Brevet FR2561708A1 — publié le 19850927

DISPOSITIF DE VERROUILLAGE D'UN OUTIL DANS UN PUITS La présente invention concerne un dispositif de fixation destiné à verrouiller un outil contre les parois intérieures d'un puits, d'une cheminée ou d'une autre structure tubulaire semblable. Des outils de différents types sont souvent descen- dus à l'intérieur des puits de pétrole et de gaz. Un outil porte souvent un ou plusieurs appareils conformés de façon à fournir des données concernant un puits. La mesure précise précise de ces données exige souvent que les appareils soient rigidement maintenus dans une position fixe par rapport au puits. Quelquefois, par exemple dans le cas des goêphones employés pour établir un relevé sismique d'une formation géologique, les appareils doivent être solidement maintenus contre les parois du garnissage du puits de façon à établir un couplage sismique optimal- entre les appareils et la formation. De nombreux dispositifs de verrouillage de l'art antérieur comptaient sur le poids des composants de l'outil pour établir une force de verrouillage. Cependant, certaines techniques de relevé sismique, et en particu- lier certains techniques développées récemment, exigent un verrouillage plus serré contre la paroi du garnissage que ne peut le permettre le poids de l'outil uniquement. Il est souvent souhaitable de disposer d'une force de verrouillage trois à quatre fois supérieure au poids de l'outil. Un procédé simple de génération d'une force de verrouillage, procédé très souvent employé dans l'art antérieur, consiste à coupler directement un moteur et un ressort à un bras de fixation. Cette approche est limitée par la force qui peut être délivrée par le moteur et par le temps nécessaire pour que le mouvement du moteur verrouille et déverrouille l'outil. La limitation due au temps peut être en particulier significative lorsque l'outil doit être descendu jusqu'à une série de positions à l'intérieur du puits afin d'obtenir un profil de la formation géologique. Les opérations de verrouillage et de déverrouillage peuvent ralentir le relevé du profil et augmenter le colt de l'exploration. L'invention propose un dispositif de fixation. Un premier piston est installé de façon à être mobile à l'intérieur d'un élément creux destiné à former une chambre qui est remplie d'un fluide de travail. La chambre est en communication par un fluide avec un réservoir gonflable, par l'intermédiaire d'un dispositif de vannes intercalé dans le but de réguler la communi- cation du fluide quand cela est nécessaire au cours de l'utilisation de l'invention. Un bras de fixation extensible mais reversible est relié au premier piston de façon que le mouvement de ce premier piston dans une direction qui augmente le volume de la chambre pousse le bras de fixation contre la paroi de garnissage du puits. Un poussoir est prévu pour venir en contact avec le premier piston et le pousser dans une direction qui aboutit à une telle expansion de la chambre et donc pousse le bras de fixation en contact avec la paroi de garnissage. A l'intérieur du premier piston un trou ouvrant vers l'extérieur de la chambre a été formé et est rempli du fluide de travail. Un passage dans le premier piston permet la communication par le fluide entre le trou et la chambre. Un second piston est installé dans le trou de façon à pouvoir se déplacer. Le second piston est entraîné dans un mouvement alternatif par un dispositif de commande. Le mouvement du second piston à l'intérieur du trou, lorsque le dispositif de vanne est fermé pour isoler la chambre du réservoir, augmente la pression du fluide à l'intérieur du trou et donc dans la chambre. Cette augmentation de pression pousse encore le premier piston dans une direction qui a tendance à augmenter le volume de la chambre et donc à pousser encore le bras de fixation contre la paroi du garnissage, ce qui a tendance à verrouiller le bras de fixation en place. Un autre mouvement du second piston dans le trou, alors que cette fois le dispositif de vanne est ouvert pour réduire la pression dans la chambre et donc réduire la force de fixation, amène le second piston en contact avec le premier piston et pousse le premier piston dans une direction qui a tendance à dégager le bras de fixation de la paroi du garnissage. La figure 1 est une représentation schématique d'un mode de réalisation préféré de la présente invention. La figure 2 est une représentation schématique du mode de réalisation préféré tel qu'il pourrait être adapté afin d'être utilisé avec un outil de relevé du profil sismique vertical. Dans toute la description détaillée qui va suivre, des numéros de référence indentiques désignent des éléments identiques sur toutes les figures des dessins. En se référant maintenant aux figures 1 et 2, on voit qu'un outil typique de puits 10 est représenté alors qu'il est en positiion dans un puits entre les parois du garnissage 11. L'outil 10 est maintenu contre les parois du garnissage 11 par l'action d'un ou de plusieurs bras de fixation 12. Chaque bras de fixation 12 est amené en contact avec la paroi du garnissage 11 sous l'effet de l'appareil de fixation correspondant 13 selon la présente invention et est caractérisé par un ou plusieurs dispositifs de contact convenables (par exemple des ensembles de pastilles en carbure de tungstène) façonnés d'une manière bien connue des specialistes de cette technique. A titre d'illustration, l'outil 10 est représenté comme comprenant un module capteur 14 et un module électronique 15. Il peut être "descendu" et "remonté" au moyen d'un dispositif à - cable 16. (L'indication indiquée par une flèche 17 est désignée ici par "descente", et le mouvement est défini comme étant "ascendant" ou "descendant" et ainsi de suite, uniquement pour établir un cadre de référence convenable qui se prête à une description d'un mode de réalisation préféré de la présente invention. Dans d'autres modes de réalisation, la flèche 17 et les directions définies ici peuvent concerner d'autres directions). Le cable 16 peut contenir des lignes d'alimentation, de commande et des lignes d'appareils de mesure pour l'appareil de fixation 13, ainsi que les modules capteurs et électroniques 14 et 15. Les spécialistes de cette technique qui disposeront de ce texte, admettront que ces lignes peuvent être disposées selon un nombre quel- conque de façons,pour assurer une commande convenable du fonctionnement de l'invention tel qu'il est décrit ci-dessous. Il paraîtra évident aux spécialistes de la technique que l'appareil de fixation 13 et l'inven- tion réalisée ici sont adatablesà de nombreux autres types d'appareils à utiliser dans l'entretien des puits et ailleurs. Un premier piston 32 entraîne le bras de fixation 12 contre la paroi du garnissage 11 lorsque le premier piston 32 est descendu et le dégage de la paroi du garnissage 11 lorsque le premier piston 32 se déplace selon un mouvement ascendant. Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, ceci est obtenu en articulant le bras de fixation 12 sur un segment intermédiaire 40 (fixé à un prolongement 34 du premier piston 32) et par un segment de fixation orienté vers le bas (qui doit être poussé contre la paroi du garnissage 11) assemblés par un pivot 42 lui-même amarré par des moyens appropriés relativement au dispositif de fixation 13. Comme on peut le voir sur les figures 1 et 2, le poids de l'outil 10 participe ainsi à la force nette qui maintient le bras de fixation 12 contre la paroi du garnissage 11. Le premier piston 32 qui peut être équipé d'un ou de plusieurs joints annulaires 33, est introduit par un montage étanche à l'intérieur d'une pièce creuse analogue à un cylindre 20 pour former une chambre 36. La chambre 36 est remplie d'un liquide de travail, comme par exemple un fluide hydraulique. Dans le mode de réalisation préféré qui est représenté, le prolongement 34 du premier piston 32 pénètre dans la pièce 20, qui peut être équipéede joints toriques 35 à l'endroit de cette pénétration pour assurer une meilleure étanchéité. Le fluide de travail est maintenu sous une pression hydraulique convenable établie par un réservoir gonflable 45. Comme cela apparaîtra aux spécialistes de la technique, cette pression peut être créée en utilisant un dispositif à soufflet ou un autre dispositif convenable. Le réservoir 45, s'il est situé à l'extérieur de la pièce 20 (comme cela est indiqué dans le mode de réalisation préféré) peut être relié à la pièce 20 par une conduite de fluide 47 jusqu'en un point de pénétration 49. Un dispositif servant de vanne est intercalé sur la ligne à fluide 47 pour limiter la circulation du fluide entre la chambre 36 et le réservoir 45. Dans le mode de réalisation préféré, le dispositif de vanne comprend une vanne à solénoïde 46 normalement ouverte et une plaque percée d'un orifice 48; comme on le verra ci-dessous, ce montage introduit certaines dispo- sitions de sécurité dans le fonctionnement de l'invention. Un passage 38 (représenté comme faisant partie du prolongement 34) assure la circulation du fluide entre la chambre 36 et un trou 20, également rempli du fluide de travail, percé dans le premier piston 32. Le trou 30 peut (mais, pas nécessairement comme peuvent le voir les spécialistes de cette technique) être de forme circulaire. Une extrémité supérieure d'un second piston 28 est introduite par un montage étanche dans le trou 30, en utilisant des joints annulaires 31 pour obtenir une meilleure étanchéité si cela est souhaité. Le second piston 28 est relié à un dispositif alternatif qui déplace le second piston 28 vers le haut et vers le bas au choix. Dans le mode de réalisation préféré, l'extrémité inférieure du second piston 28, qui a la forme d'une vis à billes, s'engage dans un écrou à bille 26. L'écrou à bille 26 est couplé par un montage tournant à un moteur réversible (dans le mode de réalisation préféré, il s'agit d'un moteur électrique réversible à courant continu) 22 par un couplage 24. Un organe de poussée, par exemple un ressort 39, est capable de pousser le premier piston 32 vers le bas. Dans le mode de réalisation préféré, le ressort 32 est adapté à l'intérieur de la chambre 36. Le cycle de fonctionnement de la présente invention peut être illustré de façon intéressante en considérant une insertion typique de l'outil 10 dans un puits garni. En résumé, le dispositif de fixation 13 peut être, à l'origine, dans une position quelconque o le bras de fixation 12 est partiellement ou complètement étendu. Le bras de fixation 12 est retire, l'outil 10 est abaissé à la profondeur la plus basse souhaitée a l'intérieur du puits, et le bras de fixation 12 est étendu jusqu'à exercer un contact initial à basse pression sur la paroi du garnissage 11. Le bras de fixation 12 est ensuite poussé contre la paroi du garnissage 11 avec une force plus importante de façon à verrouiller fortement l'outil contre la paroi du garnissage 11. Des observations sismiques peuvent alors être effectuées à cette profon- deur. Quand l'outil 10 doit être déplacé, la force de fixation est supprimée, ce qui laisse le bras de fixation 12 en contact à basse pression, comme à l'origine, avec la paroi 11 du garnissage. L'outil 10 peut alors être soulevéeh "trainant" le bras de fixation 12 contre la paroi du garnissage 11, jusqu'à atteindre la nouvelle position souhaitée, après quoi l'outil 10 peut être à nouveau verrouillé contre la paroi du garnissage 11, comme précédemment et d'autres observations sismiques peuvent alors être effectuées. Si l'on considère maintenant le cycle de fonctionne- ment plus en détails, on voit que l'appareil de fixation 13 est d'abord amené dans sa position "rétractée" en ouvrant la vanne 46 et en faisant fonctionner le moteur 22 pour faire monter le second piston 28. Le fluide de travail contenu dans le trou 20 est forcé par le passage 38 à pénétrer dans la chambre 36 par le mouvement ascendant du second piston 28; le fluide de travail contenu dans la chambre 36 s'écoule à son tour dans le réservoir 45. Le second piston 28 vient éventuellement en contact avec le premier piston 32 et le pousse vers le haut (en comprimant le ressort-39). Ce mouvement ascen- dant, transmis par l'intermédiaire du prolongement 34 du premier piston au segment intermédiaire 40, fait pivoter le segment de serrage 41 vers le bas et vers l'intérieur autour du pivot 42 en direction de la position rétractée. Il est alors possible d'introduire l'outil 10 dans le puits. Une fois l'outil 10 descendu dans le puits à la profondeur la plus basse désirée, le segment de serrage 12 est amené en contact initial avec la paroi du garnissage 11. Pour cela, le moteur 22 est mis en fonc- tionnement pour tirer le second piston 28 vers le bas, a partir de sa position de contact avec le premier piston 32. Le premier piston 32 qui n'est plus maintenu en position haute par le second piston 28 est poussé- vers le bas par le ressort 39. Le segment intermédiaire 40 est tiré vers le bas par le prolongement 34; le segment de fixation 41 pivote vers le haut et vers l'extérieur autour du puvot 42 et vient en contact avec la paroi du garnissage 11. En même temps, le fluide de travail est introdut dans le trou 1 sous la pression établie par le réservoir 45. L'outil 10 est verrouillé de façon plus serrée contre la paroi du garnissage 11 en augmentant la force tournée vers l'extérieur et appliquée au bras de fixation 12. Cette opération commence par la fermeture de la vanne 46 qui isole la chambre 36 du réservoir 45. Le moteur 22 est ensuite mis en fonctionnement pour entraîner le second piston 28 vers le haut, ce qui augmente la pression du fluide de travail à l'intérieur du trou 30 et donc dans la chambre 36. La pression augmentée à l'intérieur de la chambre 36 a tendance a faire descendre le piston 32, en tirant le prolongement 34 vers le bas et en serrant le bras de fixation 12 contre la paroi du garnissage 11 de la manière expliquée ci-dessus mais avec une force supérieure à ce qui était obtenu au moyen du ressort 39 seul. L'outil 10 peut être déverrouillé en ouvrant la vanne 46, ce qui a pour effet d'abaisser la pression du fluide de travail à l'intérieur de la chambre 36 et de réduire la force qui maintient le bras de fixation 12 contre la paroi du garnissage 11. L'outil 10 peut alors être monté à volonté, en faisant "trainer" le bras de fixa- tion 12 contre la paroi du garnissage 11. Les spécialistes de la technique qui ont accès à cet exposé peuvent cal- culer facilement la force optimale du ressort 39 (ou autre organe de poussée) pour que, au moment o la vanne 46 est ouverte, le bras de fixation 12 soit tout juste maintenu contre la paroi du garnissage 11 afin de permettre ce trainage. On notera que le verrouillage et le déverrouillage de l'outil sont des opérations relativement rapides. Ceci est particulièrement avantageux lorsque l'outil 10 est configuré de façon à porter un équipement de relevé des profils sismiques: l'outil 10 peut être rapidement remis en position, ce qui permet d'effectuer une série d'observation sismique en un temps relativement court. D'autre part, pour des questions de sécurité, il n'est pas souhaitable que l'extension initiale du bras de fixation 12 par le ressort 39 soit particulièrement rapide, surtout si l'outil 10 n'est pas dans un puits. Pour cela, la plaque percée d'un orifice 48 du disposi- tif de vanne limite l'écoulement du fluide de travail vers l'intérieur de la chambre 36 et donc la vitesse à laquelle le premier piston 32 peut à l'origine se déplacer vers le bas. Les spécialistes de la technique ayant connaissance de cette description comprendront que la vanne 46 et la plaque percée d'un orifice 48 peuvent être remplacées par une seule vanne de commande de débit (mais éventuellement plus complexe et plus coûteuse) pour obtenir ce même résultat. Une disposition de sécurité supplémentaire est apportée par le type "ouvert en cas de panne" de la vanne 46. Si la tension appliquée à l'appareil de fixation 13 est coupée, la vanne 46 s'ouvre, en supprimant la pression hydraulique à l'intérieur de la chambre 36. Ceci déverrouille l'outil 10 par rapport à la paroi du garnissage 11 et permet de le retirer du puits. En ce qui concerne l'extraction d'un puits, la présente invention est encore avantageuse grace au montage du segment de serrage 41 et du pivot 42. Si le segment de serrage 41 rencontre un obstacle pendant l'extraction, il pivote simplement vers le bas autour du pivot 42 et franchit l'obstacle. Les spécialistes ayant connaissance de cet exposé apprécieront que la présente invention est susceptible d'applications dans d'autres cas. En conséquence, il faut considérer que cette description est uniquement donnée à titre d'illustration et dans le but de présenter aux spécialistes la manière de l'utiliser. Il est également entendu que la forme de l'invention présentée et décrite ici doit être considérée comme un mode de réalisation préféré. Différents changements peuvent être apportés à la forme, à la dimension et au montage des pièces sans s'écarter de l'esprit ni de la portée de l'invention telle qu'elle est définie dans les revendications. l1 REVENDICATIONS 1. Dispositif de fixation à utiliser dans un conduit caractérisé par le fait qu'il comprend: une pièce creuse (20); un premier piston (32) mobile à l'intérieur de cette pièce creuse pour former une chambre (36); ladite chambre étant remplie d'un fluide de travail; un trou (30) étant prévu à l'intérieur de ce premier piston, s'ouvrant vers l'extérieur de la chambre et étant rempli du fluide de travail; et ce premier piston présentant un passage (38) assurant la transmission du fluide entre le trou et la chambre; un bras de fixation extensible et reversible relié au premier piston de façon que le mouvement de ce premier piston dans une direction qui augmente le volume de la chambre pousse le bras de fixation en l'écartant du dispositif de serrage; un organe de poussée (39) venant en contact avec le premier piston et ayant une forme telle qu'il augmente le volume de la chambre; un second piston (28) mobile à l'intérieur du trou du premier piston; un dispositif d'entraînement capable de déplacer le second piston dans les deux sens; un réservoir gonflable (45) assurant la communication du fluide avec la chambre; et un dispositif de vanne (46) ayant pour objet de réguler la transmission de fluide entre le réservoir et la chambre. 2. Dispositif de fixation selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le dispositif d'entraînement comprend: une vis à billes reliée au second piston; un écrou à billes (26) fixé à la vis à billes de manière rotative; un moteur (22) capable de faire tourner cet écrou à billes de façon réversible. 3. Dispositif de fixation selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'organe de poussée comprend un ressort. 4. Dispositif de fixation selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le bras de fixation comprend: un segment intermédiaire (40) relié au premier piston; un segment de fixation (41) orienté vers le bas; et un pivot (42) amarré par rapport au dispositif de fixation et reliant le segment intermédiaire au segment de fixation. 5. Dispositif de fixation selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le dispositif de vanne comprend une vanne à solénoïde. 6. Dispositif de fixation selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le dispositif de vanne comprend une plaque percée d'un orifice. 7. Dispositif de fixation à utiliser dans un conduit comprenant: une pièce creuse; un premier piston mobile à l'intérieur de la pièce creuse pour former une chambre; cette chambre étant remplie d'un fluide de travail; ce premier piston ayant un trou formé à l'intérieur et s'ouvrant en dehors de la chambre lequel est rempli du fluide de travail; et un passage étant formé dans le premier piston pour permettre la circulation du fluide entre ce trou et la chambre; un bras de fixation extensible de façon réversible comprenant: un segment intermédiaire relié au premier piston; un segment de fixation; et un pivot amarré par rapport au dispositif de 256i708 fixation et reliant le segment intermédiaire au segment de fixation; un ressort venant en contact avec le premier piston et ayant une forme capable d'augmenter le volume de la chambre; un second piston mobile à l'intérieur du trou du premier piston; une vis à billes reliée au second piston; un écrou à billes monté sur la vis à billes de manière rotative; un moteur capable de faire tourner cet écrou à billes de façon reversible; un réservoir gonflable permettant la circulation du fluide entre le réservoir et la chambre; et une vanne à solénoïde et une plaque présentant un orifice dont chacun est configurée pour réguler la circulation de fluide entre le réservoir et la chambre. 8. Dispositif de fixation selon la revendication 7, caractérisé par le fait que le moteur est un moteur électrique. 9. Dispositif de fixation selon la revendication 7, caractérisé par le fait que le ressort est monté à l'intérieur de la chambre. 10. Dispositif de fixation à utiliser dans un conduit comprenant: une pièce creuse; un premier piston mobile à l'intérieur de la pièce creuse pour former une chambre; cette chambre étant remplie d'un fluide de travail; un trou étant formé à l'intérieur du premier piston et s'ouvrant à l'extérieur de la chambre et étant rempli du fluide de travail; et un passage étant formé dans le premier piston pour permettre la circulation du fluide entre ce trou et cette chambre; un bras de fixation extensible de façon réversible comprenant: un segment intermédiaire relié au premier piston; un segment de fixation; et un pivot amarré par rapport au dispositif de fixation et reliant le segment intermédiaire au segment de fixation; un ressort adapté à l'intérieur de la chambre et configuré de façon à augmenter le volume de la chambre; un second piston mobile à l'intérieur du trou du premier piston; une vis à billes reliée au second piston; un écrou à billes s'engageant par un montage tournant sur cette vis à billes; un moteur électrique capable de faire tourner cet écrou à billes de façon réversible; un réservoir gonflable assurant la circulation du fluide entre le réservoir et la chambre; et une vanne à solénoïde et une plaque percée d'un orifice dont chacune est configurée pour réguler la circulation du fluide entre le réservoir et la chambre.