Brevet FR2577647A1 — publié le 19860822

Il est connu d'utiliser dans des installations souterraines des vannes de sûreté actionnées par solé- nolde. Le brevet U.S. No. 3 731 742 décrit une forme de vanne de sûreté qui est actionnéemécaniquement dans la position d'ouverture par un outil de puits et qui est verrouillée dans cette position d'ouverture par un encliquetage. La vanne est commutée dans la position de fermeture par actionnement d'un solénoïde servant à libérer l'encliquetage. Les brevets U.S. Nos. 4 191 248 et Re. 30 110 décrivent des vannes de sareté acLicJ"e; par solénoïde pour installations souterraines, dans lesquelles le mécanisme solénoïde remplit la fonctioc d'ouverture de la vanne et présente une sécurité par le fait que la vanne se ferme dans le cas o il se pro- duit une panne de courant électrique. Cependant, ces vannes se ferment de façon indésirable lorsque diffé- reintes for-es produites dans le puits contrebalancent l'action du solénoïde, par exemple lorsque la vitesse découlement dans la colonne du puits augmente, ou bie lorsque des outils du puits se déplaçant vers le haut entrent en c.ont:act avec la vanne de sûreté et produi- sent sa fermeture. La présente invention concerne une vanne de sûreté pcur puits, d'un fonctionnemei-t sCy, qui soit d' abord ouverte par déplacement mécanique &utn élément tubulaire servant à ouvrir la vanne de tstaeL et soit ensuite bloquée dans la position d1c :certoze par appli- cation d'un courant à un solénoïde Lui mintient une armature servant à bloquer, de façon déclenchable, la vanne en condition d'ouverture. Cela procure l'avantage que la vanne est efficacement bloquèc en cnsidition d'ouverture - en opposition à des forces s'exerçant dans le puits et qui pourraient avoir tendance à fermer la vanne, et en second lieu, la vanne est maintenue ouverts et dans la position de blocage avec un minimum d'énergie électrioue. La présente invention concerne une vanne de sûreté pour puits actionnée par solénoide, comprenant un carter pourvu d'un alésage, un élément obturateur de vanne placé dans l'alésage et se déplaçant entre des po- sitions d'ouverture et de fermeture, et un élément tubu- laire déplaçable télescopiquement dans le carter pour la commande du mouvement de l'élément obturateur de vanne. Un premier moyen de poussée agit sur l'élément tubulaire pour le déplacer dans une direction de ferme- ture de la vanne. Une armature est mobile dans le carter et un enroulement de solénolde est relié au carter pour déplacer et/ou retenir l'armature. Un second moyen de poussée agit sur l'armature pour la déplacer vers le haut. Un verrou déclenchable est prévu pour verrouiller l'élément tubulaire dans la position d'ouverture, et le verrou comprend un moyen pour verrouiller de façon dé- clenchable l'élément tubulaire sur le carter. Le moyen de verrouillage est maintenu dans la position verrouillée par l'armature lorsqu'elle est actionnée par l'enroule- ment du soléno!de. La vanne est fermée quand l'enroule- ment du soléno!de est désexcité en libérant ainsi le verrou, et le premier moyen de poussée déplace l'élément tubulaire pour fermer la vanne. Un autre objet de la présente invention consiste dans la disposition, sur l'élément tubulaire et l'armature, d'épaulements coopérants pouvant entrer en contact l'un avec l'autre, de telle sorte que, quand l'élément tubu- laire est déplacé vers le bas, l'armature soit déplacée vers le bas pour réduire le courant électrique nécessaire pour l'enroulement du solénolde. Ainsi, l'enroulement du solénoide n'a pas à déplacer l'armature, mais il doit seulement exercer une force suffisante pour mainte- nir la vanne ouverte. Selon encore un autre objet de la présente in- vention, le verrou déclenchable comprend un taquet mobile 3 2577647 porté par le carter, et ledit élément tubulaire comporte un épaulement de retenue, tandis qu'un épaulement de verrouillage est porté par l'armature pour bloquer le taquet contre l'épaulement de retenue. De préférence, l'élément tubulaire comporte une encoche de retenue placée au-dessus de l'épaulement de retenue. Selon encore un autre objet de la présente invention, il est prévu une vanne de snreté actionnée par solénoïde, remplissant une fonction de sécurité et comportant un élément obturateur de vanne placé dans un alésage d'un carter, dans lequel coulisse télescopique- ment un élément tubulaire servant à commander le mouve- ment de l'élément obturateur de vanne. Des moyens sont prévus sur l'élément tubulaire pour déplacer mécanique- ment l'élément tubulaire vers le bas afin d'ouvrir l'élément obturateur de vanne, et un premier moyen de poussée agit sur l'élément tubulaire pour le déplacer vers le haut afin de permettre la fermeture de l'élé- ment obturateur de vanne. Une armature est mobile dans le carter, et un second moyen de poussée agit sur l'ar- mature pour la déplacer vers le haut. Des épaulements prévus sur l'élément tubulaire et l'armature entrent en contact l'un avec l'autre pour déplacer l'armature vers le bas quand l'élément tubulaire est déplacé vers le bas. Un enroulement de solénoïde relié au carter agit sur l'armature pour retenir l'armature en bas quand le solénoide est excité. Un verrou déclenchable comprend un taquet mobile porté par le carter et l'élé- ment tubulaire comporte un épaulement de retenue, etun épaulement de verrouillage est porté par l'armature pour bloquer le taquet contre l'épaulement de retenueafin de bloquer l'élément tubulaire dans la position d'ouverture sur le carter. Le verrou est maintenu dans la position verrouillée par l'armature en réponse à l'enroulement du solénoide. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mis en évidence, dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexes dans lesquels: les Figures 1A, lB et 1C sont des vues se pro- longeant mutuellement, à savoir des vues fragmentaires en élévation et en demi-coupe d'une vanne de sûreté conforme à la présente invention, qui est représentée, par des lignes en trait plein, dans la position de fermeture et, par J0 des lignes en trait interrompu, dans la position d'ou- verture, et la Figure 2 est une vue en élévation fragmen- taire et en demi-coupe de cette vanne de sûreté, montrant l'élément tubulaire verrouillé dans la position d'ou- verture et sur le carter. Bien que la vanne de sûreté actionnée par solé- noide de la présente invention soit-décrite, seulement à titre d'illustration, en relation avec une vanne du type pouvant être retiré d'une colonne de puits et uti- lisant un élément obturateur constitué par un clapet, il va de soi que la présente invention est applicable à d'autres types de vannes de sûreté, etnotammentàdes vannes de sûreté utilisant d'autres types d'éléments obturateurs. En considérant maintenant les figures, on voit que la référence numérique 10 désigne, dans son ensemble, une vanne de sûreté pour puits actionnée par solénoïde conforme à la présente invention, qui comprend un carter 12 pouvant être pourvu de parties filetées supérieure et inférieure (non représentées) pour brancher la vanne 10 dans une colonne de puits. Le carter 12 comporte un alésage 17, etun élément obturateur 18 de la vanne, tel qu'un clapet, est positionné dans l'alésage 17 et est relié à un pivot 20 de façon à être amené dans une position de fermeture, comme cela est bien indiqué par des lignes en trait plein sur la Figure 1C,pour arrêter l'écoulement passant dans la colonne, ou bien dans une position d'ouverture, comme cela est indiqué par des lignes en trait interrompu sur la Figure 1C, pour permettre un écoulement au travers de la vanne 10. Un élément tubulaire 22 est déplaçable télescopi- quement dans le carter 12 afin de commander le mouvement de l'élément obturateur 18 de la vanne. Quand l'élément tubulaire 22 se trouve en position haute, le cla- pet 18 peut être amené dans la position de fermeture par un ressort 24 et par l'écoulement ascendant de fluides du puits au travers de l'alésage 17. Cependant, quand l'élément tubulaire 22 est déplacé vers le bas, il écarte le clapet 18 de son siège et ouvre ainsi la vanne 10. Différentes forces sont produites pour comman- der le mouvement de l'élément tubulaire 22. Ainsi, un moyen de poussée tel qu'un ressort 26 peut être disposé dans le carter 12 entre un épaulement 28 prévu dans le carter et un épaulement 30 prévu sur l'élément tubulaire 22 afin de pousser l'élément tubulaire 22 vers le haut dans une direction de fermeture de la vanne 10. Pour ouvrir la vanne, il est prévu sur l'élément tubulaire 22 des moyens tels qu'un épaulement 32 placé en haut, ou bien un évidement approprié placé à l'intérieur (non représenté) pour être sollicité pJr un outil de puits d'un type approprié en vue de faire déplacer mécaniquement l'élément tubulaire 22 vers le bas au travers du clapet obturateur 18 pour ouvrir la vanne. Cependant, il est souhaitable de verrouiller l'élément tubulaire 22 dans la position d'ouverture et de le verrouiller par rapport au carter 12 de façon qu'il ne soit pas affecté par des forces produites dans l'alésage 17 et engendrant une fermeture non-intention- nelle de la vanne 10. En conséquence, il est prévu un 6 2577647 verrou déclenchable pour verrouiller l'élément tubulaire 22 en position d'ouverture dans le carter 12, ce verrou étant maintenu dans la position verrouillée par une armature excitée par l'enroulement d'un solénoide. Ainsi, il est prévu une armature magnétique 36 qui est déplaçable télescopiquement dans le carter et qui est adaptée pour être attirée par un enroulement de solé- noide 38, en étant déplacée d'une position haute, comme le montre mieux la Figure lB, jusque dans une position basse, comme le montre mieux la Figure 2. L'armature 36 est poussée vers le haut par un second moyen de poussée tel qu'un ressort 40. Le verrou déclenchable comporte également un taquet 42 mobile et porté par le carter 12 de façon à se déplacer radialement vers l'intérieur en direction de l'élément tubulaire 22, et vers l'extérieur en s'éloignant de l'élément tubulaire 22. L'élément tubulaire 22 comporte un épaulement de retenue 44 et, de préférence, une encoche de retenue 46 placée au- dessus de l'épaulement 44. Initialement, quand la vanne 10 est en position d'ouverture, le taquet 42 est écarté de l'encoche 46 et de l'épaulement 44. L'armature 36 comporte un épaulement de verrouillage 50 qui, lorsque la vanne est en position d'ouverture, est écarté du taquet 42. Comme le montre mieux la Figure 2, après que l'élément tubulaire 22 a été déplacé vers le bas jusque dans la position d'ouverture pour ouvrir l'élément obtu- rateur 18 de la vanne, l'encoche 46 est amenée en aligne- ment avec le taquet de verrouillage 42. A ce moment, un courant est produit dans l'enroulement de solénoide 38 et est transmis, par l'intermédiaire des fils électriques 39, qui s'étendent jusqu'en surface, pour produire une attraction de l'armature 36 vers le bas afin d'appliquer l'épaulement de verrouillage 50 contre le taquet 42, en déplaçant ainsi ce taquet 42 vers l'intérieur jusque 7 2577647 dans l'encoche de verrouillage 46. Ensuite, l'outil de manoeuvre (non représenté) qui fait descendre l'élément tubulaire 22 peut être enlevé, et le ressort de poussée 26 déplace l'élément tubulaire vers le haut jusqu'à ce que l'épaulement de retenue 44 entre en contact avec le taquet 42. Ensuite, la vanne est verrouilIée dans la position d'ouverture tant que l'enroulement de solénoide 38 est excité. Le taquet 42 verrouille l'élément tubu- laire 22 sur le carter 12, et des forces se produisant dans l'alésage 17, comme des forces produites par un écoulement ascendant de fluides du puits, ou bien une remontée d'outils du puits, ne peuvent pas déplacer accidentellement l'élément tubulaire 22 par contre- balancement de la force du solénoide, comme dans d'autres vannes de sûreté du type à solénoïde, et provoquer accidentellement une fermeture de la vanne 10. En outre, la puissance consommée par le solénoïde 38 pour maintenir l'armature 36 dans la position basse et verrouillée est considérablement inférieure à la puissance nécessaire pour ouvrir une vanne de sûreté actionnée par solénoïde classique. Cela réduit les frais de fonctionnement de la vanne 10, la température d'en- roulement est réduite, et la durée de service est allongée. En outre, la vanne 10 est une vanne remplis- sant une fonction de sécurité par le fait que, en cas de diminution ou de coupure du courant électrique délivré à l'enroulement 38, la vanne 10 revient automatiquement dans la position de fermeture. Ainsi, lorsque le courant électrique cesse de passer dans l'enroulement de solé- noide 38, l'armature 36 se déplace vers le haut sous l'action de son ressort de poussée 40 de façon à écarter l'épaulement de verrouillage 50 du taquet 42, en permet- tant alors au taquet 42 de se déplacer vers l'extérieur en s'éloignant de l'élément tubulaire 22, de l'épaulement de retenue 44 et de l'encoche de retenue 46. 8 2577647 Le ressort de poussée 26 déplace alors l'élément tubu- laire débloqué 22 vers le haut jusque dans sa position d'ouverture, comme le montrent mieux les Figures 1A, lB et 1C, en permettant ainsi à l'élément obturateur 18 de la vanne de se fermer contre son siége. En outre, on peut prévoir une butée magné- tique 52 positionnée dans le carter 12 en alignement avec l'armature 36,afin de réduire la puissance élec- trique consommée par l'enroulement 38 pour maintenir l'armature 36 dans la position basse. La butée magné- tique 52 est poussée par un ressort 54, tel qu'un ressort du type rondelle Belleville, de façon à cons- tituer un amortisseur de chocs. Bien que la structure décrite ci-dessus soit satisfaisante et fonctionne correctement, le mode pré- féré de réalisation comporte des épaulements coopérants , 62 prévus respectivement sur l'élément tubulaire 22 et l'armature 36, entrant en contact l'un avec l'autre quand l'élément tubulaire 22 est déplacé vers le bas. Ainsi, quand l'élément tubulaire 22 est mécaniquement déplacé vers le bas, il entre en contact avec l'arma- ture 36,et déplace celle-civers le bas jusqu'au contact de la butée magnétique 52, en amenant l'épaulement 50 en contact avec le taquet 42 qui est alors déplacé jusque dans l'encoche de verrouillage 46. En conséquence, il n'est pas nécessaire d'appliquer un courant fort à l'enroulement 38 pour déplacer l'armature 36 et le verrou déclenchable. Au contraire, quand l'armature est déplacée mécaniquement vers le bas, un faible courant électrique passant dans l'enroulement 38 est suffisant pour maintenir l'armature 36 contre la butée magnétique 52, qui maintient également l'épaulement 50 en contact avec le taquet 42. En conséquence, l'utilisa- tion des épaulement 60 et 62 permet d'obtenir une vanne qui est maintenue ouverte par un faible courant de retenue et qui ne nécessite pas un courant fort et des commandes additionnelles pour passer en condition d'ouverture. La vanne de sûreté 10 est une vanne de sûreté actionnée par solénoide, utilisable dans des installa- tions souterraines, etqui comporte un mécanisme de verrouillage retenant l'élément tubulaire 22 dans la position d'ouverture dans une condition verrouillée sur le carter 12 indépendamment de l'application de forces axiales à l'élément tubulaire 22, par exemple sous l'effet de l'écoulement de production passant dans l'alésage 17, ou bien d'un outil attaché à un c&ble et passant au travers de la vanne 10. En conséquence, la présente invention est bien adaptée pour atteindre les objectifs et avantages définis ci-dessus et d'autres aussi. Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés; elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées et sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. 2577647 REVENDICATIONS 1. Vanne de streté pour puits actionnée par solé- noide, caractérisée en ce qu'elle comprend: - un carter (12) comportant un alésage (17), - un élément obturateur de vanne (18) placé dans l'alésage (17) et mobile entre des positions d'ouverture et de fermeture, - un élément tubulaire (22) mobile télescopi- quement dans le carter (12) afin de commander le mou- vement de l'élément obturateur de vanne (18), - un premier moyen de poussée (26) agissant sur ledit élément tubulaire (22) pour le déplacer dans une direction de fermeture de ladite vanne (10), - une armature (36) mobile dans le carter (12), - un enroulement de solénoide (38) adjacent au carter (12) de façon à déplacer l'armature (36), - un second moyen de poussée (40) agissant sur l'armature pour la déplacer vers le haut, et - un verrou déclenchable (42, 44, 50) pour ver- rouiller l'élément tubulaire (22) dans la position d'ouverture, ledit verrou comprenant un moyen pour verrouiller de façon déclenchable l'élément tubulaire (22) sur le carter (12), ledit moyen de verrouillage étant maintenu dans la position verrouillée par l'arma- ture (36) en réponse à l'enroulement de solénoïde (38), 2. Vanne de sCreté selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit verrou déclenchable comprend: - un taquet mobile (42) porté par le carter (12), - un épaulement de retenue (44) prévu sur l'élé- ment tubulaire (22), et - un épaulement de verrouillage (50) porté par l'armature (36) pour verrouiller le taquet (42) contre l'épaulement de retenue (44). 3. Vanne de sareté selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend: - des épaulements coopérants (44, 50) prévus respectivement sur l'élément tubulaire (22) et l'ar- mature (36) afin que l'armature soit déplacée vers le bas par l'élément tubulaire (22),pour réduire le courant électrique nécessaire à l'enroulement de solénoide (38). 4. Vanne de sûreté pour puits actionnée par solénoïde, caractérisée en ce qu'elle comprend: - un carter-(12) comportant un alésage (17); - un élément obturateur de vanne (18) placé dans l'alésage (17) et mobile entre des positions d'ouverture et de fermeture, _ un élément tubulaire (22)- mobile télescopi- quement dans le carter (12) afin de commander le mou- vement de l'élément obturateur de vanne (18), - un moyen (44) prévu sur l'élément tubulaire (22) pour déplacer mécaniquement cet élément tubulaire vers le bas afin d'ouvrir l'élément obturateur de vanne (18), - un premier moyen de poussée (26) agissant sur ledit élément tubulaire (22) pour le déplacer vers le haut afin de permettre une fermeture de l'élément obtu- rateur de vanne (18), - une armature (36) mobile dans le carter (12), - un second moyen de poussée (40) agissant sur l'armature (36) pour la déplacer vers le haut, - un enroulement de solénoïde (38) adjacent au carter (12) pour déplacer l'armature (36) vers le bas quand le solénoide (38) est excité, - des épaulements coopérants (44, 50) prévus respectivement sur l'élément tubulaire (22) et l'armature (36),afin que l'armature soit déplacée vers le bas par l'élément tubulaire (22) pour réduire le courant électrique nécessaire à l'enroulement de solénoïde (38) , et - un verrou déclenchable (42, 44, 50) pour ver- rouiller l'élément tubulaire (22) dans la position d'ouverture, ledit verrou comprenant un moyen pour verrouiller de façon déclenchable l'élément tubulaire (22) sur le carter (12), le moyen de verrouillage étant maintenu dans la position verrouillée par l'arma- ture (36) en réponse à l'enroulement de solénoide (38). 5. Vanne de sereté selon la revendication 4, carac- térisée en ce que ledit verrou déclenchable comprend: - un taquet mobile (42) porté par le carter (12), - un épaulement de retenue (44) prévu sur l'élé- ment tubulaire (22), et - un épaulement de verrouillage (50) porté par l'armature (36) pour verrouiller le taquet (42) contre l'épaulement de retenue (44). 6. Vanne de sCreté selon la revendication 5, carac- térisée en ce que l'élément tubulaire comporte une encoche de retenue (46) placée au-dessus de l'épaulement de retenue (44).