Brevet FR2626647A1 — publié le 19890804

La présente invention concerne une vanne utilisable pour équiper les tubages de puits forés dans Le sot. Cette vanne permet notamment dteffectuer dtune manière simple la production sélective de formations géologiques traversées par te tubage a l'aide d'un nombre très réduit de Lignes de commande Cette réduction du nombre de lignes est particulièrement avantageuse au niveau de La traversée des joints d'étanchéité, par Les lignes ces joints peuvent être du type "packer"; du point de vue de L'encombrement des Lignes le Long du tubage notamment à Sa périphérie et aussi de La réduction des coûts de mise en place de ces Lignes L'invention fournit une vanne à chemise coulissante pour ta production de puits forés dans le sol, comportant un corps extérieur cylindrique adapté à s'intercaler dans un tubage, une allonge intérieure à ce corps, une chemise coulissant entre Le corps et l'allonge, et permettant la modification de l'ouverture d'orifices mettant en communication l'intérieur et L'extérieur de ta vanne, une chambre de poussée délimitée par le corps, l'allonge et une extrémité de la chemise, la chambre étant reliée à des moyens de commande hydraulique, tels qu'une Ligne reliée à un générateur hydraulique Cette vanne est notamment caractérisée en ce qu'elle comporte en outre des moyens de rappel, teLs qu'un ressort, agissant sur ta chemise, tes moyens de commande hydraulique tendant à déplacer la chemise à partir d'une position initiale, contre l'action des moyens de rappel, de manière a modifier l'ouverture des orifices, les moyens de rappel étant adaptes à ramener la chemise dans la position initiale en L'absence d'une action suffisante des moyens de commande hydraulique. La vanne pourra comporter une chemise de sécurité commandez mécaniquement par L'intérieur du tubage et adaptée à modifier L'ouverture des orifices L'invention pourra être bien comprise et tous ses avantages apparaîtront cLairement à la Lecture de la description qui suit dont un exempLe de réalisation est illustré par les figures annexées parmi Lesquelles - la figure 9 représente en coupe un puits équipé du dispositif selon L'invention, au cours de l'étape précédant La connexion; - la figure 2 montre en détail une vanne hydraulique sélective, à chémise coulissante utilisée dans un dispositif selon l'invention, et - la figure 3 montre schématiquement un dispositif selon l'invention comportant des outils et/ou instruments hydrauliques. Sur La figure 1. le puits, comportant une partie fortement inclinée sur La verticale, voire horizontale, et équipé d'un dispositif selon l'invention, est exploité à partir de ta surface du sol Ce puits 1 comporte sur une certaine Longueur un cuvelage 2 à l'intérieur duquel se trouve un tubage 3 et un conduit 4, qui traverse des formations géologiques dont on veut produire des fluides De manière à produire sélectivement des fluides des formations g-éologiques, suivant des zones dites de production 30, 31, 32, 33, on dispose, d'une part, entre la cuvelage 2 et Les formations des moyens d'étanchéité 7, 8, 9 du type packer et, d'autre part, entre le cuvelage 2 et le premier tubage 3 et Le conduit 4 des moyens d'étanchéité internes au cuveLage. Ces moyens internes 6a, 7a, 8a, 9a sont situés respectivement sensibLement au droit des joints les 7, 8, 9 et sont par exemple du type packer double. Chacune des zones de production 30, 31, 3Z communique avec des zones intérieures au cuvelage 2 par des orifices 13, 15, 17 respectivement. On peut faire communiquer cette zone à volonté avec l'intérieur du premier tubage 3 par des vannes de circulation, telles des vannes à chemises coulissantes 14, 16, 18 respectivement. En production, les vannes 14, 16, 18 sont normalement dotées de clapets anti-retour empêchant La circulation de fluide du tubage vers tes formations, mais on pourra très bien supprimer ces clapets, lorsque, par exemple, on voudra procéder à la fracturation d'une zone. L'extrémité inférieure du conduit 4, comportent une vanne Il pouvant être commandée a distance, tel te qu'une vanne à chemise coulissante sembLable aux vannes 14, 16, 18 et permettant de mettre en communication La partie inférieure 33 du puits 1 avec le tubage 3 et Le conduit 4, soit pour produire Les fluides du fond du puits (par le conduit 4), soit pour tes besoins de L'exploitation normale du puits. Le conduit 4 relié au tubage 3 par L'élément de liaison hydraulique 12 comporte, si besoin est, disposée a ta profondeur requise, une pompe 19 de circulation qui aspire Le fluide des. formations et Le refouLe à La surface du sol par la bouche 20. La pompe 19 peut être une pompe hydraulique, électrique ou mécanique, telle le plongeur d'une pompe à tige et balancier. La position de ta pompe 19 dans lie puits pourra être située sensiblement au dessous du niveau dynamique d'une formation en production.Selon L'invention Le sens de circulation du fluide de La pompe peut être unique et ascendant L'extrémité intérieure et inférieure du tubage 3 comporte un premier organe de connexion 10 relié par des Lignes électriques 40 à des instruments et/ou outils 34, 35, 36, 37 disposés dans chacunes des zones de production 30, 31, 32, 33. Ce premier organe de connexion, 10 est adapté à coopérer avec un deuxième organe de connexion 21 relié à la surface du sol par un cable de transmission 22. Ce deuxième organe de connexion 21 est introduit dans le tubage 3 à sa partie supérieure, puis est déplacé jusqu'au deuxième organe de connexion 10 pour établir La coopération de ces derniers. Le deuxième organe de connexion 21 peut comporter une barre de charge 21a qui permet La descente par gravité du ce deuxième organe 21, notamment pour les puits, verticaux ou faiblement déviés de la verticale. Cet organe 21 peut aussi comporter des garnitures adaptes à coopérer avec l'intérieur du tubage 3, notamment pour les puits fortement déviés de la verticale voire horizontaux ou encore remontant, afin de réaliser une étanchéité et ainsi mouvoir cet organe 21 par un pompage hydraulique produit, soit par la Station 29 qi est reLiee au tubage 3 par une canalisation 28, soit par la pompe de circulation 19 située dans Le conduit 4. L'extrémité du tubage comporte un canal 12a, situé en dessous de La liaisan hydraulique 12 et qui permet une circulation de fluide, cette liaison hydraulique étant adaptée à permettre l'évacuation des boues ou autres sédiments s et étant également adaptée à permettre l'élimination du fluide présent entre les premier 10 et deuxième 21 organes, notamment lors de leur connexion, et grâce à une section convenable. La liaison hydraulique 12 est aussi adaptee å permettre l'amortissement de l'inertie du deuxième organe 21 au cours de sa connexion avec Le premier organe 10. Pour realiser la descente du deuxième organe 21 de connexion par un pompage hydraulique d'un fluide, tel une huile dégazée, l'extrémité supérieure du tubage 3 comporte un presse-étoupe 23 au travers duquel passe Le cabre de transmission 22 avant d'être renvoyé par deux poulies 24, 25 vers te treuiL 26 commandé par le poste 27 lorsque l'on effectue la production d'un puits 1, tel celui foré dans des formations géologiques comportant des hydrocarbures, le puits 1 est équipé d'au moins un tubage 3 et un conduit 4 pour des raisons de sécurité, de manière à éviter une circulation de fluide entre le cuvelage 2 et Le tubage 3.Ainsi, Lorsque l'on déplace le deuxième organe 21 de connexion, le fluide présent sous celui-ci remonte par te conduit 4 On ne sortira pas du cadre de L'invention, notamment tors de La production à partir d'un puits, en reliant ta liaison hydraulique 12 à l'espace annulaire situè entre le tubage 3 et le cuvelage 2 et en supprimant Le conduit 4. Le deuxième organe 10 de connexion est reliè aux instruments de mesures 34, 35, 36, 37 respectivement, disposes dans Les zones de complétion 30, 31, 32, 33, au moyen des Lignes électriques 38, 39, 40, 41. Ces instruments 34 35, 36, 37 sont adaptés à mesurer te débit de fluide traversant les vannes 14, 16, 18, 11 respectivement, la température et ta pression des fluides dans chacunes des zones de complétion 30, 31, 32, 33 respectivement.On pourra, de la même manière que l'on effectue Les mesures de pression, de débit et de température, effectuer toutes autres sortes de mesures physiques et/cu chimique etJou physico-chimique, teLles que La résistivité des fluides des zones de production.En réalisant ta Liaison électrique entré les appareils de mesures et ta surface, il est possible d'obtenir à tout moment et an temps réel les caractéristiques des fluides de chacune des zones et ainsi établir au mieux un programme de production en intervenant sur les vannes 14, 16, 18, Il de chacune des zones Par exemple, lorsque le câble de transmission ne comporte qu'un seul conducteur, on pourra utiliser un dispositif multiplex pour regrouper les informations provenant des instruments de mesure Les vannes 14, 16, 18 sont sélectivement commandées depuis la surface du sol, soit par des outils à clés (21, 21a), soit par une commande hydraulique, Ces outils à cles sont mandes au câble pour les puits verticaux ou faiblement déviés, ou avec des moteurs hydrauliques pour les puits admettant une circulation hydraulique, telle qu'on le pratique avec la technique dite T.F.L. (de L'anglais "Through FLow Line"), ou tout autre moyen, tel -celui de la demande de brevet français EN - 87/11 749. La figure 2 montre en détail une vanne 45 hydraulique à chemise coulissante 46, 47 adaptée à la production selective d'un puits selon l'invention. Cette vanne 45 permet- de mettre en communication ou non l'extérieur et l'intérieur du tubage Une ligne hydraulique 49, assurant la source d'énergie des éléments de puissance, tels de éléments similaires à la vanne 45, communique par un branchement 50 avec la vanne 45. Sur ce branchement 50 sont disposés des moyens de distribution, tels une électrovanne 51, relies par un câble électrique 48 à la prise 10 placée à l'extrémité inférieure du tubage 3 (figure 1). Cette électrovanne 45 assure L'ouverture et La fermeture de la communication entre la ligne hydraulique 45 et La chambre 52 de poussée hydraulique de la chemise coulissante hydraulique 46. La vanne 45 comporte un corps 53 extérieur cylindrique intercalé dans te tubage 3 grace à un raccord conique femeLLe 54 et un raccord conique mate 55 respectivement disposés en haut et en bas de la vanne Dans ce corp 53 rèalisant l'énveloppe extérieure de la vanne sont disposés, sensiblement dans te même plan perpendiculaire à- L'axe du tubage, quatre orifices 56 obturables modifiant La communication entre L'intérieur et l'extérieur du tubage. L'obturation des orifices 56 est réalisée au moyen du coulissement de la chemise hydraulique 46 ou de la chemise de sécurité 47. Une allonge 57, séparant tes chemises 46 et- 47, définit avec La chemise hydraulique 46 et le corps 53 La chambre 52 hydraulique de poussée, et assure te guidage des chemises 46 et 47. La chemise hydraulique 46 couLisse entre deux positions extrêmes définies d'une part par la coopération d'une butée d'ouverture 58 avec L'embout superieur 59 de La chemise hydraulique 46, et d'autre pa-rt par La Coopération d'un talon 60 d'une rainure 61 pratiquée à la partie inférieure de la chemise hydraulique 46 avec Le talon 62 de ta clavette 63.La cLavette 63 est solidaire de l'allonge 57 et en coopérant avec La rainure 61 positionne en rotation la chemise hydraulique 46 par rapport au corps 53 de ta vanne Un ressort de rappel 64, coopérant avec l'embout inférieur 65 de la chemise hydraulique 46 et un épaulement 66 de l'allonge 57, assure le retour la position repos de La chemise hydraulique 46 lorsque la pression à L'intérieur de la chambre de poussée 52 devient inférieure à une valeur prédéterminée. L'espace cylindrique 67 défini par l'épaulement 66, l'embout inférieur 65, le corps 53 et l'allonge 57, et dans lequel est place te ressort 64, débouche à l'intérieur du tubage par un orifice 68 inférieur de circulation et par un orifice 69 supérieur de circulation, une gorge 70 et des ajourages pratiqués dans la chemise 47 de sécurité, de manière à permettre une circulation de fluide et à éviter le colmatage du ressort 64. Au lieu de faire déboucher cet espace cylindrique 67 dans L'intérieur du tubage, on pourra connecter cet espace 67 avec une chambre de compensation remplie avec un fluide restant propre, tel de l'huile. A l'intérieur de l'allonge cylindrique 57, coulisse la chemise 47 de sécurité, entre deux positions définies par la coopération dune lame élastique 71 comportant un ergot avec deux rainures annulaires intérieures 72, 73 usinées dans l'allonge 57 et assignant à la chemise 47 une position haute et une position basse correspondant respectivement à l'ouverture et la fermeture des orifices 56. La chemise 47 de sécurité est commande par un siège de clé 74 adapté à coopérer avec la pène dun outil circulant dans le tubage La partie supérieure 75 du corps 53 de vanne, comporte au niveau de la chemise 47 de sécurité un chanfrein 76 adapté au dégagement du pène. La chemise 47 -est positionnée en rotation par rapport au corps 53 au moyen d'un ergot 77 solidaire de l'allonge 57 et coopérant avec une rainure 78 pratiquée dans la chemise 47. L'extrémité inférieure de la vanne 45 comporte un embout 79 fixé au corps 53 par un filetage 80, L'embout étant muni du raccord conique maie 55. Sur le figure 2, la vanne 45 est représentee "normalement ouverte41, c'est-à-dire que lorsque la pression du fluide agissant sur la chemise 46 hydraulique est inférieure à une valeur déterminée, les orifices disposés dans Le corps de vanne ne sont pas obstrués par la chemise 46 du fait de La force de rappel du ressort 64 qui fait coopérer la butée d'ouverture 58 avec l'embout supérieur 59 de la chemise hydraulique 46. On ne sortira pas du cadre de L'invention en réalisant et en utilisant une vanne "normaLement fermée". Pour cela, il suffit par exemple de relever les orifices pratiqués dans La chemise hydraulique 46 d'une manière telle que" lorsque la butée- d'ouverture 58 coopère avec L'embout supérieur 59, les orifices 56 sont obstrués au niveau de la chemise hydraulique Q;; et de manière que Lorsque le talon 60 de la rainure 61 coopère avec le talon 62 de la cLavette 63, tes orifices 56 sont libres au niveau de la chemise hydraulique-46 La chambre de poussée 52 correspond à un reservoir adapté à contenir une masse variable de fluide hydraulique. La fermeture des orifices de la vanne 45 s'effectue en commandant par la ligne électrique 48 l'ouverture des moyens de distribution 51, eh mettant une pression adaptée dans La ligne 49, de maniere å créer un écoulement de fluide dans un premier sens-et faire ainsi descendre la chemise 46. Pour immobiliser La chemise 46 dans les positions où Les orifices sont ouverts ou fermés, quelle que soit La pression dans la ligne 49-, on ferme les moyens de distribution 51. L'ouverture des orifices de la vannes 45 s'effectue en ouvrant les. moyens de distribution 51, de marnière i mettre en communication La chambre de poussée 52 avec la ligne hydraulique et en mettant une pression adaptée dans la ligne 49, de manière à créer un écoulement de fluide dans un deuxième sens oppose au premier sens et faire ainsi remonter La chemise 46, cette pression étant inférieure à la pression de fermeture des orifices. La figure 3 montre shématiquement un dispositif comportant des outils ettou instruments hydrauliques 81, 82,83 disposés sur un tubage 90 placé dans le puits i, le dispositif étant notamment adapté à La production sélective de différentes zones, telles Les zones 30, 31, 32, 33 de La figure 1 ou 84, 85, 86 de la figure 3 Ces outils etou instruments peuvent être, par exemple des vannes illustrées par la figure 24 Les zones 84, 85, 86- sont respectivement délimitées par des éléments d'étanchéités 87-88, 88-89, 89 et le fond du puits. Le dispositif comporte une première Ligne 91 et éventueltement une deuxième ligne hydraulique 92, ces Lignes étant reliees aux outils e-t/ou instruments par des branchements 93, 94 respectivement. Sur les branchements 93 de ta première Ligne hydraulique 91 sont disposés des moyens de distribution. Des moyens de distribution des branchements 93 sont commandes par une ligne electrique 95 reliée à un premier organe 96 de connexion électrique disposé à la partie inférieure et intérieure du tubage et adapté à coopérer avec un deuxième organe de connexion électrique complémentaire relié à la surface du sol par un câble de transmission 22 (figure 1). Tout comme les moyens de distribution sont commandés par une ligne électrique 95, on pourra commander ces moyens par des lignes de commande hydraulique reliées, par exemple, à un organe de connexion de commande hydraulique. La première Ligne 91 et éventuellement La deuxième ligne hydrau-lique 92 sont reliées à générateur d'énergie hydraulique 'disposé soit à la surface du sol, soit au voisinage des outils et/ou instruments. Le cable de transmission pourra comporter une ligne électrique de puissance permettant d'alimenter un générateur d'énergie hydraulique dispos au voisinage des outils et/ou instruments La première ligne 91 et éventuellement la deuxième ligne hydraulique 92 pourront être reliées à un organe de connexion hydraulique dispose à l'intérieur du tubage à sa partie inférieur, de La même manière que la Ligne électrique 95 est reliée å l'organe de connexion électrique, cet organe de connexion hydraulique coopérant avec un organe complémentaire relié à la surface du sol par une canalisation hydraulique. Ces organes de connexion hydrauliques et électriques pourront être associés dans une même organe de connexion, et de même ces lignes hydrauliques et électriques pourront être associées dans une meme ligne Pour commander hydrauliquement et sélectivement, par deux sens de. circulation de fluide, au moins deux outils et/ou instruments 81, 82 83 à l'aide seulement d'une ligne hydraulique, on utittse des outils et/ou instruments pourvus de moyens de rappeL permettant de revenir dans une position initiale lorsque La pression a décru et on utilise des moyens de distribution disposés sur des branchements 93 de La première ligne 91 hydraulique avec Les outils et/ou instruments Pour mettre en action un premier outil et/ou instrument: : -on ferme les moyens de distribution du deuxième desdits deux outils et/ou instruments ou des autres outils et/ou instruments de manière à réduire, voire stopper, une circulation de fluide dans Le branchement du deuxième wtit et/ou instrument, on on ouvre tes moyens de distribution du premier. outil et/ou instrument de manière à accroitre. La circulation de fluide dans le branchement du premier outil et/ou instrument, et on met une pression dans la première Ligne 91. hydraulique de manière à créer, dans le branchement du premier outil et/ou instrument, un écoulement du fluide allant dans un premier sens. Lorsque t'on veut stopper l'écoulement de fluide, comme cela peut-être te cas pour verrouiller une vanne, on ferme les moyens de distribution du premier outil etlou instrument. Pour produire un écoulement dans le branchement du premier outil et/ou instrument suivant un deuxième sens, opposé au premier sens, et de cette manière manoeuvrer le premier outil et/ou instrument, on ouvre les moyens de distribution du premier outil et/ou instrument, on relâche la pression dans la première ligne hydraulique. En produisant sélectivement un écoulement dans le branchement d'un outil et/ou instrument, suivant deux sens, il est ainsi possible de manoeuvrer indépendamment toutes sortes d'outil ou d'instrument et notamment des vannes. De la même manière que l'on a manoeuvré Le premier outil etlou instrument, on peut manoeuvrer autant d'outils et/ou instruments que l'on voudra. Pour commander hydrauliquement et sélectivement, suivant deux sens de circulation de fluide, au moins deux outils etlou instruments 81, 82, 83, à l'aide de deux Lignes hydraulique seulement, on utilise une première Ligne hydraulique 91 comportant des branchements 93 avec les outils et/ou instruments, la circulation dans ces branchements étant contrôlée par des moyens de distribution placés sur chacun de ces branchements, et une deuxième ligne hydraulique 92 comportant des branchements avec les outils et/ou instruments. Pour mettre en action un premier outil et/au instrument, on ferme les moyens de distribution du deuxième desdits deux outils et/ou instruments, de manière à reduire voire a stopper, une circulation de fluide dans les branchements du deuxième outil et/ou instrument - on ouvre les moyens de. distribution du premier outil l et/ou instrument de manière à accroître, la circulation de fluide dans le branchement du premier outil et/ou instrument, et - on met, dans ladite première et/ou deuxième Ligne, des pressions adaptées à créer une circulation du fluide dans te branchement avec La première ligne, suivant te premier et/ou. le deuxième sens. Pour permettre la circulation de fluide suivant le premier ou le deuxième sehs de circulation, comme cela peut être te cas pour ouvrir ou fermer la vanne 45, on réalise une différence de pression positive ou négative entre La premibre et la deuxième Lignes. De La même manière que L'on a commande Le premier autil et/ou instrument indépendamment du deuxième, on pourra commander indépendamment tes uns des autres toutes sortes d'outils et/ou instruments. R E V E N D I C A T I O N S 1 Vanne (45) à chemise coulissante pour la production de puits forés dans le sol, comportant un corps extérieur cylindrique (53) adapté à s'intercaler dans un tubage, une allonge (57) intérieure à ce corps, une chemise (46) coulissant entre le corps (53) et l'allonge (57), et permettant la modification de l'ouverture d'orifices (56) mettant en communication l'intérieur et l'extérieur de la vanne, une chambre (52) de poussée délimitée par le corps (53), L'allonge (57) et une extrémité de la chemise (46), Ladite chambre (52) ètant reliée à des moyens de commande hydraulique, tels qu'une Ligne C49) reliée à un générateur hydraulique, caractérisée en ce. que ladite vanne (45) comporte en outre des moyens d rappel, tels qu'un ressort (64), agissant sur ladite chemise (46), , lesdits moyens de ' commande hydraulique tendant à déplacer Ladite chemise (46) à partir d'une position initiale, contre L'action des moyens de rappeL- (64), de manière à modifier l'ouverture des orifices (56), lesdits moyens de rappel (64) étant adaptés à ramener ladite chemise (46) dans ladite position initiale en l'absence d'une action suffisante desdits moyens de commande hydraulique. 2. Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte une chemise (47) de sécurité commandée mécaniquement par- l'intérieur du tubage et adaptée à modifier l'ouverture desdits orifices (56).