Brevet FR2705400A1 — publié le 19941125

! La présente inventi on concerne un dispositif extensible d'ancrage a coins de retenue pour puits de forage, destiné à réaliser un ancrage dans un puits et comportant des premier et second moyens formant coins de retenue, qui s'appliquent l'un contre l'autre sous un certain angle par rapport à l'axe longitudinal du corps. Il est bien connu d'utiliser, dans un dispositif d'ancrage pour puits, des moyens formant coins de retenue, qui sont repoussés en coin vers l'extérieur contre des cônes pour réaliser l'ancrage dans des puits, comme par exemple dans une colonne de production et dans un tubage. Cependant, de tels dispositifs d'expansion à cône et à coins de retenue permettent seulement une expansion limitée. La présente invention a pour but de fournir un dispositif d'ancrage pour un puits, qui peut être déployé pour passer d'un diamètre extérieur minimum, en direction de l'extérieur, à un diamètre maximum. A titre d'exemple uniquement, bien qu'un tel dispositif d'ancrage pour puits puisse avoir différentes autres applications, il est particulièrement utile pour circuler dans une colonne de production dans un puits de pétrole et/ou un puits à gaz, dans une position rétractée, hors de l'extrémité de la colonne, et soit déployé pour s'appliquer contre l'intérieur du tubage du puits et s'y ancrer. Dans une telle application, le dispositif d'ancrage doit être particulièrement utile pour supporter des outils, comme par exemple un sifflet déviateur disposé au-dessus du dispositif d'ancrage, pour un forage dévié à travers le tubage. La présente invention concerne un dispositif d'ancrage déployable à coins de retenue pour puits pour réaliser l'ancrage dans un puits, caractérisé en ce qu'il comporte un corps, un mandrin s'étendant à l'intérieur du corps et déplaçable longitudinalement par rapport à ce dernier; des premier et second moyens formant coins de retenue raccordés au mandrin, et comprenant chacun une surface en coin, et que lesdites surfaces en coin engrènent réciproquement, ce qui a pour effet qu'un rapprochement des premier et second moyens formant coins de retenue provoque un déploiement des premier et second moyens formant coins de retenue vers i exéreu, et que lesdites surfaces en coin font en elles un certain angle et s'étendent transversalement par rapport à l'axe longitudinal du corps. De préférence, chacune desdites surfaces en coin s'étend transversalement par rapport à l'axe longitudinal du corps, à l'extérieur de leurs moyens respectifs formant coins de retenue. En outre, afin d'otenir une capacité maximale d'expansion, il est préférable que les surfaces en coin réunies ont une longueur qui s'étend sur l'ensemble de la section transversale du dispositif d'ancrage. Selon un autre aspect de la présente invention, les moyens formant coins de retenue sont raccordés de façon amovible au mandrin. Selon une autre caractéristique de l'invention, il est prévu un élément d'arrêt raccordé au mandrin au- dessous des premier et second moyens formant coins de retenue, de manière à engrener avec ces moyens et faciliter leur positionnement. Selon une autre caractéristique de l'invention, le corps comprend une surface pouvant s'engager contre une surface supérieure des premiers moyens formant coins de retenue et que l'élément de butée comporte une surface pouvant s'appliquer contre une surface inférieure du second moyen formant coin de retenue, les moyens formant coins de retenue étant maintenus dans la position déployée à l'encontre de forces ascendantes ou de forces descendantes. L'une des surfaces d'engrènement, qui coopèrent, et de préférence ces deux surfaces du corps et de la partie supérieure du premier moyen formant coin de retenue et les surfaces d'eng--énemen, ui cooprent, de l'léement de butée et la base du second moyen formant coin de retenue font un angle par rapport à l'axe longitudinal du corps, ce qui a pour effet que les moyens formant coins de retenue appliquent une force dirigée vers l'extérieur, qui est supérieure lors de la rotation du dispositif d'ancrage. Selon une autre caractéristique de l'invention, les premiers et seconds moyens formant coins de retenue entourent le mandrin de manière à empêcher que les moyens formant coins de retenue ne tombent du dispositif d'ancrage. Selon une autre caractéristique de l'invention, le mandrin comprend des première et seconde parties déca- lées au voisinage des premier et second moyens formant coins de retenue, et ce respectivement pour permettre une expansion plus grande respectivement des premier et second moyens formant coins de retenue. Selon une autre caractéristique de l'invention, il comporte des moyens à déclic disposés entre le corps et le mandrin de manière à retenir le dispositif d'ancrage dans la position réglée, Lorsque le mandrin et le corps sont déplacés l'un par rapport à l'autre lors de la mise en place du dispositif d'ancrage. De préférence, le corps comprend des première et seconde parties déplaçables longitudinalement l'une par rapport à l'autre et que les moyens à déclic engrènent avec la première partie et qu'il est prévu des moyens d'accumulation d'énergie disposés entre les première et seconde parties. Selon une autre caractéristique de la présente invention, des moyens formant ressorts sont prévus entre la première partie du corps et le cliquet, ces moyens s'oppo- sant à l'engrènement du cliquet avec le corps de manière à absorber tout jeu du cliquet. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnee ci-après prise en référence aux dessins annexes, sur lesquels: - les figures 1A, lB, 1C et 1D, qui sont des Drolongements Les unes des autres, représentent une vue en élévation en coupe transversale du dispositif d'ancrage conforme à la présente invention, en position de manière à être déplacés dans un puits; - la figure 2 est une vue en coupe transversale prise suivant la ligne iI-iI sur la figure 1D; - les figures 3A, 33, 3C, 3D, qui se prolongent entre elles, représentent une vue en élévation en coupe transversale du dispositif d'ancrage des figures lA-iD, disposées dans une position de Lufixation; et - la figure 4 est une vue en coupe transversale prise suivant la ligne 4-4 sur la figure 3D. En se référant maintenant aux dessins et en particulier aux figures IA-!D et 2, le chiffre de référence désigne d'une manière générale un dispositif d'ancrage pour puits selon la présente invention, qui comprend d'une manière générale un corps 12 (figure lB) et un mandrin 14, qui traverse le corps 12 et est déplaçable longitudinalement par rapport à ce corps, et, comme cela est représenté, le mandrin 14 est fixe et le corps est mobile. Des moyens mécaniques ou hydrauliques appropriés sont prévus pour permettre un déplacement longitudinal réciproque du corps 12 et du mandrin 14. Dans la forme de réalisation représentée, il est prévu un piston 16, qui est représenté comme étant disposé dans un cylindre 18 et est soumis à l'action d'un fluide hydraulique par l'intermédiaire d'un passage 20 aboutissant au perçage 22. Par conséquent, dans la présente forme de réalisation, le fluide hydraulique traversant le passage 20 et venant s'appliquer contre le piston 16 déplace le corps 12 par rapport au mandrin 14. Dans cette forme de réalisation, le mandrin 14 est fixé par vissage et de préférence au moyen d'une broche ou bien par soudage à un bottier 24 possédant des moyens de raccord-e.ent tels qu'un filetage 26 permet- tant le raccordement un élément tubulaire afin d'envoyer un fluide hydraulique depuis la surface du puits au piston 16. A l'évidence, l'actionnement du corps 12 par rapport au mandrin 14 peut être inversé, par le fait que le corps 12 peut être raccordé de façon fixe au boîtier 24 et que le mandrin 14 peut être soulevé par un piston approprié, par rapport au corps 12. Le dispositif d'ancrage 10 comprend un premier moyen formant coin de retenue 30 et un second moyen formant coin de retenue 32, qui sont raccordés, de préférence de façon amovible, au mandrin 14 respectivement par des goupilles de cisaillement 34 et 36. En référence à la figure 1C, chacun des moyens form.ant coins de retenue 30 et 32 comprennent une surface en coin. Par conséquent, le coin de retenue 30 comporte une surface en coin 38, et le coin de retenue 32 comporte une surface en coin 40. Les surfaces en coin 38 et 40 s'appliquent l'une contre l'autre, ce qui a pour effet qu'un rapprochement du premier coin de retenue 30 et du second coin de retenue 32 provoquent le déploiement des premier et second coins de retenue 30 et 32 vers l'extérieur en direction d'une position déployée, comme cela est mieux visible sur les figures 3C et 3D. Pour obtenir le déploiement ou le décalage maxi- mum des coins de retenue 30 et 32, les surfaces en coin 38 et 40 sont inclinées par rapport à l'axe longitudinal 50 du dispositif d'ancrage et recoupe cet axe. Il est préférable que- chacune des surfaces en coin traverse d'un côté l'axe longitudinal 50 du dispositif d'ancrage 10 et le corps 12 jusque sur le côté extérieur de leurs coins respectifs de retenue. C'est-à-dire que la surface en coin 38 s'étend depuis le côté extérieur du coin de retenue 30 en recoupant l'axe 50. De façon similaire, la surface en coin 40 s'étend depuis l'extérieur du bloc de retenue 30 en recoupant l'axe 50. En outre, de préférence les surfaces en coin 38 et 40 s'étendent ensemble sur une igueur qui s'étend sur tue la longueur transversale du dispositif d'ancrage 10, ce qui rend maximale l'ex-pansion des coins de retenue 30 et 32. Comme cela est mieux visible sur les figures 2 et 4 i est préférable que les coins de retenue 30 et 32 enserrent le mandrin 14 étant donné qu'ils sont écartés des mandrins 14 lors du blocage sous l'effet du cisaillement des goupilles de cisaillement 34 et 36. C'est pourquoi, par le fait qu'ils entourent le mandrin 14, ils sont empêchés de tomber et de se dégager du mandrin. Cependant, étant donné que les blocs de retenue 30 et 32 entourent le mandrin 14, il est préfeérable que ce dernier comporte des parties longitudinales décalées 42 et 44 (figures 1C et 1D) de manière à permettre aux coins de retenue 30 et 32 de s'écarter latéralement d'une manière plus complète, comme cela est mieux visible sur les figures 3C et 3D. En se référant maintenant aux figues 1D et 3D, on voit qu'un élément de butée 46 fixé au mandrin 14 supporte le bas du second coin de retenue 32, ce qui a pour effet que le premier coin de retenue 30 et le second bloc de retenue 32 se rapprochent tout en se déployant. Afin de maintenir le dispositif d'ancrage 14 dans la position réglée, un cliquet 52 chargé par un ressort (figure lB), qui possède des dents d'encliquetage 54, s'en- gage entre les dents 56 situées sur le mandrin 14. Initia- lement, le corps 12 est retenu par rapport au mandrin 14 par une goupille de cisaillement 58, mais lors de l'ac- tionnement du piston 16, le corps 12 s'abaisse par rapport au mandrin 14 et à l'élément de butée 46 en repoussant le coin de retenue 30 vers le coin de retenue 32. Le déplacement longitudinal relatif entre le corps 12 et le mandrin 14 est empêché par le cliquet. Le corps 12 comprend une première partie 60 et une seconde partie 62. Des Moytens appropriés de stockage d'énergie, come par exemple des ressorts Belleville 64 sont disposés entre la premieère partie 60 et la seconde par.ie 62, ce qui maintient l'application d'une force de sollicitatioon sur le coin de r-etnue 30, au moyen d'un engagem.ent sur la premiers Partie 60 du corps, qui est maintenue dans une position abaissée par le cliquet 52. Un ressort 66 peut être prévu entre la première partie 60 du corps et e cliq ue 52 d ma-ière à supprimer tout jeu possible entr e ic-uet 52 et les dents 56. Par conseéquent, orsque lément de butée 46 est appliqué contre la base du second coin de retenue 32 et que le corps 12 s'applique contre la partie supérieure du coin de retenue 30 et que le cliquet 52 bloque la position réglée du corps 12 par rapport à l'élément d'arrêt 46, le dispositif d'ancrage est retenu et, en réalité, agit de maniere à augmenter son déploiement, lorsqu'il est soumis a des forces verticales ascendantes ou à des forces verticales descendantes. En outre, le dispositif d'ancrage 10 non En outre,, __ seulement applique une force dirigée vers l'extérieur, lorsqu'il est soumis à des forces verticales, mais applique une force dirigée vers l'extérieur lorsqu'il est soumis à des forces de rotation.25 En référence à la figure lB, le corps 12 comporte, au niveau de sa seconde partie 62, une surface , qui s'applique contre la surface supérieure 72 du coin de retenue 30. On notera que les surfaces d'engagement 70 et 72, qui coopèrent, du corps 12 et de la partie supérieu- re du premier coin de retenue 30 sont inclinées sous un certain angle par rapport à l'axe longitudinal 50. C'est pourquoi, toute action de rotation entre la partie 62 du corps et le coin de retenue 30 tend à repousser le coin de retenue 30 vers le bas pour le serrer plus fortement contre le coin de retenue 32, ce qui conduit à un déploiement extérieur plus imrportant et & l'application d'une force plus -intense aux coins de retenue 30 et 32. De façon similaire, et en référence à la figure 1D, l'élément de butée 46 possède une surface 74 contre laquelle peut s'appliquer la surface inférieure 76 du coin de retenue 32. A nouveau, les surfaces d'engagement 74 et 76, qui coopèrent, font un certain angle par rapport à l'axe longitudinal 50. Par conséquent, si une force de rotation est appliquée au mandrin 14 et par conséquent à l'élément d'arrêt 46, une rotation entre l'élément de butée 46 et le coin de retenue 32 provoque l'application d'une force ascendante supérieure au coin de retenue 32, qui repousse ce dernier contre le bloc de retenue 30, en tendant à nouveau de cette manière à déployer les blocs de retenue 30 et 32 par application d'une force extérieure plus importante en empéchant. un dégagement du dispositif d'ancrage positionné. A cet égard, il faut noter qu'il est préférable que les dents 31 et 33 des coins de retenue respectifs 30 et 32 soient constituées de préférence par une pluralité de rangées de dents de forme pyramidale comportant des extrémités pointues permettant un maintien plus sûr et empêchant de façon plus sûre une rotation des coins de retenue 30 et 32, lorsque le dispositif est dans la position fixée. Bien que le dispositif d'ancrage 10 de la présente invention puisse être utilisé dans de nombreuses applications différentes dans un puits, il est particulièrement bien approprié pour venir se placer dans la position rétractée sur lA-lD dans un conduit de production 80 du puits, qui est indiqué par son contour et sortir à l'extrémité inférieure de la colonne de production et se déployer et être fixé dans un tubage, qui est repéré par son contour désigné par le chiffre de référence 82. Au cours du déplacement, le piston 16 est rétracté, le corps 12 est fixé de façon amovible au boîtier 24 et Far conséquent au mandrin 14 par l'intermédiaire de la goupille de cisaillement 58, et les coins de retenue 30 et 32 sont dans la position rétractée permettant un déplacement dans la colonne de production 80. Une fois que le dispositif d'ancrage 10 a descendu et est sortir de la colonne de production 80, un fluide hydraulique envoyé à partir de la surface en haut du puits traverse le perçage 22 et le passage 20 et s'applique contre le piston 16 en abaissant le corps 12 par rapport au mandrin 16, ce qui provoque un abaissement du coin de retenue 30 par rapport au coin de retenue 32. Comme cela est mieux visible sur les figures 3A- 3D, les goupilles de cisaillement 34 et 36 sont cisaillées, et- les coins de retenue 30 et 32 se déplacent l'un par rapport L'autre au niveau de leurs surfaces en coin 38 et , qui coopèrent pour venir dans une position ressortie et fixée contre lintéreur du boitier 82. Le ressort accu.mUlation en eénergie 34 est comprimé et le cliquet 52 bloque le corps 12 par rapport à l'élément de butée 46 ce qui maintient le dispositif d'ancrage 10 dans la position fixée. Le dispositif d'ancrage 10 n'est libéré ni par des forces longitudinales ascendantes ou descendantes ni par des forces de torsion qui lui sont appliquées. C'est pourquoi, la présente invention est bien adaptée pour atteindre les objectifs et fournit les avantages mentionnés précédemment. Bien que, pour la description, on ait indiqué une forme de réalisation actuellement préférée de l'invention, les spécialistes de la technique comprendront aisément que l'on peut apporter de nombreux changements dans les détails de construction et dans les étapes de mise en oeuvre, sans pour autant sortir du cadre de l'invention. 1_ St.n * d'ar.crye déuovable a rcoins ré retenue pour puits pour réaliser 'ancrage dans un puits, caractérisé en ce qu'il comporte un corps (12), un mandrin (14} s'étendant à l'intérieur du corps et déplaçable longitudinalement par rapport à ce dernier; des premier et second moyens formant coins de retenue (30,32) raccordés au mandrin, et comprenant chacun une surface en coin (38,40), et que lesdites surfaces en coin (38,40) engrènent réciproquement, ce aui a pour effet qu'un rapprochement des premLier et second moyens formant. coins de retenue (30,32> provoque un déploiement des premier et second moyens formant coins de retenue vers l'extérieur, et que lesdites surfaces en coin (38,40) font en elles un certain angle et s'étendent transversalement par rapport à l'axe longitudi- nal du corps. 2. Dispositif d'ancrage selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacune desdites surfaces en coin 38,40) s'étend transversalement par rapport à l'axe longi- tudinal du corps, à l'extérieur de leurs moyens respectifs formant coins de retenue (30,32). 3. Dispositif d'ancrage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les surfaces en coin réunies (38,40) ont une longueur qui s'étend sur l'ensemble de la section transversale du dispositif d'ancrage (10) de manière à rendre maximal le déploiement des moyens formant coins de retenue. 4. Dispositif d'ancrage selon la revendication 1, dans lequel lesdits moyens formant coins de retenue (30,32) sont raccordés de façon amovible au mandrin (14). 5. Dispositif d'ancrage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un élément de butée (46) raccordé au mandrin (14) au- dessous des premier et second 1i moyens forant coins de retenue (30,32). E. Dispositif d'ancrage selon la revendication 5, caractérisé par le fait que e corps (12) comprend une surface (70) pouvant s'engager contre une surface supérieure (72) des premiers moyens formant coins de retenue (30) et que l'élément de butée (46) comporte une surface pouvant s'appliquer contre une surface inférieure (76) du second moyen formant coin de retenue (32), les moyens formant coins de retenue (30,32) étant maintenus dans la position déployée à l'encontre de forces ascendantes ou de forces descendantes. 7. Dispositif d'ancrage selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'une des surfaces d'engrènement (70, 72), qui coopèrent, du corps (12) et de la face supérieure du premier moyen formant coin de retenue (30,32) et les surfaces d'engrènement (74,76), qui coopèrent, de l'élément de butée et de la base du second moyen formant coin de retenue sont inclinées sous un angle par rapport à l'axe longitudinal du corps, ce qui a pour effet que les moyens formant coins de retenue (30, 32) appliquent une force dirigée vers l'extrieur, qui est plus importante lors de la rotation du dispositif d'ancrage (10). 8. Dispositif d'ancrage selon la revendication 6, caractérisé en ce que les surfaces d'engrènement (70,72), qui coopèrent, du corps (12) et de la partie supérieure du premier moyen formant coin de retenue (30,32) et les surfaces d'engrènement, qui coopèrent, de l'élément de butée et de la base du second moyen formant coin de retenue sont inclinées sous un certain angle par rapport à l'axe longitudinal du corps, ce qui a pour effet que les moyens formant coins de retenue (30,32) appliquent une force diri- gée vers l'extérieur, qui est supérieure lors de la rota- tion du dispositif d'ancrage (10). 9. Dispositif d'ancrage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les premier et second moyens formant coins de retenue (30,32) entourent le mandrin (14) de maniere à empêcher une c-ute des moyens formant coins de retenue à partir du dispositif d'ancrage (10). 10. Dispositif d'ancrage selon la revendication 9, caractérisé en ce que le mandrin (14) comprend des première et seconde parties décalées (40,42) au voisinage des premier et second moyens formant coins de retenue (30, 32), et ce respectivement pour permettre un déploiement plus grand respectivement des premier et second moyens formant coins de retenue. 11. Dispositif d'ancrage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens à déclic disposés entre le corps (12) et le mandrin (14) de manière à retenir le dispositif d'ancrage (10) dans la position réglée, lorsque le mandrin et le corps sont déplacés l'un par rapport à l'autre lors de la mise en place du disposi- tif d'ancrage (10). 12. Dispositif d'ancrage selon la revendication 11, caractérisé en ce que le corps (12) comporte des première et seconde parties (60, 62) déplaçables longitudi- nalement l'une par rapport à l'autre et que les moyens à déclic (52) engrènent avec la première partie (60) et qu'il est prévu des moyens d'accumulation d'énergie (64) disposés entre les première et seconde parties (60,62). 13. Dispositif d'ancrage selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens formant ressort (64) disposés entre la première partie du corps (12) et le cliquet (52) et qui s'oppose à un engrènement du cliquet avec le corps.