Brevet FR2555246A2 — publié le 19850524

FR 2555246 A2 19850524 FR 8318463 A 19831121 VANNE DE SECURITE POUR PUITS PETROLIER Le brevet principal est relatif à une vanne de sécurité pour puits petrolier qui comporte un corps de vanne de forme générale cylindrique, un organe d'obturation à la partie inférieure de ce corps, un coulisseau cylindrique capable de coulisser longitudinalement à l'interieur dudit corps et d'entraîner dans son mouvement descendant l'ouverture de l'organe d'obturation, un système de verrouillage disposé dans des logements radialement extérieurs dudit corps et comprenant une pièce d'accrochage radialement extensible, apte à s'encastrer, à l'état expansé, dans une gorge d'arrêt extérieure audit corps, et deux garnitures d'étanchéité, l'une supérieure, i'autre inférieure, disposées dans des régions radialement ex terieures dudit corps et formant entre elles un espace destiné à recevoir un fluide de commande et dans laquelle les deux garnitures d'étanchéité sont disposées de part et d'autre longitudinalement du systeme de verrouillage et ledit coulisseau cylindrique est solidaire d'une bague d'appui sur laquelle agit un ressort de rappel tendant à faire monter le coulisseau cylindrique. La presente addition propose des particularités de réalisation de cette vanne qui en simplifient la fabrication et qui en augmentent la durée de vie. Selon un objet de cette addition, le ressort de rappel est disposé au-dessus de la garniture d'étanchéité supérieure et se trouve dans un volume annulaire entre corps de vanne et coulisseau cylindrique délimité par un joint d'étanchéité supérieur porté par le corps de vanne et en contact avec une portion supérieure du coulisseau cylindrique et par un joint d'étanchéité inférieur porté par le corps de vanne et en contact avec une portion inférieure du coulisseau cylindrique le long d'une circonférence de diamètre supérieur à celui de la circonférence de contact entre le joint supérieur et ladite portion supérieure du coulis seau cylindrique, ce volume etant destiné à être baigné par le fluide de commande. D'autres particularités de cette addition ressortiront d'exemples de réalisation qui vont être donnés à titre non limitatif en se référant au dessin joint dans lequel Les Fig. I à 3 représentent, de haut en bas, en coupe verticale, une vanne de sécurité installée dans un raccord-réceptacle du tube de production La Fig. 4 représente une coupe transversale selon la ligne 4-4 de la Fig. 2 La Fig. 5 est une demi-coupe verticale du système de verrouillage et de la garniture supérieure lors de la descente de la vanne dans un tube de production ; La Fig. 6 est une demi-coupe verticale du système de verrouillage au début de la phase d'ancrage La Fig. 7 est une coupe verticale de l'organe d'obturation en position d'ouverture ; La Fig. 8 est une coupe verticale de la partie supérieure d'une vanne de sécurité avec tube interne solidaire du coulisseau cylindrique ; et La Fig. 9 est une coupe verticale de la suspension inférieure recevant les extrémités du tube interne et du coulisseau cylindrique en position d'ouverture de la vanne. Dans ces figures, on a conservé les memes références que dans le brevet principal pour désigner des pièces analogues. Sur les Fig. ], 2 et 3, on voit que le ressort de rappel 23 se trouve dans un volume annulaire 82 rempli d'huile hydraulique en fonctionnement d'ouverture de la vanne . Ce volume annulaire 82, ménagé entre le corps de vanne 12 et le coulisseau cylindrique 21, est délimité par un joint d'étanchéité supérieur 83 porté par le corps de vanne 12 et se trouvant au contact d'une portion supérieure 84 du coulisseau cylindrique 21 le long d'une première circonférence et par un joint d'étanchéité inférieur 85 porté aussi par le corps de vanne 12 et se trouvant au contact d'une portion inférieure 86 du coulisseau 21 le long d'une deuxième circonférence de diamètre supérieur à celui de la premiere circonférence, de manière à créer une surface différentielle d'action de l'huile hydraulique sur le coulisseau 21.En modifiant simplement le diamètre de la première circonférence, on peut adapter la vanne à diverses profondeurs de puits. On a ménagé dans ce volume 82 un système amortisseur qui évite de soumettre le clapet 13 à des chocs dangereux lors de sa fermeture sous une pression différentielle. Ce système amortisseur est constitué par un piston 87 muni d'une bague 88 en tétrafluoréthylène rainurée dans le sens vertical pour créer des passages de laminage pour l'huile hydraulique contenue dans le volume 82. Ce piston 87, solidaire du coulisseau 21, sert également d'appui supérieur pour le ressort de rappel précontraint 23. Dans l'exemple représente, le piston 87 est formé par une jonction femelle portée par la portion supérieure 84 du coulisseau 21 et liée par vissage à la portion inférieure de ce coulisseau.Dans cette jonction, un espace est occupé par une cale entretoise 89 qui, dans une autre version de realisa- tion, peut être remplacée par un croisillon 90 solidarisant le coulisseau 21 avec un tube interne 64, comte on peut le voir sur la Fig. 8. La portion supérieure 84 du coulisseau 21 porte une tête de repe- chage 91 retenue vers le haut par une butée cisaillable 92.Entre le coulisseau 21 et le corps de vanne 12, ou a formé, au-dessus du joint d'étanchiite supérieur 83 et en dessous de la tête de repêchage 91, une chambre à graisse 93 munie dans sa partie inférieure, d'orifices calibrés 94 permettant, lors de la première ouverture de la vanne, d'injecter une graisse silicone dans l'espace compris entre coulisseau 21 et corps de vanne 12 et d'éviter ainsi toute sédimentation, ce qui facilite grandement le retrait de la vanne le moment venu. Le système de verrouillage comprend une bague élastique ouverte 95 d'accrochage, munie d'une denture interne, des clavettes d'écartement 96 munies d'une denture externe et une bague cylindrique de retenue 97. Les clavettes d'écartement 96 sont disposees dans des ouvertures 98 du corps de vanne 12 et elles sont retenues radialement par des ressorts 99 entourant 11 ensemble des clavettes. La vague r:lindrique de retenue 97 es 'insérée extérieurement autour du coulisseau cylindrique 21 et elle écarte radialement les clavettes 96. Cette bague 97 se termine à sa partie supérieure par une bride 100 sur laquelle appuie le ressort de rappel 23 par l'intermédiaire d'une rondelle 101. Ainsi, tout risque de déverrouillage accidentel-de la vanne en cas de chocs est écarté. La bague élastique 95 se trouve maintenue en une position basse pendant la descente de la vanne dans le tube de production 1, comme on le voit sur la Fig. 5. Puis, cette bague 95 est retenue par le bord infé- rieur de la gorge d'arrêt 6 comme le montre la Fig. 6, ce qui permet un déplacement relatif de cette bague par rapport aux clavettes d'écartement 96 qui s'engagent dans la bague 95 et la maintiennent radialement écartée dans la gorge d'arrêt 6, comme on le voit sur la Fig. 2. Un décrochement 102 dans la surface extérieure du coulisseau 21 se trouve disposé au-dessous de la partie inférieure de la bague cylindrique de retenue en position haute du coulisseau, de sorte que, lorsqu'on veut déverrouiller la vanne, on tire vers le haut le coulisseau 21 en rompant la butée cisaillable 92, afin de remonter suffisamment le coulisseau 21, pour que la bague cylindrique de retenue 97, entratnée par ce coulisseau, dégage les clavettes d'écartement 96 et permette à celles-ci de se rétracter radialement en s'appuyant contre le coulisseau 21 et de libérer la bague élastique 95. La garniture d'étanchéité supérieure 14 comprend : une pièce mobile en forme de double cône 103, un anneau d'étanchéité supérieur 104 disposé entre une butée 105 portée par le corps de vanne 12 et une surface conique 106 de la pièce 103, un anneau d'étanchéité inférieur 107 disposé entre 11 autre surface conique 108 de la pièce 103 et une bague mobile de compression 109. Cette bague 109 se trouve poussée vers le haut lorsque la bague 95 s'encastre dans la gorge d'arrêt 6 et elle comprime directement l'anneau d'étanchéité inférieur 107 et indirectement l'anneau d'étanchéité supérieur 104. Ce système assure une bonne étanchéité entre vanne et tube de production et il se rétracte facilement sans présenter de coincements lorsqu'on déverrouille la vanne. Pour assurer l'égalisation des pressions de part et d'autre du clapet 13, on a prévu de disposer sur le corps de vanne 12, en dessous de la garniture d'étanchéité inférieure 15, une soupape d'égalisation des pressions 110 qui est normalement fermée et qui se trouve ouverte au moment où le coulisseau cylindrique 21 est près de la position où il va ouvrir le clapet 13, par un bossage 111 porté par le coulisseau cylindrique 21. Sur la Fig. 3, le coulisseau 21 est en position haute et le bossage 111 se trouve au-dessus de la soupape 110. Sur la Fig. 7, le coulisseau 21 est en position basse et le bossage 111 se trouve en dessous de la soupape 110 après être passé au niveau de celle-ci lorsque le clapet 13 allait s'ouvrir. Sur la Fig. 8, on a représenté la partie supérieure d'une vanne de sécurité dans le cas d'un coulisseau 21 solidaire d'un tube interne 64. Une tête de repêchage 112, traversée par le tube interne 64, est à l'état normal reliée au corps de vanne 12, par une pièce de liaison 113 dont la portion inférieure 114 se visse à gauche dans le corps de vanne 12 et dont une portion médiane 115 comporte une section rétrécie, tandis qu'une portion supérieure 116- présente un épaulement 117 destiné à venir saisir une bague superieure 118 portée par le coulisseau 21 à son extrémité supérieure, lorsque la pièce de liaison 113 est rompue. Ainsi, la tête de repêchage 112 sert de butée supérieure au coulisseau 21 en fonctionnement normal et permet d'entrainer vers le haut ce coulisseau 21 après rupture de la pièce de liaison 113, soit par rotation, soit par traction. On remarquera sur la Fig. 9 que l'extrémité inférieure du tube interne 64 a été munie d'un chanfrein 119 qui vient, en position basse de ce tube interne, s'appliquer sur une portée métallique 120 d'une suspension inférieure 121 solidaire du corps de vanne. En dessous de la portée métallique 120, on a installé un joint à lèvre 122. Une cale de réglage 123 permet de compenser en hauteur les écarts entre les positions relatives du tube interne 64 et du coulisseau 21. Revendications 1. Vanne de sécurité comportant un corps de vanne (12) de forme générale cylindrique, un organe d'obturation (13), à la partie inférieure de ce corps, un coulisseau cylindrique (21) capable de coulisser longitudina lement à l'intérieur dudit corps (12) et d'entraîner dans son mouvement descendant l'ouverture de l'organe d'obturation (13), un système de verrouillage (96,95) disposé dans des logements radialement extérieurs dudit corps (12) et comprenant une pièce d'accrochage (95) radialement extensible, apte a s' encastrer, à l'état expansé, dans une gorge d'arrêt, extérieure audit corps (12) et deux garnitures d'étanchéité, l'une supérieure (14), l'autre inférieure (15), disposées dans des régions radialement extérieures dudit corps (12) et formant entre elles un espace destiné à recevoir un fluide de commande, dans laquelle les deux garnitures d'étanchéité (14, 15) sont disposées de part et d'autre longi tudinalement du système de verrouillage (96, 95) et ledit coulisseau cylindrique (21) est solidaire d'une bague d'appui (22) sur laquelle agit un ressort de rappel (23) tendant à faire monter le coulisseau cylindrique (21), caractérisée en ce que ce ressort de rappel (23) est disposé au-dessus de la garniture d'étanchéité supérieure (14) et se trouve dans un volume annulaire (82j entre corps de vanne (12) et coulis seau cylindrique (21) delimité par un joint d'étanchéité supérieur (83) porté par le corps de vanne (12) et en contact avec une portion supérieure (84) du coulisseau cylindrique (21) et par un joint d'étanchéite infé rieur (85) porté par le corps de vanne (12) et en contact avec une por tion inférieure (86) du coulisseau cylindrique (21) le long d'une cir conférence de diamètre supérieur à celui de la circonférence de contact du joint supérieur avec ladite portion supérieure (84) du coulisseau cylindrique (21), ce volume annulaire (82) étant destiné à être baigné par le fluide de commande. 2. Vanne de sécurité selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'un piston amortisseur à passages de laminage (87), solidaire du coulisseau cylindrique (2Ij est disposé dans ledit volume annulaire (82) au-dessus dudit ressort de rappel (23) pour amortir les déplacements dudit coulis seau cylindrique (21). 3. Vanne de sécurité selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit ressort de rappel (23) s'appuie, à l'état comprimé, par sa partie inférieure, sur le corps de vanne (12) par l'intermédiaire d'une partie supérieure (100) d'une bague cylindrique de retenue (97) disposée entre le coulisseau cylindrique (21) et le corps de vanne (12) pour maintenir la pièce d'accrochage (95) du système de verrouil lage (96, 95) en position d'expansion radiale, tandis qu'un decrn - ment (102) formé dans le coulisseau cylindrique (21) est apte à en traîner vers le haut cette bague cylindrique de retenue (97), par la partie inférieure de celle-ci. 4. Vanne de sécurité selon la revendication .1 ou 3, caractérisée en ce que la pièce d'accrochage (95) du système de verrouillage (96,95) est une bague ouverte à denture interne et en ce que des clavettes d'écar tement à denture externe (96) sont insérées dans des ouvertures (98) du corps de vanne (12) au droit de la position d'encastrement de ladite pièce d'accrochage (95). 5. Vanne de sécurité selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend, pour la garniture d'étanchéité supérieure (14), l'ensemble d'une pièce mobile en forme de double cône (103) , d'un anneau d'étan chéité supérieur (104) disposé entre une butée (105) portée par le corps de vanne (12) et l'une (106) des deux surfaces coniques de ladite pièce en double cône (103), d'un anneau d'étanchéité inférieur (107) disposé entre l'autre surface conique. (108) de ladite pièce en double cône (103) et d'une bague mobile de compression (109) elle-même apte à être poussée par ladite pièce d'accrochage (95) lorsque celle-ci vient s'encastrer dans ladite gorge d'arrêt. 6. Vanne de sécurité selon la revendication 1, caractérisée en ce que le corps de vanne (12) porte, en dessous de la garniture d'étanchéité in férieure (15), une soupape d'égalisation des pressions (110), normale ment fermée et en ce que ladite portion inférieure (86) du coulis seau cylindrique (21) porte un bossage (111) placé de manière à ouvrir ladite soupape (110) lorsque ledit coulisseau cylindrique (21) est près de la position où il va ouvrir l'organe d'obturation (13, 59). 7. Vanne de sécurité selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite portion supérieure (84) du coulisseau cylindrique (21) munie d'une tête de repêchage (91) et ledit corps de vanne (12) forment entre eux, au-dessus dudit joint supérieur (83) une chambre à graisse (93) reliée à l'extérieur dudit corps de vanne (12) par des orifices inférieurs (94). 8. Vanne de sécurité selon la revendication 1, dans laquelle ledit coulisseau cylindrique (21) est solidaire d'un tube interne (64) pour créer un passage interne à ce tube interne et un passage annulaire exterieur à ce tube interne, caractérisee en ce qu'elle comprend un organe de repêchage (112) attaché au corps de vanne (12) au moyen d'une pièce de liaison (113) à portion vissée à gauche (114) et à portion cisaillable (115) pour former une butée supérieure pour le coulisseau cylindrique (21), tandis que ce coulisseau cylindrique (21) porte à Son extrémité supérieure une bague supérieure (118) apte à etre saisie par ledit organe de repêchage (112) dans un mouvement ascendant de celui-ci lorsque ladite pièce de liaison (113) est roepue.