Brevet FR2662467A1 — publié le 19911129

La présente invention a essentiellement pour objet une tête de puits pétrolier perfectionnée et comportant de nombreux avantages par rapport aux têtes de puits actuellement connues. On sait que les puits pétroliers sont équipés de têtes de puits pour permettre le prélèvement du fluide gazeux et/ou liquide se trouvant au fond des puits. Ces têtes de puits se composent essentiellement de deux parties, à savoir d'une part une partie inférieure logée de façon permanente dans le puits et comportant plusieurs tubes plongeant dans le puits et suspendus à une pièce tubulaire, et d'autre part une partie supérieure située au-dessus du sol et équipée d'une pluralité d'éléments tels que notamment des vannes pour réaliser l'ouverture ou la fermeture du puits. La partie supérieure de la tête de puits est raccordée de façon amovible à la partie inférieure logée en permanence dans le puits, et cela par l'intermédiaire de la pièce tubulaire à laquelle sont suspendus les tubes plongeant dans le puits. Jusqu'à présent, lorsqu'il se produit un incident, tel que par exemple une fuite, au niveau de la partie supérieure de la tête de puits, ou bien lorsqu'on veut tester cette tête de puits, on introduisait par la partie supérieure de la tête de puits un système traversant cette partie supérieure et susceptible de se bloquer dans la pièce tubulaire située au niveau de l'orifice d'entrée du puits et à laquelle sont suspendus les tubes plongeant dans ce puits. Ainsi, on pouvait réaliser l'isolement de la partie supérieure de la tête de puits, de sa partie inférieure et permanente. Mais une telle façon de procéder n'était pas sans présenter de nombreux inconvénients. En effet, le système en question devant s'ancrer dans la pièce tubulaire de raccordement des deux parties de la tête de puits était nécessairement compliqué et sa mise en oeuvre exigeait des moyens lourds en matériel et en main d'oeuvre. En outre, le système devant traverser la partie supérieure de la tête de puits et s'arrêter dans la pièce tubulaire précitée, il imposait soit un diamètre intérieur de la tête de puits important, soit une réduction importante de diamètre au niveau de la pièce tubulaire en question. Il faut également dire qu'il était extrêmement difficile, sinon impossible, de mettre en oeuvre le système dès l'apparition d'un incident, tel qu'une fuite par exemple, au niveau de la partie supérieure de la tête de puits. Aussi, la présente invention a pour but de remédier notamment à ces inconvénients en proposant une tête de puits perfectionnée permettant d'isoler d'une façon simple, immédiate et sans manoeuvres difficiles et compliquées les deux parties supérieure amovible et inférieure permanente d'une tête de puits pétrolier. A cet effet, l'invention a pour objet une tête de puits pétrolier perfectionnée comprenant une partie supérieure munie d'une pluralité d'éléments tels que notamment des vannes, situés au-dessus du sol et une partie inférieure comportant un ou plusieurs tubes plongeant dans le puits et suspendus à une pièce tubulaire communiquant avec ladite partie supérieure hors-sol, caractérisée en ce que ladite pièce tubulaire s'étendant dans le sol, se compose d'un élément inférieur indépendant raccordé aux tubes de préférence par vissage et d'un élément supérieur indépendant raccordable à ladite partie supérieure hors-sol, avec interposition entre les deux éléments inférieur et supérieur d'un boisseau sphérique qui prend appui sur ces éléments par l'intermédiaire de portées étanches et qui est actionnable depuis l'extérieur de la tête de puits par tout moyen approprié tel que par exemple une poignée ou une clé. On comprend donc déjà que le boisseau sphérique intégré à la pièce tubulaire constitue un système d'isolation permanent, manoeuvrable instantanément par une personne seule, même en cas d'incident sur la tête de puits, et n'imposant aucun diamètre de passage particulier pour la partie supérieure de la tête de puits ou pour la pièce tubulaire elle-même. Suivant une autre caractéristique de l'invention, les portées étanches précitées sont constituées par deux bagues avec joints interposés entre le boisseau sphérique et les deux éléments supérieur et inférieur précités, et constamment sollicitées chacune par au moins un ressort pour prendre appui sur ledit boisseau. On précisera encore ici que l'élément supérieur sur lequel est monté à rotation le boisseau sphérique par l'intermédiaire d'axes transversaux, comporte une butée faisant saillie dans ledit élément et coopérant avec un évidement ménagé dans la périphérie du boisseau pour limiter sa course de rotation entre une position d'ouverture et une position de fermeture. Les axes transversaux précités sont, suivant un exemple de réalisation, montés sur le boisseau sphérique de façon diamétralement opposée à l'aide de vis ou analogues et comportent chacun au moins un joint permettant leur rotation étanche sur l'élément supérieur. Suivant une autre caractéristique de l'invention, les extrémités en vis-à-vis des éléments tubulaires supérieur et inférieur sont vissées et verrouillées l'une à l'autre par au moins une clavette et une vis traversant ladite clavette. La tête de puits selon cette invention est encore caractérisée en ce que l'élément inférieur indépendant est muni de joints d'étanchéité coopérant avec une chemise. Suivant encore une autre caractéristique de l'invention, l'extrémité de l'élément supérieur située du côté de la partie supérieure hors-sol de la tête de puits est munie d'une bague d'étanchéité coopérant avec un écrou et comprimée entre ledit élément supérieur et une chemise dans laquelle sont montés les deux éléments supérieur et inférieur et qui est raccordée par un collier ou analogue à la partie supérieure de la tête de puits. Un certain nombre de joints seront également prévus entre les deux éléments supérieur et inférieur et la chemise pour réaliser une étanchéité appropriée. Mais d'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux dans la description détaillée qui suit et se réfère aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple, et dans lesquels - la figure 1 est une vue en coupe axiale de la partie inférieure d'une tête de puits équipée des perfectionnements selon cette invention ; et - la figure 2 est une vue en coupe suivant la ligne II-II de la figure 1, montrant le boisseau sphérique en position de fermeture comme sur la figure 1. En se reportant à la figure 1, on voit en 1 la partie inférieure d'une tête de puits, qui est raccordée de façon amovible par un collier ou analogue 2 à une partie supérieure située au-dessus du sol S, laquelle partie supérieure comporte un certain nombre d'éléments tels que notamment des vannes et n'est pas représentée ici puisqu'elle ne fait pas partie de la présente invention, sinon que l'on voit en 3, le début de cette partie supérieure qui constitue la tête de puits proprement dite. Cependant, par l'expression "tête de puits" utilisée ici, il faut entendre l'ensemble constitué par la partie inférieure 1 et par la partie supérieure et hors-sol non représentée. La partie inférieure 1 de la tête de puits se compose d'une pièce tubulaire repérée d'une manière générale en 4 et à laquelle est suspendue une pluralité de tubes (non représentés) plongeant dans le puits, étant entendu que les tubes et la pièce tubulaire 4 raccordés de façon amovible à la partie supérieure de la tête de puits par le collier 2, sont susceptibles de communiquer avec ladite partie supérieure. Conformément à l'invention, la pièce tubulaire 4 s'étendant dans le sol se compose d'un élément tubulaire inférieur 5 raccordé aux tubes (non représentés) de préférence par vissage, et d'un élément tubulaire supérieur 6 communiquant avec la partie supérieure hors-sol de la tête de puits. Entre les deux éléments inférieur 5 et supérieur 6, est interposé un boisseau sphérique 7 comportant un canal traversant 8 et monté rotulant entre les deux extrémités des éléments inférieur 5 et supérieur 6 de la façon qui sera décrite en détail maintenant. L'élément tubulaire supérieur 6 comporte un épaulement 6a recevant une bague 9 portant un premier joint 10 d'étanchéité entre bague 9 et élément 6, ainsi qu'un deuxième joint 11 prenant appui sur la périphérie 7a du boisseau sphérique 7. Au moins un ressort 12 interposé entre l'élément 6 et la bague 9 sollicite constamment cette dernière en position d'appui étanche contre la périphérie 7a du boisseau sphérique 7. De même, l'élément tubulaire inférieur 5 comporte un épaulement 5a dans lequel est retenue une autre bague 13 portant un premier joint 14 d'étanchéité entre bague 13 et élément 5, ainsi qu'un deuxième joint torique 15 prenant appui sur la périphérie 7a du boisseau 7. Au moins un ressort 16 est interposé entre l'élément 5 et la bague 13 pour plaquer de façon étanche ladite bague contre la périphérie 7a du boisseau 7. On a montré en 17 d'autres joints toriques assurant l'étanchéité entre les éléments tubulaires inférieur 5 et supérieur 6 qui, comme on le voit bien sur la figure 1, sont vissés et verrouillés l'un à l'autre par au moins une clavette 18 et au moins une vis 19 traversant cette clavette. Le boisseau sphérique 7 qui comporte un canal 8 de diamètre sensiblement égal au diamètre intérieur de l'élément tubulaire inférieur 5 et de la bague 13, est monté à rotation sur l'élément tubulaire supérieur 6 par l'intermédiaire de deux axes 20 transversaux et diamétralement opposés. Ces axes 20 sont solidaires de et bloqués sur le boisseau 7 par des vis 21 et comportent chacun au moins un joint 22 assurant l'étanchéité à la rotation desdits axes sur l'élément tubulaire supérieur 6 qui comporte des orifices 23 formant paliers pour recevoir ces axes. On a montré schématiquement en 24 sur la figure 1 un système permettant la manoeuvre, depuis l'extérieur, du boisseau sphérique 4 et qui est constitué par tout moyen approprié quelconque tel qu'une poignée ou une clé. Ce système 24 est relié par une transmission quelconque 25 aux axes 20 solidaires du boisseau sphérique 7. La course ou l'angle de rotation du boisseau 7 est limitée par une butée 26 faisant saillie vers l'intérieur de l'élément tubulaire supérieur 6 et coopérant avec un évidement 27 ménagé dans la périphérie 7a du boisseau 7. Ainsi, la rotation du boisseau 7 pourra s'effectuer suivant un angle limité à 900 et permettant la fermeture de la partie inférieure 1 de la tête de puits, comme on le voit sur la figure 1, ou l'ouverture de cette partie inférieure 1, comme on le voit sur la figure 2. L'assemblage constitué par les éléments tubulaires inférieur 5 et supérieur 6 avec boisseau sphérique interposé 7 commandé depuis l'extérieur par le système de manoeuvre 24, est monté dans une chemise ou analogue 28 s'étendant dans le puits. On a montré en 29 sur la figure 1 des joints toriques assurant l'étanchéité entre la chemise 28 et l'élément tubulaire inférieur 5. L'extrémité de l'élément tubulaire supérieur 6 située du côté de la partie supérieure hors-sol de la tête de puits est munie d'un écrou 30 pouvant comprimer une bague 31 d'étanchéité entre l'élément supérieur 6 et la chemise 28. Cette chemise 28 est raccordée au début 3 de la partie supérieure de la tête de puits par le collier 2, étant entendu que des joints d'étanchéité 32 sont prévus entre l'extrémité supérieure de la chemise 28 et l'extrémité inférieure ou début 3 de la partie supérieure de la tête de puits. On comprend donc de la description qui précède que le boisseau sphérique 7 constitue un système d'isolation intégré à la partie inférieure de la tête de puits, c'est-à-dire un système d'isolation permanent qui est manoeuvrable instantanément par une personne seule agissant sur la commande 24 depuis l'extérieur. En outre, ce système d'isolation n'impose, contrairement à ce qui était le cas avec les têtes de puits antérieures, aucun diamètre particulier de passage, ni pour la partie supérieure de la tête de puits, ni pour la pièce tubulaire 4 constituée, selon l'invention, par les deux éléments supérieur 6 et inférieur 5 entre lesquels est interposé, par l'intermédiaire des bagues 9 et 13, le boisseau sphérique 7. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et illustré qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. Au contraire, l'invention comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont effectuées suivant son esprit. REVENDICATIONS 1. Tête de puits pétrolier perfectionnée comprenant une partie supérieure munie d'une pluralité d'éléments tels que notamment des vannes, situés au-dessus du sol et une partie inférieure (1) comportant un ou plusieurs tubes plongeant dans le puits et suspendus à une pièce tubulaire (4) communiquant avec ladite partie supérieure hors-sol, caractérisée en ce que ladite pièce tubulaire s'étendant dans le sol, se compose d'un élément inférieur indépendant (5) raccordé aux tubes de préférence par vissage et d'un élément supérieur indépendant (6) raccordable à ladite partie supérieure hors-sol, avec interposition entre les deux éléments inférieur (5) et supérieur (6) d'un boisseau sphérique (7) qui prend appui sur ces éléments par l'intermédiaire de portées étanches et qui est actionnable depuis l'extérieur de la tête de puits par tout moyen approprié (24) tel que par exemple une poignée ou une clé. 2. Tête de puits selon la revendication 1, caractérisée en ce que les portées étanches précitées sont constituées par deux bagues (9, 13) avec joints (11, 15) interposés entre le boisseau sphérique (7) et les deux éléments supérieur (6) et inférieur (5) précités, et constamment sollicitées chacune par au moins un ressort (12, 16) pour prendre appui sur ledit boisseau. 3. Tête de puits selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que l'élément supérieur (6) sur lequel est monté à rotation le boisseau sphérique (7) par l'intermédiaire d'axes transversaux (20) comporte une butée (26) faisant saillie dans ledit élément et coopérant avec un évidement (27) ménagé dans la périphérie (7a) du boisseau (7) pour limiter sa course de rotation entre une position d'ouverture et une position de fermeture. 4. Tête de puits selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les axes transversaux précités (20) sont montés sur le boisseau sphérique (7) de façon diamètralement opposée à l'aide de vis ou analogues (21) et comportent chacun au moins un joint (22) permettant leur rotation étanche sur l'élément supérieur (6). 5. Tête de puits selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les extrémités en vis-à-vis des éléments supérieur (6) et inférieur (5) sont vissées et verrouillées l'une à l'autre par au moins une clavette (18) et une vis (19) traversant ladite clavette. 6. Tête de puits selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'extrémité de l'élément supérieur (6) située du côté de la partie supérieure hors-sol de la tête de puits est munie d'une bague d'étanchéité (31) coopérant avec un écrou (30) et comprimée entre ledit élément supérieur (6) et une chemise (28) dans laquelle sont montés les deux éléments supérieur (6) et inférieur (5) et qui est raccordée par un collier ou analogue (2) à la partie supérieure de la tête de puits. 7. Tête de puits selon ltune des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'élément inférieur indépendant (5) est muni de joints d'étanchéité (29) coopérant avec la chemise (28).