manière générale, le dispo- sitif 10a de commande du débit pour un puits est semblable au dispositif 10 à cette exception près que, tandis que la goupille de cisaillement 46 du dispositif 10 est cisaillée mécaniquement par un outil qui vient en contact avec les épaulements 34 des taquets 32, la goupille ou les goupilles de cisaillement 46a sont cisaillées par des forces hydrau- liques hydrostatiques. En d'autres termes, au moins un pis- ton 60 est monté dans le corps 12a et est muni de joints d'étanchéité 62 de piston. Le piston 60 est exposé à la pression de fluide régnant dans l'espace annulaire 26 qui lui est transmise par un passage 64 et à la pression qui règne dans l'alésage 22. La grandeur de la force exercée par le piston dépend des forces hydrostatiques qui existent dans l'espace annulaire 26 du puits et dépend ainsi de la profondeur à laquelle le dispositif 10a est placé. Par con- séquent, en choisissant de manière appropriée les dimen- sions de la goupille ou des goupilles 46a de façon qu'elles se cisaillent à une profondeur désirée, le piston 60 ci- saillera la ou les goupilles à la profondeur désirée et l'outil mécanique n'a ensuite qu'à déplacer le manchon 30a et n'a pas à cisailler la ou les goupilles 46a. Lorsqu'il est utilisé comme manchon de production per- foré, le dispositif de commande 10 ou 10a est placé dans le train de tiges 18 juste au-dessous d'une garniture d'étan- chéité de puits et au-dessus d'un dispositif perforateur (non représenté). On descend le train de tiges 18 dans le tu- bage 20, en position obturée, et l'alésage 22 est sec pendant que le fluide est déplacé pendant la descente du train de tiges 18 du fait de la présence d'un disque derupture (non représenté) disposé entre le dispositif de commande 10 et le dispositif perforateur. Ainsi, l'alésage 22 est à la pres- sion atmosphérique. Ce type de technique de complétion est utilisé pour empêcher le fluide de complétion de pénétrer dans la formation du puits après la perforation du tubage 20. On pose la garniture d'étanchéitédu puits et l'appareil est alors dans la position fermée dans laquelle le man- chon 30 obture les ouvertures 24. Lorsqu'on désire ouvrir les ouvertures24 pour permettre la production permanente de s'écouler à partir de l'espace annulaire 26 par les ouvertures 24 et dans l'alésage 22, on fait tomber à partir de la surface un outil ou barre d'actionnement qui perfore le disque après avoir traversé le manchon 30 et être venu heurter les épaulements 34 des taquets 32 pour cisailler la goupille de cisaillement 46, dans le cas du mode de réa- lisation des Fig. 1 et 2 et déplacer le manchon 30 vers le bas jusqu'à la position ouverte comme plus particulièrement représenté sur la Fig. 2. Dans le cas du mode de réalisation de la Fig. 5, le dispositif 10a a sa goupille de cisaille- ment 46a cisaillée par le piston 60 en réponse aux forces hydrostatiques existant dans l'espace annulaire du fait de la pression différentielle engendrée par la hauteur du fluide dans l'espace annulaire 26 et par la pression atmosphérique régnant dans l'alésage 22. Cependant, le manchon 30a n'est pas déplacé avant qu'il soit entrainé mécaniquement par un outil d'actionnement qui agit sur les épaulements 34a des taquets 32a. 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 divul- gation des modes de réalisation actuellement préférés de l'invention, de nombreux changements en ce 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 - Un dispositif (10, 1Oa) de commande de débit pour un puits, conçu pour être utilisé dans un train de tiges (18) d'un puits de pétrole et/ou de gaz afin d'établir une communication entre l'intérieur du train de tiges et l'espace annulaire (26) du puits qui entoure le train de tiges, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte: un corps tubulaire (12; 12a) réalisé de manière à pouvoir être monté dans un train de tiges (18) descendu dans un puits, ce corps comportant plusieurs ouvertures (24) pour établir une communication entre l'intérieur (22; 22a) du corps et l'extérieur du corps; un manchon (30; 30a) monté télescopiquement mobile dans l'intérieur du corps et recouvrant et obturant initialement les ouvertures; au moins un taquet (32; 32a) porté par le manchon, ce ou ces taquets pouvant être déplacés vers l'extérieur par rapport au manchon en direction du corps; le corps comprenant un épaulement d'appui (42; 42a) positionné pour repousser les taquets vers l'intérieur lorsque le manchon recouvre les ouvertures pour permettre à un outil de venir en appui contre les taquets (32), de déplacer le manchon et de découvrir les ouvertures (24); le corps (12; 12a) comprenant un évidement (50; 50a) positionné de manière à recevoir les taquets (32_; 32a) lorsque le manchon est.déplacé jusqu'à une position dans laquelle il découvre les ouvertures (24) et des moyens déblocables (46; 46a) disposés entre le manchon et le corps, empêchant initialement le déplacement du manchon par rapport au corps. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, un piston hydraulique (60) et un passage (64) formé dans le corps (12) transmettant au piston la pression qui règne à l'exté- rieur du corps, le piston étant positionné de façon à ve- nir en appui contre les moyens déblocables (46a) et à les actionner lorsque le dispositif de commande de débit (iOa) est déplacé vers le bas du trou de sonde et rencontre une pression hydrostatique suffisante pour actionner les moyens déblocables. 3 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le manchon (30, 30a) comporte une fenêtre pour chaque taquet (32; 32a), ces fenêtres ayant des bords supérieurs (36) et inférieurs (38) qui s'inclinent vers le haut et vers l'intérieur pour porter les taquets. 4 - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque taquet (32; 32a) comporte une bille (40; 40a) disposée du cOté extérieur dudit taquet. 5 - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le manchon (30; 30a) comporte un épaulement (44) qui vient en appui contre les billes (40; 40a) pour limiter l'importance du déplacement des taquets vers l'intérieur. 6 - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les billes (40; 40a) sont en une matière plus tendre que le corps (30; 30a). 7 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps (30; 30a) comporte un joint d'étanchéité (52; 54) disposé autour de chaque ouverture (24) et le corps est évidé en éloignement du manchon excepté au niveau des joints d'étanchéité et des moyens déblocables (46; 46a) afin de limiter le contact de frottement entre le corps et le manchon lorsque le manchon est déplacé. 8 - Un dispositif (10; 10a) de commande de débit pour un puits, conçu pour être utilisé dans un train de tiges (18) d'un puits de pétrole et/ou de gaz afin d'établir une communication entre l'intérieur du train de tiges et l'espace annulaire (26) du puits qui entoure le train de tiges, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte: un corps tubulaire (12; 12a) réalisé de manière à pouvoir être monté dans un train de tiges (18) descendu dans un puits, ce corps comportant plusieurs ouvertures (24) pour établir une communication entre l'intérieur (22; 22a) du corps et l'extérieur du corps; un manchon (30, 30a) monté télescopiquement mobile dans l'inté- rieur du corps et recouvrant et obturant initialement les ouvertures; plusieurs taquets (32; 32a) portés. par le manchon; le manchon comportant une fenêtre pour chaque taquet, chacune des fenêtres ayant un bord supérieur (36) et un-bord inférieur (38) qui sont inclinés vers le haut et vers l'in- térieur pour porter les taquets; chaque taquet comportant une bille (40; 40a) disposée du côté extérieur dudit taquet; le corps comportant un épau- lement d'appui (42; 42a) positionné de façon à être en appui contre les billes et à repousser les taquets vers l'intérieur lorsque le manchon recouvre les ouver- tures pour permettre à un outil de venir en appui contre les taquets, de déplacer le manchon et de découvrir les ouvertures; le manchon comportant un épaulement (44) en appui contre les billes pour limiter l'importance du déplacement des taquets vers l'inté- rieur; le corps comprenant un évidement (50; 50a) positionné de manière à recevoir les taquets lorsque le manchon est déplacé jusqu'à une position dans laquelle il découvre les ouvertures; et des moyens déblocables (46; 46a) disposés entre le manchon et le corps et empêchant initialement le déplacement du manchon par rapport au corps.