Brevet FR2569781A1 — publié le 19860307

L'invention a pour objet un dispositif de pompage conçu pour être incorporé à une tête de puits de pétrole afin de permettre d'en réduire considérablement l'encombrement en sens vertical au-dessus du niveau du sol. Au sommet d'un puits de pétrole classique, on trouve la partie extrême supérieure du casing, ou enveloppe extérieure, qui contient la partie extreme supérieure du tubing, ou enveloppe intérieure. Le tubing contient le train de tiges qui descend jusqu'à - une pompe immergée qui est une pompe alternative. Le pétrole refoulé par la pompe s'élève à l'intérieur du tubing jusqu'à la partie supérieure de ce dernier. Cette partie supérieure du tubing est située au-dessus du sol. I1 est classique d'y monter un moteur alternatif, par exemple un vérin à double effet, qui s'étend verticalement et dont l'arbre moteur alternatif est accouplé directement avec la partie extrême supérieure du train de tiges. Le montage du vérin alternatif sur le tubing est facilité par l'emploi d'un bloc d'adaptation à entrée tronconique qui s'ajuste sur l'extrémité tronconique du tubing; ce bloc d'adaptation peut servir en même temps de moyen de raccordement de la canalisation d'évacuation du pétrole qui remonte par le tubing. I1 résulte de ce montage classique que la tête de puits, y compris le moteur alternatif qui s'étend verticalement au-dessus du tubing, a une extension importante, qui atteint 4 m, au-dessus du sol. Outre le caractère peu esthétique du puits de pétrole, qui n'est pas toujours admissible en certains endroits, son extension en hauteur est gênante quand le puits se trouve dans une zone où d'autres travaux doivent être exécutés sur le sol, à proximité, par exemple dans des champs cultivés, ou dans les zones où il est souhaitable de forer plusieurs puits proches les uns des autres, en particulier des puits inclinés, ou s'il s'agit d'un puits sur plateforme. I1 est donc utile, à plusieurs points de vue, de pouvoir réduire le plus possible l'extension en hauteur des tetes de puits de pétrole. L'invention a précisément pour but principal d'apporter un dispositif de pompage à moteur alternatif tel qu'un vérin dont la conception pe.-mette de l'incorporer à une tête de puits de manière à réduire notablement l'encombrement en hauteur de cette tête. Un dispositif de pompage, destiné à être monté à l'extrémité supérieure du tubing suspendu par une olive de suspension à l'intérieur du casting, et qui comprend un moteur à course alternative destiné à etre attelé au train de tiges d'une tête de puits de pétrole comprend, selon l'invention, un fourreau allongé ayant un diamètre intérieur supérieur au diamètre extérieur du tubing et un diamètre extérieur inférieur à celui du casing avec un fond inférieur en position d'utilisation présentant une ouverture centrale pour son montage et sa fixation à l'extrémité supérieure du tubing, un fond supérieur d'obturation, ce fourreau étant pourvu sur sa face extérieure d'une olive de suspension et d'une ouverture de sortie du pétrole pompé; le moteur à course alternative destiné à être attelé au train de tiges est disposé et fixé à l'intérieur du fourreau en ménageant à l'intérieur de ce dernier un passage longitudinal interne entre l'ouverture centrale du fond inférieur et l'ouverture de sortie du pétrole pompé, les canalisations de raccordement du moteur à une source d'énergie extérieure passant à travers la paroi du fourreau allongé, de préférence à travers le fond supérieur. De préférence, le moteur à course alternative est disposé coaxialement à l'intérieur du fourreau et le passage longitudinal interne est constitué en partie au moins par l'intervalle annulaire ménagé entre le fourreau et le moteur. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, le moteur a un corps cylindrique prolongé au-delà de sa paroi extrême inférieure en position d'utilisation par une jupe cylindrique ayant de préférence des diamètres substantiellement égaux à ceux du tubing et se plaçant coaxialement au tubing en prolongement de ce dernier à partir du fond inférieur du fourreau, cette jupe étant percée d'ouvertures radiales qui font partie du passage longitudinal interne. Dans un exemple préféré de réalisation de l'invention, le moteur à course alternative est un vérin à corps cylindrique prolongé par une jupe cylindrique comme expliqué ci-dessus, ayant une tige de piston constituée par la tige supérieure du train de tiges qui traverse à cet effet la paroi extrême inférieure du vérin. Un dispositif de pompage conforme à l'invention apporte l'avantage que le fourreau s'introduit sur une grande partie de sa longueur à l'intérieur du casing où il prend la place du tubing auquel il est raccordé par l'ouverture de son fond inférieur; l'olive de suspension du fourreau sert aussi de moyen de suspension du tubing, par l'intermédiaire du fourreau. Ainsi, une longueur notable du dispositif est dissimulée à l'intérieur du casing, ce qui diminue d'autant son encombrement extérieur en sens vertical. On donnera maintenant sans intention limitative et sans exclure aucune variante, une description d'un exemple préféré de réalisation. On se reportera à la figure unique annexée qui est une vue en coupe par un plan vertical passant par l'axe d'un dispositif de pompage représenté installé sur une tête de puits de pétrole. Pour faciliter la compréhension, l'objet de l'in vention est représenté en trait fort et les autres pièces classiques de la tete de puits sont dessinées en trait plus fin. La te te de puits représentée comprend un casing 1 dont on ne voit ici que la partie extreme supérieure fixée à une bride de maintien 2; cette dernière se termine par une partie supérieure à l'intérieur de laquelle a été prévue une surface interne tronconique 3 se rétrécissant vers le bas afin de servir à soutenir une olive de suspension 4 connue en soi. A l'intérieur du casing 1 se trouve le tubing 5 qui contient à son tour le train de tiges 6 ainsi qu'il est bien connu. Le dispositif de l'invention comprend un fourreau allongé 7 qui est fermé à son extrémité supérieure en position d'utilisation par un fond supérieur 8 et à son extrémité inférieure par un fond inférieur 9. Ce fourreau 7 a un diamètre intérieur supérieur au diamètre extérieur du tubing 5 de sorte qu'il peut contenir librement ce dernier; il a aussi un diamètre extérieur inférieur au diamètre intérieur du casing 1 de sorte qu'il peut etre contenu librement dans ce dernier. Le fond inférieur 9 du fourreau 7 a une ouverture centrale 10 filetée et suffisamment longue pour que l'on puisse y visser l'extrémité supérieure du tubing 5. Sur sa face extérieure et de préférence dans sa moitié supérieure qui comprend le fond supérieur 8, le fourreau 7 est pourvu, aussi près que possible de ce fond 8, de l'olive de suspension 4. De cette façon, le tubing 5 est remplacé sur une partie de sa longueur par la partie du fourreau 7 qui s'étend entre le fond inférieur 9 et l'olive de suspension 4; le tubing 5 est donc suspendu par l'intermédiaire du fourreau 7. A l'intérieur du fourreau 7 est fixé un vérin hydraulique 11. Il est préférable d'utiliser un vérin dont le cylindre 12 a un diamètre extérieur nettement inférieur au diamètre intérieur du fourreau 7 et de le disposer coaxialement à ce dernier de façon à ménager entre le fond inférieur 9 et le fond supérieur 8 un passage longitudinal annulaire 13 qui s étend, vers le haut, au moins jusqu'à une ouverture transversale de sortie 14. Celle-ci est située avantageusement dans la paroi latérale du fourreau 7, juste à proximité du fond supérieur 8. Le vérin 11 est fixé au moins au fond supérieur 8, par exemple au moyen d'un prolongement 15 de la paroi extrême supérieure 16 du cylindre 12. Ce prolongement 15 traverse de façon étanche le fond supérieur 8 et peut servir au passage des canalisations 17, 18 de raccordement des extrémités du cylindre 12 à une centrale hydraulique non représentée. Le vérin il peut etre fixé aussi à la paroi latérale du fourreau 7 au moyen d'entretoises 19 situées dans le passage annulaire 13 et espacées en sens circonférentiel pour assurer la continuité de ce dernier. Le vérin il peut etre d'un type quelconque avec une tige de piston 20 destinée à etre accouplée au train de tiges 6. Il est spécialement avantageux, comme dans l'exemple décrit ici, de choisir un vérin Il dont le cylindre 12 est terminé par une paroi extreme inférieure 21 et prolongé par une jupe 22 dont les diamètres intérieur et extérieur sont identiques à ceux du tubing 5. On peut alors introduire cette jupe 22 dans l'ouverture centrale 10 et la fixer, par soudure par exemple, afin qu'elle se trouve dans le prolongement du tubing 5. Cette jupe 22 est percée d'ouvertures radiales 23 qui assurent la communication entre l'intérieur du tubing 5 et le passage longitudinal 13. Ainsi, le vérin 11 est solidement fixé à l'intérieur du fourreau 7; en outre il occupe une position précise par rapport au tubing 5. Il est donc possible, comme dans l'exemple décrit ici, d'utiliser comme tige de piston 20 la dernière tige supérieure du train de tiges 6. A cet effet, cette tige a une surface extérieure polie qui lui permet de coulisser hermétiquement, avec des joints d'étanchéité appropriés, à travers la paroi extreme inférieure 21 du vérin. Cette disposition, qui supprime aussi la nécessité d'un manchon d'accouplement entre le vérin et le train de tiges, contribue à réduire l'encombrement en hauteur du dispositif de pompage. Du fait que ce dernier s'enfonce à l'intérieur du casing 1, il peut avoir une hauteur importante avec une extension au-dessus du sol relativement faible. On peut donc utiliser un vérin et une pompe à longue course de pompage. Dans l'exemple décrit ici, le vérin 11 est représenté avec un moyen amortisseur de fin de course, dans le sens du déplacement du piston vers la paroi extreme inférieure 21 du cylindre 12. Cet amortisseur comprend un collecteur 24 raccordé par une canalisation 25 à la centrale hydraulique extérieure et couvrant des trous 26A, 26B, 26C percés à travers la paroi du cylindre à des diamètres progressivement décroissants dans le sens du rapprochement de la paroi extrême inférieure 21. Un moyen amortisseur identique peut être prévu à l'autre extrémité de la course du piston en direction de la paroi extrême supérieure 16. On trouvera une description détaillée de ces moyens amortisseurs dans le brevet français nO 84 00290 de la déposante. REVENDICATIONS 1. Dispositif de pompage destiné à etre monté à l'extrémité supérieure du turbina (5) suspendu par une olive de suspension (4) à l'intérieur du casing (1) d'un puits de pétrole, comprenant un moteur à course alternative (11) destiné à être attelé au train de tiges (6) de ce même puits, caractérisé en ce qu'il comprend un fourreau allongé (7) ayant une dimension transversale extérieure inférieure au diamètre intérieur du casing (1) et une dimension transversale intérieure supérieure à celle du tubing (5), avec un fond inférieur (9) en position d'utilisation présentant une ouver ture centrale (10) pour son montage et sa fixation à l'extré- mité supérieure du tubing (5), un fond supérieur (8) d'obturation, ce fourreau (7) étant pourvu sur sa face extérieure de l'olive de suspension (4) et d'une ouverture de sortie (14) du pétrole pompé, ce meme fourreau (7) contenant le moteur à course alternative (11) destiné à être attelé au train de tiges (6) en ménageant un passage longitudinal interne (13J entre l'ouverture centrale (10) du fond inférieur (9) et l'ouverture de sortie (14) du pétrole pompé. 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le moteur à course alternative (11) est disposé coaxialement à l'intérieur du fourreau (7) et le passage longitudinal interne est constitué en partie au moins par l'intervalle annulaire existant entre ce moteur (11) et le fourreau (7). 3. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le moteur (il) a un corps cylindrique (12) qui est prolongé au-delà de sa paroi extrême inférieure (21) en position d'utilisation par une jupe cylindrique (22) se plaçant coaxialement au tubing (5) à partir du fond inférieur (9), cette jupe (22) étant percée d'ouvertures radiales (23) faisant partie du passage longitudinal interne (13). 4. Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que la jupe cylindrique (22) a des diamètres substan tiellement égaux à ceux du tubing (5) et elle est fixée dans l'ouverture centrale (10) du fond inférieur (9) pour se trouver dans le prolongement direct du tubing (5). 5. Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce que le moteur à course alternative (11) est un vérin hydraulique ayant une tige de piston (20) qui est constituée par la tige supérieure convenablement polie du train de tiges (6). 6. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'ouverture de sortie (14) du pétrole pompé est située sur la paroi latérale du fourreau (7) à proximité du fond supérieur (8) et l'olive de suspension (4) se trouve aussi près que possible en dessous de cette ouverture de sortie (14). 7. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le moteur à course alternative (11) a un prolongement (15) qui traverse hermétiquement le fond supérieur (8) et qui sert au passage des canalisations (17, 18, 25) de raccordement de ce moteur à une source d'énergie extérieure.