Brevet FR2697887A1 — publié le 19940513

La présente invention concerne des vannes portes, et plus particulièrement un ensemble de portes en forme de plaques et un procédé pour tester en pression le récipient sous pression constituant la base d'un corps de vanne et pour contrôler en pression les capacités des deux ensembles de sièges amont et aval. Les vannes portes sont des dispositifs de commande de pression généralement utilisés pendant les phases de forage, d'achèvement et de production d'un puits Des vannes portes s'emploient dans des applications à terre, en mer et sous-marines Les vannes portes sont typiquement employées dans des systèmes de puits, soit sous forme de vannes annulaires, soit sous forme de vannes arborescentes Les vannes annulaires sont reliées à la sortie latérale d'une tête de tubage, d'un raccord double- bride pour tubage, ou d'une tête de colonne de production. Elles assurent un accès commandé à-l'anneau du tubage Les vannes arborescentes sont des vannes ayant une structure en arbre de Noël qui assurent la commande d'un puits en cours de production Les vannes portes sont également employées dans diverses autres opérations de commande. Périodiquement, les vannes portes doivent subir un test de pression sur les lieux d'utilisation Plus précisément, Des vannes annulaires de têtes de puits doivent subir un test d'intégrité de récipients sous pression du corps de vanne et de la capacité à maintenir la pression des ensembles de siège Il est souhaitable d'effectuer ces tests sans dégager la vanne de la tête de puits et sans démonter des raccords quelconques à bride. Les dispositifs de l'art antérieur pour tester des vannes annulaires en utilisation, sans démonter les raccords d'extrémité de vannes impliquaient l'emploi de portes à coins ou de portes partagées complexes au lieu des portes en plaques Les portes à coins et les portes partagées de la technique antérieure ont tendance à être plus encombrantes et plus lourdes que les portes en plaques du fait de l'épaisseur que doivent avoir les composants Elles nécessitent davantage de composants distincts que les portes en plaques Ces composants plus gros nécessitent un boîtier plus encombrant et plus lourd. Ils sont en général plus coûteux à fabriquer étant donné que les exigences imposées aux matériaux sont plus sévères et du fait que les différents composants doivent être assemblés entre eux avec des tolérances très étroites- En outre, les dispositifs à portes en coin et à portes partagées de la technique antérieure emploient des ressorts et des petites broches intégrées situés sur les côtés des portes pour maintenir assemblées les moitiés de portes L'emploi de petites pièces intégrées de ce type limite la longévité des ensembles de vannes correspondantes dans les conditions pénibles des champs de pétrole. La présente invention propose un ensemble de vannes portes en plaques qui permet de tester sur place rapidement en sécurité et facilement, l'intégrité de récipients sous pression du corps de vanne d'une vanne fermée ou ouverte, tout en testant simultanément les possibilités d'étanchéité à la pression des surfaces d'assemblage métal sur métal, siège sur corps et-siège sur porte des deux côtés de la vanne Les tests de ce type de la vanne porte selon la présente invention n'exigent aucun- démontage des brides ni de réglages des bouchons spéciaux placés dans l'alésage des vannes, et par conséquent suppriment les problèmes liés aux ensembles de portes à coins et de portes partagées et aux ensembles de sièges télescopiques de la technique antérieure. L'invention comprend un ensemble de vannes à portes en plaques qui utilisent de nouveaux assemblages de sièges pour appliquer un nouveau procédé pour tester simultanément en pression tous les joints d'étanchéité de la structure de vanne lorsque la pression est appliquée au corps de vanne par un orifice existant qui n'est normalement pas employé pour les tests de pression, tels qu'un raccord à purgeur à chapeau ou des raccords à ras du corps de vanne et des raccords d'injections de graisse. L'ensemble de sièges est monté dans un ensemble de vannes comprenant typiquement une porte en plaque, une tige rotative, un chapeau, une garniture d'étanchéité, un bouchon, une bride de sièges arrière, une chambre de vannes, des éléments de siège, un passage d'écoulement et un corps de vanne formant une cavité de corps de vanne. Le nouvel ensemble de sièges comprend un opercule d'étanchéité coulissant, une base de corps de siège, un ressort Belleville et une pluralité de bagues annulaires. Le corps de siège est introduit dans un logement de siège prévu dans le corps de vanne L'opercule d'étanchéité coulissant est monté sur une section de diamètre réduit de la base du corps de siège et sollicité à l'origine contre la porte en plaque indépendamment de la base du corps de siège par le ressort Belleville Une bague annulaire assure l'étanchéité entre la base du corps de siège et l'opercule d'étanchéité coulissant. Lorsque le corps de vanne subit un test de pression, l'intégrité durécipient formé par ce corps de vanne et tous les composants des deux ensembles de sièges subissent simultanément un test de maintien de la pression, en appliquant une procédure de test spéciale au cours de laquelle la pression est appliquée par un orifice qui -n'est normalement pas utilisé pour appliquer une pression. Un milieu de tests sous pression, soit gazeux, soit liquide, est forcé sous pression, à l'intérieur de la cavité de vanne par l'orifice Le milieu sous pression est pompé en permanence vers l'intérieur de la cavité de vanne jusqu'à ce que la pression de test souhaitée soit atteinte Le milieu sous pression introduit dans la cavité de vanne agit sur le diamètre extérieur de l'opercule d'étanchéité coulissant et sur une partie de la face radiale de la garniture d'étanchéité coulissante du siège pour s'associer à la force du ressort Belleville, afin de solliciter la face d'étanchéité de l'opercule d'étanchéité coulissant contre la porte En même temps, le milieu sous pression agit sur l'épaulement formé par la partie de diamètre réduit de la base du corps de siège, pour enfoncer plus profondément la base du corps de siège dans son logement de siège Des bagues annulaires et des surfaces radiales d'étanchéité empêchent les fuites entre les composantes du siège et le corps de vanne La face plate lisse de la garniture d'étanchéité coulissante appuie contre la surface de la porte en plaques pour assurer l'étanchéité en empêchant le milieu sous pression de fuir dans l'alésage de passage de la vanne Ainsi, le passage d'écoulement ou alésage de circulation est fermé et la vanne peut subir un test de pression lorsque la porte en plaque, ou autre élément de fermeture de vanne est soit en position fermée, soit en position ouverte. D'autres particularités et -avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description ci-après. Aux dessins annexés, à titre d'exemples non limitatifs La figure 1 est une vue en coupe -d'un ensemble de vannes portes mono- directionnelles; la figure 2 est une vue en coupe agrandie de la figure 1 représentant une porte et des ensembles de sièges; la figure 3 est une vue en coupe agrandie d'un ensemble de vannes portes bidirectionnelles, représentant une porte et des ensembles de sièges. Une vanne typique à portes en plaques 10 est représentée sur la figure 1 La vanne comprend un corps de vanne 12 ayant un passage d'écoulement 14, une cavité ou chambre de vannes 16, et un chapeau 18 fixé sur le corps de vanne 12 par des boulons 20 Un bouchon de chapeau 22 est fixé sur le chapeau 18 Une porte 24 représentée en position ouverte est disposée dans la chambre de vanne 16 pour commander la circulation dans le passage de circulation 14, une tige de vanne 26 part de la porte 24 et traverse le chapeau 18 et le bouchon 22 La tige de vanne 26 est filetée à son extrémité inférieure Un volant 28 ou autre moyen approprié est monté pour entraîner la tige 26 en rotation Sous l'effet de la rotation de la tige 26, une broche de soulèvement 30 filetée intérieurement montée dans un alésage transversal 32 de la vanne porte 24 est translatée le long de la partie filetée de la tige 26 La broche de soulèvement -30 est à son tour translatée pour soulever ou abaisser la porte 24 vers la position ouverte ou la position fermée à l'intérieur de la cavité de vanne 16 Au-dessus de -la partie filetée de la tige 26 est montée une bride annulaire 36 d'arrière de siège pour assurer l'étanchéité de l'alésage du chapeau 18 lorsque la broche de soulèvement 30 et la porte 24 sont en position ouverte Une garniture d'étanchéité annulaire 34 est placée à l'extrémité supérieure du chapeau 18 et maintenue par un écrou de presse-étoupe 40 Des ensembles de siège 41 et-43 sont placés dans des logements de siège 42 et 44 prévus dans le corps de vanne 12. L'ensemble de siège aval 41, représenté sur les figurese-l et 2 est placé dans un logement de siège 42 et en contact d'étanchéité avec la porte 24 et le corps de vanne 12 Une surface radiale avant 45 est sollicitée en contact avec la porte 24 sous l'effet de la force appliquée par le ressort Belleville 46 Une bague annulaire 47 assure l'étanchéité annulaire entre la surface annulaire intérieure du logement de siège 42 et l'ensemble de siège 41 Une surface d'étanchéité radiale à l'arrière 48 assure l'étanchéité par rapport à la surface radiale du logement de siège 42. Dans le logement 44 du siège amont, est placé le nouvel ensemble de sièges à test rapide 43 Comme indiqué sur la figure 2, l'ensemble de sièges à test rapide 43 comprend un corps de base de siège 49 et un opercule d'étanchéité coulissant 50 La base du corps de siège 49 est placée dans le logement de siège 44 de manière qu'une surface radiale avant 51 de la base du corps de siège 49 soit en contact avec une surface radiale du logement de siège 44 L'opercule d'étanchéité coulissant 50 est monté autour d'une partie de diamètre réduit 52 de la base du corps de siège 49 La partie de diamètre réduit 52 forme un épaulement radial 53 qui réunit la partie de diamètre réduit 52 au reste de la base du corps de siège 49 Une bague annulaire 54 est installée pour constituer une étanchéité annulaire entre la base du corps de siège 49 et le logement 44 du siège L'opercule d'étanchéité coulissant 50 est sollicité -contre la porte 24 par le ressort Belleville 55 Une bague annulaire 56 assure l'étanchéité entre l'opercule d'étanchéité coulissant 50 et la base du corps de siège 49. En fonctionnement, les tests simultanés de récipient sous pression du corps de vanne et de l'intégrité de l'ensemble des sièges sont effectués de la manière suivante: Premièrement, le bouchon de purge du chapeau (non représenté) est démonté afin de pouvoir fixer une conduite d'application d'un milieu de test sous pression venant d'une source extérieure (non représentée) Le conduit de purge du chapeau de vanne (non représenté) constitue un passage par lequel le milieu sous pression peut être introduit dans la cavité de vanne 16 La cavité 16 est remplie lentement par le milieu de test sous pression, jusqu'à ce qu'une pression de test souhaité soit atteinte. Un manomètr&'-de milieu de test sous pression est utilisé pour vérifier l'intégrité du corps de vanne et des ensembles de siège Lorsque les exigences de test sont satisfaites, la pression de test est détendue en ouvrant la vanne 10 Enfin, la conduite d'alimentation en milieu de test est débranchée et le bouchon de protection du raccord de chapeau est remis en place. Au moment o le milieu sous pression est pompé vers l'intérieur de la cavité 16, le milieu sous pression agit sur le diamètre extérieur de la garniture de siège coulissante 50 et sur une partie de la face radiale de la garniture de siège coulissante pour s'associer à la force du ressort Belleville 55 afin de comprimer la face d'étanchéité de l'opercule d'étanchéité coulissant 50 contre la porte 24 Simultanément, le milieu sous pression agit sur l'épaulement radial 53 formé par la partie de diamètre réduit 52 de la base du corps de siège 49 pour forcer la base du corps de siège 49 plus profondément dans son logement de siège 44 Les bagues annulaires 54, 56 et les surfaces radiales d'étanchéité empêchent les fuites entre les composants de siège et le corps de vanne 12 La face radiale de la garniture coulissante 50 appuie contre la porte 24 pour former une étanchéité empêchant les fuites du milieu sous pression Ainsi, le passage d'écoulement 14 est fermé par rapport à la cavité du corps de vanne 16 et la vanne 10 peut subir un test de pression, soit en-position ouverte, soit en position fermée. La figure 3 représente une autre forme de réalisation de l'invention La forme de réalisation de la figure 3 est un ensemble pour tester une vanne bidirectionnelle Dans l'ensemble bidirectionnel, de nouveaux ensembles de sièges pour test rapide sont montés des deux côtés de la porte pour admettre une circulation en amont ou en aval venant de l'une ou l'autre direction Les composants et procédés de tests de l'ensemble de vannes bidirectionnelles sont essentiellement les mêmes que ceux qui ont été représentés sur la figure 1 dans le cas de la vanne mono- directionnelle. Bien que le meilleur mode envisagé pour appliquer l'invention ait été présenté et décrit ici, il apparaîtra que des variantes et modifications peuvent être apportées sans sortir du cadre de l'invention tel qu'il est défini dans les revendications. REVENDICATIONS 1 Ensemble de siège pour test rapide, caractérisé en ce qu'il comprend: un corps de base de siège ( 49) cylindrique ouvert aux extrémités, ayant des surfaces d'étanchéité radiales à chaque extrémité; ledit corps de base de siège ayant un premier diamètre intérieur et un premier diamètre extérieur; un opercule d'étanchéité ( 50) coulissant-, cylindrique, ouvert aux extrémités, ayant un second diamètre intérieur, légèrement plus grand que ledit premier diamètre extérieur; ledit opercule d'étanchéité coulissant ayant une surface radiale de butée et une surface radiale d'étanchéité; ledit opercule d'étanchéité coulissant étant placé autour d'une partie ( 52) au moins de ladite base de corps de siège de manière télescopique. 2 Vanne comprenant un corps de vanne ( 12) avec un passage d'écoulement qui la traverse et une chambre ( 16) coupée par ledit passage d'écoulement; un élément de fermeture de vanne ( 24) placé dans ladite chambre pour commander la circulation par ledit passage de circulation; un chapeau ( 18) fixé audit corps et ayant un alésage communiquant avec ladite chambre; une tige de vanne ( 26) traversant ledit alésage et étant reliée audit élément de fermeture; et des moyens pour assurer l'étanchéité aux fluides entre ledit corps et ledit élément de fermeture de vanne, caractérisé en ce que lesdits moyens d'étanchéité comprennent: - un corps de base de siège ( 49) cylindrique ouvert aux extrémités présentant des surfaces radiales d'étanchéité à chaque extrémité; ledit corps de base de siège ayant un premier diamètre intérieur et un premier diamètre extérieur; un opercule d'étanchéité cylindrique ( 50) coulissant ouvert aux extrémités ayant un second diamètre intérieur, légèrement supérieur audit premier diamètre extérieur; ledit opercule d'étanchéité coulissant ayant une surface radiale de butée et une surface _radiale d'étanchéité; ledit opercule d'étanchéité coulissant étant placé autour d'une partie au moins de ladite base de corps de siège de manière télescopique; et en ce que ledit corps de base de siège et ledit ensemble d'étanchéité coulissant sont placés dans un logement ( 44) de siège dudit corps de vanne, de manière que ledit diamètre intérieur dudit corps de base de siège soit aligné avec ledit passage de circulation; une au moins desdites surfaces radiales d'étanchéité dudit corps de base de siège forme une étanchéité avec ledit corps de vanne; et ledit opercule de siège coulissant est sollicité en direction dudit élément de fermeture de vanne et en contact d'étanchéité avec lui. 3 Vanne comprenant un corps de vanne avec un passage d'écoulement qui la traverse et une chambre coupée par ledit passage d'écoulement; - un élément de fermeture de vanne placé dans ladite chambre pour commander la circulation par ledit passage de circulation; un chapeau fixé audit corps et ayant un alésage communiquant avec ladite chambre; - une tige de vanne traversant ledit alésage et étant reliée audit élément de fermeture; et il des moyens pour assurer l'étanchéité aux fluides entre ledit corps et ledit élément de fermeture de vanne, caractérisé en ce que lesdits moyens d'étanchéité comportent au moins deux ensembles de siège, comprenant chacun un opercule d'étanchéité cylindrique coulissant ouvert aux extrémités ayant un second diamètre intérieur, légèrement supérieur audit premier diamètre extérieur; ledit opercule d'étanchéité coulissant ayant une surface radiale de butée et une surface radiale d'étanchéité; ledit opercule d'étanchéité coulissant étant placé autour d'une partie au moins de ladite base de corps de siège de manière télescopique; ledit corps de base de siège et ledit ensemble d'étanchéité coulissant sont placés dans un logement de siège dudit corps de vanne, de manière que ledit diamètre intérieur dudit corps de base de siège soit aligné -avec ledit passage de circulation; et en ce que une au moins desdites surfaces radiales-d'étanchéité dudit corps de base de siège forme une étanchéité avec ledit corps de vanne; et ledit opercule de siège coulissant est sollicité en direction dudit élément de fermeture de vanne et en contact avec lui; lesdits ensembles d'étanchéité étant montés de chaque côté dudit élément de fermeture de vanne. 4 Procédé pour tester simultanément sur les lieux d'utilisation l'intégrité à la pression du corps de vanne et la capacité d'étanchéité en pression des surfaces d'assemblage métal-sur-métal, siège-sur-corps et siège- sur-porte d'une vanne dans lequel ladite vanne comprend un élément de fermeture de vanne et une cavité de vanne, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes qui consistent à: ouvrir un orifice existant qui est en communication avec la cavité de vanne; et injecter un milieu de test sous pression par ledit orifice et à l'intérieur de ladite cavité de vanne jusqu'à ce qu'une pression de test désirée soit atteinte. Procédé selon la revendication 4, comprenant en plus l'étape consistant à: ouvrir l'élément de fermeture de vanne vers une position d'écoulement, de façon à purger le milieu de test sous pression. 6 Procédé selon la revendication 4, dans lequel avant d'injecter un milieu de test pressurisé par ledit orifice, ledit procédé consiste en outre à: brancher une conduite appliquant un milieu de test pressurisé venant d'une source extérieure sur ledit orifice. 7 Procédé selon la revendication 6, comprenant en outre l'étape consistant à: débrancher ladite conduite; et fermer ledit orifice. 8 Procédé selon la revendication 4, dans lequel: ledit orifice existant est un raccord de purge de chapeau. 9 Procédé selon la revendication 4, dans lequel: ledit orifice existant est un raccord au ras du corps de vanne. Procédé selon la revendication 4, dans lequel: ledit orifice existant est un raccord d'injection de graisse. 11 Procédé selon la revendication 4, dans lequel: ledit élément de fermeture de vanne est une plaque ou une vanne porte. 12 Procédé selon la revendication 4, dans lequel: ladite vanne est constituée -par une vanne mono- directionnelle. 13 Procédé selon la revendication 4, dans lequel: ladite vanne est constituée par une vanne bi- directionnelle. 14 Procédé selon la revendication 4, dans lequel: un manomètre de contrôle du milieu de test sous pression est mis en communication avec ladite cavité de vanne pour mesurer ladite pression de test au cours du test. Procédé selon la revendication 4, dans lequel, avant l'étape consistant à ouvrir un orifice existant qui est en communication avec la cavité de vanne, le procédé consiste en outre à: fermer l'élément de fermeture de vanne en position de blocage de la circulation. 16 Procédé selon la revendication 4, dans lequel, avant l'étape d'ouverture d'un orifice existant qui est en communication avec la cavité de vanne, le procédé consiste en outre à: ouvrir l'élément de fermeture de vanne vers une position d'ouverture de l'écoulement.