Brevet FR2602867A1 — publié le 19880219

CELLULE DE TEST D'ETANCHEITE D'UNE VANNE DE SECURITE DE PUITS PETROLIER, PROCEDE DE MISE EN OEUVRE ET VANNE ADAPTEE L'invention concerne le secteur des vannes de sécurité destinées à %tre insérées dans des tubes de production de puits pétroliers en vue d'en assurer l'ouverture ou-la fermeture. Elle vise une cellule de test d'étanchéité de telles vannes et son procédé de mise en oeuvre; elle s'étend 10 à une vanne adaptée pour l'exécution de ces tests. Les vannes de sécurité pour puits pétroliers ont pour fonction de stopper automatiquement la production d'effluent si un incident survient en tête de puits ou en aval de celles-ci. Elles sont commandées hydrauliquement à 15 l'ouverture depuis la surface et se ferment automatiquement au moyen d'un puissant ressort de rappel dès l'apparition d'une chute de pression hydraulique, commandée ou accidentelle. Ces vannes ont fait l'objet de nombreuses études de mise au point et de perfectionnement, et leur emploi s'est généralisé en 20 particulier dans les puits éruptifs offshore. Afin de faciliter la compréhension, la description qui suit est faite en supposant les vannes dans une position correspondant à celle qu'elles ont dans un puits pétrolier, les termes "haut", "bas", "supérieur", "inférieur" 25 se référant à cette position. De telles vannes comprennent essentiellement: - un corps de vanne de forme générale tubulaire, équipé en partie basse d'une soupape d'équilibrage 30 débouchant dans une chambre d'équilibrage, - un organe mobile d'obturation, à clapet ou à balle, séparant en position fermée la chambre d'équilibrage et l'extrémité inférieure de la vanne, dite nez de vanne, ledit organe étant sollicité par des moyens élastiques vers la 35 position fermée, - un coulisseau tubulaire logé dans le corps en vue d'engendrer dans son mouvement descendant l'ouverture de l'organe d'obturation, - un ressort de rappel agencé pour solliciter 40 ledit coulisseau vers une position haute correspondant à la fermeture de l'organe d'obturation, des moyens de déplacement hydraulique du coulisseau vers le bas pour repousser l'organe d'obturation vers sa position d'ouverture, - et un système d'ancrage situé en partie haute du corps pour assujettir la vanne dans le tube de production (lequel est équipé à cet effet d'un manchonréceptacle de forme appropriée). Actuellement, ces vannes sont testées en surface en les insérant dans un tube de production qui est mis sous pression de façon à simuler les conditions réelles de fonctionnement. Toutefois, ces tests sont d'exécution longue et difficile et ne permettent pas de localiser le défaut 15 lorsqu'une fuite est décelée. L'opérateur est alors amené à effectuer des retouches au hasard, soit sur le système de clapet et sur son étanchéité, soit sur le système d'équilibrage et sur son étanchéité. La présente invention se propose de pallier 20 ces défauts en fournissant une cellule spécifique de test d'étanchéité de vannes de sécurité pour puits pétroliers. Un objectif de l'invention est de permettre l'exécution des tests dans des temps considérablement raccourcis, par des opérations très simplifiées. Un autre objectif est de permettre une localisation immédiate de tout éventuel défaut. A cet effet, la cellule de test d'étanchéité conforme à l'invention est constituée par une enceinte tubulaire apte à coiffer le corps de vanne dans sa partie 30 basse au niveau de son nez et de sa chambre d'équilibrage, ladite enceinte comprenant: un fond l'obturant à son extrémité, côté nez de vanne, des moyens de fixation de ladite enceinte 35 sur le corps de vanne, deux portions cylindriques internes aptes à épouser la forme externe du corps de vanne au voisinage de sa soupape d'équilibrage, de part et d'autre de celle-ci, deux joints d'étanchéité disposés sur 40 chacune desdites portions cylindriques en vue de pouvoir se disposer respectivement au-dessus et au-dessous de ladite soupape d'équilibrage, en appui contre le corps de vanne, une lumière supérieure ménagée dans la 5 paroi de l'enceinte entre les joints d'étanchéité précités pour pouvoir déboucher en regard de ladite soupape d'équilibrage, À une lumière inférieure, ménagée dans la paroi de l'enceinte au voisinage du fond de celle-ci pour 10 pouvoir déboucher au niveau du nez de vanne,. des conduits de mise en pression raccordés aux lumières précitées. Le procédé de mise en oeuvre d'une telle cellule consiste è introduire le nez de la vanne à tester dans 15 l'enceinte tubulaire de la cellule, à fixer ladite enceinte sur le corps de vanne de sorte que les joints d'étanchéité de la cellule viennent se situer de part et d'autre de la soupape d'équilibrage de la vanne et à effectuer séparément des tests d'étanchéité de la soupape d'équilibrage de la vanne et de son 20 organe d'obturation en position fermée, en assurant des mises en pression successives des conduits raccordés à la cellule test. L'opérateur localise ainsi tout éventuel défaut et peut exécuter une retouche uniquement sur l'organe 25 défaillant, avant d'effectuer un contrôle par un nouveau test sur cet organe. La mise en oeuvre est facile et rapide, car elle n'implique aucune opération de mise en place de la vanne dans un tube de puits: il suffit de coiffer ladite vanne au 30 moyen de la cellule et d'assurer la fixation de cette dernière autour du corps de vanne. Selon un mode de réalisation préféré, les moyens de fixation prévus à cet effet comprennent: une douille de fixation taraudée sur sa 35 portion basse et munie d'un collet de blocage supérieur,. un filetage externe réalisé à l'extrémité haute de l'enceinte pour pouvoir coopérer avec le taraudage de la douille, À et au moins une clavette de blocage 40 longitudinal, constituée en particulier par une pièce en forme de section de couronne, apte à s'insérer dans une rainure annulaire qui est extérieurement ménagée autour du corps de vanne au-dessus de la soupape d'équilibrage. Après engagement de la douille autour du corps de vanne, la fixation s'opère très simplement par insertion de la ou des pièces-clavettes dans la rainure annulaire de la vanne et par vissage de la douille de fixation autour de l'extrémité haute filetée de l'enceinte (celle-ci 10 ayant été amenée à coiffer le nez de vanne jusqu'au niveau des pièces-clavettes). L'invention s'étend à une vanne de sécurité de puits pétrolier, adaptée pour lui permettre d'être testée par la cellule ci-dessus décrite. Ladite vanne du type général 15 déjà défini est caractérisée en ce que son corps tubulaire comporte, sur son pourtour externe, une rainure annulaire située au-dessus de sa soupape d'équilibrage en vue de l'insertion des pièces-clavettes de fixation précitées. D'autres caractéristiques, buts et avantages 20 de l'invention ressortiront de la description qui suit en référence aux dessins annexés, lesquels en présentent à titre d'exemple non limitatif un mode de réalisation préférentiel; sur ces dessins qui font partie intégrante de la présente description: - la figure 1 est une vue en coupe partielle axiale d'une vanne conforme à l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe axiale d'une cellule de test d'équilibrage de ladite vanne, à l'état démonté, - la figure 3 est une vue en coupe axiale, illustrant la mise en oeuvre du procédé de test au moyen de ladite cellule. La vanne de sé curité représentée partiellement à titre d'exemple à la figure 1 est destinée à équiper un tube de production de puits pétrolier. En partie haute, elle comprend de façon traditionnelle un verrou d'ancrage (non visible) qui permet de l'ancrer et de la verrouiller dans un manchon-réceptacle inséré dans le tube de production. Ce manchonréceptacle comporte une arrivée de 40 fluide de commande qui déplace vers le bas un coulisseau tubulaire 9 logé dans la vanne, lorsque ledit fluide est mis sous pression. Ce déplacement hydraulique est assuré grâce à une différence de section du coulisseau sur laquelle s'exerce 5 un effort hydraulique vers le bas. Ce coulisseau est rappelé vers le haut par un ressort de rappel (non visible). Le circuit de fluide de commande, constitué par un liquide lubrifiant, est agencé à l'intérieur de la vanne entre le corps de celle-ci et le coulisseau, de sorte que le ressort de 10 rappel baigne dans ce fluide. En partie basse, ce circuit est fermé par un joint d'étanchéité que l'on aperçoit en 22. Toute la partie supérieure de la vanne peut être de type traditionnel ou conforme à l'une des demandes de brevet FR déposée simultanément par la demanderesse, et l'on 15 ne fournira pas plus de détail sur celle-ci. Le corps de vanne est constitué par plusieurs pièces tubulaires assujetties les unes aux autres, et en particulier en partie basse par un manchon inférieur 7 qui porte le joint d'étanchéité 22 déjà évoqué et est doté de 20 façon classique d'une soupape d'équilibrage 13 débouchant dans une chambre d'équilibrage 13a; cette soupape est actionnée, lors de l'ouverture de la vanne, au début de la descente du coulisseau 9, par une came 9a de ce dernier, en vue d'autoriser un équilibrage des pressions à l'intérieur et à 25 l'extérieur de la vanne. De plus, le manchon 7 porte à sa base un corps d'obturateur 8 qui est vissé sur celui-ci. Ce corps d'obturateur comporte un organe mobile d'obturation, constitué en l'exemple par un clapet 11 qui est articulé sur ledit corps 30 de façon à pouvoir pivoter entre une position d'ouverture escamotée sur le côté et une position de fermeture o ledit clapet obture le corps de vanne en s'appliquant contre un joint d'étanchéité porté par celui-ci (figure 1). Le clapet 11 est rappelé vers la position de fermeture par un ressort 12 35 disposé autour de son axe d'articulation. Il est à noter que cet organe d'obturation, connu en lui- même, peut être d'un autre type et en particulier un organe à balle dans lequel l'obturation est assurée par une partie sphérique apte à se déplacer longitudinalement avec une rotation associée, entre 40 une position d'ouverture et une position de fermeture (un ressort rappelant la balle vers cette dernière position). Sous l'effet de la commande hydraulique, le coulisseau 9 est déplacé vers sa position basse jusqu'à venir 5 en butée avec le nez de vanne 8a: ledit coulisseau repousse alors l'organe d'obturation 11 et le maintient dans la position d'ouverture. Lorsque la pression du fluide de commande baisse accidentellement ou volontairement, le ressort de rappel associé au coulisseau engendre un déplacement de ce 10 dernier vers le haut, jusqu'à sa position haute o celui-ci se trouve en retrait dans le manchon inférieur 7. L'organe d'obturation 11 est alors libéré et se referme sous l'action de son propre ressort 12. Les vannes du type ci-dessus décrit 15 présentent fréquemment des défauts d'étanchéité, soit au niveau de l'organe d'obturation (clapet 11 ou organe à balle), soit au niveau de la soupape d'équilibrage 13. Pour déceler ces défauts et les localiser, une cellule de test telle que représentée à la figure 2 peut 20 avantageusement être utilisée, soit à l'issue de la fabrication de la vanne, soit en surface après un temps d'utilisation de celle-ci. En vue d'autoriser les tests au moyen de ladite cellule, le manchon 7 de la vanne a été pourvu sur son 25 pourtour externe d'une rainure annulaire 7r située au-dessus de la soupape d'équilibrage 13. Cette rainure présente une section transversale sensiblement rectangulaire comme le montre la figure 1. La cellule de test visée par l'invention 30 (figure 2) comprend en premier lieu une enceinte tubulaire 200 de diamètre adapté pour pouvoir coiffer le corps de vanne au niveau de son manchon 7 et de son corps d'obturateur 8. Cette enceinte est ouverte à son extrémité haute qui est dotée d'un filetage extérieur 201, et est fermée 35 à son autre extrémité par un fond 202. La hauteur de cette enceinte est adaptée pour permettre d'y loger la vanne jusqu'au niveau de sa rainure 7r. Dans sa portion supérieure, l'enceinte 200 possède deux portions cylindriques internes 203 et 204 dont 40 les diamètres correspondent, avec un faible jeu, au diamètre externe de la vanne, à des niveaux situés de part et d'autre de sa soupape d'équilibrage 13. Chaque portion 203 et 204 est dotée d'une 5 gorge dans laquelle est inséré un joint d'étanchéité 205 et 206; ces joints en l'exemple de forme torique sont aptes à venir en appui contre la surface externe de la vanne, audessus et su-dessous de la soupape 13. De plus, les deux portions cylindriques 203 10 et 204 sont séparées par un évidement annulaire 207 dans lequel débouche une lumière dite supérieure 208. Cette lumière est taraudée et connectée à un conduit de mise en pression 209. L'enceinte est percée d'une autre lumière 15 dite inférieure 210, au voisinage du fond 202; cette lumière 210 est taraudée et connectée à un conduit de mise en pression 211. Par ailleurs, la cellule de test comporte une douille de fixation 212 et deux clavettes semi- circulaires de 20 blocage longitudinal 213 et 214. La douille 212 est taraudée dans sa portion basse 215 de façon à pouvoir se visser autour du filetage 201 de l'enceinte 200; de plus, cette douille est pourvue d'un collet de blocage supérieur 216 contre lequel sont destinées à 25 venir en appui les clavettes 213 et 214. La figure 3 montre la cellule test en place sur une vanne en vue d'exécuter les tests d'étanchéité. La douille 212 a été engagée autour du corps de vanne, avec sa portion taraudée 215 tournée vers le nez de 30 vanne. Puis les pièces-clavettes 213 et 214 ont été insérées dans la rainure 7r du corps de vanne, la douille 212 venant coiffer celles-ci. La partie basse de la vanne a ensuite été introduite dans l'enceinte 200 jusqu'à ce que cette dernibre 35 vienne au contact de la douille 212. Après vissage complet de la douille autour de l'enceinte, l'ensemble se présente dans la configuration illustrée à la figure 3. Les piècesclavettes 213 et 214 sont pincées entre le collet 216 de la douille et le chant supérieur 200a de l'enceinte; les joints 40 d'étanchéité 205 et 206 s'appliquent contre la surface externe du corps de vanne de part -et. d'autre de la soupape 13. Le conduit supérieur 209 (débouchant dans l'évidement 207) communique avec la soupape 13, cependant que le conduit 5 inférieur 211 débouche dans le corps d'obturateur 8 au-dessous du clapet 11. Un premier test est exécuté en mettant en pression le conduit 211 (pression de l'ordre de 200 bars). L'absence de fuite demontre le bon montage du clapet et la 10 qualité satisfaisante de son étanchéité. Un autre test est exécuté en mettant en pression le conduit 209 (pression du même ordre). L'absence de fuite démontre le bon montage de la soupape 13 et la qualité satisfaisante de son étanchéité. La cellule de test et le procédé de mise en oeuvre sont analogues dans le cas d'une vanne dont l'organe d'obturation est constitué par une balle. REVENDICATIONS 1/ - Cellule de test d'étanchéité d'une vanne de sécurité de puits pétrolier du type comprenant un corps de 5 vanne de forme générale tubulaire, équipé en partie basse d'une soupape d'équilibrage débouchant dans une chambre d'équilibrage et d'un organe mobile d'obturation séparant en position fermée la chambre d'équilibrage et l'extrémité inférieure de la vanne, dite nez de vanne, ladite cellule de 10 test étant caractérisée en ce qu'elle est constituée par une enceinte tubulaire (200) apte à coiffer le corps de vanne dans sa partie basse au niveau de son nez et de sa chambre d'équilibrage, ladite enceinte comprenant: un fond (202) l'obturant à son extrémité, 15 côté nez de vanne, des moyens (201, 212-216) de fixation de ladite enceinte sur le corps de vanne, deux portions cylindriques internes (203, 204) aptes à épouser la forme externe du corps de vanne au 20 voisinage de sa soupape d'équilibrage, de part et d'autre de celle-ci, deux joints d'étanchéité (205, 206) disposés sur chacune desdites portions cylindriques en vue de pouvoir se disposer respectivement au-dessus et au-dessous de 25 ladite soupape d'équilibrage en appui contre le corps de vanne, une lumière supérieure (208) ménagée dans la paroi de l'enceinte entre les joints d'étanchéité précités pour pouvoir déboucher en regard de ladite soupape 30 d'équilibrage, une lumière inférieure (210), ménagée dans la paroi de l'enceinte au voisinage du fond de celle-ci pour pouvoir déboucher au niveau du nez de vanne, des conduits de mise en pression (209, 211) 35 raccordés aux lumières précitées. 2/ - C ellule de test s elon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de fixation comprennent une douille de fixation (212) taraudée dans sa portion basse (215) et munie d'un collet de blocage supérieur 40 (216), un filetage externe (201) réalisé à l'extrémité haute de l'enceinte (200) pour pouvoir coopérer avec le taraudage de la douille, et au moins une clavette de blocage longitudinal (213, 214) adaptée pour se loger dans la douille de fixation 5 (212) entre le collet de blocage (216) et le chant supérieur (200a) de l'enceinte. 3/ - Cellule selon la revendication 2 pour tester l'étanchéité d'une vanne dont le corps est extérieurement pourvu d'une rainure annulaire (7r) au-dessus 10 de la soupape d'équilibrage, ladite cellule étant caractérisée en ce que chaque clavette (213, 214) est constituée par une pièce en forme de secteur de couronne adaptée pour s'insérer dans la rainure annulaire (7r) de la vanne et faire saillie entre le collet de blocage (216) de la douille de fixation et 15 le chant supérieur (200a) de l'enceinte. 4/ - Cellule de test selon la revendication 3, comprenant deux clavettes identiques (213, 214), constituées par deux pièces semi-circulaires. / - Cellule de test selon l'une des revendications 1, 2, 3 ou 4, caractérisée en ce que la lumière supérieure (208) débouche à l'intérieur de l'enceinte (200) dans un évidement annulaire (207) ménagé sur la face interne de ladite enceinte entre les deux joints d'étanchéité (205, 206). 6/ - Vanne de sécurité de puits pétrolier susceptible d'être testée par une cellule conforme à la revendication 3, ladite vanne étant du type comprenant: un corps de vanne de forme générale tubulaire (7), 30. une soupape d'équilibrage (13) débouchant en partie basse dans une chambre d'équilibrage (13a), un organe mobile d'obturation (11) situé en partie basse du corps de façon à séparer en position fermée la chambre d'équilibrage et l'extrémité inférieure de la vanne, 35 dite nez de vanne, ledit organe (11) étant sollicité vers la position fermée par des moyens élastiques (12), et un coulisseau tubulaire (9), agencé à l'intérieur du corps de vanne pour pouvoir dans son mouvement descendant manoeuvrer l'organe d'obturation (11) vers sa 40 position d'ouverture, ledit coulisseau étant associé à un il ressort de rappel vers une position haute correspondant à la fermeture de l'organe d'obturation, et à des moyens de déplacement hydrauliques dans un mouvement descendant propre à assurer l'ouverture de l'organe d'obturation, ladite vanne étant caractérisée en ce que son corps (7) comporte, sur son pourtour externe, une rainure annulaire (7r) située audessus de la soupape d'équilibrage (13), en vue de la fixation de la cellule de test. 7/ - Vanne de de s curité selon la revendication 6, caractérisée en ce que la rainure annulaire (7r) du corps de vanne présente une section transversale sensiblement rectangulaire. 8/ - Procédé pour tester l'étanchéité d'une 15 vanne de sécurité conforme à l'une des revendications 6 ou 7 au moyen d'une cellule conforme à la revendication 3, caractérisé en ce qu'il consiste: à engager autour du corps de vanne (7) la douille de fixation (212) de la cellule de test, 20. à insérer dans la rainure annulaire (7r) de la vanne la ou les pièces-clavettes (213, 214), à introduire la partie basse de la vanne dans l'enceinte tubulaire (200) de la cellule de test? à visser la douille de fixation (212) 25 autour de l'extrémité haute filetée (201) de ladite enceinte, les joints d'étanchéité (205, 206) étant situés en fin de vissage de part et d'autre de la soupape d'équilibrage (13) de la vanne, et à effectuer séparément des tests 30 d'étanchéité de la soupape d'équilibrage (13) de la vanne et de son organe d'obturation (11) en position fermée, en assurant des mises en pression successives des conduits (209, 211) de la cellule test.