Brevet FR2578615A1 — publié le 19860912

Il est connu d'utiliser une vanne d'injection dans des puits o des fluides sont injectés pour diffé- rents objectifs, comme une récupération secondaire, une décharge de fluide ou un stockage de fluide. Des vannes, telles que la série "A" vendue par Camco, Incorporated, et décrite aux pages 1370 et 1371 du Catalogue Général d'Equipements Camco 1980-1981, comportent une soupape d'arrêt d'écoulement, normalement fermée, sollicitée par ressort, avec des orifices sélectivement dimensionnée qui sont déterminés par les forces produites par le fluide d'injection pour ouvrir la vanne. Cependant les orifices s'étendent dans le passage interne de la vanne et ré- duisent les dimensions internes du passage de vanne. Les étranglements qui en résultent empêchent le déplacement d'outils de puits au travers de la vanne. En conséquence, pour effectuer un travail en dessous de la vanne, il faut d'abord retirer la vanne d'injection. Or il est in- téressant de pouvoir effectuer un travail en dessous de la vanne, par exemple des opérations de surveillance de fond de trou, avec notamment des mesures de température, de pression et de débit d'injection, sans retirer la vanne d'injection. La présente invention concerne une vanne d'in- jection pour puits, comportant un dispositif d'étranglement rétractable, permettant à la fois d'exploiter complètement le passage pour faire passer au travers de celui-ci des outils suspendus à des câbles lorsque le dispositif d'é- tranglement est ouvert, et de choisir un débit d'injection minimal grâce à la contraction du dispositif d'étranglement et l'actionnement de la vanne. La présente invention concerne une vanne d'injection utilisable dans un conduit de puits, comportant un carter pourvu d'un passage, et un élément obturateur de vanne placé dans le passage et mobile entre des posi- tions d'ouverture et de fermeture; un tube d'écoulement, mobile télescopiquement dans le carter pour commander le mouvement de l'élément obturateur de vanne, peut être poussé dans une direction permettant la fermeture de l'élément obturateur, et un dispositif d'étranglement expansible et contractable, relié au tube d'écoulement, pénètre dans le passage pour déplacer le tube d'écoulement jusque dans la position d'ouverture en réponse à une in- jection de fluide, mais il peut être expansé pour per- mettre le passage d'outils de puits au travers de la vanne. Selon un autre objet de la présente invention, le dispositif d'étranglement comprend une pluralité de segments mobiles de façon à pénétrer dans le passage ou à en sortir, et des moyens de sollicitation pour pousser élastiquement les segments dans le passage. Selon encore un autre objet, les segments comportent des surfaces supérieures et inférieures arrondies pour permettre le passage d'outils de puits. Dans un mode de réalisation particulier, les segments peuvent compor- ter des surfaces sphériques s'étendant dans le passage. Selon encore un autre objet, un épaulement d'arrêt est prévu sur le tube d'écoulement, et un moyen de verrouillage déclenchable est disposé entre le tube d'écoulement et le carter pour verrouiller le tube d'écoulement et la vanne dans la position d'ouverture. Selon encore un autre objet de la présente in- vention, il est prévu des segments qui ont en section droite une forme triangulaire arrondie pour fermer plus complète- ment le passage, de manière à créer une force accrue d'ouverture et à permettre l'utilisation d'une force maximale de poussée pour fermer la vanne. Selon encore un autre objet de la présente in- vention, il est prévu un dispositif d'étranglement variable, radialement rétractable, relié au tube d'écoulement et pé- nétrant dans le passage pour déplacer le tube d'écoulement 257861S vers le bas en réponse à une injection de fluide vers le bas dans le passage mais se rétractant pour permettre le passage d'outils de puits au travers de la vanne. 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 annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue en élévation et en coupe de la vanne d'injection de la présente invention, la figure 2 est une vue en coupe fragmentaire à échelle agrandie de la vanne de la figure 1, - la figure 3 est une vue en coupe, faite selon la ligne 3-3 de la figure 1, montrant le dispositif d'étranglement dans la position rétractée, - la figure 4 est une vue en coupe, semblable à la figure 3 et montrant un outil de puits passant au tra- vers du dispositif d'étranglement rétractable de la présente invention, la figure 5 est une vue en perspective d'un des segments de l'étranglement correspondant au mode de réalisation des figures 1 à 4, - la figure 6 est une vue en coupe d'un autre mode de réalisation du dispositif d'étranglement de la présente invention, et - la figure 7 est une vue en perspective d'un des segments d'étranglement du mode de réalisation de la figure 6. Une vanne d'injection conforme à l'invention va être maintenant décrite, seulement à titre d'illustra- tion, s'agissant d'une vanne pouvant être retirée, utili- sant un élément obturateur du type clapet; il va de soi que la présente vanne d'injection peut présenter une structure d'un autre type,et peut utiliser des éléments obturateurs différents. Cependant, la vanne décrite ici est plus particulièrement utilisable, comme vanne de colonne pouvant être retirée, permettant d'exploiter in- tégralement le passage interne. En considérant maintenant les dessins, en par- ticulier la figure 1, on voit que la référence numérique 10 désigne dans son ensemble la vanne d'injection de fluide de la présente invention. Elle comprend un carter 12 compor- tant un moyen supérieur de liaison tel qu'un filetage 14 et un moyen inférieur de liaison tel qu'un filetage 16, pour raccorder la vanne 10 dans une colonne de production de puits. Le carter 12 comporte un passage central 18, et un élément obturateur de vanne 20 positionné de façon à ouvrir et fermer le passage 18, pour autoriser ou empêcher l'écoulement ascendant de fluides dans ce passage. L'élé- ment obturateur 20 de la vanne est relié à un pivot 22 pour se déplacer de-la position d'ouverture, mieux visible sur la figure 1, jusque dans une position de fermeture o il s'applique contre un siège de vanne 24. Un tube d'écoulement 26 est mobile télescopiquement dans le carter 12, et est adapté pour se déplacer vers le bas au travers du siège de vanne 24 pour ouvrir l'élément obturateur 20. Lorsque le tube d'écoulement 26 est déplacé vers le haut au-delà du siège 24, l'élément obturateur 20 est déplacé vers l'intérieur et vient s'appliquer contre le siège 24 sous l'action d'un ressort 28. Un moyen d'application tel qu'un ressort 30 est prévu pour pousser élastiquement le tube d'écoulement 26 vers le haut, en vue de la ferme- ture de l'élément obturateur 20 de la vanne. Il est connu d'utiliser une vanne de ce type, comportant un étranglement d'écoulement, tel qu'un orifice relié au tube d'écoulement 26, pour engendrer une force sur le tube d'écoulement 26 quand du fluide est injecté vers le bas dans le passage 18, pour faire descendre le tube d'écoulement 26 et ouvrir l'élément obturateur 20 de la vanne. Aussitôt que l'injection de fluide cesse, le tube d'écoulement est déplacé vers le haut par le ressort 30, et permet à l'élément obturateur 20 de la vanne de pivoter jusque dans la position de fermeture. De telles vannes d'injection sont utilisées dans des puits pour différentes fonctions, par exemple lorsque des fluides sont injectés dans le puits en vue d'assurer une récupération secon- daire, une décharge ou un stockage de fluide. Cependant, il est fréquemment souhaitable de faire descendre des outils de puits au travers de la vanne 10, en vue de remplir des fonctions additionnelles, comme effectuer des travaux de surveillance en fond de trou, notamment des mesures de température, de pression et de débit d'injection. Pour effectuer ces opérations, dans le cas d'une vanne classique pouvant être retirée, il faut d'abord retirer la vanne du fait que l'orifice s'é- tend jusque dans le passage 18 et empêche de ce fait le passage d'outils de puits. Evidemment, dans le cas d'une vanne 10 qui est reliée à la colonne, la vanne ne peut pas être retirée, et en conséquence on ne peut pas utiliser des vannes de ce genre. Selon un élément fondamental de la présente in- vention, il est prévu un dispositif d'étranglement radiale- ment expansible et contractable, désigné dans son ensemble par la référence numérique 40, s'étendant dans le passage 18 pour créer une différence de pression quand du fluide d'injection s'écoule vers le bas pour déplacer le tube d'écoulement 26 jusque dans la position d'ouverture en réponse à l'injection de fluide, tout en permettant simulta- nément, par rétraction dudit étranglement 40, de permettre le passage d'outils de puits au travers de la vanne 10. Le dispositif d'étranglement expansible et contractable peut comporter une pluralité de segments 42 mobiles radia- lement, reliés au tube d'écoulement 26, qui sont poussés en direction du passage 18 par des organes d'application tels que des ressorts 44. Bien que le nombre de segments 42 puisse avoir toute valeur appropriée, ils sont repré- sentés sous la forme de trois segments 42 positionnés radialement autour du passage 18. Les segments 42 compor- tent des surfaces supérieures arrondies 46 et des sur- faces inférieures arrondies 48, de manière que des outils de puits 72 (figure 4) puissent entrer en contact avec les segments 42 en les déplaçant vers le bas ou vers le haut pour pousser les segments 42 vers l'extérieur, en les écartant du passage 18, afin de permettre le passage des outils de puits. Ainsi, grâce à la vanne 10 conforme à l'invention, on a la possibilité de laisser le passage 18 complètement ouvert pour le déplacement des outils de puits. Dans le mode préféré de réalisation de la présente invention, comme indiqué sur les figures 1 à 5, les segments 42 présentent des surfaces' sphériques. Comme le montre la figure 3, les segments arron- dis 42 n'obturent pas complètement le passage 18 lorsqu'ils se trouvent dans leur position de déploiement maximal, étant alors en contact l'un avec l'autre, mais ils laissent subsister un espace central 50. Bien que certains fluides d'injection s'écoulent vers le bas au travers de l'espace , la pression différentielle s'exerçant sur les segments 42 est suffisante pour permettre à la vanne de fonctionner et de se déplacer jusque dans la position d'ouverture, laissant passer un écoulement minimal, par exemple 15 900 1. de fluide par jour. Dans le cas o le débit augmente jus- qu'à une valeur bien supérieure, le débit proprement dit peut déplacer les segments 42 vers l'extérieur, augmentant la dimension de l'ouverture 50, et augmentant ainsi plus aisément le débit de fluide passant par le passage 18, mais tout en produisant encore une force différentielle suffisante dans l'étranglement 42 pour maintenir la vanne dans la position d'ouverture. Cependant, il est souhaitable d'utiliser pour le ressort 30 une force maximale pour produire un mouvement de montée du tube d'écoulement 26 et une fermeture de l'élément obturateur 20 de la vanne. En conséquence, dans certains cas il peut être souhaitable de donner à l'étran- glement expansible et contractable 40 une configuration permettant de fermer plus complètement l'espace 50. On peut prévoir alors un autre mode de réalisation avec lequel un étranglement plus important est possible, comme le mon- trent mieux les figures 6 et 7 o des références numé- riques identiques désignent des parties identiques des fi- gures 1 à 5, avec addition de l'indice "a". Ainsi, l'é- tranglement 40a peut comporter trois segments 42a, qui ont essentiellement une section droite de forme triangu- laire arrondie, de manière à obtenir un contact plus complet et à pouvoir réduire ainsi encore la dimension de l'ouver- ture 50a. En outre, il est à noter que les segments 42a comportent là encore des surfaces supérieure 46a et infé- rieure 48a qui sont arrondies, de manière à être aisément sollicitées par des outils de puits en vue de produire une expansion des segments 42a pour les faire sortir du passage 18. On peut encore donner aux segments 42 d'autres configurations de façon à créer un dispositif d'étranglement variable et radialement rétractable et expansible, par exemple sous la forme de plusieurs lames ressorts cintrées s'étendant longitudinalement, fixées à l'une ou l'autre extrémité, et qui s'étendent dans le passage 18 tout en étant rétractables lorsqu'elles sont sollicitées par un outil de puits. Bien que la vanne 10 puisse être maintenue dans la position d'ouverture par un outil de puits qui est descendu, il est préférable de prévoir un verrouillage déclenchable, qui soit tel que la vanne 10 puisse être maintenue à la demande dans la position d'ouverture pendant un travail effectué dans la colonne en dessous de la vanne 10. En conséquence, en référence à la figure 1, un épaulement d'arrêt 60 est prévu pour déplacer mécaniquement le tube d'écoulement 26 vers le bas en vue de l'ouverture de l'élé- ment obturateur 20 de la vanne. Un mouvement de descente du tube d'écoulement 26 au-delà de la position d'ouverture normale fait en sorte que des moyens de verrouillage dé- clenchables, comme une pluralité de doigts 62 (figures 1 et 2), portant un talon 64, se déplacent vers le bas, de manière que le talon 64.s'engage dans un évidement 66 ménagé dans le carter 12 en vue de maintenir de façon déclenchable la vanne 10 dans la position d'ouverture. En outre, la vanne comporte un épaulement inférieur 70 pour pouvoir être sollicité par un outil en vue de faire sortir le talon annulaire 64 de l'évidement 66 avec un mouvement vers le haut de l'épaulement 70 et du tube d'é- coulement 26. En conséquence, un outil de puits 72 (figure 4) peut se déplacer vers le bas dans le passage central, entrer en contact avec l'épaulement d'arrêt 60 pour ouvrir l'élément obturateur 20 de la vanne, et l'outil 72 peut alors abaisser les segments 42 en les déplaçant ainsi dans le passage 18 jusqu'en dessous de la vanne 10. Lors de son mouvement de remontée, l'outil de puits peut à nouveau se déplacer devant les segments arrondis 42, et un outil approprié est disposé pour entrer en contact avec l'épau- lement 70 en vue d'une réactivation de la vanne 10. Lors de son mouvement de remontée, l'outil de puits peut à nouveau se déplacer devant les segments arrondis 42, et un outil approprié est disposé pour entrer en contact avec l'épaulement 70 en vue d'une réactivation de la vanne 10. Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation cidessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 - Vanne d'injection utilisable dans un conduit de puits, caractérisée en ce qu'elle comprend: - un car-er (12) comportant un passage central (18), - un élément obturateur (20) de la vanne dans le passage (18) pour se déplacer entre des positions d'ouverture et de fermeture, - un tube d'écoulement (26) mobile télescopiquement dans le carter (12) pour commander le mouvement de l'élément obturateur (20) de la vanne, - un moyen (30) pour pousser le tube d'écoulement (26) dans une direction permettant à l'élément obturateur (20) de la vanne de se déplacer jusqu'à la position de fermeture, et - un dispositif d'étranglement expansible et contractable (40, 40a), relié au tube d'écoulement (26) et pénétrant dans le passage (18) pour déplacer le tube d'écoulement (26) jusque dans la position d'ouverture en réponse à l'injection d'un fluide, mais permettant le passage d'outils de puits au travers de la vanne (10). 2 - Vanne d'injection selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif d'étranglement comprend une pluralité de segments (42) mobiles jusque dans et hors dudit passage (18), et des organes d'appli- cation (44) assurant une poussée élastique desdits segments (42) dans ledit passage (18). 3 - Vanne d'injection selon la revendication 2, caractérisée en ce que les segments (42,42a) comprennent des surfaces supérieure (46,46a) et inférieure (48,48a) arrondies pour permettre le passage d'outils de puits (72). 4 - Vanne d'injection selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend un épaulement d'arrêt (60) prévu sur le tube d'écoulement (26), et un moyen de verrouillage déclenchable (62,64) placé entre le tube d'écoulement (26) et le carter (12) pour verrouiller le tube d'écoulement (26) et la vanne (10) dans la position d'ouverture. 5 - Vanne d'injection selon la revendication 2, caractérisée en ce que les segments (42a) ont une section droite de forme triangulaire arrondie. 6 - Vanne d'injection selon la revendication 2, caractérisée en ce que les moyens poussant lesdits segments (42, 42a) sont des ressorts (44, 44a). 7 - Vanne d'injection selon la revendication 2, caractérisée en ce que lesdits segments (42) comportent des surfaces sphériques s'étendant dans ledit passage (18). 8 - Vanne d'injection utilisable dans un conduit de puits, caractérisée en ce qu'elle comprend: - un carter (12) comportant un passage central (18), - un élément obturateur (20) de la vanne placé dans le passage (18) et se déplaçant entre des positions d'ouver- ture et de fermeture, - un tube d'écoulement (26) mobile télescopiquement dans le carter pour commander le mouvement de l'élément obturateur (20), ledit tube ouvrant l'élément obturateur (20) lors de son mouvement de descente, - un moyen (30) pour pousser le tube d'écoulement (26) vers le haut, permettant à l'élément obturateur (20) de la vanne de se déplacer jusque dans la position de ferme- ture, et - un dispositif d'étranglement variable et radialement rétractable (40, 40a) relié au tube d'écoulement (26) et s'étendant dans le passage (18) pour déplacer le tube d'écoulement (26) vers le bas en réponse à l'injection d'un fluide vers le bas dans le trou (18), mais se contractant pour permettre le passage d'outils de puits (72) au travers de la vanne (10). 9 - Vanne d'injection selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'elle comprend un épaulement d'arrêt (60) prévu sur le tube d'écoulement (26), un moyen de verrouillage déclenchable (62, 64) placé entre le tube d'écoulement (26) et le carter (12) pour verrouiller le tube d'écoulement (26) et la vanne (10) dans la position d'ouverture, et un épaulement de sollicitation (70) prévu sur le tube d'écoulement (26) pour déplacer le tube d'écoulement jusque dans une position déverrouillée.