Brevet FR2653821A1 — publié le 19910503

L'invention concerne un mécanisme destiné à stabiliser un outil de puits dans une disposition axiale- ment concentrique par rapport à la lumière d'un conduit de puits, et elle a trait plus particulièrement à un agen- cement destiné à effectuer la libération d'éléments de stabilisation à partir d'une position expansée radialement dans le cas o les éléments de stabilisation se trouvent bloqués ou coincés dans le puits. Des appareils appelés centreurs ont longtemps été utilisés dans des puits souterrains pour positionner un outil de puits concentriquement par rapport à la lumière du conduit du puits. Normalement, de telles stabilisateurs prennent la forme de plusieurs éléments à ressort plat s'étendant radialement vers l'extérieur, espacés circon- férentiellement, qui frottent contre la paroi de la lumière du conduit du puits. Avec ce type de construction, le centreur doit nécessairement être en contact de frottement avec le conduit du puits à la fois durant la descente et durant la récupération de l'outil à partir du conduit. Ce frottement produit une usure indésirable non seulement sur les éléments du centreur, mais également sur la paroi de la lumière du conduit. De plus, il nuit obligatoirement à la vitesse de descente et de remontée. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique N 4 811 792 décrit un mécanisme centreur comprenant plusieurs tringlages expansibles montés sur un corps tubulaire qui peut faire partie d'un train de tiges ou qui peut constituer l'élément de fond du train de tiges. Ces tringlages expansibles portent des éléments anti- frottement, tels que des galets, sur leurs extrémités extérieures, lesquels éléments peuvent être amenés en contact avec la paroi de la lumière d'un cuvelage les entourant. Les tringlages expansibles sont normalement amenés dans une position rétractée durant l'introduction dans le puits au moyen d'une goupille de cisaillement, mais ils sont rappelés constamment vers une position d'expansion radiale par un ressort comprimé. La goupille de cisaille- ment comporte avantageusement un boulon fusible qui fond peu de temps après la descente de la rame d'outils contenant les éléments stabilisateurs. Bien que ce mécanisme ait donné globalement satisfaction, on rencontre les difficultés durant la récupération de la rame d'outils comportant un tel mécanisme de stabilisation. Si les tringlages ou les galets se bloquent ou se coincent dans le puits pour une raison quelconque, la récupération de la rame d'outils devient très difficile. On a donc besoin d'un mécanisme de stabilisation présentant tous les avantages du mécanisme montré dans le brevet N 4 811 792 précité, mais permet- tant la récupération commode du mécanisme dans le cas o ce dernier se bloque dans le puits. L'invention concerne un mécanisme de stabilisa- tion pour un outil de puits, comprenant un corps tubulaire dans la paroi duquel sont formées plusieurs fentes verticales espacées circonférentiellement. Un tringlage de stabilisation est monté dans chaque fente et une extrémité de ce tringlage est reliée de façon pivotante à une extrémité de la fente respective. L'autre extrémité de chaque tringlage est reliée de façon pivotante à un ensemble actionneur qui est monté de façon coulissante et étanche dans la lumière du corps. Le tringlage est configuré de façon à produire une expansion simultanée, radialement vers l'extérieur, de deux bras pivotants espacés axialement, en même temps que le tringlage est expansé par un mouvement axial de l'extrémité de ce tringlage reliée à l'actionneur. Des moyens anti- frottement, comportant avantageusement des galets espacés axialement, sont montés sur les extrémités libres des bras pivotants précités et portent en même temps contre la paroi de la lumière du conduit de puits dans lequel l'outil est introduit. L'écartement axial des galets permet au dispositif de stabilisation de franchir des joints vissés et des gorges annulaires dans la paroi de la lumière du conduit sans modification sensible de la position axiale de l'outil portant le dispositif de stabilisation, car l'écartement axial des galets permet à un seul galet à la fois de s'engager dans une gorge ou de porter contre un obstacle faisant saillie vers l'intérieur. Pour permettre l'introduction aisée de l'outil de stabilisation et du dispositif de stabilisation dans le conduit du puits, un boulon fusible est prévu pour au moins un tringlage de stabilisation, lequel boulon fixe chaque tringlage dans une position rétractée dans le corps durant la descente et pendant une courte période après la descente, cette période étant suffisante pour permettre au boulon fusible d'atteindre une température de fusion inférieure à la température ambiante la plus élevée du puits à la profondeur à laquelle l'outil est introduit. Par conséquent, il n'y a aucun contact de frottement entre le dispositif de stabilisation et la paroi de la lumière du conduit durant la descente. A la suite de la fusion du boulon fusible, les tringlages de stabilisation se déplacent radialement vers l'extérieur pour porter contre la paroi du conduit sous le rappel axial d'un ressort comprimé agissant sur le manchon mobile axialement. Pour empêcher une entrée en contact brutale des galets de stabilisation avec la paroi de la lumière du conduit, un manchon situé sur l'ensemble actionneur coopère avec la paroi de la lumière du corps pour définir une chambre à fluide retenu qui empêche un mouvement axial rapide du manchon dans la direction d'expansion des tringlages. La vitesse du mouvement axial du manchon est limitée par le passage d'un orifice permettant la décharge du fluide de la chambre de retenue vers une seconde chambre à un débit réglé. Lorsqu'il est nécessaire d'enlever l'outil du puits, il est évidemment souhaitable que le dispositif stabilisateur se règle rapidement de luimême dans une direction radiale pour permettre aux galets en contact avec la paroi de la lumière de franchir des resserrements intérieurs rencontrés dans la paroi de la lumière du conduit du puits. Un mouvement radial rapide des tringlages de stabilisation vers l'intérieur est permis par un clapet de retenue situé dans la seconde chambre recevant le fluide de la chambre de retenue de fluide afin de permettre au fluide, qui s'est accumulé dans la seconde chambre durant le mouvement radial vers l'extérieur des tringlages de stabilisation, d'être transféré rapidement vers la chambre de retenue. Ainsi, les tringlages de stabilisation peuvent être déviés aisément vers l'intérieur pour permettre le passage sur des obstacles intérieurs de la paroi du conduit. Pour permettre au mécanisme de stabilisation d'être libéré du puits si, pour une raison quelconque, une partie quelconque de ce mécanisme se trouve bloquée ou coincée dans le puits et/ou le clapet de retenue ne fonctionne pas, l'invention prévoit un ensemble de transmission de force à liaison cisaillable entre le ressort comprimé et les extrémités mobiles axialement des tringlages de stabilisation. Ce mécanisme de transmission de force comporte avantageusement un bloc tubulaire dont une extrémité bute contre le ressort comprimé et dont l'autre extrémité est reliée télescopiquement à un manchon auquel les extrémités mobiles des tringlages sont fixées de façon pivotante. Une ou plusieurs vis de cisaillement sont alors prévues entre les parties télescopiques du bloc tubulaire et le manchon. En conséquence, le fonctionnement normal de l'appareil durant son introduction et sa récupération est le même que celui décrit dans le brevet N 4 811 792 précité. Cependant, si pour une raison quelconque, les galets ou toute partie des tringlages de stabilisation se trouvent coincés ou bloqués dans le puits, l'application d'une force prédéterminée vers le haut sur le train de tiges dans lequel le mécanisme stabilisateur est introduit provoque le cisaillement de la liaison entre le bloc tubulaire et le bloc à manchon, permettant ainsi aux éléments stabilisateurs de se rétracter aisément vers une position radialement vers l'intérieur dans laquelle l'ensemble du mécanisme de stabilisation peut franchir aisément tout obstacle s'opposant à sa course vers le haut. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels: les figures 1A et lB représentent ensemble un quart de coupe axiale d'un dispositif de stabilisation selon l'invention, les éléments de stabilisation du dispositif étant représentés dans leur position d'expansion radiale, en contact avec un cuvelage; et les figures 2A et 2B sont des vues analogues aux figures 1A et lB, mais montrant les éléments du dispositif de stabilisation dans une position rétractée radialement, obtenus par l'application d'une force orientée vers le haut au mécanisme de stabilisation. En référence aux figures 1A et lB, un mécanisme de stabilisation 10 selon l'invention est représenté dans une position expansée radialement par rapport à un conduit 1 de puits, qui est normalement un cuvelage de puits. Le mécanisme 10 de stabilisation comprend un corps tubulaire 20 dont l'extrémité supérieure présente des filets intérieurs 20a destinés à entrer en prise avec l'extrémité inférieure d'une rame d'outils. Le corps 20 présente en outre plusieurs fentes verticales 20b, espacées circon- férentiellement. Chaque fente reçoit un tringlage 22 expansible radialement, comprenant deux bras pivotants 22a et 22b qui sont montés, respectivement, de façon pivotante dans les fentes 20b au moyen d'axes transversaux 20c et 20d de pivotement. Les parties médianes des bras pivotants 22a et 22b sont reliées entre elles de façon pivotante par une biellette longitudinale 22d qui est reliée aux bras pivotants 22a et 22b par des axes 22e et 22f de pivotement. Les extrémités libres des biellettes 22a et 22b portent, respectivement, des dispositifs anti-frottement, tels que des galets 24a et 24b. Une biellette 22g d'expansion est également fixée par une extrémité à l'axe 22f de pivotement et son autre extrémité est reliée de façon pivotante à un assemblage 26 de transmission de force, mobile axialement, au moyen d'un axe 22h de pivotement. En conséquence, lorsque l'assemblage de transmission de force 26 est disposé dans une position abaissée par rapport aux tringlages 22 expansibles radialement, ces tringlages 22 sont rétractés dans la position montrée sur la figure 2A dans laquelle toutes les pièces des tringlages se trouvent à l'intérieur de la périphérie du corps 20 et ne font donc courir aucun risque de contact dommageable avec la paroi du conduit ou du cuvelage pendant que l'ensemble stabilisateur est descendu dans le puits. Une encoche 22c présentée par chaque biellette 22d constitue un dégagement pour l'axe d de pivotement dans cette position. Chaque tringlage stabilisateur 22 est expansé radialement pour faire porter les galets 24a et 24b contre la paroi de la lumière du cuvelage 1 par un mouvement de montée de l'assemblage 26 de transmission de force. Cet assemblage comprend un manchon supérieur 26a qui porte l'axe 22h de pivotement et dont l'extrémité inférieure est reliée de façon cisaillable par une ou plusieurs vis de cisaillement 26b à un élément de manchon intermédiaire 27. cet élément de manchon 27 est fixé par des filets 27a à un tube prolongateur 26c qui s'étend vers le bas et qui bute contre un épaulement intérieur 36c tourné vers le haut, prévu sur un siège annulaire 36 de ressort. Un manchon intérieur 28 est fixé par vissage au moyen de filets extérieurs 20f à la partie extrême inférieure 20e du corps 20. Ces filets sont fixés au moyen d'une vis 20g de blocage. Le manchon intérieur 28 coopère avec le manchon prolongateur 26c de façon à définir une chambre annulaire 42 à l'intérieur de laquelle la partie inférieure de l'élément de manchon inférieur 27 est montée de façon étanche au moyen de joints 27b et 27c. Plusieurs orifices 28b espacés circonférentiellement sont prévus dans l'extrémité inférieure du manchon prolongateur 28 pour permettre à des fluides du puits d'entrer librement à l'intérieur du manchon prolongateur 28 et donc dans la lumière du corps 20. L'extrémité inférieure du manchon prolongateur 28 présente des filets intérieurs 28a pour le montage d'une partie inférieure de la rame d'outils particulière dans laquelle le mécanisme stabilisateur 10 doit être incorporé ou bien, dans ce cas, lorsque le mécanisme stabilisateur se trouve à l'extrémité inférieure de la rame d'outils, un déflecteur 30 d'écoulement peut être inséré et fixé dans l'extrémité inférieure du manchon prolongateur 28 par les filets 28a et la vis 28c de blocage. Un anneau 32 de siège de ressort est fixé à proximité immédiate de l'extrémité inférieure du manchon prolongateur 28 par un anneau encliqueté 32a afin de constituer un siège d'appui pour un ressort actionneur 34. L'extrémité supérieure du ressort actionneur 34 porte contre un siège annulaire 36 de ressort qui comporte un joint d'étanchéité 36b portant contre l'extrémité infé- rieure du prolongement 26c du manchon d'actionnement. Comme mentionné, l'extrémité inférieure du prolongement 26c du manchon d'actionnement bute contre un épaulement 36c tourné vers le haut, prévu sur le siège annulaire 36 de ressort. Le siège 36 de ressort est monté de façon coulissante et étanche dans l'espace annulaire 42 au moyen d'un joint extérieur 36a et d'un joint intérieur 36b. Par conséquent, lorsqu'aucune retenue n'est imposée à un mouvement de montée du mécanisme 26 de transmission de force, le ressort 34 fait monter l'assemblage 26 de transmission de force, provoquant un mouvement vers l'extérieur des tringlages stabilisateurs 22, expansibles radialement, jusqu'à la position montrée sur la figure 1A dans laquelle les galets anti-frottement 24a et 24b portent contre la paroi de la lumière du conduit du puits. Pour maintenir les tringlages stabilisateurs 22, expansibles radialement, en position contractée durant la descente, des boulons fusibles 40 (représentés unique- ment en trait tireté) butent contre l'une des biellettes incorporées dans l'un des tringlages expansibles 22 et fixent en fait tous les tringlages 22 à l'intérieur des limites du corps 20. Par exemple, des boulons fusibles 40 sont représentés en butée contre un bras pivotant 22a. Le point de fusion des boulons fusibles 40 est choisi de façon à produire une fusion au bout d'un temps raisonnable, c'est-à-dire 10 à 30 minutes, après que les boulons fusibles ont été exposés aux températures ambiantes du puits existant à l'emplacement du mécanisme stabilisateur dans le puits. Ainsi, durant la totalité de la descente du mécanisme stabilisateur 10, les tringlages 22 sont dans leurs positions rétractées et ne viennent pas porter contre la paroi de la lumière du cuvelage 1 avant que les boulons fusibles 40 aient fondu en étant exposés aux températures de fond de puits. Pour empêcher les tringlages expansibles 22 de s'expanser rapidement jusqu'en contact avec la paroi de la lumière du conduit du puits et donc de risquer d'endommager les galets anti-frottement 24a et 24b, l'espace annulaire 42 entre les prolongements 26c et 28 de manchon est utilisé pour définir une chambre d'amortissement immédiatement au- dessus du siège 36 de ressort. Une nervure 28e faisant saillie vers l'intérieur est formée sur le manchon prolongateur 28 et s'étend à l'intérieur de la chambre 42 d'amortissement. Cette dernière est remplie d'un fluide approprié par l'intermédiaire d'un orifice de remplissage à bouchon (non représenté) formé dans la nervure 28e en saillie vers l'intérieur. Un clapet de retenue 44 est prévu, ce clapet comportant une bague 44b qui porte une bague torique 44a sollicitée en contact étanche entre l'extrémité inférieure de la nervure annulaire 28e et la surface extérieure adjacente 26k du prolongement 26c du manchon d'actionnement par un léger ressort 46. Le ressort 46 bute contre un épaulement intérieur 36d, tourné vers le haut, prévu sur le siège supérieur 36 de ressort. On voit donc que la chambre d'amortissement 42 comprend en réalité deux chambres 42a et 42b espacées verticalement, séparées par la nervure annulaire 28e et le clapet de retenue 44. Un passage à orifice étranglé 28f est formé dans la nervure annulaire 28e pour permettre un écoulement de fluide à un débit réglé de la chambre inférieure 42a vers la chambre supérieure 42b. Ainsi, le mouvement de montée de l'assemblage 26 de transmission de force et donc l'expansion radiale du tringlage stabilisa- teur 22 sont limités en fonction du débit d'écoulement du fluide dans le passage 28f de l'orifice. Par ailleurs, lorsque la rame d'outils est retirée du puits, il est très courant que les galets anti- frottement 24a et 24b portent contre des nervures inté- rieures ou d'autres resserrements ou obstacles formés sur la paroi de la lumière du conduit du puits. Les galets anti-frottement 24a et 24b doivent pouvoir se contracter rapidement afin de franchir de tels obstacles sans dommage. Ceci est permis par le clapet de retenue 44. Lorsqu'un galet antifrottement quelconque 24a ou 24b rencontre un obstacle, une force est appliquée vers le bas au mécanisme 26 de transmission de force. Cette force orientée vers le bas provoque une compression du fluide retenu dans la chambre supérieure 42b et l'augmentation de la pression du fluide dans cette chambre provoque l'ouverture du clapet de retenue 44 afin de permettre un écoulement rapide du fluide dans la chambre inférieure 42a et donc un mouvement descendant libre du mécanisme 26 de transmission de force, ce qui permet donc un mouvement libre de contraction des tringlages stabilisateurs 22. Les galets 24a et 24b fonctionnent donc de façon à maintenir fermement et avec précision le corps du stabilisateur en alignement avec l'axe du conduit du puits, produisant donc une action de centrage sur le train de tiges dans lequel le mécanisme stabilisateur 10 est incorporé. Malgré les moyens permettant le repli des tringlages de stabilisation 22 lorsqu'un obstacle est rencontré, grâce à l'ouverture du clapet de retenue 44, il arrive parfois que le clapet 44 ne fonctionne pas et que les tringlages 22 de stabilisation se trouvent donc bloqués dans le puits. Le tringlage 22 de stabilisation peut également être bloqué dans le puits pour un certain nombre d'autres raisons, telles qu'une accumulation de particules dans ou entre les pièces actives, ou des variations affectant la conformation de la lumière du puits. Quelle que soit la cause, les ensembles de stabilisation peuvent être dégagés de cet état bloqué par l'application de forces de battage orientées vers le haut sur le train de tiges dans lequel le mécanisme de stabilisation 10 est incorporé. Ces forces exercées vers le haut produisent une force de cisaillement orientée vers le haut sur les goupilles 26b de cisaillement et ont pour effet de séparer du manchon inférieur 27 le manchon supérieur 26a de l'assemblage 26 de transmission de force. Ainsi, comme illustré sur la figure 2A, le manchon supérieur 26a de transmission de force peut se déplacer vers le bas par rapport au corps tubulaire 20 et permettre aux tringlages 22 de stabilisation de prendre une position rétractée. Cette possibilité d'effectuer le retrait des tringlages de stabilisation lorsqu'un obstacle est rencontré et que le dispositif de libération normale ne fonctionne pas constitue évidemment une qualité supplémen- taire souhaitable pour cet outil. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au corps de stabilisateur décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Corps de stabilisateur pour un outil de puits monté dans un puits souterrain cuvelé, caractérisé en ce qu'il comporte un corps tubulaire (20) pouvant être raccordé en série, en alignement coaxial, à l'outil de puits, des fentes longitudinales espacées (20b) s'étendant à travers la paroi du corps tubulaire, un tringlage (22) expansible radialement, disposé dans chacune des fentes longitudinales, des moyens (20c, 20d) pour le montage pivotant d'une extrémité de chaque tringlage dans une extrémité de la fente longitudinale respective, afin qu'un mouvement axial de l'autre extrémité de chaque tringlage par rapport au corps tubulaire déplace le tringlage d'une position de descente, rétractée radialement, à une position expansée radialement, des moyens anti- frottement (24a, 24b) portés par chaque tringlage et pouvant entrer en contact avec le cuvelage du puits dans la position expansée radialement, un ressort comprimé (34) monté dans l'autre extrémité du corps tubulaire, un assemblage (26) de transmission de force reliant le ressort aux autres extrémités des tringlages, afin de rappeler les tringlages vers lesdites positions expansées radialement, l'assemblage de transmission de force comportant deux éléments (26a, 27) reliés de façon amovible, pouvant être séparés en réponse à l'application d'une force prédéterminée, vers le haut, au corps tubulaire lorsque les tringlages expansés se trouvent bloqués dans le puits. 2. Corps selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'assemblage de transmission de force comprend un ensemble tubulaire en butée contre le ressort comprimé, un manchon (26a) fixé aux autres extrémités des tringlages, et des moyens cisaillables (26b) reliant l'ensemble tubulaire au manchon. 3. Corps de stabilisateur selon la revendica- tion 2, caractérisé en ce que l'ensemble tubulaire et le manchon sont disposés télescopiquement.