Brevet FR2666115A1 — publié le 19920228

L'invention concerne un outil de puits destiné à déplacer un élément d'obturation étanche par rapport à un élément à orifice, afin d'amener positivement le moyen d'obturation d'une première position fermée hermétiquement à une position intermédiaire d'égalisation de pression sans ouvrir complètement l'élément à orifice au moyen de l'outil. Dans un puits souterrain, il est fréquent qu'un élément à orifice doive être introduit dans le puits sur un conduit de travail ou de production disposé concentrique- ment à l'intérieur d'un second conduit, tel qu'un tubage ou un cuvelage, pour permettre une communication de fluide entre l'intérieur et l'extérieur de la colonne de produc- tion ou de travail, par exemple lorsque l'on fait circuler un inhibiteur chimique, soit en le faisant descendre dans le premier conduit puis remonter jusqu'au sommet du puits en passant dans l'espace annulaire formé entre la colonne et le tubage, soit par des techniques de circulation inverse dans lesquelles un fluide est descendu par pompage dans le puits en passant dans l'espace annulaire colon- ne/tubage, puis traverse l'élément à orifice et remonte au sommet du puits Ces opérations sont nécessaires durant des opérations d'intervention et de reconditionnement, ainsi que pour établir un déséquilibre d'une colonne hydrostati- que dans un puits avant de perforer ou de reperforer une ou plusieurs zones du puits, et autres. Dans de telles opérations, il est courant de pourvoir un tel élément à orifice d'un manchon coulissant porté intérieurement qui peut sélectivement ouvrir et fermer l'élément à orifice Un tel manchon est manipulé d'une position fermée à une position ouverte par un outil auxiliaire de puits qui est introduit dans le premier conduit au moyen d'une ligne électrique, d'un câble, d'une colonne enroulée ou autre, un outil de déplacement compatible étant fixé à son extrémité inférieure Cet outil auxiliaire est placé à proximité immédiate du manchon et est mis en action pour déplacer le manchon d'une position fermée, dans laquelle l'orifice ou les orifices sont recouverts, à une position ouverte dans laquelle les orifices font communiquer librement un fluide entre l'inté- rieur et l'extérieur de l'outil. Lorsque de tels outils sont exposés à des milieux à haute pression du puits, il est très souhaitable d'égaliser la pression entre l'intérieur et l'extérieur du premier conduit à proximité immédiate de l'orifice ou des orifices à ouvrir afin de ne pas nuire aux mécanismes sensibles d'étanchéité disposés entre le mécanisme de manchon mobile et le corps pour le manchon et les éléments à orifice Dans une opération réelle, les outils de déplacement pour l'élément à manchon ne sont pas capables de déplacer positivement le manchon de la position totalement fermée jusqu'à une position d'égalisation sans risque d'un mouvement accidentel du manchon durant un tel actionnement immédiatement à la position de pleine ouverture Souvent, la différence entre cette position intermédiaire d'égalisation et cette position de pleine ouverture est une question de centimètres, les outils étant disposés dans le puits à plusieurs milliers de mètres au- dessous de la surface de la terre, et les calculs par rapport au mouvement d'un tel outil ne peuvent tout simplement pas être effectués avec une précision suffisante pour assurer un mouvement du manchon seulement jusqu'à la position intermédiaire d'égalisation de pression. L'invention aborde ces problèmes en procurant un procédé et un appareil par lesquels le manchon est déplacé de la position fermée à la position intermédiaire d'égalisation, de façon positive, sans déplacement accidentel du manchon de la position intermédiaire à la position d'ouverture complète, ou de la première position de fermeture étanche à la position d'ouverture complète De cette manière, l'outil réalise un mouvement positif du manchon uniquement jusqu'à la position intermédiaire d'égalisation de pression Ensuite, un second outil peut être descendu dans le puits pour déplacer le manchon vers la position d'ouverture complète depuis la position intermédiaire d'égalisation de pression. Un outil de puits souterrain peut être introduit dans un puits sur un premier conduit disposé intérieurement et concentriquement par rapport à un second conduit tubulaire Le second conduit tubulaire comprend un élément à orifices destiné à établir une communication de fluide entre l'intérieur et l'extérieur du second conduit tubulaire ainsi qu'un moyen pouvant être déplacé sélective- ment pour ouvrir et fermer de façon étanche l'élément à orifice et mobile entre la première position de fermeture étanche, une position intermédiaire d'égalisation de pression et une troisième position de pleine ouverture. L'outil de puits comporte un corps Des moyens sont prévus pour relier de façon fonctionnelle l'outil par l'intermédiaire du corps au premier conduit Des moyens sont également prévus pour déplacer le second moyen, pouvant être déplacé sélectivement, dans un premier sens depuis la première position de fermeture étanche jusqu'à seulement la position intermédiaire d'égalisation de pression. Dans une forme préférée de réalisation, des moyens sont également prévus pour continuer le mouvement de l'outil de puits dans le premier sens après que les moyens pouvant être déplacés sélectivement ont été amenés dans la position intermédiaire d'égalisation de pression sans déplacement de ces moyens jusqu'à la troisième position de pleine ouverture. Après le mouvement du manchon jusque dans la position intermédiaire d'égalisation de pression, l'outil de puits de l'invention peut être déplacé dans un sens longitudinal quelconque, et/ou dans un sens axial de rotation sans affecter l'intégrité de positionnement du manchon dans la position intermédiaire d'égalisation de pression. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels: la figure 1 est une coupe longitudinale schématique d'un puits souterrain en complétion dans lequel le dispositif de déplacement est représenté par rapport à un orifice avant l'introduction de l'outil de puits de l'invention dans le puits; les figures 2 A, 2 B et 2 C sont des coupes longitudinales montrant l'outil de puits selon l'invention en position à l'intérieur du dispositif de déplacement avant un mouvement du dispositif de déplacement de la première position de fermeture jusqu'à la deuxième position intermédiaire d'égalisation de pression; les figures 3 A, 3 B et 3 C sont des vues analogues à celles des figures 2 A à 2 C, montrant l'outil de puits en position par rapport au manchon, ce dernier étant placé dans la position intermédiaire d'égalisation de pression; et les figures 4 A, 4 B et 4 C sont des vues similaires à celles des figures 2 A, 2 B et 2 C et 3 A, 3 B et 3 C, montrant le positionnement de l'outil de puits après un mouvement du manchon jusque dans la position intermédiaire d'égalisation de pression, l'outil de puits étant dégagé du manchon. On se référera à présent tout d'abord à la figure 1 qui montre une illustration schématique d'un puits souterrain W dans lequel a été placé un second conduit tubulaire ou tubage C à l'intérieur duquel est placé concentriquement un premier conduit Ci qui peut être une colonne de production, une colonne de travail ou autre, laquelle, elle-même, porte un élément à orifice PM traversé d'un orifice P, l'ouverture P de l'élément à orifice PM étant commandée sélectivement au moyen d'un dispositif de déplacement SM disposé à l'intérieur de cet élément. Une garniture d'étanchéité ou un packer de puits classique WP est représenté en position au-dessous de l'élément à orifice PM sur le premier conduit CI et ne joue aucun rôle particulier dans la présente invention Un bloc obturateur anti-éruption classique BOP est placé sur la surface supérieure du puits W pour montrer que le puits est en production. On se réfère à présent à la vue plus détaillée des figures 2 A, 2 B et 2 C qui montrent un outil classique à câble de manipulation (non représenté) dont l'extrémité inférieure est fixée par des filets 11 à un élément de corps supérieur 10 a de l'outil de puits WT de l'invention. Un élément de corps inférieur 10 b est fixé par des filets loc à un élément de corps intérieur lod qui, lui-même, est fixé par son extrémité supérieure à l'élément de corps supérieur 10 a au moyen de filets 10 e. L'outil de puits WT de l'invention est représenté sur les figures 2 A, 2 B et 2 C dans une position destinée à déplacer un moyen à manchon SM d'une première position de fermeture étanche (montrée sur les figures 2 A, 2 B et 2 C) à une position intermédiaire d'égalisation de pression (montrée sur les figures 3 A, 3 B et 3 C) sans mouvement vers une troisième position d'ouverture complète ou de pleine ouverture Le dispositif de déplacement SM présente une ouverture S Mi qui est en alignement latéral avec l'orifice P lorsque l'élément à manchon SM est dans la position de pleine ouverture. Chaque orifice P correspond à une ouverture SM-1 définie à travers le dispositif de déplacement SM, chacune des ouvertures SM-1 étant allongée et resserrée pour former une gorge d'égalisation SM-2 à son extrémité inférieure Par conséquent, lorsque le dispositif de déplacement SM est déplacé depuis la position de fermeture étanche jusqu'à la position intermédiaire d'égalisation de pression, la gorge d'égalisation SM-2 de chacune des ouvertures SM-1 permet à un écoulement de fluide réduit d'entrer à l'intérieur de l'élément à orifice PM en passant par l'orifice P et la gorge SM-2 de l'ouverture SM- 1, cette ouverture réduite passant par la gorge SM-2 réduisant l'écoulement du fluide durant l'égalisation de pression afin que les moyens d'étanchéité S-1 et S-2 placés à l'intérieur du corps de l'élément à orifice PM ne soient pas affectés de façon nuisible par un à- coup de pression ou autre. Le dispositif de déplacement SM contient un moyen de verrouillage flexible SM-3 faisant saillie vers l'extérieur destiné à être reçu sélectivement dans l'une de trois gorges définies dans le corps de l'élément à orifice PM La première gorge G-1 intercepte le verrou flexible SM- 3 pour placer le dispositif de déplacement SM dans la première position de fermeture étanche De manière correspondante, la gorge inférieure G-2 reçoit et position- ne le verrou flexible SM-3 lorsque le dispositif de déplacement SM est déplacé vers la position intermédiaire d'égalisation de pression par l'outil de puits WT Après l'enlèvement de l'outil de puits WT et l'introduction dans le puits W d'un outil auxiliaire destiné à s'enclencher avec le dispositif de déplacement SM, ce dernier peut être déplacé de façon que le verrou flexible SM-3 soit enlevé de la gorge intermédiaire G-2 et s'emboîte élastiquement dans une gorge élargie G-3, ce qui bloque le dispositif de déplacement SM, par l'intermédiaire du verrou flexible SM- 3, dans la position de pleine ouverture. Une fenêtre 14, à travers laquelle une griffe 12 peut faire saillie, se trouve entre les éléments de corps loa et lob de l'outil de puits WT La grille 12 comporte un épaulement 13 qui engage un épaulement correspondant SM-4 situé sur le dispositif de déplacement lorsque l'outil de puits WT est engagé avec le dispositif de déplacement SM pour entraîner ce dernier dans un premier sens pour une manipulation entre des positions de fermeture et d'ouverture. La griffe 12 est conçue de manière qu'elle puisse en réalité pivoter pour enlever l'épaulement 13 de son engagement sur l'épaulement SM-4 du dispositif de déplacement SM et elle est rappelée vers l'extérieur par ressort La force d'un tel ressort 13 a est déterminée par l'engagement de la griffe 12 avec un cliquet de verrouil- lage 17 placé dans une ouverture du corps au-dessous de la griffe 12 et par l'engagement de la griffe 12 et du cliquet 17 par l'intermédiaire d'une butée 20 située sur l'ex- trémité inférieure de la griffe 12 et d'une butée cor- respondante 19 située sur la partie intérieure la plus haute du cliquet 17 Une face ou un épaulement extérieur du cliquet 17 est profilé de façon à être reçu de manière complémentaire sur un épaulement A situé à l'extrémité inférieure de l'élément à orifice PM lorsque l'outil de puits WT a amené le verrou flexible SM-3 dans la gorge intermédiaire ou gorge d'égalisation G-2, afin que la poursuite du mouvement longitudinal de l'outil du puits WT dans le sens qui a fait passer le dispositif de déplacement SM de la position de fermeture à la position intermédiaire applique une force au cliquet 17 et fasse pivoter ce dernier vers l'intérieur au moyen d'un axe 18 de pivotement et fasse fléchir l'extrémité inférieure de la griffe 12 par l'intermédiaire des butées 19 et 20, vers l'intérieur, pour retirer l'épaulement 13 situé sur la griffe 12, d'un engagement de déplacement avec l'épaulement SM-4 sur le dispositif de déplacement SM. En référence à présent aux figures 2 A, 2 B, 2 C, 3 A, 3 B, 3 C et 4 A, 4 B, 4 C, on décrira le fonctionnement de l'outil Le dispositif de déplacement SM est normalement positionné de manière que l'orifice P et l'élément à orifice PM soient isolés de façon étanche de l'intérieur de l'élément à orifice PM, le dispositif de déplacement SM étant placé en travers des joints d'étanchéité Si, 52, et le verrou flexible SM-3 étant dans la gorge supérieure G-1. Le dispositif de déplacement SM est, comme décrit, dans la position de fermeture étanche par rapport à l'orifice P. A présent, lorsque l'on souhaite ouvrir l'orifice P, un conduit auxiliaire, tel qu'un câble, un outil de puits ou autre, est introduit dans le premier conduit Cl, l'outil WT de l'invention étant fixé à son extrémité inférieure au moyen des filets 11 Lorsque l'outil de puits se déplace dans le puits W, il vient se placer latéralement par rapport au dispositif de déplace- ment SM et l'épaulement 13 de la griffe 12 trouve la gorge 51 et l'engage à l'épaulement SM-4 du dispositif de déplacement SM Le manchon SM est à présent sollicité dans un premier sens avec la poursuite du mouvement dans le conduit d'intervention de façon que le verrou SM-3 se dégage élastiquement de la première gorge G-1 et trouve la gorge G-2 dans laquelle il s'engage de manière que les gorges d'égalisation SM-2 viennent se placer pour une communication de fluide d'égalisation entre elles au moyen de l'orifice P Lorsque le verrou SM-3 est dans la gorge G- 2, le cliquet 17 est en butée avec l'élément à orifice PM du fait que la face extérieure du cliquet 17 est placée sur l'épaulement A A présent, la poursuite du mouvement longitudinal dans le même sens de l'outil de puits WT fait pivoter légèrement vers l'intérieur le cliquet extérieur 17 en raison du profil biseauté de la face extérieure du cliquet par rapport à l'épaulement A et sollicite, par suite, l'extrémité inférieure de la griffe 12 à la butée 20 pour qu'elle se déplace axialemeht vers l'intérieur afin de dégager l'épaulement 13 du cliquet de la position dans l'épaulement SM-4 du dispositif de déplacement SM L'outil de puits WT finit ainsi par se dégager complètement du dispositif de déplacement SM après le positionnement de ce dernier dans la position intermédiaire d'égalisation de pression Le dispositif de déplacement SM ne peut pas être déplacé à un instant quelconque par l'outil de puits WT à partir de la première position d'engagement étanche ou la position intermédiaire vers la troisième position de pleine ouverture du fait du positionnement du cliquet 17 par rapport à l'épaulement A et du positionnement de l'épaule- ment 13 de la griffe par rapport à l'épaulement SM-4. On appréciera que l'une des particularités inédites de l'invention est d'empêcher le dispositif de déplacement SM d'être déplacé accidentellement de la position de fermeture complète vers la position d'ouverture complète en utilisant un tel outil de puits; les à- coups de pression sont évités, lesquels pourraient amener accidentellement une colonne enroulée, un câble, des conduits ou autres à "s'entortiller' à l'intérieur du puits, ou même pire, à être éjectés au sommet du puits. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'outil et au procédé décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Outil de puits souterrain (W) pouvant être placé dans un puits sur un premier conduit (Cl) disposé intérieurement et concentriquement par rapport à un second conduit tubulaire (C) comprenant un élément (PM) à orifice destiné à établir une communication de fluide entre l'intérieur et l'extérieur du second conduit tubulaire, et un dispositif (SM) pouvant être déplacé sélectivement pour ouvrir et fermer de façon étanche l'élément à orifice, et mobile entre une première position de fermeture étanche, une position intermédiaire d'égalisation de pression et une troisième position de pleine ouverture, l'outil de puits étant caractérisé en ce qu'il comporte un corps ( 10 a, lob), des moyens ( 11) destinés à relier fonctionnellement l'outil par l'intermédiaire du corps au premier conduit, et des moyens destinés à déplacer ledit dispositif pouvant être déplacé sélectivement dans un premier sens depuis ladite première position de fermeture étanche jusqu'à seulement ladite position intermédiaire d'égalisation de pression, et à détacher automatiquement l'outil de puits desdits moyens de fixation fonctionnelle lorsqu'il atteint ladite position intermédiaire d'égalisation de pression. 2 Outil de puits selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens destinés à poursuivre le mouvement de l'outil dans le premier sens après que le dispositif pouvant être déplacé sélectivement a été amené dans la position intermédiaire d'égalisation de pression, sans faire passer ce dispositif dans ladite troisième position de pleine ouverture. 3 Procédé pour déplacer un dispositif (SM), pouvant être déplacé sélectivement, afin d'ouvrir et de fermer de façon étanche un élément (PM) à orifice, le dispositif pouvant être déplacé entre une première position de fermeture étanche, une position intermédiaire d'égalisa- tion de pression et une troisième position de pleine ouverture, ledit dispositif étant porté intérieurement sur un second conduit tubulaire (C) par rapport à un élément à orifice du second conduit, le procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste: (a) à assembler au sommet du puits un outil de puits (WT) comportant un corps (l Oa, lob), des moyens ( 11) destinés à relier fonctionnellement l'outil par l'inter- médiaire du corps à un premier conduit (Ci) pouvant être disposé intérieurement et concentriquement par rapport au second conduit tubulaire, et des moyens destinés à déplacer ledit dispositif dans un premier sens depuis ladite première position de fermeture étanche jusqu'à seulement ladite position intermédiaire d'égalisation de pression, (b) à déplacer l'outil de puits sur le premier conduit concentriquement dans le second conduit tubulaire jusqu'à ce que l'outil soit placé à proximité immédiate dudit dispositif pouvant être déplacé sélectivement, (c) à actionner l'outil de puits pour déplacer le dispositif dans un premier sens depuis la première position de fermeture étanche jusqu'à seulement la position intermédiaire d'égalisation de pression, et (d) à détacher automatiquement l'outil desdits moyens de fixation fonctionnelle lorsque ladite position intermédiaire d'égalisation de pression est atteinte. 4 Procédé selon la revendication 3, carac- térisé en ce qu'il consiste en outre (e) à poursuivre le mouvement de l'outil dans le premier sens après que le dispositif pouvant être déplacé sélectivement a été amené dans la position intermédiaire d'égalisation de pression sans faire passer ce dispositif dans la troisième position de pleine ouverture. Outil de puits selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une griffe ( 12) faisant saillie vers l'extérieur destinée à être reçue sélectivement dans une gorge intérieure ( 51) de déplacement définie sur ledit dispositif pouvant être déplacé sélec- tivement. 6 Outil de puits selon la revendication 5, caractérisé en ce que la griffe peut être dégagée de la gorge après que le dispositif pouvant être déplacé sélectivement a été amené dans la position intermédiaire d'égalisation de pression. 7 Outil de puits selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une griffe ( 12) faisant saillie vers l'extérieur, destinée à être reçue dans une gorge intérieure ( 51) de déplacement située sur le dispositif pouvant être déplacé sélectivement, et compor- tant en outre un moyen ( 17) destiné à dégager l'outil dudit dispositif après que celui-ci a été amené dans ladite position intermédiaire d'égalisation de pression. 8 Outil de puits selon la revendication 7, caractérisé en ce que le moyen de dégagement de l'outil comporte un cliquet mobile ( 17) pouvant être placé en butée avec le second conduit afin de résister à la poursuite de la course de l'outil dans le premier sens. 9 Outil de puits selon la revendication 8, caractérisé en ce que la poursuite de la course de l'outil dans le premier sens après l'arrivée du dispositif, pouvant être déplacé sélectivement, dans ladite position inter- médiaire d'égalisation de pression déplace le cliquet de façon flexible vers l'intérieur pour libérer la griffe du dispositif de déplacement afin que l'outil puisse se déplacer davantage dans le premier sens ou dans un second sens opposé au premier sens sans mouvement dudit dispositif de déplacement.