Brevet FR2602848A1 — publié le 19880219

VANNE DE SECURITE A CLAPET PERFECTIONNE POUR PUITS PETROLIER L'invention concerne une vanne de sécurité destinée à être insérée dans un tube de production de puits pétrolier en vue d'en assurer l'ouverture ou la fermeture. Les vannes de sécurité pour puits pétroliers ont pour fonction de stopper automatiquement la production 10 d'effluent si un incident survient en tête de puits ou en aval de celles-ci. Elles sont commandées hydrauliquement à l'ouverture depuis la surface et se ferment automatiquement au moyen d'un puissant ressort de rappel dés l'apparition d'une chute de pression hydraulique, commandée ou accidentelle. Ces 15 vannes ont fait l'objet de nombreuses études de mise au point et de perfectionnement, et leur emploi s'est généralisé en particulier dans les puits éruptifs offshore. Dans un type de vanne, l'obturation est produite par un clapet mobile articulé en partie basse de la 20 vanne par un axe transversal, de façon à pouvoir, soit se fermer perpendiculairement à l'axe de la vanne sous l'effet de moyens élastiques associés audit clapet, soit s'ouvrir sous la poussée d'un coulisseau tubulaire mû hydrauliquement à l'intérieur de la vanne. Les clapets sont actuellement 25 articulés autour d'axes cylindriques qui sont ajustés de façon précise dans un alésage du corps de vanne; généralement, une vis d'extrémité assure un blocage de l'axe. Toutefois, un tel montage rend la maintenance de la vanne délicate: le retrait de l'axe de clapet est une opération difficile, effectuée au 30 marteau, qui s'accompagne de risques de détérioration de l'axe et des organes environnants. En outre, la vis de maintien qui baigne en permanence dans l'effluent corrosif du puits a tendance à casser au bout d'un certain temps d'utilisation, ce qui peut accroitre considérablement les difficultés de démontage. De plus, à la fabrication, l'usinage précis des axes de clapet avec des tolérances très réduites et leur montage ajusté sont des facteurs d'augmentation des coots. La présente invention se propose de pallier les défauts sus-évoqués des vannes connus à clapet, afin de 40 faciliter leur maintenance et d'en réduire les coûts de fabrication. Un objectif de l'invention est en particulier de supprimer la nécessité d'un usinage et d'un ajustement 5 précis des axes de clapet en assurant, de façon nouvelle, leur maintien aussi bien en rotation qu'en translation. Un autre objectif est de permettre un montage et un démontage extrêmement faciles et rapides desdits clapets sans aucun risque de détérioration ou coincement. Un autre objectif est de supprimer tout organe auxiliaire de fixation susceptible de subir les effets agressifs de l'effluent. Afin de faciliter la compréhension, la vanne conforme à l'invention est décrite en la supposant en place 15 dans un puits pétrolier, les termes "haut", "bas", "supérieur", "inférieur" se référant à cette position. La vanne de sécurité visée par l'invention est du type comprenant: un corps de vanne de forme générale 20 tubulaire, un clapet mobile d'obturation, articulé en partie basse du corps par un axe transversal et sollicité vers la position de fermeture par des moyens élastiques, un coulisseau tubulaire, agencé à l'intérieur du corps de vanne pour pouvoir, dans son mouvement descendant, repousser le clapet vers sa position d'ouverture,. un ressort de rappel sollicitant le coulisseau vers une position haute correspondant è la fermeture du clapet, 30. et des moyens de déplacement hydraulique aptes à entraîner le coulisseau dans son mouvement descendant pour assurer l'ouverture du clapet. Selon la présente invention, ladite vanne se caractérise en ce que: 35. le corps de vanne comprend en partie basse un manchon inférieur fileté sur son pourtour au voisinage de son extrémité basse, le clapet est articulé par son axe dans un corps dit corps d'obturateur, intérieurement taraudé au voisinage de son extrémité supérieure en vue de se visser autour du manchon précité, l'axe de clapet comprend un talon agencé pour être bloqué par le manchon, en fin de vissage du corps d'obturateur sur ledit manchon. Ainsi le blocage de l'axe de clapet lors du montage et son déblocage lors du démontage sont obtenus, sans aucun organe auxiliaire, par simple vissage ou dévissage du corps d'obturateur sur le manchon inférieur de vanne. L'axe 10 peut ainsi faire l'objet d'une fabrication aux tolérances habituelles et sa mise en place ou son retrait ne présente plus aucune difficulté. Selon un mode de réalisation préféré, le corps d'obturateur est doté d'un trou transversal pour 15 l'introduction de l'axe de clapet, avec vers une extrémité dudit trou un logement propre à contenir le talon de l'axe de clapet et à permettre sa rotation vers une position de blocage. Le manchon de vanne et le corps d'obturateur sont alors agencés de sorte que l'extrémité du manchon fasse 20 saillie dans ce logement en fin de vissage du corps, en vue d'assurer le blocage du talon d'axe. De préférence, le talon de l'axe du clapet est échancré d'une empreinte adaptée pour coiffer l'arête externe d'extrémité du manchon en fin de vissage, ce qui 25 garantit un parfait blocage de l'axe, non seulement en translation le long de sa direction longitudinale, mais encore en rotation autour de cette direction. D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit en 30 référence aux dessins annexés, lesquels en présentent à titre d'exemple non limitatif un mode de réalisation; sur ces dessins qui font partie intégrante de la présente description: - la figure 1 est une coupe axiale selon un 35 plan vertical de la partie basse d'une vanne conforme à l'invention, - la figure 2 en est une coupe de détail par un plan AA' décalé par rapport au plan axial, - la figure 3 est une coupe de détail de 40 ladite vanne par un plan BB' perpendiculaire au plan précédent et passant par l'axe de clapet, - la figure 4 est une vue schématique en perspective du corps d'obturateur et de l'axe de clapet, - les figures 5a, 5b et 5c sont des schémas illustrant le montage du clapet et le blocage de son axe. La vanne de sé curité représentée partiellement à titre d'exemple aux figures est destinée à équiper un tube de production de puits pétrolier. En partie 10 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 fluide de commande qui déplace vers le bas un coulisseau 15 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 un effort hydraulique vers le bas. Ce coulisseau est rappelé vers le haut par un ressort de rappel 10. 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 10 baigne dans ce fluide. En partie basse, ce circuit est fermé par un joint d'étanchéité 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 ne fournira pas plus de détail sur celle-ci. Ce corps de vanne est constitué par plusieurs 30 pièces tubulaires assujetties les unes aux autres, et en particulier en partie basse par une chemise de ressort 6 et par un manchon inférieur 7. Ce manchon 7 porte le joint d'étanchéité 22 déjà évoqué et est doté de façon classique d'une soupape d'équilibrage 13 qui est actionnée, lors de 35 l'ouverture de la vanne, au début de la descente du coulisseau 9, par une cale 9a de ce dernier, en vue d'autoriser un équilibrage des pressions à l'intérieur et à l'extérieur de la vanne. Le manchon 7 comprend à sa base une 40 collerette d'assemblage 100 qui est filetée sur son pourtour. Cette collerette dont la surface interne est en continuité avec celle du manchon possède en bout une surépaisseur interne 101 sur le chant de laquelle est ménagée une rainure d'insertion d'un joint d'étanchéité 111. Sur le manchon 7 est assemblé un corps d'obturateur 108 qui comporte en partie haute un tronçon tubulaire taraudé 109 apte è se visser autour de la collerette du manchon 7. En position assemblée, la surface externe du 10 corps d'obturateur 108 vient en continuité avec celle du manchon inférieur 7. Une vis de freinage 120 est prévue pour supprimer tout risque de devissage accidentel. Le corps d'obturateur 108 porte un clapet d'obturation 110, de type classique, qui est articulé sur 15 celui-ci par un axe 121 lui permettant de pivoter entre une position d'ouverture (figure 1) dans laquelle ledit clapet s'escamote et se loge dans une lumière latérale 122 du corps, et une position de fermeture (figure 2) dans laquelle ledit clapet ferme le manchon 7 en s'appliquant par une portée 20 conique dont il est doté contre le joint d'étanchéité 111. L'axe 121 est formé par une tige cylindrique dotée à une extrémité d'un talon 123 et, à l'autre, d'une rainure 124 permettant de la faire pivoter au moyen d'un tournevis. Le talon 123 est échancré d'une empreinte 123a sur 25 une de ses faces latérales. L'autre face 123b du talon de même que l'extrémité opposée de la tige 121a sont taillées en biseau de façon à éviter que l'axe dépasse du corps d'obturateur lorsqu'il est en place dans celui-ci. Pour permettre l'articulation du clapet au 30 moyen de l'axe ci-dessus décrit, le corps d'obturateur possède, en premier lieu, un évidement 125 qui débouche dans la lumière 122 en partie haute de celle-ci. De plus, au voisinage de cet évidement, le corps possède également une échancrure 126 qui débouche dans la lumière 122 en partie 35 haute et sur le cbté de celle-ci, comme l'illustrent les figures. Cette échancrure est de forme adaptée pour servir de logement au talon 123 de l'axe 121. Elle est agencée de sorte que, en position de vissage complet du corps d'obturateur autour du manchon 7, l'extrémité de ce manchon fasse saillie à 40 l'intérieur dudit logement 126 (figure 2) en vue d'assurer un blocage du talon d'axe. De plus, le corps d'obturateur est percé, de part en part, d'un trou transversal cylindrique 127 dont l'axe 5 géométrique traverse l'évidement 125 et le logement 126. Ce trou est de diamètre approprié pour autoriser le passage de l'axe 121. Cet axe 121 peut ainsi être introduit dans ce trou du côté du logement 126 jusqu'à traverser ledit logement, puis l'évidement 125, son extrémité venant se loger dans l'extrémité du trou 127. Le clapet 110 possède de façon classique une chape percée 128 qui est solidaire du bord de celui-ci. L'évidement 125 présente une forme adaptée pour contenir cette chape comme le montre la figure 3. Un ressort à boudin 129 est 15 disposé entre les pattes de la chape 128 avec une extrémité solidarisée au clapet et l'autre en butée dans le corps d'obturateur 108. Le montage et le démontage du clapet au moyen de l'axe 121 sont illustrés aux figures 5a, 5b et 5c; ce sont 20 des opérations faciles, n'exigeant aucun outil de percussion. Le corps d'obturateur n'étant pas monté sur le manchon de vanne ou étant vissé partiellement sur celui-ci comme le représente la figure 5a, il suffit de présenter le clapet en agençant sa chape 128 dans l'évidement 125, le ressort étant 25 préalablement inséré dans la chape. L'axe 121 est ensuite inséré à frottement doux dans le trou 127 par l'extrémité dudit trou située du côté du logement 126. Pour permettre cette introduction, le talon est orienté vers l'extérieur comme l'illustre la figure 5a. Lorsque l'axe est entièrement 30 engagé, son talon vient au niveau du logement 126. Celui-ci est de dimensions suffisantes pour permettre de faire tourner l'axe 121: le talon de celui-ci se loge dans ledit logement, l'empreinte 123a dudit talon venant s'orienter vers l'intérieur du corps d'obturateur comme l'illustre la 35 figure 5b. Le corps d'obturateur 108 est alors vissé dans le manchon 7 jusqu'à ce que l'arête externe d'extrémité lOOa de celui-ci vienne coiffer l'empreinte 123a et la bloquer en fin de vissage (figure 5c). L'axe 121 se trouve alors 40 parfaitement immobilisé en rotation et en translation. Il est à noter que le joint d'étanchéité 111 qui est porté par le chant inférieur du manchon 7 est décalé vers l'arête intérieure de ce manchon (grâce à la surépaisseur que comporte 5 celui-ci) de façon à pouvoir servir d'appui au clapet 110 sans contact avec le talon 123 de l'axe. Lorsque le coulisseau tubulaire 9 de la vanne est en position haute, le clapet est appliqué contre ce joint par le ressort à boudin 129. Il convient de souligner que, dans sa 10 position de blocage, le talon 123 est entièrement escamoté dans le logement 126 (en raison de la découpe appropriée de sa face 123b) cependant que l'autre extrémité de l'axe 121 se trouve entièrement en retrait dans le trou 127 (grâce au biseau 121a déjà évoqué). Pour démonter le clapet, il suffit de dévisser le corps d'obturateur 108 par rapport au manchon 7 de façon à libérer l'axe 121 en rotation. Cet axe est ensuite amené à pivoter au moyen d'un tournevis engagé dans sa rainure 124, afin d'extraire le talon 123 du logement 126. L'axe ainsi 20 libéré en translation peut alors être retiré. REVENDICATIONS 1/- Vanne de sécurité destinée à être insérée dans un tube de production de puits pétrolier en vue 5 d'en assurer l'ouverture ou la fermeture, ladite vanne comprenant: un corps de vanne de forme générale tubulaire, un clapet mobile d'obturation (I10), 10 articulé en partie basse du corps par un axe transversal (121) et sollicité vers la position de fermeture par des moyens élastiques (129), un coulisseau tubulaire (9), agencé à l'intérieur du corps de vanne pour pouvoir dans son mouvement 15 descendant, repousser le clapet vers sa position d'ouverture,. un ressort de rappel (10) sollicitant le coulisseau vers une position haute correspondant à la fermeture du clapet, et des moyens de déplacement hydraulique 20 aptes à entraîner le coulisseau dans son mouvement descendant pour assurer l'ouverture du clapet, ladite vanne étant caractérisée en ce que: le corps de vanne comprend en partie basse un manchon inférieur (7) fileté sur son pourtour (100) au voisinage de son extrémité basse,. le clapet (110) est articulé par son axe (121) dans un corps dit corps d'obturateur (108), intérieurement taraudé au voisinage de son extrémité supérieure (109) en vue de se visser autour du manchon 30 précité, l'axe de clapet (121) comprend un talon (123) adapté pour être bloqué par le manchon (7), en fin de vissage du corps d'obturateur (108) sur ledit manchon (7). 2/ - Vanne de s curité selon la revendication 1, caractérisée en ce que:. l'axe de clapet (121) est engagé dans un trou transversal (127), pratiqué dans la paroi du corps d'obturateur (108) et propre à autoriser l'introduction dudit axe par une extrémité dudit trou, 40. le corps d'obturateur (108) est doté d'un logement (126) agencé à proximité de l'extrémité du trou (127) pour pouvoir contenir le talon (123) de l'axe de clapet et permettre sa rotation à l'intérieur dudit logement vers une position de blocage, le manchon (7) de vanne et le corps d'obturateur (108) sont agencés de sorte que l'extrémité (100a) du manchon fasse saillie dans le logement (126) précité en fin de vissage du corps sur le manchon en vue d'assurer le 10 blocage du talon d'axe. 3/ - Vanne de sé curité selon la revendication 2, caractérisée en ce que le talon (123) de l'axe du clapet est échancré d'une empreinte (123a) adaptée pour coiffer l'arête externe d'extrémité (100a) du manchon en 15 fin de vissage du corps sur ledit manchon. 4/ - Vanne de sé curité selon la revendication 3, caractérisée en ce que le chant inférieur du manchon porte un joint d'étanchéité (111), décalé vers l'arête intérieure d'extrémité dudit manchon, de façon à servir 20 d'appui au clapet (110) en position de fermeture, sans contact avec le talon d'axe (123). / - Vanne de sécurité selon l'une des revendications 2, 3 ou 4, dans laquelle le corps d'obturateur (108) possède une lumière latérale (122) adaptée pour contenir 25 le clapet (110) en position d'ouverture, caractérisée en ce que: le trou d'axe (127) est positionné dans le corps d'obturateur au voisinage et au-dessus de ladite lumière (122), 30. le logement (126) pour le talon de l'axe est formé par une échancrure débouchant dans ladite lumière en partie haute et sur un côté de celle-ci. 6/ -Vanne de sé curité selon la revendication 5, dans laquelle: 35. l'axe (121) maintient le clapet (110) par une chape percée (128) que comporte celui-ci, ladite chape est logée dans un évidement (125) du corps d'obturateur débouchant dans la lumière (122) précitée en partie haute de celle-ci, 40. ledit évidement (125) contient un ressort à boudin (129) entourant l'axe (121) de clapet et dont une extrémité est solidarisée au clapet (110) et l'autre en butée dans le corps d'obturateur (108) de façon à solliciter le clapet vers la position de fermeture.