Brevet FR2576967A1 — publié le 19860808

-invention concerne une soupape de sûreté à commande él3.ectromagnétique pour puits de forage. Il est bien connu de prévoir une soupape de sécurité de fond, actionnée par un solénoïde. Le brevet US n 3 731 742 décrit, dans l'une de ses formes de réalisation, une soupape de sécurité qui est amenée mécaniquement dans sa position ou- verte au moyen d'un outil placé dans le puits de forage et est bloquée dans la position ouverte par un organe d'arrêt. La sou- pape est amenée dans la position fermée par l'actionnement O0 d'un solénoïde servant à déverrouiller le,lspositJf d'arrët- Le brevet US n 4.9R 248 et la demande de brevet US déposée sous le numéro provisoire Re. 30 110 I.Crivent des soupapes de sécurité de fond, à commande électromagnétique, dans les- quelles le mécanisme à solénoïde réa-is. la feonztion d'ouver- ture de la soupape et est d'un fonctionie'lent sOr en cas de défaillance, en ce que la soupape se ferme dnr:s le cas oi lJa- limentation en énergie électrique est defaillanrte. Cependant ces soupapes se ferment de façon indâsirable si différentes forces & l'intérieur du puits de forage sont _operieures à la force produite par le solénoïde, comme par exemple dans le cas o la vitesse d'écoulement à l'intérieur de la colonne du puits augmente ou bien si les outils utilisés dlans le puitse se déplaçant selon un mouvement ascendant dans la soupape de sécurité, actionnent cette dernière et en provoquent la fer- mieture. La présente invention concerne une soupape de sécurité de fond à commande électromagnéticue présentant un fonction- nement sûr en cas de défaillance, et destinée a être insér6e dans un puits de forage et danslaque]Je le solénoide, lorsqu'il est excité, amène la soupape dans la pcsition ouverte et dans laquelle, ensuite, la soupape est bloquée efficacement dans la position ouverte, ce qui supprime toute possibilité que les différentes forces agissant a 'intérieur du puits puissent vaincre la force du solénoïde et fermer de façon indésirable la soupape. Ce problème est résolu conformément à l'invention dans une soupape de sécurité à commande électromagnétique pour puits de forage, caractérisée en ce qu'elle comporte: un bol- tier comportant un perçage, un organe de fermeture de la sou- pape, situé dans le perçage et se déplaçant entre une posi- tion ouverte et une position fermée, un organe tubulaire dé- plaçable de façon télescopique dans le boîtier de manière à commander le déplacement de l'organe de fermeture de la sou- pape, des moyens de sollicitation agissant sur ledit organe tubulaire pour déplacer ce dernier dans une direction permet- tant de fermer ladite soupape, une armature déplaçable à l'in- térieur du boîtier, une bobine de solénoïde disposée au voi- sinage du boîtier de manière à déplacer l'armature, des pre- miers moyens de blocage déverrouillables servant à raccorder l'armature à l'organe tubulaire, ce qui a pour effet que le déplacement de l'armature sous l'action du solénoide ouvre la soupape, lesdits premiers moyens de blocage étant déverrouil- lés lorsque la soupape est ouverte, et des seconds moyens de blocage déverrouillables servant à bloquer l'organe tubulaire dans la position ouverte avant le déverrouillage des premiers moyens de blocage. Selon une caractéristique de la présente invention, les seconds moyens de blocage bloquent l'organe tubulaire dans la position ouverte dans le boîtier. Selon une autre caractéristique de l'invention, les se- conds moyens de blocage sont bloqués et débloqués sous l'effet du déplacement de l'armature, et il est prévu des moyens de sollicitation agissant de manière à écarter l'armature de la bobine de solénoîde. Selon une autre caractéristique de la présente inven- tion, les premiers moyens de blocage comportent un premier er- got mobile porté par l'armature et l'organe tubulaire compor- te une encoche de blocage. Un épaulement de blocage déverrouil- lable est porté par l'armature de manière à réaliser le blo- cage, avec possibilité de déverrouillage, du premier ergot dans l'encoche. Selon une autre caractéristique de l'invention, les se- conds moyens de verrouillage comportent un second ergot mobi- le porté par le boîtier, et l'organe tubulaire comporte une encoche de retenue. Un épaulement de blocage est porté par l'armature de manière à réaliser le blocage, avec possibilité de déverrouillage, du second ergot dans l'encoche de retenue. Selon une autre caractéristique de la présente inven- tion, le boîtier comporte un épaulement de butée servant à con- tacter l'épaulement de blocage porté par l'armature de manière à déverrouiller les premiers moyens de blocage lors de la ve- nue de la soupape dans la position ouverte. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'en- coche de retenue est suffisamment large pour permettre aux se- conds moyens de blocage de bloquer l'organe tubulaire et de permettre le déplacement de cet organe afin de déverrouiller- les premiers moyens de blocage. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortent de la description donnée ci-après prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels - les figures 1A et 1iB sont des vues en élévation, en demi-coupe, de la soupape de sécurité électromagnétique con- forme à la présente invention, représentée dans la position fermée; et - les figures 2A et 2B sont des prolongements de la sou- pape desdites figures respectives LA et lBmais représentant cette dernière dans la position fermée. Ci-après on va décrire la forme de réalisation préfé- rée de l'invention. Bien que l'on décrive la soupape électromagnétique de sécurité conforme à la présente invention en référence à une soupape du type récupérable dans une colonne de puits de fo- rage, qui utilise un élément de soupape à clapet, et ce uni- quement à des fins d'illustration, on comprendra que la pré- sente invention est applicable à d'autres types de soupapes de sécurité et à d'autres soupapes de sécurité utilisant d'au- tres types de moyens de fermeture. En se référant maintenant aux dessins, le chiffre de référence 10 désigne d'une manière générale la soupape de sé- curité à commande électromagnétique de la présente invention, prévue pour un puits de forage, cette soupape possédant un boî- tier 12 qui peut comporter un raccord fileté supérieur 14 et un raccord fileté inférieur 16 permettant son raccordement à l'intérieur de la colonne d'un puits de forage, et comporte un perçage 17. Un organe 18 de fermeture de la soupape, comme par exemple un clapet, est disposé dans le perçage 17 et peut être raccordé à un pivot 10 de manière à venir dans une posi- tion fermée comme cela est mieux visible sur la figure lB en vue de bloquer l'écoulement à travers la soupape (10) ou bien de manière à venir dans une position ouverte comme cela est mieux visible sur la figure 2B afin de permettre un écoulement à travers la soupape. Un organe tubulaire 22 est déplaçable de façon télescopique dans le bottier 12 de manière à comman- der le déplacement de l'organe 18 de fermeture de la soupape. Lorsque l'organe tubulaire 22 est dans la position haute, le clapet 18 peut se déplacer en venant dans la position fermée, sous l'action d'un ressort 24. Cependant, lorsque l'organe tu- bulaire 22 est abaissé, il écarte le clapet 18 de son siège, ce qui provoque l'ouverture de la soupape. Différentes forces peuvent être prévues pour la com- mande du déplacement de l'organe tubulaire 22. Ainsi des mo- yens de sollicitation, comme par exemple un ressort 26, peu- vent être disposés dans le boîtier 12 entre un épaulement 28 situé dans le boîtier et un épaulement 30 situé sur l'organe tubulaire 22 de manière à solliciter ce dernier dans une di- rection de fermeture de la soupape 10. En outre il est prévu une bobine électrique formant solénoide 32 qui est raccordée au boîtier 12 et est alimentée par un ou plusieurs conducteurs électriques 34 qui sont adaptés de manière à s'étendre jusqu'à la surface du puits de forage de manière à exciter et désexci- ter la bobine électrique 32. Une armature magnétique 36 est déplaçable de façon télescopique dans le boîtier 12 et peut être attirée par la bobine de solénoïde 32 et se déplacer de- puis une position haute, qui est mieux visible sur la figure LA, jusque dans une position basse qui est mieux visible sur les figures 2A et 2B, de manière à déplacer l'organe tubulai- re 22 dans une position abaissée permettant l'ouverture de la soupape 10. Lorsque la bobine 32 est désactivée, l'armature 36 remonte sous l'action des moyens de sollicitation, comme par exemple un ressort 38, disposés entre un épaulement 40 pré- vu sur le bottier 12 et un épaulement 42 prévu sur une butée magnétique 52. L'utilisation d'un solénoïde et d'une armature pour actionner une soupape de sécurité montée dans un puits de forage est décrite dans la demande de brevet déposée aux Etats Unis sous le numéro provisoire Re. 30 110. Cependant, dans cette soupape, l'écoulement ascendant des fluides à l'in- térieur du puits peut vaincre la force de la soupape électro- magnétique et fermer cette dernière. En outre des outils uti- lisés dans le puits et se déplaçant selon un mouvement ascen- dant pourraient contacter l'organe tubulaire et fermer la sou- pape ou même ces outils pourraient se bloquer dans la soupape de sécurité. la présente invention concerne une soupape de sécurité perfectioenée à commande électromagnétique, qui est bloquée de façon efficace dans la position ouverte lorsque le solénoïde est excité, de manière à supprimer tout risque que la soupape puisse être fermée par des forces surmontant la force d'attrac- tion électromagnétique de la bobine du solénoïde. En se réfé- rant maintenant à la figure 1A, on voit que des premiers mo- yens de blocage déverrouillables sont prévus afin de raccor- der l'armature 36 à l'organe tubulaire 22, ce qui a pour ef- fet que l'attraction de l'armature 36 par la bobine 32 du solé- noïde provoque l'abaissement de l'armature 36 et de l'organe tubulaire 22, ce qui ouvre la soupape 10. Un premier ergot 44 est porté, de façon à pouvoir être déplacé, par l'armature 36 afin de se déplacer suivant une direction radiale à l'inté- rieur et en direction de l'organe tubulaire 22 et vers l'exté- rieur à partir de l'organe tubulaire 22. L'organe tubulaire 22 comporte une encoche de blocage 46 servant à recevoir l'er- got 44 de manière a bloquer, de façon déverrouillable, l'or- gane tubulaire 22 sur l'armature 36. L'ergot 44 est maintenu initialement dans la position bloquée par un épaulement de blo- cage 48 qui est sollicité dans la position de blocage par un ressort 50. C'est pourquoi, lorsque l'armature 36 est attirée par la bobine 32 du solénoïde et descend, elle entraîne l'or- gane tubulaire 22 vers le bas de manière à ouvrir la soupape 10. Comme cela est mieux visible sur les figures 2A et 2B, l'armature 36 se déplace vers le bas en direction d'une butée magnétique 52, mais avant que l'armature 36 n'atteigne l'ex- trémité de sa course descendante, l'épaulement mobile 48 con- tacte un épaulement de butée 54 situé dans le bottier 12, ce qui arrête la poursuite du mouvement de descente de l'épaule- ment de blocage 48. Cependant l'armature 36 et l'organe tubu- laire 22 continuent à descendre et l'ergot 44 descend par rap- port à l'épaulement de blocage 48, sort pour pénétrer dans un renfoncement 56 ménagé dans l'épaulement de blocage 48 et dé- verrouille l'organe tubulaire 22 par rapport à l'armature 36. Cependant des seconds moyens de blocage déverrouilla- bles sont prévus afin de bloquer et de maintenir l'organe tubulaire 22 dans la position ouverte avant la libération de l'ergot 44. Les seconds moyens de blocage déverrouillables com- prennent un second ergot mobile radialement 60, qui est dépla- çable dans une partie 62 du boîtier 12 et est adjacent à l'or- gane tubulaire 22. L'ergot 60 peut être amené dans une enco- che de retenue 64 ménagée dans l'organe tubulaire 22, sous l'effet du déplacement d'un épaulement de blocage 66 porté par l'armature 36. On notera sur la figure 1A que l'épaulement de blocage 66 est d'une manière générale aligné horizontalement avec l'encoche de retenue 64 et que ces deux éléments se dé- placent de concert selon un mouvement descendant lorsque l'or- gane tubulaire 22 et l'armature 36 se déplacent en direction de la position ouverte. En se référant maintenant à la figure 2A, pendant l'ins- tant o l'ergot 44 est libéré, l'écoulement de blocage 66 con- tacte la face arrière du second ergot 60, déplace ce dernier et le bloque dans l'encoche de retenue 64. L'encoche de blo- cage 64 est suffisamment large pour permettre au second ergot de contacter l'encoche de retenue 64 et de permettre encore un mouvement de descente de l'organe tubulaire 22, de manière à réaliser le déverrouillage des premiers moyens de blocage. Une fois que le premier ergot 44 est déverrouillé, le ressort de sollicitation 26 déplace l'organe tubulaire 22 vers le haut sur une faible distance de manière à provoquer la venue en bu- tée de l'encoche de retenue 64 contre le second ergot 60. Ain- sis con]me cela est.mieux visible sur les figures 2A et 2B, la soupape 10 est bloquée dans la position ouverte par le fait que l'organe tubulaire 22 est bloqué de façon détachable dans le boîtier 12 avec une action de blocage efficace, ce qui a pour effet que des forces ascendantes s'exerçant dans le per- gage 17 du puits de forage ne peuvent pas vaincre la force exercée par la bobine 32 du solénoïde et ne peuvent pas fer- mer de façon indésirable la soupape 10. Dans la position ou- verLe, la bobine 32 est encore excitée de manière à maintenir en position abaissée l'armature 36 qui à son tour maintient l'épaulement de blocage 66 contre le second ergot 60, afin de maintenir ce dr:nier dans l'encoche 64 et en position bloquée. La soupape 10 est une soupape à fonctionnement sûr en cas de défaillance, par le fait que cette soupape reste ouver- te tant que la bobine 32 du solénoïde est excitée. Lorsque l'on désire fermer la soupape ou bien dans le cas d'une défail- lance d'alimentation en énergie électrique appliquée à la bo- bine 32. la soupape se ferme. C'est-a-dire que lorsque la bo- bine 32 du solénoïde est désexcitée, le ressort 38 déplace l'armature 36 et l'épaulement de blocage 66, qui est raccordé à cette armature, vers le haut de manière à déverrouiller le second ergot 60, auquel cas le ressort 26 déplace alors l'or- gane tubulaire 22 vers le haut de manière à permettre à l'or- gane 18 de fermeture de la soupape de fermer cette dernière. Lorsque l'organe tubulaire 22 et l'armature 36 sont amenés dans leur position haute, comme cela est mieux visible sur la figure 1A, l'épaulement de blocage 48 chargé par le ressort s'abaisse à nouveau en contactant le premier ergot 44 et amè- ne ce dernier dans l'encoche de blocage 46 de manière à pla- cer la soupape 10 dans un état permettant l'ouverture lors de l'excitation de la bobine 32. C'est pourquoi la présente invention est bien adaptée pour résoudre les objectifs et obtenir les avantages mention- nés ainsi que d'autres buts et avantages qui sont propres à un tel système. Bien que l'on ait considéré une forme de réa- lisation actuellement préférée de l'invention dans le cadre de la présente description, il apparaît à l'évidence que l'on peut apporter de nombreuses modifications dans les détails de construction et d'agencement des éléments, comme cela apparaî- tra de façon évidente aux spécialisates de la technique, sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Soupape de sécurité à commande électromagnétique (10) pour puits de forage, caractérisée en ce qu'elle comporte: - un boîtier (12) comportant un perçage (17), - un organe (18) de fermeture de la soupape, situé dans le perçage et se déplaçant entre une position ouverte et une position fermée, - un organe tubulaire (22) déplaçable de façon téles- copique dans le boîtier (12) de manière à commander le dépla- cement de l'organe (18) de fermeture de la soupape, - des moyens de sollicitation (26) agissant sur ledit organe tubulaire (22) pour déplacer ce dernier dans une direc- tion permettant de fermer ladite soupape, - une armature (36) déplaçable à l'intérieur du bol- tier (12), - une bobine de solénoïde (32) disposée au voisinage du boîtier de manière à déplacer l'armature (36), - des premiers moyens de blocage déverrouillables (44, 46, 48) servant à raccorder l'armature (36) à l'organe tubu- laire (22), ce qui a pour effet que le déplacement de l'arma- ture (36) sous l'action du solénoïde ouvre la soupape (10), lesdits premiers moyens de blocage étant déverrouillés lors- que la soupape est ouverte, et - les seconds moyens de blocage déverrouillables (60, 64, 66) servant à bloquer l'organe tubulaire dans la position ouverte avant le déverrouillage des premiers moyens de bloca- ge (44, 46, 48). 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les seconds moyens de blocage (60, 64, 66) bloquent l'organe tubulaire (22) sur le boîtier (12). 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que les seconds moyens de blocage (60, 64, 66) sont blo- qués et déverrouillés sous l'effet du déplacement de l'arma- ture (36). 4. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en 257696? ce qu'il comporte des moyens de sollicitation agissant de ma- nière à écarter l'armature (36) de la bobine de solénoïde (32). 5. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les premiers moyens de blocage (44, 46, 48) comportent: - un premier ergot mobile (44) porté par l'armature (36), - une encoche de blocage (46) portée par ledit organe tubulaire (22), et - un épaulement de blocage (48) porté par l'armature de manière à bloquer ledit premier ergot (44) dans ladite en- coche (46). 6. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les seconds moyens de blocage (60, 64, 66) comportent: - un second ergot mobile (60) porté par le boîtier (12), - une encoche de retenue (64) portée par ledit organe du tubulaire (22), et - un épaulement de blocage (66) porté par l'armature de manière à bloquer ledit second ergot dans l'encoche de re- tenue. 7. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que le boîtier (12) comporte un épaulement de butée (54) servant à contacter ledit épaulement de blocage (48) de ma- nière à débloquer lesdits premiers moyens de blocage (44, 46, 48) lors de la venue de la soupape (10) dans la position ou- verte. 8. Soupape de sécurité à commande électromagnétique pour puits de forage, caractérisée en ce qu'elle comporte: - un boîtier (12) comportant un perçage (17), - un organe (18) de fermeture à la soupape, situé dans le perçage et se déplaçant entre une position ouverte et une position fermée, - un orgnae tubulaire (22) déplaçable de façon téles- copique dans le boîtier (12) de manière à commander le dépla- cement de l'organe (18) de fermeture de la soupape, - des moyens de sollicitation (26) agissant sur ledit organe tubulaire (22) pour déplacer ce dernier dans une direc- tion permettant de fermer ladite soupape, - une armature (36) déplaçable à l'intérieur du boî-- tier (12), - une bobine de solénoïde (32) disposée au voisinage du boîtier de manière à déplacer l'armature (36), - des moyens de sollicitation (38) situés dans le boî- tier (12) de manière à déplacer ladite armature (36) lors- qu'elle est déverrouillée, - des premiers moyens de blocage déverrouillables(44, 46, 48) servant raccorder l'armature & l'organe tubulaire (22), ce qui a pour effet que le déplacement de l'armature sous l'ac- tion du solénoide provoque l'ouverture de la soupape, ces pre- miers moyens de blocage étant déverrouillés lorsque la soupa- pe est ouverte, et - des seconds moyens de blocage déverrouillables (60, 64, 66) pouvant être actionnés sous l'effet du déplacement de l'armature (36) pour bloquer l'organe tubulaire (22) dans la position ouverte par rapport au boîtier (12) avant le déblo- cage des premiers moyens de blocage. 9. Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens situés sur le boîtier (12) pour déverrouiller les premiers moyens de blocage (44, 46, 48). 10. Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que les premiers moyens de blocage (44, 46, 48) comportent un premier ergot mobile (44) porté par l'armature (22), une encoche de blocage (46) portée par ledit organe tubulaire (22) et un épaulement mobile de blocage (46) chargé par un ressort (50) et porté par ladite armature de manière à bloquer ledit premier ergot (44) dans ladite encoche (46). 11. Appareil selon larevendication 10, caractérisé en ce qu'il comporte un épaulement de déblocage situé sur le boi- tier (12) et servant à contacter l'épaulement de blocage mo- bile (48) afin de débloquer le premier ergot (44) lors du dé- placement de l'armature (22) venant dans la position d'ouver- ture-de la soupape. 12. Appareil selon la revendication 11, caractérisé en ce que les seconds moyens de blocage (60, 64, 66) comportent: - un second ergot (60) porté par le boîtier (12), - une encoche de retenue (64) ménagée dans ledit orga- ne tubulaire, et - un épaulement de blocage déverrouillable (66) porté par l'armature (36) et servant à bloquer ledit second ergot (60) dans l'encoche de retenue (64) et à le dégager de cette encoche. 13. Appareil selon la revendication 12,.caractérisé en ce que l'encoche de retenue (64) est suffisamment large pour loger le second ergot (60) alors que l'organe tubulaire (22) et l'armature (36) se déplacent de manière à déverrouiller les premiers moyens de blocage (40, 44, 46).