Brevet FR2716949A1 — publié le 19950908

L'invention se rapporte à des éléments de suspension de tube destinés à être utilisés dans des puits tels que des puits de pétrole ou de gaz. C'est une pratique conventionnelle que de compléter un puits sous- marin avec un élément de suspension de tube à double alésage avec un tube suspendu en dessous. Un alésage est un alésage de production entre 50 mm et 130 mm de diamètre nominal et l'autre est un alésage d'espace annulaire plus petit d'environ 50 mm. L'élément de suspension de tube et le tube associé sont descendus dans une tête de puits sous-marin sur un ensemble de descente comportant un outil de mise en place d'élément de suspension de tube et une colonne montante à double alésage jusqu'à ce que l'élément de suspension de tube repose sur et soit rendu étanche dans un corps de tête de puits. La tête de puits porte une pile d'obturateur anti-éruption qui est reliée à une colonne montante marine & travers laquelle est descendu l'élément de suspension de tube. Cette configuration, avec les alésages côte à côte, est préférée du fait qu'il est simple d'obturer les alésages dans l'élément de suspension de tube. Ceci est fait immédiatement après que l'élément de suspension de tube ait été déposé en faisant descendre et en mettant en place au moins un bouchon dans chaque alésage au moyen de la colonne montante à alésage double utilisée afin d'installer l'élément de suspension de tube en utilisant une technique à câble de sorte que les bouchons ferment les alésages et assurent le puits pendant le temps o l'élément de suspension de tube est exposé à l'environnement ambiant. Une fois que les bouchons sont installés, la colonne montante à double alésage est déconnectée de l'élément de suspension de tube et ramenée à la surface, à la suite de quoi la pile d'obturateur anti- éruption est déconnectée de la tête de puits sous-marin et ramenée à la surface avec la colonne montante marine. A ce stade, l'élément de suspension de tube est exposé à l'environnement ambiant. La colonne montante à double alésage est utilisée afin de mettre en place un arbre de Noël qui repose sur et est bloqué dans la tête de puits sous-marin simultanément à l'établissement des connexions avec l'élément de suspension de tube. L'arbre de Noël est installé en utilisant un assemblage de mise en place comportant la colonne montante à double alésage, une garniture de sécurité comprenant des vannes à cisaillement de câble et une garniture à déconnexion d'urgence qui permet la séparation du bâtiment de surface dans le cas o il devient nécessaire de déconnecter le bâtiment de surface de la tête de puits. La colonne montante à double alésage s'étend de l'extrémité supérieure de la garniture à déconnexion d'urgence jusqu'au bâtiment. Des câbles peuvent être déployés à travers la colonne montante à double alésage, la garniture de sécurité et l'arbre de Noel afin de récupérer les bouchons dans l'alésage de production et l'alésage d'espace annulaire. Les vannes d'arbre de Noël sont alors fermées alors que la garniture de sécurité et la colonne montante à double alésage sont ramenées à la surface. L'arbre de Noel est alors bouché. En eau plus profonde, la viabilité d'une telle colonne montante à double alésage conventionnelle pose des problèmes à la fois d'un point de vue structurel et d'un point de vue commercial. Comme alternative à la colonne montante à double alésage ont été proposés des systèmes à un seul alésage afin de mettre en place et commander un arbre de Noel mais, bien qu'ils puissent être utilisés pour boucher l'alésage de production, ils souffrent du problème de l'accès à l'alésage d'espace annulaire afin de placer et récupérer les bouchons d'alésage d'espace annulaire. Sans la facilité d'utilisation d'un bouchon afin d'isoler l'alésage d'espace annulaire, il est nécessaire de prévoir un certain type de vanne afin d'isoler l'espace annulaire avec la vanne qui est incluse dans l'élément de suspension de tube. Une proposition dans ce sens est représentée par le document US-A- 4807700 dans lequel une vanne & boule est prévue dans une section de l'alésage d'espace annulaire dans l'élément de suspension de tube et est déplacée par un engrenage afin d'ouvrir et fermer l'alésage d'espace annulaire. Selon l'invention, il est prévu un élément de suspension de tube pour un puits comportant un corps annulaire ayant deux extrémités, un alésage central s'étendant à travers ledit corps entre lesdites extrémités et au moins un alésage d'espace annulaire s'étendant à travers ledit corps entre lesdites extrémités et étant espacé radialement vers l'extérieur dudit alésage central, ledit alésage d'espace annulaire étant interrompu par une chambre dans laquelle est disposé un élément de vanne ayant des surfaces parallèles espacées, une ouverture s'étendant entre lesdites surfaces et ledit élément de vanne qui est mobile entre une position dans laquelle ladite ouverture est en alignement avec ledit alésage d'espace annulaire afin de permettre l'écoulement à travers ledit alésage d'espace annulaire et une position dans laquelle ladite ouverture est hors d'alignement avec ledit passage et lesdites surfaces parallèles ferment ledit alésage d'espace annulaire. Une description plus détaillée d'une forme de réalisation de l'invention va être faite, à titre d'exemple, en se référant au dessin annexé qui est une vue en coupe schématique d'une extrémité d'un élément de suspension de tube montrant un élément de vanne actionné par piston qui commande un alésage d'espace annulaire. L'élément de suspension de tube est formé par une partie supérieure 10 et une partie inférieure 11. La partie inférieure 11 possède une bride annulaire s'étendant axialement 12 à une extrémité supérieure qui s'engage dans un dégagement annulaire prévu autour d'un manchon 13 à une extrémité inférieure de la partie supérieure, avec deux sièges annulaires 14 qui sont prévus sur le manchon 13 afin de rendre étanche au fluide la jonction entre la bride 12 et le manchon 13. La partie supérieure 10 est réalisée avec un alésage de production 15 qui s'étend de manière centrale à travers la partie 10 depuis une extrémité supérieure (non représentée) jusqu'à une extrémité inférieure. Comme cela se voit sur la figure, un tube 16 qui dépasse du reste de la partie 10 et est entouré par la partie inférieure 11 est formé au niveau de l'extrémité inférieure de l'alésage de production. Le tube 16 se termine par un filetage 17 pour la fixation du tube de production. Deux perçages 18, 19 s'étendent à travers la partie supérieure 10 et le tube 16 et se terminent dans des orifices dirigés radialement vers l'extérieur 20, 21 respectivement. La fonction des perçages et des orifices 18, 19, 20, 21 va être décrite ci-dessous. Un alésage d'espace annulaire 22 s'étend également à travers la partie supérieure 10 depuis l'extrémité supérieure (non représentée) jusque dans une cavité 23 sur une face inférieure 24 de la partie 10. L'alésage d'espace annulaire 22 continue depuis une deuxième cavité 25 prévue dans une face d'extrémité supérieure 26 de la partie inférieure 11 et sort dans une face d'extrémité inférieure 27 de la partie inférieure 11. Comme cela peut se voir, l'alésage d'espace annulaire 22 est espacé radialement vers l'extérieur de l'alésage de production 15. L'alésage d'espace annulaire 22 peut être un alésage parmi plusieurs alésages d'espace annulaire espacés angulairement autour de l'élément de suspension de tube. La face d'extrémité inférieure 24 de la partie supérieure 10 et la face d'extrémité supérieure 26 de la partie inférieure 11 sont des faces annulaires parallèles avec des axes coaxiaux à l'axe de l'alésage de production 15. Les faces 24, 26 définissent, avec une partie de la surface extérieure du tube 16 et une partie de la surface intérieure de la bride 12, une chambre annulaire 28 qui reçoit un élément de vanne en forme de disque annulaire 29 ayant des surfaces parallèles supérieure et inférieure 30 et 31, et, à une extrémité interne, un manchon s'étendant vers le bas 32 qui s'étend autour de la surface extérieure du tube 16. La chambre 28 et l'élément de vanne 29 sont tous deux d'un diamètre supérieur au diamètre de l'alésage de production 15, et la chambre 28 et les surfaces 30, 31 s'étendent dans des plans parallèles perpendiculaires à l'axe de l'alésage de production 15. L'élément de vanne 29 est pourvu d'une ouverture 33 qui s'étend entre les surfaces 30 et 31 et ayant un axe parallèle à l'axe de l'élément de vanne 29. L'ouverture 33, dans la position d'élément de vanne représenté sur le dessin, est alignée avec l'alésage d'espace annulaire 22. Il est à noter que, quand deux ou plusieurs alésages d'espace annulaire sont prévus, il y a un nombre correspondant d'ouvertures espacées autour de l'élément de vanne 29 et que, dans la position de l'élément de vanne 29 représenté sur le dessin, celles-ci sont alignées avec des alésages d'espace annulaire respectifs. La cavité de partie supérieure 23 contient un siège annulaire 34 poussé par une rondelle élastique 35 en engagement avec la surface supérieure 30 de l'élément de vanne. Le siège 34 porte sur sa surface extérieure un joint torique 36 pour engagement avec la cavité de façon à procurer un joint étanche au fluide entre l'ouverture 33 et la partie de l'alésage d'espace annulaire 22 dans la partie supérieure 10. Un siège 37, une rondelle élastique 38 et un joint torique 39 similaires sont prévus dans la cavité de partie inférieure 25 afin de procurer un joint étanche au fluide entre l'ouverture 33 et la partie de l'alésage d'espace annulaire 22 dans la partie inférieure 11. Deux paliers annulaires 40 sont prévus entre la surface extérieure du tube 16 et la surface intérieure du manchon 32 afin de monter l'élément de vanne 29 pour un mouvement de rotation dans la chambre autour d'un axe coaxial à l'axe de l'alésage de production 15. Ces paliers sont protégés par une paire de joints toriques 41 qui s'étendent autour de la surface extérieure du tube 16 et s'engagent avec le manchon 32 dans des positions sous les paliers 40. L'extrémité inférieure de la partie inférieure 11 possède une surface annulaire interne 42 qui est radialement espacée de la surface externe du tube 16 afin de former une deuxième chambre annulaire 43. Un piston annulaire 44 est disposé dans cette deuxième chambre 43 et est limité à un mouvement coulissant dans une direction parallèle à l'axe de l'alésage de production 15 par une ou plusieurs tiges qui s'étendent dans une direction parallèle à cet axe entre une plaque de fermeture 46, qui ferme l'extrémité inférieure de la deuxième chambre 43, et un épaulement 47 formé dans la partie inférieure 11 au niveau de l'extrémité supérieure de la deuxième chambre 43. Chaque tige 45 s'étend à travers un passage 57 dans le piston 44. Un joint 58 s'étendant autour du passage 57 assure l'étanchéité de la tige 45 afin d'empêcher du fluide de passer à travers le passage 57. L'extrémité supérieure du piston 44 est pourvue de plusieurs cannelures hélicoïdales 48 qui engagent des cannelures associées 49 au niveau de l'extrémité inférieure du manchon 32. De cette manière, un mouvement axial du piston 44 est transformé en un mouvement de rotation de l'élément de vanne 29. L'extrémité inférieure du piston 44 est pourvue d'une tête 50 qui s'engage dans une partie agrandie de la deuxième chambre 43 qui s'étend entre la plaque de fermeture 46 et une surface de butée radiale 51. Le mouvement vers le bas du piston 44 est limité par l'engagement de la tête 50 avec la plaque de fermeture 46 et le mouvement supérieur du piston est limité par l'engagement de la tête 50 avec la surface de butée 51. La tête 50 porte deux joints annulaires 59, sur les surfaces radialement interne et externe de la tête 50 afin d'assurer l'étanchéité respective de la surface annulaire interne 42 de la partie inférieure 11 et de la surface extérieure du tube 16. Dans la position du piston 44 représentée sur le dessin, les joints 59, 60 sont entre la plaque de fermeture 46 et l'orifice 21. Deux autres joints annulaires 61, 62 sont prévus; l'un s'étend autour de la surface extérieure du tube 16 et assure l'étanchéité avec le piston 44 et l'autre s'étend autour de la surface interne 42 de la partie inférieure au-delà de l'épaulement 47 et assure l'étanchéité avec le piston 44. Ces joints 61, 62 sont espacés axialement au-delà de l'orifice 21 dans une direction à l'écart de la plaque de fermeture 46 de telle sorte que, avec les joints 58, 59, 60, ils définissent une chambre fermée 63 dans laquelle se trouve une surface supérieure 54 du piston 44. L'élément de vanne 29 est entraîné en rotation en délivrant du fluide sous pression dans le perçage 18 et l'orifice 20 ou bien dans le perçage 19 et l'orifice 21. L'alimentation en fluide sous pression à travers le perçage 18 et l'orifice 20 applique également une pression sur une surface inférieure 53 du piston 44 et déplace le piston 44 vers le haut dans la deuxième chambre 43 vers la position représentée sur le dessin dans laquelle l'ouverture 33 est alignée avec l'alésage d'espace annulaire 22, permettant ainsi l'écoulement à travers l'alésage d'espace annulaire. L'alimentation en fluide sous pression à travers le perçage 19 et l'orifice 21 applique une pression sur la surface supérieure 54 du piston 44 et déplace le piston 44 vers le bas dans la deuxième chambre 43 et ceci fait tourner l'élément de vanne 29 afin de déplacer l'ouverture 33 hors d'alignement avec l'alésage d'espace annulaire 22. Lorsque ceci se produit, l'alésage d'espace annulaire 22 est fermé par les surfaces supérieure et inférieure 30, 31 de l'élément de vanne. S'il y a d'autres alésages d'espace annulaire 22 et ouvertures 33, l'agencement est tel que ceux-ci sont fermés simultanément par les surfaces 30, 31. Un perçage transversal 52 s'étend radialement à travers la partie inférieure 11 afin d'empêcher une accumulation de pression dans la chambre 55 autour de la partie supérieure du piston 44 de façon à empêcher le piston 44 de former un bouchon hydrostatique. Il est à noter que l'élément de vanne 29 n'a pas besoin d'être entraîné en rotation en utilisant le piston 44. Il peut être entraîné en rotation de n'importe quelle manière appropriée. Par ailleurs, l'élément de vanne n'a pas besoin d'être un anneau complet. Il peut s'agir d'un anneau partiel, en fonction du nombre et de l'emplacement des alésages d'espace annulaire 22. L'élément de vanne 29 n'a pas besoin nécessairement d'être entrainé en rotation. Lorsqu'un seul alésage d'espace annulaire 22 est prévu, il peut réaliser un mouvement rectiligne entre la position dans laquelle l'ouverture 33 s'aligne avec5 l'alésage d'espace annulaire 22 et la position dans laquelle l'alésage d'espace annulaire 22 est fermé par les surfaces supérieure et inférieure 30, 31. REVENDICATIONS 1. Elément de suspension de tube pour un puits, caractérisé en ce qu'il comporte un corps annulaire ayant deux extrémités, un alésage central (15) s'étendant à travers ledit corps entre lesdites extrémités et au moins un alésage d'espace annulaire (22) s'étendant à travers ledit corps entre lesdites extrémités et étant espacé radialement vers l'extérieur dudit alésage central (15), ledit alésage d'espace annulaire (22) étant interrompu par une chambre (28) dans laquelle est disposé un élément de vanne (29) ayant des surfaces parallèles espacées (30, 31), une ouverture (33) s'étendant entre lesdites surfaces (30, 31) et ledit élément de vanne (29) qui est mobile entre une position dans laquelle ladite ouverture (33) est en alignement avec ledit alésage d'espace annulaire (22) afin de permettre l'écoulement à travers ledit alésage d'espace annulaire (22) et une position dans laquelle ladite ouverture (33) est hors d'alignement avec ledit passage de sorte que lesdites surfaces parallèles (30, 31) ferment ledit alésage d'espace annulaire (22). 2. Elément de suspension de tube selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élément de vanne (29) peut tourner autour d'un axe coaxial à l'axe de l'alésage central (15) entre ladite position d'alignement et ladite position fermée. 3. Elément de suspension de tube selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite chambre (28) possède des surfaces espacées parallèles qui coupent ledit alésage d'espace annulaire (22) dans des 1l points espacés afin d'interrompre ledit espace annulaire entre lesdits points, lesdites surfaces d'élément de vanne étant chacune adjacentes à une surface de chambre respective, ledit élément de vanne (29), lorsqu'il est dans la position fermé, fermant des extrémités respectives dudit alésage d'espace annulaire (22). 4. Elément de suspension de tube selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite chambre (28) et ledit élément de vanne (29) sont annulaires avec des diamètres internes respectifs supérieurs au diamètre de l'alésage central (15). 5. Elément de suspension de tube selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite chambre (28) et ledit élément de vanne (29) possèdent des axes respectifs coaxiaux à l'axe de l'alésage central (15), ladite chambre (28) et lesdites surfaces d'élément de vanne (29) s'étendant dans des plans parallèles perpendiculaires audit axe. 6. Elément de suspension de tube selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs autres alésages d'espace annulaire espacés de manière angulaire autour dudit alésage central (15), ledit élément de vanne (29) ayant un nombre correspondant d'ouvertures et fonctionnant de façon à ouvrir et fermer lesdits alésages d'espace annulaire. 7. Elément de suspension de tube selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'entralnement pouvant fonctionner de façon à déplacer ledit élément de vanne (29) entre ladite position d'alignement et ladite position fermée. 8. Elément de suspension de tube selon la revendication 7, lorsqu'elle est rattachée à la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens d'entraînement sont actionnés par un fluide sous pression et font tourner ledit élément de vanne (29) entre lesdites positions. 9. Elément de suspension de tube selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdits moyens d'entraînement comprennent un piston (44) pouvant coulisser dans une deuxième chambre (43) formée dans le corps et ayant deux extrémités, un fluide sous pression pouvant être amené vers ladite deuxième chambre (43) au niveau de chacune desdites extrémités afin de déplacer le piston (44) dans chaque direction par rapport à la deuxième chambre (43), ledit piston (44) étant relié à l'élément de vanne (29) de telle sorte que lesdits mouvements entraînent une rotation dudit élément de vanne (29) entre ladite position d'alignement et ladite position fermée. 10. Elément de suspension de tube selon la revendication 9 et la revendication 5, caractérisé en ce qu'un manchon annulaire (32) dépasse dudit élément de vanne annulaire (29) et possède une extrémité éloignée dudit élément de vanne (29) qui est reliée audit piston (44), ledit piston (44) et ladite deuxième chambre (43) étant annulaires avec des axes respectifs coaxiaux à l'axe de l'alésage de production (15), le piston (44) pouvant coulisser axialement dans ledit cylindre sous l'action dudit fluide sous pression. 11. Elément de suspension de tube selon la revendication 10, dans lequel ledit piston (44) est relié audit manchon (32) par des cannelures hélicoïdales (48) qui coopèrent et prévues sur ledit piston (44) et sur ledit manchon (32) respectivement. 12. Elément de suspension de tube selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que des moyens d'étanchéité sont prévus entre ledit élément de vanne (29) et ledit alésage d'espace annulaire (22) de telle sorte que, quand ledit élément de vanne (29) est dans ladite position d'alignement, lesdits moyens d'étanchéité assurent l'étanchéité autour des extrémités de l'ouverture (33) afin de procurer un passage d'écoulement continu à travers l'alésage d'espace annulaire (22) et l'ouverture (33).