Brevet FR2677073A1 — publié le 19921204

L'invention concerne des dispositifs de suspen- sion de tubages de puits, et plus particulièrement des dispositifs réglables de suspension de tubages de mandrins à utiliser avec un appareil de raccordement à la ligne de boue. L'un des processus de l'industrie pétrolière pour la complétion de puits forés en mer est l'utilisation d'un élément ou d'une colonne de raccordement pour relier l'extré- mité supérieure du tubage, au niveau de la ligne de boue, à une tête de puits située en surface En raison de la diffi- culté pour espacer de longues colonnes de tubages de raccor- dement, le dispositif de suspension de tubage en surface doit pouvoir être réglé vers le haut ou vers le bas sur une distance importante, par exemple 122 cm, pour pouvoir supporter une forte charge en tension, par exemple 136 T, en plus du poids de la colonne de tubage, et pour maintenir une hauteur raisonnable de la tête de puits en surface sans avoir à usiner à la longueur correcte le tubage ou dispositif de suspension excédentaire. Antérieurement à la présente invention, on utilisait trois procédés différents pour résoudre ces problèmes de raccordement sous-marin Le premier consistait à régler le dispositif de suspension de tubage vers le haut ou vers le bas, puis à couper le dispositif de suspension ou le tubage à la longueur appropriée Bien que ce procédé fonctionne, il est très coûteux en raison de la perte de temps qu'il occasionne sur l'installation Le deuxième procédé consistait à réaliser la tête de puits en surface à des dimensions assez grandes pour qu'elles permettent le passage du dispositif de suspension ou tubage entier, plus la garniture Ceci fonctionne bien pour de petits réglages, tels que 5 à 10 cm, mais devient très coûteux et limité dans l'espace lorsque le réglage demandé s'élève à 122 cm Le troisième procédé consistait à faire monter ou descendre l'ensemble de la tête de puits, comme demandé, mais ceci est très coûteux et demande à l'installation d'avoir une capacité illimitée en hauteur, de sorte que ce procédé n'est très efficace. Les problèmes précédents et d'autres problèmes sont résolus d'une manière demandant beaucoup moins de temps et par ailleurs moins coûteuse, par la présente invention qui concerne un dispositif réglable de suspension de tubage de mandrin, à trois éléments, pouvant être relié à l'extrémité supérieure d'un élément ou d'une colonne de raccordement pour réaliser un raccordement tendu entre la ligne de boue et une tête de puits placée en surface d'un puits en mer Les éléments de ce dispositif comprennent un mandrin tubulaire fileté allongé, un corps de suspension présentant des filets qui correspondent à ceux du mandrin, et un collet de suspen- sion à longueur variable qui est relié à l'extrémité supé- rieure du corps de suspension Le mandrin comporte un épaulement annulaire extérieur de charge qui prend appui sur un épaulement annulaire intérieur de la tête de puits pour supporter le poids du tubage et la charge de tension, et les filets reliant entre eux le mandrin et le corps de suspension facilitent un réglage axial du mandrin pour réaliser cette mise en appui Le collet de suspension à longueur variable facilite l'extension du corps de suspension jusqu'à une position au-dessus du mandrin o une garniture peut être mise en place pour fermer de façon étanche l'espace annulaire entre le dispositif de suspension et la tête de puits, quelle que soit la position réelle du corps de suspension par rapport à la tête de puits. Le sous-ensemble corps de suspension/mandrin est descendu et installé dans la tête de puits par un outil de pose de mandrin, qui est relié par vissage au corps de suspension, et est relié séparément au mandrin par un sous- ensemble à moteur hydraulique ou, si cela est souhaité, par un outil de type mécanique direct, pour faire tourner le mandrin par rapport au dispositif fixe de suspension Une fois que le raccordement a été essayé, la charge de tension demandée est appliquée par traction à l'aide de l'outil de descente et le mandrin est ensuite tourné pour être vissé en descendant par rapport au corps de suspension jusqu'à ce qu'il prenne appui sur l'épaulement de la tête de puits Cet outil de descente est ensuite enlevé, et un collet de suspension de longueur appropriée est alors descendu et installé dans le corps de suspension pour préparer l'instal- lation de la garniture dispositif de suspension/tête de puits. 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 verticale centrale d'un sous-ensemble corps de suspension/mandrin, et d'un outil de descente de ce sous-ensemble, dans une tête de puits confor- mément à l'invention, montrant sur la gauche de l'axe central la position de descente des éléments du sous-ensemble et, sur la droite de l'axe central, la position posée de ces élé- ments; la figure 2 est une vue analogue à la figure 1, montrant le corps de suspension et le mandrin en position opposée, un collet de suspension installé et l'outil de descente du collet de suspension sur la gauche de l'axe central; et la figure 3 est une vue analogue à la figure 2, montrant, de part et d'autre de l'axe central, le corps de suspension dans ses positions la plus basse et la plus haute dans le mandrin, des collets de suspension de longueurs relativement grande et courte, et un ensemble à garniture installé au- dessus du mandrin et entre la tête de puits et le collet de suspension adjacent. Comme illustré sur les dessins, un dispositif réglable de suspension de tubage de mandrin selon la présente invention comprend un mandrin tubulaire allongé 12 ayant des filets intérieurs 14, un corps 16 de suspension à filets extérieurs 18 qui correspondent aux filets 14 du mandrin pour relier par rotation le corps au mandrin, et un collet 20 de suspension à longueur variable (figure 2) ayant des filets extérieurs 22 qui correspondent aux filets intérieurs 24 de pas à droite situés dans l'extrémité supérieure du corps 16 de suspension pour relier le collet au corps. Comme on peut mieux le voir sur les figures 2 et 3, les filets 14 du mandrin s'étendent d'un point proche de l'extrémité supérieure du mandrin jusqu'à son extrémité inférieure pour faciliter un réglage vertical maximal du mandrin sur le corps 16 de suspension, et un anneau à ressort 26 à l'extrémité inférieure des filets 14 fonctionne à la manière d'une butée pour empêcher toute séparation acciden- telle entre le mandrin et le corps de suspension La partie extrême supérieure du mandrin 12 est d'un diamètre extérieur agrandi pour constituer un épaulement annulaire extérieur 28 tourné vers le bas, de configuration tronconique, qui prend appui sur un épaulement annulaire intérieur 30 tourné vers le haut d'une tête de puits 32 lorsque le mandrin est posé (figures 2 et 3, et moitié de droite de la figure 1), les épaulements 28, 30 coopérant ainsi de façon à supporter le poids du corps 16 de suspension, du tubage 34 relié et suspendu au corps de suspension, et également de la charge de tension du tubage engendrée pendant le processus d'installa- tion Le mandrin 12 présente aussi deux fentes axiales 36 espacées de 1800, descendant dans sa surface extrême supé- rieure 38 pour coopérer avec des pattes 40 analogues à des doigts sur un manchon 42 d'outil de descente de dispositif de suspension pour relier le manchon au mandrin, et des goupilles de cisaillement 44 assujettissent cette liaison jusqu'à ce qu'elles soient cisaillées pendant la récupération de l'outil de descente. Le corps 16 de suspension présente un second jeu de filets intérieurs 46, espacés au-dessous des filets 24 et d'une configuration de pas à gauche, qui coopèrent avec des filets extérieurs complémentaires 48 sur un corps tubulaire d'outil de descente pour relier de façon amovible le corps d'outil au corps de suspension Le corps d'outil 50 présente des filets intérieurs supérieurs 52 lui permettant d'être relié à un adaptateur 54 de longueur convenable pour relier l'outil à un train de tiges 56 qui est utilisé pour la descente de l'outil et du dispositif de suspension, la pose du dispositif de suspension dans la tête de puits 32, puis la récupération de l'outil pour une autre utilisation. Le corps 50 de l'outil de descente comporte une bride radiale 58 s'étendant vers l'extérieur qui sert de support pour plusieurs moteurs hydrauliques 60 (dont deux seulement sont représentés) espacés circonférentiellement dans la bride, et chaque moteur comporte un pignon d'engre- nage 62 sur un arbre 64 orienté vers le bas Au-dessous de la bride 58 se trouve une couronne dentée 66 qui tourne autour du corps 50 de l'outil de descente et qui est supportée par celui-ci au moyen d'une bague annulaire 68 et d'un ensemble à écrou et contre-écrou La couronne dentée 66 présente deux fentes axiales 72 espacées de 1800 dans sa surface extérieure, qui coopèrent avec deux clavettes axiales 74 sur la surface intérieure du manchon 42 de l'outil de descente pour relier la couronne dentée au manchon d'une manière empêchant leur rotation relative, mais facilitant leur mouvement axial relatif Par conséquent, lorsque les moteurs hydrauliques 60 sont mis en action par l'intermédiaire de conduites hydrauliques 76, les pignons d'engrenage 62 tournent, faisant ainsi tourner la couronne dentée 66 en même temps que le manchon 42 de l'outil de descente et le mandrin 12 Pendant que le mandrin 12 tourne, les filets 18 le font descendre, avec le manchon 42 de l'outil de descente, par rapport au corps 16 de suspension jusqu'à ce que l'élément 28 du mandrin arrive et se pose sur l'épaulement 30 de la tête de puits, position dans laquelle le corps 16 de suspension, le poids du tubage 34 et la charge de suspension du tubage, qui a été précédemment engendrée par une traction vers le haut sur la colonne de descente 56, sont totalement supportés par la tête de puits 32 Une butée 78 située dans l'extrémité supérieure du manchon 42 de l'outil de descente empêche le manchon de descendre au-delà d'une limite prédéterminée par rapport à la bride 58 du corps de l'outil de descente. Après la pose du mandrin 12 de suspension dans la tête de puits comme expliqué ci-dessus, la tension exercée par l'installation sur la colonne 56 de descente est relâchée et la colonne est tournée vers la droite, faisant ainsi tourner le corps 50 de l'outil de descente et le dévissant du corps 16 de suspension La colonne 56 de descente est ensuite relevée pour rompre les goupilles de cisaillement 44 et libérer le manchon 42 d'outil du mandrin 12 de suspension, afin que l'ensemble entier de l'outil de descente puisse être alors récupéré par la poursuite de la remontée de la colonne de descente. Le dispositif réglable de suspension de mandrin étant posé dans la tête de puits 32 et l'ensemble de l'outil de descente du dispositif de suspension étant enlevé (figure 2), un collet tubulaire 20 de suspension, de longueur appropriée, relié de façon amovible à un outil 80 de descente de collet, est alors descendu dans le corps 16 de suspension et tourné vers la droite pour visser entre eux les filets 22, 24 et relier le collet au corps La longueur du collet de suspension dépend en partie de la position du corps de suspension par rapport au sommet du mandrin 12, et aussi en partie de la longueur axiale d'une garniture 82 (figure 3) qui doit être installée pour fermer de façon étanche l'espace annulaire entre l'ensemble corps de suspension/collet de suspension et la tête de puits 32 l'entourant Si le corps 16 de suspension se trouve à l'extrémité inférieure du mandrin 12 après l'installation (figure 3), le collet 20 a de suspen- sion est beaucoup plus long que le collet 20 b de suspension qui est utilisé lorsque le corps de suspension est au sommet du mandrin 12 Des joints annulaires 84, 86 d'étanchéité réalisent un raccordement hermétique à la pression entre le collet 20 de suspension et le corps 16 de suspension, de manière que la garniture 82 (figure 3) ferme efficacement et de façon étanche étanche l'espace annulaire entre la tête de puits 32 et l'ensemble corps de suspension/collet de suspen- sion L'outil 80 de descente du collet comporte des pattes anti-rotation 88 qui s'ajustent dans une gorge annulaire complémentaire 90 du collet de suspension, de manière que, une fois que le collet de suspension est logé sous un certain couple dans le corps 16 de suspension, l'outil 80 de descente puisse être enlevé en étant tourné vers la droite et tiré vers le haut à l'aide de sa colonne 92 de descente. Après l'enlèvement de l'outil 80 de descente du collet de suspension, la garniture annulaire 82 est installée au moyen d'un outil et d'une colonne de descente (non représentés) et est bloquée sur la tête de puits 32 par l'expansion d'un anneau fendu 94 de blocage dans une gorge 96 de la tête de puits à l'aide d'un mandrin expanseur 98, le tout d'une manière connue Des joints intérieur et extérieur , 102 assurent une étanchéité à la pression entre le corps 104 de la garniture et le collet 20 a/20 b de suspension, et entre le corps 104 et la tête de puits 32, respectivement, pour achever cette phase de l'opération de raccordement. Comme on doit à présent le comprendre, un dispositif réglable de suspension de tubage à mandrin selon l'invention supporte le poids du tubage et la charge de tension demandée du tubage, et permet un réglage axial suffisant pour éliminer la nécessité de diviser ou d'usiner le tubage au niveau du plancher de l'installation ou de diviser la tête de puits En outre, lorsque l'on utilise un dispositif réglable de suspension de tubage à mandrin selon l'invention, il suffit à l'opérateur d'effectuer une rotation vers la droite ou vers la gauche pour effectuer un branche-35 ment dans l'élément de raccordement sous-marin et un débran- chement, poser le mandrin de suspension et visser le collet de suspension à longueur variable dans le corps réglable de suspension. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Dispositif réglable de suspension de mandrin destiné à supporter un tube dans une tête de puits ( 32), le dispositif de suspension étant caractérisé en ce qu'il comporte un ensemble comprenant un mandrin tubulaire allongé ( 12) ayant des extrémités supérieure et inférieure, un jeu de filets intérieurs ( 14) et un épaulement annulaire extérieur ( 28) pour supporter l'ensemble dans l'alésage d'un élément de la tête de puits; un corps tubulaire ( 16) de suspension ayant des filets extérieurs ( 18) qui correspondent aux filets intérieurs du mandrin pour relier le corps au mandrin, et des moyens destinés à relier le corps à un tube pour faire descendre l'ensemble dans une tête de puits; et un collet ( 20) de suspension pouvant être relié au corps de suspension de façon à amener le corps à s'étendre au-delà de l'extrémité supérieure du mandrin jusqu'à une position pour coopérer avec un moyen annulaire ( 82) d'obturation destiné à fermer de façon étanche un espace annulaire entre le dispositif de suspension et ledit élément de la tête de puits. 2 Dispositif de suspension selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que le corps de suspension comporte un premier jeu de filets intérieurs ( 24) destiné à relier le corps de suspension au collet de suspension. 3 Dispositif de suspension selon la reven- dication 2, caractérisé en ce que les moyens destinés à relier le corps de suspension à un tube comprennent un second jeu de filets intérieurs ( 46) d'un pas opposé à celui du premier jeu de filets. 4 Dispositif de suspension selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que le mandrin comprend des moyens ( 36, 40) destinés à relier des moyens moteurs ( 42) pouvant tourner audit mandrin pour faire tourner le mandrin par rapport au corps de suspension. Dispositif de suspension selon la reven- dication 4, caractérisé en ce qu'une rotation du mandrin a pour résultat un mouvement axial du mandrin par rapport au corps de suspension. 6 Dispositif de suspension selon la reven- dication 4, caractérisé en ce que les moyens destinés à relier des moyens moteurs pouvant tourner au mandrin compren- nent plusieurs fentes axiales ( 36) dans l'extrémité supé- rieure ( 38) du mandrin, qui reçoivent plusieurs pattes ( 40) analogues à des doigts sur les moyens moteurs. 7 Dispositif de suspension selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que le collet de suspension comporte des filets extérieurs ( 22) qui correspondent au premier jeu de filets du corps de suspension, et des moyens ( 88, 90) destinés à relier de façon amovible le collet de suspension à un outil ( 80) de descente destiné à faire descendre le collet dans le corps de suspension. 8 Dispositif de suspension selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que le collet de suspension est d'une longueur variable suivant l'emplacement du corps de suspension par rapport à l'extrémité supérieure du mandrin lorsque ledit mandrin est en appui dans l'élément de tête de puits. 9 Dispositif de suspension selon la reven- dication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens destinés à faire descendre le corps de suspension et le mandrin dans l'élément de tête de puits, et des moyens destinés à poser le mandrin sur un siège de l'élément de tête de puits. Dispositif de suspension selon la reven- dication 9, caractérisé en ce que les moyens destinés à poser le mandrin sur le siège d'un élément de tête de puits comprennent au moins un moyen moteur hydraulique ( 60) reposant sur les moyens destinés à faire descendre le corps de suspension et le mandrin, et des moyens ( 62, 64, 66) reliant entre eux les moyens moteurs hydrauliques au mandrin pour provoquer une rotation du mandrin à la suite de l'application d'une énergie hydraulique auxdits moyens moteurs.