Brevet FR2676087A1 — publié le 19921106

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Le diamètre externe maximal d'une soupape de ce type, soit du type monté sur colonne de production ou récupérable par câble de forage, dépend du diamètre interne du trou de forage par lequel la soupape et le train de tiges doivent être abaissés Naturellement et dans le même temps, il est souhaitable que la soupape dispose d'un alésage aussi important que possible pour rendre maximal le débit du fluide qui y passe Si le clapet est plat, le corps doit être relativement épais pour que l'on puisse y constituer un évidement suffisamment profond pour recevoir ce clapet quand il pivote vers le bas vers sa position ouverte C'est pourquoi on a proposé d'incurver à la fois le siège dans l'alésage et les surfaces supérieure et inférieure du clapet autour d'un axe perpendiculaire à l'axe de l'alésage, l'évidement de forme courbe constitué dans le côté de l'alésage présentant la profondeur la plus faible possible. Le but principal de l'invention est de fournir une soupape de ce type dans laquelle le clapet est sollicité élastiquement vers la position fermée par des moyens qui peuvent être disposés à l'intérieur d'une paroi qui n'est sensiblement pas plus épaisse que ce qui est nécessaire pour l'évidement dans lequel est reçu le clapet dans sa position ouverte. Sur les dessins o les mêmes références sont utilisées pour désigner des éléments similaires: la figure 1 A est une demi-vue en coupe verticale et la figure 1 B est une vue en coupe verticale totale des extrémités supérieure et inférieure respectives d'une soupape de sureté de colonne de production souterraine selon la présente invention, le clapet étant dans sa position ouverte; la figure 2 est une vue similaire à la figure 1 B, mais dans laquelle le clapet est pivoté vers sa position fermée; la figure 3 est une vue en coupe de la soupape selon la ligne 3-3 de la figure 1 B; la figure 4 est une vue en coupe de la soupape selon la ligne 4-4 de la figure 2; la figure 5 est une vue en perspective éclatée du bras et du ressort qui sollicitent le clapet vers sa position fermée; la figure 6 est une vue en coupe détaillée de l'extrémité externe du bras monté sur les arbres sur lesquels le clapet est monté et la connexion entre l'extrémité du ressort et l'extrémité externe du bras quand le clapet est ouvert; et la figure 7 est une vue similaire à la figure 6 mais montrant la connexion entre le ressort et le bras quand le clapet est fermé. En se référant maintenant en détail aux dessins décrits ci-dessus, la soupape de sûreté souterraine montrée aux figures l A et 1 B est du type récupérable par câble de forage qui comprend un corps tubulaire 10 monté de façon amovible dans un train de tiges adapté à être suspendu dans un puits de forage et qui comprend un alésage traversant 11 qui forme la continuation d'un parcours d'écoulement dans le train de tiges quand il est ainsi connecté La soupape comprend également un clapet 12 monté de façon pivotante sur des arbres 13 et supporté par le corps à l'extérieur de l'alésage de façon à pivoter entre une position située à l'intérieur d'un évidement R d'un côté de l'alésage et au- dessous du siège pour ouvrir la soupape, comme montré à la figure 1 B, et la position de la figure 2 dans laquelle il vient en engagement avec un siège 14 tourné vers le bas de manière à fermer la soupape. D'une manière bien connue dans ce domaine, des éléments appropriés sont prévus sur le corps et dans l'alésage du train de tiges pour l'y bloquer de façon dégageable dans la position fermée Cependant, l'invention envisage que la soupape puisse être par contre du type monté sur colonne de production, son corps constituant dans ce cas une pièce reliée au train de tiges, mais de toute manière pouvant y être placée pendant le fonctionnent de la soupape. Le clapet est sollicité Plastiquement vers sa position fermée d'une manière qui sera décrite plus en détail dans ce qui suit, et dont le mode de réalisation illustré de l'invention est adapté à être déplacé vers sa position ouverte au moyen d'un tube d'écoulement 15 pouvant effectuer un mouvement de va-et-vient vertical dans le corps et formant la continuation de son alésage 11 Ainsi, quand le tube d'écoulement est abaissé à partir de sa position de la figure 2 dans laquelle son bord inférieur se trouve au-dessus du clapet pour lui permettre de se fermer, il vient en contact avec la surface supérieure du clapet pour le faire pivoter vers le bas et vers l'extérieur vers sa position ouverte dans l'évidement Par ailleurs, quand le tube d'écoulement est soulevé vers sa position supérieure de la manière qui sera décrite dans ce qui suit, il permet au clapet de pivoter en retour vers sa position totalement fermée de la figure 2. Quand le tube d'écoulement est déplacé vers le bas au-delà du clapet, son extrémité inférieure vient en contact avec un épaulement 16 tourné vers le haut autour de l'alésage Quand le tube d'écoulement est déplacé vers le haut pour permettre au clapet de se fermer, un épaulement 17 tourné vers le haut vient s'appliquer contre un épaulement 18 du corps tourné vers le bas pour limiter la poursuite du mouvement vers le haut du tube d'écoulement. Plus particulièrement, l'épaulement 17 est formé sur l'extrémité supérieure d'un piston 19 qui entoure le tube d'écoulement et qui peut coulisser de façon étanche à l'intérieur d'une portion de diamètre interne agrandi 20 du corps, et le tube d'écoulement est sollicité Plastiquement vers sa position supérieure par un ressort hélicoïdal allongé 21 placé à l'intérieur d'un espace annulaire et qui est comprimé axialement entre l'extrémité inférieure du piston 19 et l'extrémité supérieure d'une portion réduite du corps comprenant un palier 22 qui entoure le tube d'écoulement. L'extrémité supérieure du tube d'écoulement peut coulisser de façon étanche à l'intérieur d'une portion supérieure de diamètre réduit 23 du corps pour former une chambre de pression annulaire 24 entre les épaulement 17 et 18 Le tube d'écoulement est adapté à être déplacé vers le bas pour ouvrir la soupape par un fluide sous pression qui est envoyé dans la chambre de pression Dans ce but, la garniture 25 est disposée autour du corps au-dessus et au-dessous de l'extrémité supérieure d'un passage 26 prévu dans le corps et relié à son extrémité la plus en bas avec la chambre de pression 24 Quand le corps de la soupape est en place dans le train de tiges, l'extrémité supérieure du passage 26 est reliée à l'extrémité inférieure d'un tube (non montré) qui s'étend vers le bas le long du coté externe du train de tiges depuis une source de fluide hydraulique sous pression à la tête du puits. Naturellement, lorsque cette source est épuisée, le ressort hélicoïdal 21 soulève le tube d'écoulement pour permettre au clapet de se fermer. Comme décrit précédemment et comme montré sur les dessins, le siège 14 constitué dans l'alésage est incurvé autour d'un axe qui est perpendiculaire à l'axe de l'alésage, et la surface supérieure du clapet est incurvée de façon similaire pour venir en contact étanche avec le siège dans sa position fermée Plus particulièrement et comme illustré à la figure 3, les deux surfaces supérieure et inférieure du clapet sont incurvées selon un rayon qui est sensiblement égal mais un peu plus grand que le rayon de l'alésage traversant le corps, ce qui fait que lorsque le clapet est amené dans l'évidement, sa surface supérieure est en alignement avec l'alésage et de ce fait et naturellement avec le diamètre externe du tube d'écoulement. Comme montré à la figure 3, des fenêtres 27 sont constituées dans le corps de la soupape pour recevoir les extrémités du clapet quand il est dans sa position ouverte De plus, l'alésage du corps est évidé en 28 pour recevoir les portions diamétrales du clapet quand il est pivoté entre les positions ouverte et fermée. Selon les aspects nouveaux de la présente invention, le clapet 12 est sollicité Plastiquement vers sa position fermée par des moyens qui comprennent un bras 30 monté de façon pivotante sur le corps pour pouvoir s'étendre sur la face inférieure du clapet, et un ressort 31 qui est supporté dans le corps entre son alésage et le diamètre externe et qui agit entre le corps et le bras sur un côté de son axe de pivotement pour constituer une force dirigée verticalement qui sollicite Plastiquement le bras dans la direction qui fait pivoter le clapet vers sa position fermée. Plus particulièrement et comme montré aux figures 5 à 7, le bras est en forme de 'UW et comprend une portion externe en forme de crochet 32 qui se dispose sur les arbres de pivotement 13 et une portion d'extrémité interne allongée 33 qui s'étend sur une portion substantielle de la surface inférieure du clapet L'extrémité externe fermée 34 du bras est reçue dans une fente 31 A dans l'extrémité supérieure du ressort 31 pour pivoter autour de l'axe des arbres de pivotement lorsque le clapet se déplace entre ses positions ouverte et fermée Pendant ce mouvement, l'extrémité supérieure du bras se déplace latéralement 7 2676087 dans la fente entre ses positions les plus à l'intérieur des figures 6 et 7 au-dessus et au-dessous de l'axe de pivotement des arbres, et une position la plus à l'extérieur (non montrée) qui est horizontalement à l'opposé de l'axe et dans laquelle elle est espacée vers la droite de l'extrémité interne de la fente L'extrémité inférieure du ressort peut se déplacer verticalement et étroitement à l'intérieur d'un espace annulaire S du corps de soupape de manière à maintenir l'extrémité supérieure du bras à l'intérieur de la fente. Comme montré à la figure 5, le ressort 31 est du type à plaque incurvée comprenant une section courbe intermédiaire 36 comportant des fentes 37 qui la traversent pour constituer des branches incurvées et flexibles sur toute la longueur de sa portion de corps. Ainsi et comme montré, les fentes sont échelonnées latéralement de manière que des branches verticalement adjacentes se chevauchent mutuellement sur toute la longueur de la portion de corps Les fentes qui s'étendent vers l'intérieur à partir des côtés opposés de la portion de corps 36 sont espacées les unes des autres par de courtes sections 38. Le ressort comprend également une portion supérieure allongée 39 comprenant une extrémité supérieure dans laquelle est formée la fente 31 A et une portion inférieure allongée 40 qui s'étend vers le bas depuis la section courbe 36, en alignement général avec la portion supérieure 39 et qui est maintenue à son extrémité inférieure par un boulon fileté 41 Comme montré aux figures 1 B et 2, le boulon passe par un trou 42 d'une bride 43 du corps de soupape à l'extrémité inférieure de l'espace annulaire S dans lequel la portion de corps du ressort est reçue, et comprend une tête 44 à son extrémité inférieure qui repose contre le côté inférieur de la bride Ainsi, quand le boulon est correctement rattaché à l'extrémité inférieure du ressort, il met le ressort sous tension de manière qu'il agisse sur l'extrémité 31 A du bras pour faire pivoter ce bras dans le sens des aiguilles d'une montre et faire ainsi pivoter le clapet vers sa position fermée Une ouverture 45 formée dans le diamètre externe du corps tubulaire permet l'accès à la tête 44 du boulon pour régler la tension du ressort quand la soupape est retirée de l'intérieur du train de tiges. La portion supérieure 39 du ressort comprend une portion évidée vers l'intérieur 39 A qui, comme montré le plus clairement aux figures 1 B et 2, se conforme par sa forme à celle de l'évidement de l'alésage du corps pour recevoir le clapet dans sa position ouverte L'extrémité la plus en haut 39 B de la portion supérieure 39 s'étend vers le haut dans une fente 46 du corps de la soupape. Comme montré le plus clairement à la figure 3, les arbres 13 sont espacés pour permettre à la portion supérieure du ressort de se déplacer verticalement entre eux, et les branches du bras en forme de WU' sont chacune supportées sur l'un des arbres Comme montré, l'extrémité interne du bras est en contact avec le centre du clapet, ce qui fait qu'en raison des ouvertures du clapet dans lesquelles sont reçus les arbres qui ont un diamètre un peu plus important que les arbres, le clapet dispose d'une certaine liberté de mouvement par rapport aux arbres, la surface supérieure du clapet étant libre de venir en contact sur un cercle complet avec le siège dans l'alésage du corps. Pour permettre l'assemblage, le corps tubulaire de la soupape comprend une section tubulaire inférieure 10 A reliée par vissage à une section 10 B située au-dessus et comprenant des parties fendues circonférentiellement et amenées en alignement les unes avec les autres par des chevilles C pendant l'assemblage La fente 46 dans laquelle est reçue l'extrémité supérieure 39 B du ressort est naturellement constituée par une portion évidée sur les faces opposées des extrémités adjacentes de sections 10 A du corps tubulaire Comme montré â la figure 4, les faces opposées des sections du corps sont également munies de fentes pour recevoir la portion supérieure 39 A du ressort de même que le bras 30 quand le clapet est dans sa position ouverte. De préférence, une bague d'étanchéité 42 est supportée par le corps tubulaire au niveau du diamètre externe du siège 14, permettant au clapet de venir en engagement étanche avec le siège dans sa position fermée On peut voir par ce qui précède que l'invention est bien adaptée pour atteindre tous les buts indiqués ci-dessus, ainsi que d'autres avantages qui sont évidents et qui sont inhérents au dispositif et à sa structure. quos se Jq a L qa qade Lo a L anb ao ua a 9 s LJG 4 e Jeo 'z uo Le 43 Lpua^a J e L uo Las aea Jos ap adednos ú À uawa;o^Ld SE ap axe uos ap J Ina LJ Xa L e se Jq a L aa Ae uaeae 6 e 6 ua ua q Ua U Ua LA j OS Sa J e sua Aow sa L anb ao ua aestlaoeieo 'I UO Lqe O Lp Ua Aa J e L uo Las a Zai Ls ap adednos z aaewjaj uo L Lsod es sja A qade L 3 a L Jaqo A Ld 1 Le J Lnb uo Lq Da J Lp aun suep sedq a L uaewenb L 3 se LP o E Ja 3 LLLOS inod;uatawo^Ld ap axe uos ap 94 g 9 un Jns seiq a L 4 a sdio D a L ad Jua 4 uaaw Le LV Jaa 4 uess L 6 e a DJ Oo aun 4 uenq L 3 suo D qa auja 3 xa ajzawe Lp uos qa a 6 esa Le uos ap Sa Le DL 4 J 8 a Sa LLL Le S sap ai 4 ua sd Joo np Jna L Jeau LL e sa 4 joddns ( 1 E) 44 ossai e sue ow sap sz 4 a 'eamea 4 sa LI puenb 969 LS np aou 9 Jajuo 3 JLD e L suep qade Lo a L Ja 6 e 6 ua inod sd Joo a L ans a 4 ue 4 o A Ld uobej ep a 9 uow (o E) seaq un :4 ueua Jdwoo D aa WJ 8 J uo L Lsod es sda A ade LD a L luauanb Lqse La 4 ue 4 Lo DLLLOS suaeow sap o aq 4 a Ano uo Lq Lsod es sja A qade LD q Lpe L je 4 o^Atd aj Lej e Jae Lue W ap eau 6 Lo La aojnos eunp ueua Ao Jd anb L Lne Jp A 4 op Ln Lj unp Lo Aue L g asuodad ue sess Leqe eaig ue Anod 4 a sdio 3 a L suep aq 3 uele uoôej ap Ja S Ss L Lno D 4 ue Anod ( 6 T ST LI) uo Zs Ld e sua Aow sap queuaidwoi sua Aow sap a 6 esa Le L ap q 4 Q 9 np (a) uamap L^A 9 aunp ina La 4 u LL e a 3 a Ano uo L 4 Lsod aun ea a 6 q Ls a L 39 Ae aquea e 9 uo u 4 a Zu D Us 4 S LL L Lanbe L suep eaaw a uo;O Lqsod aun aique 4 ueqo A Ldquema Anomun janoajae 4 Lo Anod O e uobeô op sd Jo D a L Jns a 4 uow (EZT) ade L 3 un (TT) a 6 esa Le uos ea Jnoue Lnb seq e L S 5 a A 9 uino 3 (I) a 6 e Ls un 4 uueuedwo D o 4 se 6 L; ap u Le; un suep esod S Lp ea J 4 4 ue Anod ( 01) ea Le Lnqn; sdjo 3 un 4 ueue Jdwoo 'au Le aenos uo Lqonpoid d ap auuo Loz inod aqerjs ap adednos 1 SNOIIV 3 IGN 3 A 3 U OT chacun montés de façon pivotante autour d'un axe commun. 4 Soupape de sûreté selon la revendication 3, caractérisée en ce que clapet et le bras sont chacun montés de façon pivotante autour d'un arbre commun ( 13). Soupape de sûreté selon la revendication 2, caractérisée en ce que les moyens à ressort ( 31) sont reliés au bras en s'étendant vers le bas et sont maintenus à leur extrémité inférieure pour les mettre sous tension. 6 Soupape de sûreté selon la revendication , caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens ( 45) accessibles de l'extérieur du corps pour permettre le réglage de la tension des moyens à ressort ( 31). 7 Soupape de sûreté selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens à ressort ( 31) sont du type à plaque incurvée et s'étendent circonférentiellement sur moins de la totalité du cercle de l'alésage du corps. 8 Soupape de sûreté selon la revendication , caractérisée en ce que l'extrémité supérieure des moyens à ressort ( 31) comprend une fente latérale ( 31 A) qui reçoit l'extrémité externe du bras quand le bras pivote autour de son axe de pivotement entre des positions situées au-dessus et au-dessous dudit axe. 9 Soupape de sûreté selon la revendication 8, caractérisée en ce que le clapet est monté de façon pivotante sur des arbres ( 13) espacés, que l'extrémité supérieure ( 39) des moyens à ressort ( 31) se déplace verticalement entre les arbres, et que le bras a une extrémité externe en forme de "U' ( 34) qui est reçue dans la fente ( 31 A). Soupape de sûreté selon la revendication 1, caractérisée en ce que le bras comprend une extrémité externe qui vient en engagement avec la il surface inférieure du clapet approximativement en son centre. 11 Soupape de s Greté selon la revendication 1, caractérisée en ce que le siège est incurvé autour d'un axe transversal à l'axe de l'alésage du corps, que le clapet comprend une surface incurvée supérieure qui vient en engagement avec le siège dans sa position fermée et une surface incurvée inférieure qui se déplace dans un évidement courbe dans le côté de l'alésage dans sa position ouverte, et que le clapet possède une liberté de mouvement suffisante autour de son axe de pivotement pour permettre à sa surface supérieure de venir en engagement avec le siège sur un cercle total.