Brevet FR2640945A1 — publié le 19900629

La presente invention a trait à une pièce de fixation de valve obturant partiellement l espace annulaire entre un tube plongeur et le cuvelage d'un puits. Elle est notamment utilisee dans les puits qui débouchent dans des cavités lessivées en sel gemme et utilisées pour le stockage de qaz sous pression. Afin de mieux faire comprendre le probleme technique que cherche 3 remoudre la présente invention, il est des l'abord fait referenrr au@ dessins joints à ce mémoire. En particulier, le lecteur est renvoyé aux figures I à 6 qui illustrent des méthodes connues ainsi que des dispositifs de l'art anterieur Surla figure 1. est schématiquement représenté Lin massif de sel. gemme 6 au sein duquel se trouve une cavité 1 lessivée. Celle-ci communique avec la sui face par un puits 2 unique. foncé sur la maieure partie de sa hauteur dans les couches de couverture 5 du inassu salitele Juste apres son creusement, la cavité est remplie de saumure tandis que des insoluble; 7 sont accumulés dans sa partie inférieure Un tube @longeur 10 débouche D rès de ce fond et remonte au travers du puits 2 jusqu'en surface Apres le creusement de la cavite, par exemple selon la technique connue du lessivage, une phase, dite de "dewatering". est initiée Conformément au principe illustré par la figure 2, elle consiste a debarrasser la cavite de la saumure quelle renferme encore a la suite de son creusement en remplaçant cette dernière par du gaz G naturel Cela est réalisé par l'injection du gaz G dans l'espace annulaire entre le tube plondeur 10 et le puits 2 11 se crée alors une interface 8 gaz-sarmute e.Il convient toutefois d'introduire le gaz a une pression suffisamment torte pour qu'il soit capable de repousser convenablement cette interface tandis que la saumure est évacuée en surface par le tube plongeur 1 Q Toutefois, une telle pression peut se révéler difficilement supportable pour le cuvelage 20 du pults 2 Aussi, pour le reforcer, un second tube 30 de protection est-il installé a l'intérieur du puits Un peu au-dessus du sabot 21. l'interstice 32 entre le cuvelage 20 et ce tube de protection 30 est bouche a l'aide dun obturateur gonflable appele plus couramment "packer" 31.Enfin, le reste de l'interstice 32 est rempli d'un liquide anticorrosion. Apres le dewatering", la cavité I est enfin préte pour leyploitation du stockage de gaz. Toutefois, le puits 2 doit alors être équlpe pour le soutirage et l'injection du gaz a stocker par le tube plongeur 10.Il convient en particulIer de fermer l'espace annulaire entre le tube plongeur 10 et le tube de protection 30 du puits Brièvement exposee, une solution consiste a disposer dans l'annulaire une piece 40 d'obturation Or, dans la phase précédente de "dewatering", un passage doit toutefois être réservé pour le gaz Injecté. 11 est par conséquent nécessaire que cette pièce 40 comporte une ouverture 430 pouvant à volonte rester ouverte ou être hermetiquement close line valve 42 remplit avantageusement cette fonction. Aussi, dans la suite de ce mémoire, la pièce 40 est-elle appelée pièce de fixation de valve. Les exemples de pièces de fixation de valve fournis par l'art anterieur montrent que leur reahsation n'est pas aussi supple que le principe decrit cl-dessus ne le laisse supposer. Cela tient essentiellement à la profondeur à laquelle elles doivent être placées (cf. la zone portant la référence 4 sur la figure 1) En effet, celle-ci est tiee de sorte qu'une destruction en surface, notamment par sabotage n'ait plus ou peu d'influence Une telle pièce 40 de l'art antérieur est montrée en demi-coupe longitudinale sur les figures 3 et 4. En partant de la droite de ces figures, se reconnaissent le sol 5 entourant le puits, la gaine 25 dP ciment, le cuvelage 20 en acier, le liquide anticorrosion remplissant par exemple l'interstice 32 et le tube de protection 30.Des ouvertures 430 et 15 offrent par ailleurs des passayes entre l'intérieur du tube plongeur 10 et l'espace annulaire precedemment défini Lors du "dewatering". ces ouvertures 430 et 15 sont masquées par une chemise 42.Cette dernière est solidaire d'une pièce 40, elle-même assujettie au tronçon supérieur du tube plongeur 10 et alimentée en huile-sous pression par un conduit 44 Le gaz injecte circule alors dans l'espace annulaire en passant par le chemin defini par les ouvertures 430 et 15 et l'interieur de la chemisp 42, contournant ainsi la liaison locale du tube de protection 30 au tube plongeur 10 Pendant l'exploitation, le conduit 44 cesse dapporter de l'huile sous pression.La pièce 40 est conçue pour que, dans ce cas, la chemise 42 se rétracte par exemple et libère les ouvertures 15 tout en maintenant les ouvertures 430 fermées. Le gaz prélevé s'écoule désormais uniquement au sein du tube plongeur 10 En cas de necessite, une vanne disposée à l'intérieur de ce tube 10 peut donc l'arrêter totalement. Ce système présente deux types d'inconvénient. D'un coté, en phase de "dewatering", des particules d'insolubles peuvent s'interposer entre 1' extrémité 45 de la valve et le tube plongeur 10. Des fuites de gaz sont donc prévIsIbles. Par aIlleurs, la chemise 42 réduit la section Interne du tube 10. Cela occasionne; d'une part. des pertes de charge supplementaires dans les écoulements de saumure ou de gaz Pt, d'autre part, interdit l'introduction jusqu'au fond de la cavité de certains outils tels des sondes, des Dompes. des vannes ... nécessaires à-la maintenance du stockage. C'est ainsi qu'une autre piece 40 de fixation de valve est proposee dans l'art antérieur. Celle-ci est montrée en coupe longitudinale sur la figure 5 et en vue de dessus sur la figure 6. II s'agit d'une plaque circulaire comportant deux évidements. L'un d'eux est circulaire pour accueillir le tune plongeur 10 tandis que l'autre correspond a une demilune. Ce second évidement 430 est dévolu au passage du gaz en phase de "dewaterlng" et comporte un volet 42 à charnière faIsant office de clapet.La pièce 40 est par ailleurs assujettie au sein du tube 30 de protection au moyen d'une vessie gonflable 46 Avec ce type de ptèce de fixation de valve, l'inconvénient des fuites de gaz au niveau de la valve est éliminé. Toutefois, les problèmes liés au rétrécissement du tube plongeur 10 demeurent. S'y ajoutent les incertitudes sur le maintlen de la piece 40 au sein du tube de protection 30, la vesste gonflable 46 étant soumise à de trés fortes pressions dífférentlelles dès que le clapet est fermé. La présente invention s'efforce d'éliminer les déficiences de cette derniere piece de fixation de valve de l'art antérieur Pour cela, elle prevoit une pièce de fixation de valve obturant partiellement l'espace annulaire entre un tube plongeur et le cuvelage d'un puits. ledit puits débouchant notamment dans une cavité lessivez en sel gernme et utlllsee pour le stockage de gaz sous pression, un tube de protection étant en outre prévu pour renforcer ledit cuvelage, caractérisée en ce que ladite pie ce forme un tronçon dudit tube de protection ainsi que dudit tube plongeur D'autres caractéristiques et avantages de la présente Invention apparaîtront mieux à la lecture de la description sulvante donnée à titre d'exemple non lirnitatif des formes possibles de réalisation de l'invention Cette description s'appuie sur les dessins joints qui montrent - sur la figure 1, une coupe géologique simplifiée d'un massif salifère comprenant une installation de stockage de gaz à laquelle s'applique la presente piece de fixation de valve, - sur la figure 2, un schéma de principe reprenant la coupe de la figure 1, mats avec des dimensions distordues afin d'illustrer la phase de "dewatering" d'une cavité de stockage. - sur les figures 3 et 4, des demi-coupes longitudinales dut puits, (les différents tubes qu'il contient ainsi que d'une premier pièce de fIxation de valve de l'art antérieur.La valve correspondante est fermée sur- la figure 3 et ouverte sur la figure 4, - sur les figures 5 et 6 respectivement, une coupe longitudinale dun puits et une coupe selon le plan I-I de la figure 5 présentant une vue de dessus, coupes correspondant à une seconde place de fixation de valve de l'art antérieur, - sur les figures 7 et 8 respectivement, une coupe longitudinale d'un puits et une coupe selon le plan ll-li de la figure 7, coupes correspondant cette fois à une pièce de fixation de valve selon la présente invention La piece 40 de fixation de valve selon l'invention, qui est montree sur les figures 7 et 8, se présente sous la forme d'un tube cylindrique en acler. Son diamètre extérieur est sensiblement égal à celui du tube de protection 30.En effet, la pièce 40 est adaptée pour être vissée entre deux tronçons du tube de protection 30 Autrement dit, elle particlpe sur toute sa hauteur (qui peut être de un ou plusieurs mètres) a la fermeture de l'lnsterstice 32 réservé au liquide anticorrosion. Cela est avantageusement réalisé à l'aide de filetages 43b et 43h situés à chaque extremite de la pièce 40. Afin de s'adapter aux filetages portés par les tronçons de tube de protection 30 habituellement utilisés, le filetage inférieur 43b se trouve de préférence sur la surface extérieure de la pièce 40 tandis que le filetage supérieur 43h est usiné sur la surface intérieure d'une couronne solidaire de la piéce 40 et de diamètre quelque peu supérleur a celui de cette dernière.Il en résulte alors une fixation parfaitement étanche de la pièce 40 au tube de protection 30. La pièce 40 de fixation de valve comporte par ailleurs deux évidements intérieurs 410 et 430. Le premier d'entre eux est prévu pour venir dans le prolongement du tube plongeur 10. Il est donc circulaire. A ses deux extrémités, il présente avantageusement des filetages interieurs 41b et 41h permettant la fixation des tronçons respectivement mferieur et supérieur du tube 10 Ces tronçons peuvent toutefois etre simplement emboîtés au sein de l'évidement 410. 11 convient alors que l'ajustement soit suffisant pour qarantir l'étanchéité de la liaison C est par exemple le cas dun emboitement a force Le second évidement 430 de la piece 40 est de preference plus limite.En effet, une fois les tubes plongeur 10 et de protection 30 mis en place, cet évidement se situe au sein de l'espace annulaire precedemment défini Il sert donc essentlellement au passage du gaz qu est Injecté en phase de "dewatering". L'avantage d'un évidement 430 restrelnt est double. D'un côté, pour une section du tube de protection 30 donnée, il en résulte la possibilité de menager un evidement 410 plus grand pour le tube plongeur 10. Du coup, se trouvent évités les inconvénients de l'art antérieur concernant la section de ce tube 10. Le passage de la pièce 40 de fixation de valve n'occasionne pas de pertes de charge dans les écoulements. Et un nombre plus large de modèles d'outils peuvent être descendus jusqu'au fond de la cavite. D'un autre côte, une valve 42 est plus aisément mise en place dans l'évidement 430.Selon la figure 7 qui représente tres schématiquement ce type de valve, il est possible de monter à l'intérieur de cet evldement 430 par exemple par vissage, une tubulure contenant un clapet et son système d'actionnement hydraulique ou par pression de gaz De telles tubulures sont en effet disponibles sur le marché et peuvent donc être mises en place sans adaptations supplémentaires. L'ensemble offre alors une garantie complète aussi bien vis-a-vis des fuites de gaz que pour ce qui est des risques de déplacement de la pièce 40 de fixation de valve sous la pression du produit stocké. Tout d'abord, les liaisons réalisées font intervenir des filetages ou d'autres systèmes connus de fixation rapides. Ceux-ci sont entre autres couramment employés pour fixer entre eux les tronçons du tube plongeur 10 et du tube de protection 30. Et, cette longue expérience a démontré leur parfaite étanchéité. Ensuite, les différentes opérations de vissage Ou d'ancrage sont effectuées a la surface C'est seulement a la suite de son assujettissement complet que la piece 40 est définitivement introduite dans le puits. Cette méthode de fixation autorise donc son ajustement avec une précision aussi fine que désirée.Enfin, il est clair que la piece 40 ne risque pas d'être désolidarisee des différents tubes. A la vérité, elle fa,t partie intégrante de ces derniers et ne constitue pas un polnt faible. Selon une forme de réalisation avantaqeuse de la présente pièce de fixation de valve, les deux évidements 410 et 430 peuvent presenter une gorge annulaire 45 pour servir de siège a un bouchon. En pratlque, il convient de prévoir dans chacun des deux évidements une seconde gorge annulaire (non représentée) située à un autre niveau dans la pièce 40. Les régies de securité en vigueur exigent en effet que deux etages de bouchons au moins soient prévus dans chaque tube Ceux-ci sont utile pour isoler totalement le stockage tandis que les appareillages plus proches de la surface sont retirés en vue de leur maintenance. Parmi ces appareillages se trouvent non seulement le clapet 42 qui doit être régulièrement révlsé, mais aussi une vanne (non représentée) de type normalement fermée disposée de façon courante dans ce type de stockage au sein du tube 10 plongeur pour en assurer la fermeture automatique en cas d'incident. C'est ainsi que la pièce 40 de fixation de valve selon la presente invention admet plusieurs fonctions suivant les différentes étapes de la vie du stockage. - pendant le "dewatering", elle ne gêne ni l'écoulement de gaz dans l'espace annulaire grâce au maintien ouvert du clapet 42, ni celui de saumure dans le tube plongeur 10 dont la section n'est pas rétrécie, - pendant l'exploitation, elle permet de fermer efficacement t'espace annulaire grace à son clapet 42, - en cas d'incident. elle participe a la sécurité du stockage en offrant la possibilité gràce au clapet 42. d'isoler automatiquement l'espace annulaire vis-a-vis de la surface, - pour les opérations de maintenance, elle comporte des appuis adaptes aux bouchons d'isolement du stockage. II est clair que tous ces avantages tiennent principalement à la conception de la presente piece de fixation de valve en tant que partie intégrante des tubes plongeur 10 et de protection 30. Aussi, d'autres formes de réaìisatlon sont envisageables où, par exemple, l'évidement 430 ne serait pas unique, mais correspondrait a plusieurs ouvertures pratiquees dans la pie ce 40 Ces dernieres pourraient eventuellernent êtr.e disposées régulièrement autour de l'évidement 410 réservé au tube plongeur 10. 11 faudralt toutefois- envisager pour cela un système 42 de clapets adapté lIE VEND I CATI ONS 1. Pièce de fixation de valve obturant partiellement l'espace annulaire entre un tube plongeur (10) et le cuvelage (20) d'un puits (2), ledit puits (2) debouchant notamment dans une cavite (1) lessivee en sel gemme (6) et utilisée pour le stockage de gaz sous pression, un tube de protection (30) étant en outre prévu pour renforcer ledit cuvelage (20). caractérisée en ce que ladite pièce (40) forme un tronçon dudit tube de protection (30 > ainsi que dudit tube plongeur ( 10) 2. Pièce de fixation de valve selon la revendication 1, lesdits tubes plongeur (10) et de protection (30) étant formés de cyllndres vissés les uns aux autres, caractérisée en ce que - ladite place (40) presente une surface extérieure adaptee a être vissee ou ancrée entre deux cylindres formant ledit tube de protection (30); et en ce que - ladite pièce (40) comporte un évidement (410) ayant deux extrémités, un cyllndre formant ledit tube plongeur (1 (10) pouvant s'engager de façon etanche au sein dudit évidement (410) à chacune de ses deux extrémités. 3. Pièce de fixation de valve selon la revendication 2, caractérisée en ce que chaque cylindre formant ledit tube plongeur (10) sengageant au sein dudit évidement (410) s'emboite a force dans ledit évidement (410). 4. Pièce de fixation de valve selon la revendication 2, caractérisée en ce que chaque cylindre formant ledit tube plongeur (10) s'engageant au sein dudit évidement (410) se visse dans ledit évidement (410) 5. Pièce de fixation de valve selon l'une quelconque des evendications 2 à 4, caractérisée en ce que ledit évidement (410) de ladite piece (40) comporte au moins deux réserves (45) adaptees a recevoir chacune un bouchon pour fermer hermétiquement ledit tube plongeur ( 10). 6. Pièce de fixation de valve selon l'une quelconque des revendications precedentes, caracterisee en ce que ladite pièce (40) est en acier 7. Pièce de fixation de valve selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit tronçon de tubes plongeur (1.0) et de protection (30) forme par ladite pièce (40) admet une longueur de l'ordre du mètre. 8. Pièce de fixation de valve selon l'une quelconque des revenoications précédentes, caractérisee en ce que ladite pièce (40) comporte une unique ouverture (430) permettant la communication dudit espace annulaire de part et d'autre dudit tronçon de tubes plongeur (10) et de protection (30) formé par ladite pièce (40 > 9. Piéce de fixation de valve selon la revendication 8, caractérisée en ce que ladite ouverture (430) de ladite pièce (4C) comporte au moins deux réserves (45) adaptées à recevoir chacune un bouchon pour fermer hermétiquement ledit espace annulaire 10.Pièce de fixation de valve selon la revendication 8 ou la revendication 9, caractérisée en ce qu'une valve (42) du type normalement fermée est disposée de façon étanche au sein de ladite ouverture (430) de ladite pièce (40) 11 Pièce de fixation de valve selon la revendication 10, caractérisée en ce que ladite ouverture (430) de ladite pièce (40) est cylindrique. 12. Pièce de fixation de valve selon la revendication 1 I, caractérisee en ce que ladite valve (.42) du type normalement fermee est constituée par une tubulure comprenant Intérieurement un clapet et des moyens d'actionnement dudit clapet par un fluide, ladite tubulure étant montée au sein de ladite ouverture (430) 13. Pièce de fixation de valve selon la revendication 12, caractérisée en ce que ladite ouverture (430) admet un diamètre Inférieur à celui du tube 10 d'exploitation. 14. Pièce de fixation de valve selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit tronçon de tubes plongeur (10) et de protection (30) formé par ladite pièce (40) se trouve à une profondeur au sein dudit puits (2) non immédiatement voisine de la surface. 15. Pièce de fixation de valve selon lune quelconque des revendicatIons précédentes, caractérisée en ce qu une vanne du type normalement fermee est disposee a l'interleur dudit tube piongeur (10) au-dessus dudit tronçon de tubes plongeur (10) et de protection (30) formé par ladite pièce (40).