Brevet FR2566059A1 — publié le 19851220

Pompe à cavité progressant à travers des tubes. La présente invention concerne, d'une manière générale, des pompes à cavité progressives et, en par- ticulier, une installation de pompe à cavité progres- sive dans un puits à travers un tubage et en utilisant des tiges aspirantes pour entraîner la pompe. Une pompe à cavité progressive est une pompe bien connue fréquemment appelée pompe "Moineau", qui comporte un élément extérieur ou stator en matière élastomère. Ce stator comporte une hélice à pas double dans sa surface intérieure. Un rotor métallique com- portant une surface extérieure hélicoïdale à pas sim- ple vient s'adapter à l'intérieur du stator. Lorsque le rotor est entraîné en rotation, il provoque le pom- page d'un fluide à travers le stator. Les pompes à cavité progressives de ce type sont utilisées pour de nombreuses applications, en par- ticulier pour le pompage de liquides visqueux. Ces pompes sont également utilisées comme pompes de puits pétrolifères. Lors d'une utilisation comme pompe de puits pétrolifère, le stator est fixé à l'extrémité in- férieure du tubage de puits, puis abaissé dans le cuve- lage du puits. Le rotor est fixé à l'extrémité infé- rieure de la tige aspirante et abaissé à travers le tubage pour le localiser à l'intérieur du stator. La tige aspirante est entraînée en rotation au moyen d'une source motrice rotative installée en surface. Le bre- vet des Etats-Unis d'Amérique N 2.267.459 illustre un type d'installation pour une pompe à pétrole. Un inconvénient réside dans le fait que, lors- que le stator doit faire l'objet d'un entretien, la colonne de tubes doit être retirée. Cette opération prend beaucoup de temps et exige un équipement spécial. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique N 3.347.169 illus- tre une installation de pompe à cavité progressive dans laquelle le stator est abaissé à travers le tubage sur un câble d'entraînement flexible, puis fixé à l'aide d'un siège. L'objet de la présente invention est de fournir un moyen et un procédé pour le montage d'une pompe à cavité progressive à l'intérieur du tubage d'un puits, tout en remédiant aux inconvénients que présentent de tels moyens et procédés de la technique antérieure. Suivant la présente invention, la pompe à cavité progressive est abaissée à travers le tubage sur un train de tiges aspirantes. Le tubage compor- te un organe d'appui fixé à son extrémité inférieure.- En dessous du stator, est monté un organe d'appui des- tiné à venir se loger dans l'organe d'appui du tubage. Le rotor est fixé à une tige d'entraînement, laquelle est à son tour fixée à un train de tiges aspirantes. La tige d'entraînement est logée à l'intérieur d'un raccord de rotor tubulaire dans lequel est monté un collier de retenue. La tige d'entraînement comporte des brides espacées qui ne passeront pas à travers le collier de retenue, permettant ainsi d'abaisser le stator sur la tige aspirante. Dès qu'ils reposent sur leur siège, la tige aspirante et le rotor sont tirés vers le haut sur une distance de quelques centimètres afin de permettre la mise en extension de la tige. L'invention sera décrite ci-après à titre d'exemple en se référant aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue en coupe verticale illustrant une pompe à cavité progressive construite suivant la présente invention, mise en place dans le tubage; et la figure 2 est une vue de la pompe à cavité progressive de la figure 1, représentée dans une posi- tion éloignée de son siège. On se référera tout d'abord à la figure 1 qui illustre une colonne de tubes 11. Le tubage 11 sera normalement monté à l'intérieur d'un cuvelage (non représenté) dans un puits. Un raccord d'appui 13 est fixé à l'extrémité inférieure du tubage 11. Ce raccord d'appui 13 est un organe tubulaire ayant un diamètre intérieur cylindrique uniforme inférieur au diamètre intérieur du tubage 11. Le raccord d'ap- pui 13 est fixé à l'extrémité inférieure du tubage 11 au moyen d'un manchon 15. Une pompe à cavité progressive 17 est illus- trée dans la position d'appui en figure 1. Cette pom- pe 17 comprend un stator 19 réalisé en matière élasto- mère et comportant des ondulations 21 dans sa surface intérieure. Ce stator 19 est monté à l'intérieur d'un logement métallique 23. Une pièce de rapport 25 est fixée à l'extré- mité inférieure du logement 23. Cette pièce de rap- port 25 comporte une extrémité inférieure d'un diamè- tre inférieur à celui de son extrémité supérieure et qui est fixée à un organe d'appui 27. Cet organe d'appui 27 est un tube métallique dans lequel est ména- gé un alésage 29 pour le passage du fluide de puits. L'organe d'appui 27 comporte, sur sa surface extérieu- re, deux joints d'étanchéité annulairesen forme de cuvette 31 et 33 qui sont espacés axialement l'un de l'autre. Les joints d'étanchéité 31 et 33 ont un dia- mètre supérieur au diamètre intérieur du raccord d'ap- pui 13 afin de sceller l'organe d'appui 27 à l'inté- rieur de ce dernier. Une cuvette de réaction de cou- ple 35 est montée au-dessus des joints d'étanchéité 31 et 33. La cuvette de réaction de couple 35 est constituée d'un métal dur et comporte une surface exté- rieure tronconique destinée à venir s'adapter par cala- ge à l'intérieur de l'extrémité supérieure du raccord d'appui de tubage 13. La cuvette de réaction de cou- ple 35 sert à empêcher la rotation de l'organe d'appui 27. Les diamètres extérieurs des joints d'étanchéité 31, 33 et de la cuvette de réaction de couple 35 sont inférieurs au diamètre intérieur du tubage 11, définis- sant ainsi un espace libre pour le passage du fluide de puits alors que la pompe 17 est abaissée dans le puits. L'extrémité supérieure du logement de stator 23 est fixée à un raccord de rotor 37. Ce raccord 37 est un tube cylindrique dont le diamètre intérieur est à peu près égal à celui du logement de stator 23. Le raccord de rotor 37 comporte un collier de retenue 39 monté à son extrémité-supérieure. Ce collier 39 est fixé à l'intervention de filets et il comporte une ou- verture axiale 41. Un rotor métallique hélicoïdal 43 d'une lon- gueur supérieure à celle du stator 19 est conçu pour venir s'adapter à l'intérieur de ce dernier. Le rotor 43 et le stator 19 sont de conception classique. L'extrémité supérieure du rotor 43 est fixée à une ti- ge d'entraînement 45. Cette tige d'entraînement 45 s'étend librement à travers l'ouverture 41 en laissant subsister un espace libre pour le fluide de puits de- vant être pompé à travers cette dernière. La tige d'entraînement 45 comporte un accouplement inférieur 47 à l'intervention duquel elie est solidarisée au rotor 43. Un accouplement supérieur 49 situé au-dessus du collier 39 solidarise la tige d'entraînement 45 à un train de tiges aspirantes 53. Les accouplements 47 et 49 ont un diamètre supérieur à celui de l'ouverture 41 et ils sont espacés axialement l'un de l'autre d'une distance d'environ 25 à 38 cm. Cet espacement est su- périeur à la distance d'extension escomptée des tiges aspirantes 53 lorsque le tubage est rempli de fluide de puits. Le train de tiges aspirantes 53 est cons- titué de tiges rigides reliées l'une à l'autre en longueurs habituelles et s'étendant jusqu'à la surfa- ce. Lors de la mise en service, le raccord d'ap- pui 13 sera fixé à l'extrémité inférieure de la sec- tion inférieure extrême du tubage 11. Ensuite, on fera descendre le tubage dans le puits. Après la mise en place du tubage 11, on fait descendre la pompe 17 dans ce dernier. La pompe 17 est assemblée à l'organe d'appui 27 monté en dessous du logement de stator 23, tandis que la tige d'entraînement 45 est réunie à la section inférieure extrême de la tige aspirante 53. La pompe 17 est abaissée à travers le tubage 11 dans le puits en étant supportée par la tige aspirante 53, laquelle est retenue par le collier 39 et l'accouple- ment 47 qui entrent mutuellement en contact. La cu- vette de réaction de couple 35 et les joints d'étan- chéité 31, 33 définissent un espace libre pour le flui- de devant être déplacé à mesure que la pompe 17 des- cend à travers le fluide contenu dans le puits. Lors de la descente dans le puits, une partie du rotor 43 sera toujours localisée à l'intérieur du stator 19, mais une partie de ce rotor 43 ressortira au-dessus de ce dernier comme le montre la figure 2. Le fluide de puits ne s'écoulera pas à travers le stator 19 lors de la descente de la pompe 17 dans le puits. Finalement, le joint d'étanchéité inférieur 33 entrera en contact avec le raccord d'appui 13. L'abaissement de la tige aspirante 53 se poursuit sans rotation, ce qui a pour effet de déplacer le rotor 43 vers le bas par rapport au stator 19 et d'amener l'ac- couplement supérieur 49 en contact avec le collier 39. Le poids du train de tiges aspirantes 53 sera transmis, via l'accouplement supérieur 49 et le collier 39, au. logement 23 et à l'organe d'appui 27, poussant ainsi les joints d'étanchéité- 31 et 33 dans le raccord d'ap- pui 13, tout en calant la cuvette de réaction de cou- ple 35 avec un ajustage serré dans ce dernier. Lors- que l'accouplement supérieur 49 entre en contact avec le collier de retenue 39, l'extrémité inférieure du rotor 43 ressort en dessous de l'extrémité inférieure du stator 19. Dès que l'organe d'appui 27 repose sur son siège, le train de tiges 53 est relevé sur une courte distance tandis que le logement 23 reste fixe et maintenu sur son siège, de façon à espacer initia- lement le sommet du rotor 43 de plusieurs centimètres au-dessus du stator 19. L'extrémité supérieure du train de tiges 53 est ensuite fixée à une source mo- trice rotative classique (non représentée) en vue de sa rotation. Lorsque le train de tiges 53 est entraîné en rotation, il fait tourner le rotor 43 pour amener le fluide à s'écouler à travers l'organe d'appui 27 et hors du stator duquel il pénètre dans le raccord de rotor 37. Le fluide s'écoule ensuite par l'ouverture 41 pour pénétrer dans l'espace libre annulaire entou- rant la tige d'entraînement 45. Lorsque le fluide pom- pé remplit complètement le tubage 11 et commence à s'écouler en direction des canalisations et des ré- servoirs prévus à la surface, le poids du fluide de puits provoque l'extension du train de tiges aspiran- tes 53, ce qui a pour effet d'abaisser le rotor 43 par rapport au stator 19. Toutefois, avant le pompage, le sommet du rotor 43 était espacé au-dessus du sta- tor 19 d'une distance supérieure à la distance d'ex- tension escomptée des tiges aspirantes 53. En consé- quence, après extension complète, le sommet du rotor 43 est toujours situé au-dessus du sommet du stator 19, évitant ainsi toute interférence préjudiciable. Après extension, l'extrémité inférieure du rotor 43 doit être à peu près affleurante à l'extrémité inférieure du stator 19; elle pourrait également ressortir en dessous. Lorsqu'il devient nécessaire de retirer la pompe 17 pour procéder à son entretien, le train de tiges 53 est découplé du moteur en surface. Ensuite, le train de tiges 53 est relevé pour amener l'accouple- ment inférieur 47 à venir heurter le collier 39. La force ascendante aura pour effet de déloger les joints d'étanchéité 31, 33 et la cuvette de réaction 35 hors du raccord d'appui 13. Il peut être nécessaire d'im- primer des secousses au train de tiges 53 à la surface afin de soumettre le collier 39 à des chocs succes- sifs et ainsi libérer la pompe 17. Dès qu'il est fi- béré, le train de tiges est ramené à la surface en entrainant avec lui la pompe 17. Le tubage 11 et le raccord d'appui 13 restent dans le puits. Le raccord d'appui 13 fait office d'organe d'appui extérieur, tandis que l'organe d'appui 27 fait office d'organe d'appui intérieur. Les joints d'étan- chéité 31 et 33, ainsi que la cuvette de réaction 35 servent de moyens destinés à empêcher la rotation du stator 19 et à sceller l'organe d'appui 27 dans le raccord d'appui 13. Les acccouplements 47 et 49 for- ment, sur la tige d'entraînement 45, des brides desti- nées à entrer en contact avec l'organe ou le collier de retenue 39. Les accouplements 47 et 49, ainsi que le collier 39 servent de moyens d'engagement pour permettre un mouvement vertical de la tige d'entraî- nement 45 par rapport au stator 19. L'invention offre des avantages significa- tifs. Elle permet de ramener l'ensemble de la pompe à cavité progressive à la surface sans retirer le tu- bage, ce qui constitue des économies considérables d'argent et d'équipement. Le rotor reste dans un alignement correct même en cas d'extension du train de tiges. Bien que l'invention ait été illustrée par une seule de ses formes de réalisation, l'homme de métier comprendra qu'elle n'y est nullement limitée et que diverses modifications peuvent y être appor- tées sans se départir de son cadre. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour le montage d'une pompe à cavité progressive à l'intérieur du tubage d'un puits, cette pompe à cavité progressive étant du type compor- tant un stator, ainsi qu'un rotor hélicoïdal situé dans le stator et entraîné en rotation par un train de tiges aspirantes s'étendant à travers le tubage jusqu'à la surface, caractérisé par: un organe d'appui extérieur tubulaire (13) fixé à une extrémité inférieure du tubage (11); un organe d'appui intérieur tubulaire (27) fixé à une extrémité inférieure du stator (19,23) pour ve- nir se loger dans l'organe d'appui extérieur (13), les organes d'appui (27,13) comportant des éléments coopérants (31,33,35) destinés à empêcher la rotation du stator (19,23) et à sceller l'organe d'appui lnté- rieur (27) dans l'organe d'appui extérieur (13), per- mettant ainsi, au fluide de puits, de s'écouler à travers l'organe d'appui intérieur (27) en direction du stator (19,23); un raccord de rotor tubulaire (37) fixé à une extrémité supérieure du stator (19,23); une tige d'entraînement (45) s'étendant à travers le raccord de rotor (37), comportant une extrémité in- férieure fixée au rotor (43) et une extrémité supé- rieure fixée aux tiges aspirantes (53); et des éléments d'engagement (39, 47,49) montés sur la tige d'entraînement (45) et le raccord de ro- tor (37) en vue de permettre un mouvement vertical de la tige d'entraînement par rapport au stator entre une position inférieure dans laquelle le poids des ti- ges aspirantes (53) est transmis au logement de stator (19,23) pour amener les organes d'appui (27,13) à ve- nir s'adapter l'un dans l'autre, et une position supé- rieure dans laquelle l'extrémité supérieure du rotor (43) est espacée audessus de l'extrémité supérieure du stator (19,23). 2. Dispositif pour le montage d'une pompe à cavité progressive selon la revendication 1, caracté- risé en ce que les éléments d'engagement (39,47,49) comprennent, dans le raccord de rotor tubulaire (37), un organe de retenue (39) dans lequel est pratiquée une ouverture (41) à travers laquelle s'étend libre- ment la tige d'entraînement (45), l'extrémité infé- rieure étant fixée au rotor (43) en dessous de l'orga- ne de retenue (39), tandis que l'extrémité supérieure est fixée aux tiges aspirantes (53) au-dessus de cet organe de retenue (39), les éléments d'engagement (39, 47,49) comprenant en outre, sur la tige d'entra ne- ment, des brides supérieure et inférieure (47,49) dont le diamètre est supérieur à celui de l'ouverture pré- citée et qui sont espacées, au-dessus et en dessous de l'organe de retenue (39) respectivement, d'une dis- tance supérieure à la distance d'extension escomptée du train de tiges aspirantes (53) au cours des opéra- tions de pompage. 3. Procédé d'installation d'un assemblage de pompe à cavité progressive à l'intérieur d'un puits, cet assemblage de pompe étant du type comportant un stator, ainsi qu'un rotor hélicoldal situé dans le stator et entraîné en rotation par un train de tiges aspirantes s'étendant à travers un tubage jusqu'à la surface, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes qui consistent à: fixer un organe d'appui tubulaire (13) à une ex- trémité inférieure du tubage (11) et faire descendre ce dernier dans le puits; monter un organe d'appui (27) sur une extrémité inférieure de l'assemblage de pompe (17); monter un raccord de rotor (37) et une tige d'en- trainement (45) sur l'extrémité supérieure de l'assem- blage de pompe (17) à l'intervention d'éléments d'en- gagement (39,47,49) qui permettent un degré de mouve- ment vertical sélectionné du rotor (43) par rapport au stator (19,23); raccorder la tige d'entraînement (45) entre le rotor (43) et les tiges aspirantes (53); faire descendre l'assembiage-de pompe (17) dans le tubage (11) sur les tiges aspirantes (53) jusqu'à ce que l'organe d'appui (27) prévu sur l'assemblage de pompe entre en contact avec l'organe d'appui (13); continuer à faire descendre les tiges aspiran- tes (53) sans rotation, déplacer le rotor (43) vers le bas par rapport au stator (19,23) et presser les organes d'appui (27,13) l'un contre l'autre à l'inter- vention du poids des tiges aspirantes (53); puis déplacer les tiges aspirantes (53) et le rotor (43) sur une distance sélectionnée vers le haut tandis que le stator (19,23) reste fixe afin de localiser le sommet du rotor (43) à une distance sélectionnée au- dessus du stator (19,23) et, enfin, raccorder les tiges aspirantes (53) à une source motrice rotative prévue à la surface et entraîner les tiges aspirantes en rotation pour faire fonctionner la pompe.