Brevet FR2556787A1 — publié le 19850621

La présente invention concerne une pompe à vis excentrique pour refouler des liquides hors de puits de forage, en particulier hors de puits de forage de pétrole, comportant une vis excentrique, un stator associé à cette dernière et aménagé au point le plus bas d'une colonne montante, et en surface un ensemble d'entraînement et de paliers, dont l'arbre d'entraîne- ment est relié avec un train de tiges par l'intermé- diaire d'une liaison rotative qui transmet le couple de rotation et l'effort axial, train de tiges auquel est suspendu le rotor. Dans la suite la vis excentrique sera toujours désignée par rotor. Dans les pompes à vis excentrique connues de ce type de construction, la pression de refoulement nécessaire est produite par un ensemble de refoulement ayant un stator et un rotor disposé dans ce dernier. A ce sujet le stator peut être formé de l'assemblage de plusieurs stators individuels. Cet ensemble de refoulement est disposé au point le plus bas de la colonne montante là o sous le stator peuvent encore être prévus un filtre et une conduite d'aspiration. Le train de tiges qui supporte le rotor est fixé par une liaison à vis coaxiale à l'arbre d'entraînement de configuration massive de l'ensemble d'entraînement et de paliers en surface. Le positionnement du rotor à l'intérieur du stator se fait à l'aide de pièces d'adap- tation en forme de tiges qui sont fixées à l'extrémité supérieure du train de tiges. Si le rotor est usé, il faut dans ces circons- tances, enlever plusieurs centaines de mètres du long train de tiges, et si le stator est usé, il est néces- saire d'enlever aussi bien la colonne montante que le train de tiges. De plus, il est désavantageux, qu'à cause des pièces d'adaptation mentionnées précédemment dans le train de tiges, le positionnement du rotor par rapport au stator associé ne soit possible à chaque fois que par paliers discontinus. Le but de l'invention est l'amélioration de la fabrication et de la manoeuvre de la pompe à vis excentrique mentionnée au début. Ce but est atteint conformément à l'invention par le fait que dans la colonne montante on a inséré plusieurs stators séparés alignés verticalement les uns avec les autres et/ou que dans le train de tiges on a inséré plusieurs rotors disposés les uns au-dessus des autres. Pour cela il est nécessaire dans la plupart des types de réalisation que la plus grande section du train de tiges, ainsi que des raccords de tiges aux deux extrémités des rotors, se trouve à l'intérieur de la section libre circulaire du stator selon une projec- tion verticale dans la direction du train de tiges. Ainsi, on peut pousser chaque fois le train de tiges au travers d'un stator. Ceci est particulièrement indis- pensable dans le cas o la pression de refoulement nécessaire doit être produite non plus seulement par un seul ensemble de refoulement mais par plusieurs, qui peuvent être disposés soit avec des espacements relati- vement courts au point le plus bas de la colonne montante ou qui peuvent être répartis sur toute la longueur du tuyau de montée avec des espacements plus ou moins uniformes, comme des stations de compression montées en série. De plus, il est utile que la liaison rotative entre l'arbre d'entraînement et le train de tiges soit un accouplement qui permette une liaison rotative quelle que soit la hauteur de l'extrémité supérieure du train de tiges par rapport à l'arbre d'entraînement. On peut régler le rotor en hauteur de façon continue et donc très exactement par rapport au stator associé. Dans un mode de réalisation avantageux, l'arbre d'entraînement peut avoir la configuration d'un arbre creux, à travers lequel se dresse l'extrémité supérieure du train de tiges, un joint étant prévu entre l'arbre creux et l'extrémité supérieure du train de tiges. La transmission du couple de rotation ainsi que de l'effort axial de l'arbre d'entraînement de configuration creuse à l'extrémité supérieure du train de tiges de configuration cylindrique se fait utilement par une liaison à entraînement par friction, de sorte que l'extrémité supérieure du train de tiges puisse être maintenue sans dommage dans n'importe quelle position. Pour cela, on peut prévoir une pièce de blocage séparée, qui présente un raccord à emboîtement géométrique en pénétrant dans l'arbre creux, par exem- ple une clavette, une languette frontale ou une sorte d'accouplement à crabot, tout en présentant une liai- son entraînée par adhérence avec l'extrémité supérieure du train de tiges. Il est en outre avantageux que soit prévu au moins un stator de réserve, auquel aucun rotor n'est associé, et/ou que soit prévu au moins un rotor de réserve, auquel aucun stator n'est associé. On peut par exemple aménager un stator de réserve entre deux ensem- bles de refoulement constitués chacun d'un stator et d'un rotor. En soulevant ou en abaissant le train de tiges, on peut donc amener le rotor qui se trouve en dessous ou au-dessus de ce stator de réserve en prise avec le stator de réserve, opération par laquelle on sépare le couple stator/rotor qui se trouvaient précé- demment en prise. Pour cela il faut choisir pour l'extrémité supérieure du train de tiges, des pièces d'extrémité cylindriques suffisamment longues pour permettre le soulèvement et l'abaissement nécessaires du train de tiges. En raison de cet aménagement, il n'est plus indispensable de devoir enlever la totalité de la colonne montante et/ou la totalité du train de tiges, chaque fois qu'un stator ou qu'un rotor est usé. Le stator de réserve et le rotor de réserve peuvent être réalisés avec leurs cotes nominales, mais on peut aussi donner au stator de réserve une configu- ration sous-dimensionnée qui compense l'usure ou encore au rotor de réserve une configuration sur-dimensionnée qui compense l'usure. Finalement, il est avantageux que le train de tiges soit constitué d'arbres A.P.I. qui soient vissés sur chacune des extrémités frontales des rotors. Il s'agit ici d'arbres standardisés par l'American Petroleum Institute, qui sont pourvus à leurs extrémi- tés de filetages extérieurs standardisés. D'autres liaisons sont possibles. L'extrémité supérieure du train de tiges est constituée de préférence d'au moins une tige polie normalisée, qui est aussi déjà utilisée actuellement pour des trains de tiges de ce type, qui présente une surface cylindrique calibrée et qui sera choisie pour assurer l'étanchéité vis-à-vis de l'arbre creux. Ces tiges polies normalisées sont pourvues à leurs extré- mités de filetages extérieurs de plus petit diamètre, de façon que l'extrémité supérieure du train de tiges puisse être suspendue de façon simple à une installa- tion de levage. On a représenté dans les dessins quelques modes de réalisation de l'invention pour servir d'exemples. On y voit: figure 1, en coupe, une pompe à vis excentrique avec deux ensembles de refoulement aména- gés l'un au-dessus de l'autre; figure 2, une pompe à vis excentrique représentée conformément à la figure 1, avec un seul ensemble de refoulement et un rotor de réserve aménagé au-dessus; figure 3, une pompe à vis excentrique représentée conformément à la figure 2, avec un seul ensemble de refoulement et un stator de réserve aménagé au-dessous; figure 4, une pompe à vis excentrique représentée conformément à la figure 3 avec deux ensembles de refoulement aménagés l'un au-dessus de l'autre, après chacun desquels, vers le bas, se trouve placé un stator de réserve; À figure 5, un ensemble d'entraînement et de paliers en surface; figure 6, un détail de la figure 5 à échelle plus grande, dans lequel la représentation de gauche est tournée de 90 par rapport à celle de la figure 5, tandis que la représentation de droite montre l'aménagement conforme à la figure 5, mais en vue de côté. Les figures 1 à 4 montrent l'extrémité infé- rieure d'un puits de forage de pétrole 1, dans lequel se dresse une pompe à vis excentrique, qui présente une colonne montante 2 ainsi qu'un train de tiges 3 concentrique aménagé dans cette dernière. Conformément à la figure 1, deux ensembles de refoulement 4, 5 sont prévus, qui présentent chacun un stator 6 ainsi qu'une vis excentrique 7 associée à ce dernier, vis qui dans la suite sera désignée généralement par rotor. Les deux stators 6 alignés l'un avec l'autre à la verticale sont insérés à une certaine distance l'un de l'autre selon un montage en série dans la colonne montante. Les deux rotors 7 sont suspendus au train de tiges 3, qui peut être constitué par exemple d'arbres A.P.I. qui à chaque fois sont vissés dans les extrémités frontales des rotors. A l'extrémité inférieure du stator inférieur 6 se raccorde une conduite d'aspiration 8, dans laquelle peut être aménagé un filtre qui ne figure pas en détail. Dans le mode de réalisation conforme à la figure 2, il n'est prévu qu'un seul ensemble de refou- lement 4 auquel est connecté en tête,- vers le haut, un rotor de réserve 9. En abaissant le train de tiges 3, le rotor 7 associé au stator 6 vient hors de prise avec le stator, tandis que le rotor de réserve 9 se glisse dans le stator 6. Dans ce cas, la conduite d'aspiration 8 a une configuration suffisamment longue pour pouvoir recevoir le rotor 7 et pour ainsi l'empê- cher de heurter le fond du puits de forage 1. Dans le mode de réalisation conforme à la figure 3, il n'est également prévu qu'un seul ensemble de refoulement 4, après lequel cependant dans ce cas est placé un stator de réserve 10. Si le stator 6 de l'ensemble de refoulement 4 est usé, le train de tiges 3, avec le rotor 7, est abaissé d'une longueur suffi- sante pour que ce dernier soit introduit complètement dans le stator de réserve 10. Le mode de réalisation conforme à la figure 4 représente une combinaison des modes de réalisation conformes aux figures 1 et 3. On y prévoit de nouveau deux ensembles de refoulement 4, 5, après chacun des- quels cependant est placé vers le bas un stator de réserve 10. On peut naturellement prévoir encore d'autres ensembles de refoulement tout au long du puits de forage 1, entre chacun desquels on peut ensuite amé- nager un stator de réserve 10. Mais on peut aussi, à la place des statorsde réserve, connecter un rotor de réserve 9 en tête de chaque ensemble de refoulement. La figure 5 montre un ensemble d'entraînement et de paliers en surface 11 pour le train de tiges 3. On prévoit un arbre d'entraînement 12, ayant une configuration d'arbre creux, qui de son côté est entraîné par un moteur, qui n'est pas représenté, par l'intermédiaire d'une poulie à courroie trapézol- dale 13 qui lui est solidaire en rotation; cet arbre est supporté par des paliers à l'intérieur d'un carter 14. L'étanchéité entre le carter 14 et la périphérie extérieure de l'arbre d'entraînement 12 se fait par un presse-étoupe 15. L'extrémité supérieure du train de tiges 3a qui peut être par exemple une tige polie, dont la sur- face extérieure a la configuration d'un ajustement cylindrique, se dresse au travers de l'arbre creux 12 et est liée à ce dernier par un accouplement, qui per- met une liaison rotative quelle que soit la position en hauteur de l'extrémité supérieure du train de tiges 3a par rapport à l'arbre d'entraînement 12. Cet accouple- ment est constitué d'un côté de deux demi-coquilles de serrage 16, 17 qui sont pressées à force contre l'extré- mité supérieure du train de tiges 3a au moyen de six boulons de serrage 18, ainsi que de deux clavettes frontales 19 prévues à l'extrémité supérieure de l'ar- bre creux 12, qui, à la façon d'un accouplement à cra- bots, sont en prise avec des logements correspondants pratiqués dans le bord inférieur des demi-coquilles de serrage 16, 17 et qui ainsi produisent une liaison rotative à emboîtement géométrique. La transmission du couple de rotation ainsi que l'effort axial de l'arbre d'entraînement 12 de configuration creuse à l'extré- mité supérieure du train de tiges 3a, se fait ainsi par un entraînement par friction, de sorte que l'extré- mité supérieure du train de tiges 3a puisse être maintenue sans dommage dans n'importe quelle position. Pour l'étanchéité entre l'extrémité supé- rieure du train de tiges 3a et l'arbre creux 12, on prévoit deux douilles 20, 21 ainsi qu'un joint torique 22 aménagé entre elles. Ce dispositif d'étanchéité 20, 21, 22 se trouve de préférence directement à l'extrémité supérieure de l'arbre creux 12. La figure 6 montre, à une échelle quelque peu agrandie par rapport à la figure 5, l'extrémité supé- rieure de l'arbre creux 12 avec les demi-coquilles de serrage 16, 17; la représentation gauche de la figure 6 représente une coupe longitudinale, qui est tournée de 90 vers la gauche par rapport à la représentation de la figure 5, alors que la représentation droite de la figure 6 montre en vue de côté l'aménagement conforme à la figure 5. REVENDICATIONS 1. Pompe à vis excentrique pour refouler des liquides hors de puits de forage, en particulier hors de puits de forage de pétrole (1), comportant une vis excentrique (rotor 7), un stator (6) associé à cette dernière et aménagé au point le plus bas d'une colonne montante (2) et, en surface, un ensemble d'entraînement et de paliers (11), dont l'arbre d'entraînement (12) est relié avec un train de tiges (3) par l'intermédiaire d'une liaison rotative (16, 17, 18,19) qui transmet le couple de rotation et l'effort axial, train de tiges auquel est suspendu le rotor (7), caractériséepar le fait que, sont insérés dans la colonne montante (2) plusieurs stators (6) séparés alignés verticalement les uns avec les autres et/ou dans le train de tiges (3) plusieurs rotors aménagés les uns au-dessus des autres. 2. Pompe à vis excentrique conforme à la revendication 1, caractériséepar le fait que la plus grande section du train de tiges (3) ainsi que des raccords de tiges aux deux extrémités des rotors se trouve être à l'intérieur de la section libre circu- laire du stator (6) selon une projection verticale dans la direction du train de tiges (3). 3. Pompe à vis excentrique conforme à la revendication 1 ou 2, caractériséepar le fait que la liaison rotative (16, 17, 18, 19) entre l'arbre d'en- traînement (12) et le train de tiges (3) est un accou- plement qui permet une liaison rotative quelle que soit la hauteur de l'extrémité supérieure du train de tiges (3) par rapport à l'arbre d'entraînement (12). 4. Pompe à vis excentrique conforme à la revendication 3, caractériséepar le fait que l'arbre d'entraînement (12) a la configuration d'un arbre creux, à travers lequel se dresse l'extrémité supérieure du train de tiges (3a) un joint (20, 21, 22) étant prévu entre l'arbre creux et l'extrémité supérieure du train de tiges (3a). 5. Pompe à vis excentrique conforme à l'une des revendications 1 à 4, caractérisée par le fait qu'au moins un stator de réserve (10) est prévu, auquel aucun rotor (7) n'est associé. 6. Pompe à vis excentrique conforme à l'une des revendications 1 à 5, caractérisée par le fait qu'au moins un rotor de réserve (9) est prévu, auquel aucun stator (6) n'est associé. 7. Pompe à vis excentrique conforme à la revendication 5, caractérisée par le fait que le stator de réserve (10) a une configuration sous- dimensionnée destinée à compenser l'usure. 8. Pompe à vis excentrique conforme à la revendication 6, caractérisée par le fait que le rotor de réserve (9) a une configuration sur- dimensionnée destinée à compenser l'usure. 9. Pompe à vis excentrique conforme à l'une des revendications précédentes, caractérisée par le fait que le train de tiges (3) est constitué d'arbres A.P.I., qui sont vissés sur chacune des extrémités frontales des rotors (7). 10. Pompe à vis excentrique conforme à l'une des revendications précédentes, caractérisée par le fait que l'extrémité supérieure du train de tiges (3a) est une tige polie normalisée.