Brevet FR2769041A1 — publié le 19990402

BARRE DE CHARGE POUR APPAREIL DESTINE A ETRE UTILISE DANS UN PUITS D'HYDROCARBURE La présente invention concerne une barre de charge pour appareil destiné à être utilisé dans un puits d'hydrocarbure. Il arrive fréquemment dans le domaine de la recherche et de l'exploitation pétrolière, que l'on soit amené à descendre divers appareils dans des puits d'hydrocarbure. Ces appareils sont suspendus à un câble manoeuvré en surface par l'intermédiaire d'un treuil. C'est ainsi le cas, par exemple, lors du forage et de la mise en exploitation d'un puits. On peut alors utiliser un appareil de perforation. Il est aussi connu d'assurer des fonctions de surveillance ou de diagnostic dans les puits d'hydrocarbure en exploitation en descendant dans ces puits un appareil de mesure. Un tel appareil est par exemple décrit dans la demande de brevet français n0 97 03422. Il est également connu d'utiliser des barres de charge dont le poids vient s'ajouter à celui de l'appareil pour faciliter la descente de celui-ci dans le puits. Ces barres de charge sont en effet souvent nécessaires pour équilibrer la force due à la pression régnant dans le puits, s'exerçant sur la section transversale du câble. Les barres de charge permettent également de remédier au frottement sur la surface interne du puits des dispositifs de centrage de l'appareil. Celui- ci peut en effet avoir une section transversale inférieure à la section transversale du puits et l'on peut utiliser des dispositifs de centrage pour maintenir l'appareil dans l'axe du puits. Ceci est en particulier le cas dans les puits inclinés. Enfin, les barres de charge servent également à exercer une tension suffisante sur le câble de manoeuvre de l'appareil. Les barres de charge connues se présentent sous la forme d'un tube muni d'un filetage à chacune de ses extrémités. Une barre de charge ou un ensemble de barres de charges assemblées est ainsi vissé à son extrémité supérieure à une tête de câble et, à son extrémité inférieure, à l'appareil. Les opérations de vissage et de dévissage des barres de charge constituent un premier inconvénient des dispositifs connus. 19 2769041 Par ailleurs, le câble de manoeuvre de l'appareil est aussi utilisé pour assurer la liaison électrique, par exemple la transmission des données, entre l'appareil et la surface. Une liaison électrique doit donc être établie dans les barres de charge qui sont disposées entre l'appareil et la tête de câble. Les barres de charge doivent donc être étanches et résister à la pression régnant dans le puits. Il résulte de ce qui précède la présence de contacts électriques pour assurer la liaison entre les barres de charge d'une part, et l'appareil et le câble d'autre part, et de joints pour assurer l'étanchéité des barres de charge. o0 Il en résulte donc des problèmes de fiabilité dus à des pertes d'isolation ou à une continuité électrique défaillante. Enfin, dans les puits inclinés, un adaptateur spécial doit être ajouté pour fournir une liaison à rotule entre les barres de charge et l'appareil. Une telle disposition est en effet nécessaire pour éviter de recourir au centrage is des barres de charge qui nécessiterait des dispositifs de centrage très résistants mécaniquement. La présente invention vise à pallier ces inconvénients. Plus particulièrement, I'invention vise à fournir des barres de charge autorisant une liaison directe entre un appareil, par exemple de perforation ou de mesure, et son câble de manoeuvre. L'invention vise également à fournir des barres de charge plus simples et plus faciles à monter que celles de l'art antérieur. A cet effet, I'invention a pour objet une barre de charge pour appareil destiné à être utilisé dans un puits d'hydrocarbure, réalisée sous la forme d'une barre munie d'une rainure longitudinale et comprenant à une de ses extrémités des premiers moyens de liaison a un organe formant une tête de câble. Ainsi, grâce à leur rainure longitudinale, les barres de charge sont montées sur le câble au-dessus de l'organe formant tête de câble. Ce dernier organe peut être relié à l'appareil par tout moyen convenable, notamment par vissage, en utilisant les filetages dont sont munis les appareils existants. Un premier avantage de l'invention résulte donc du fait qu'elle élimine tous les problèmes d'étanchéité et de contact électrique des barres de charges connues. 3 2769041 Dans un mode de réalisation particulier, la barre de charge selon l'invention comporte à son autre extrémité des deuxièmes moyens de liaison à un organe formant une tête de repêchage. Les têtes de repêchage sont connues. Il s'agit, dans l'art antérieur, d'organes munis de moyens permettant d'extraire l'appareil sans utiliser le câble de manoeuvre. Ces têtes de repêchage sont disposées à la partie supérieure de l'ensemble constitué par l'appareil et par ses barres de charge, au niveau de la liaison de cet ensemble au câble. Ainsi, on peut également prévoir d'utiliser une tête de repêchage avec les barres de charge selon l'invention. Toutefois, la tête de repêchage se trouve maintenant au-dessus de l'extrémité inférieure du câble, à la partie supérieure des barres de charge. Avantageusement, les premiers et/ou les deuxièmes moyens de liaison précités sont des moyens d'encliquetage agencés pour coopérer avec des moyens d'encliquetage correspondant desdits organes. On obtient ainsi un montage beaucoup plus simple et beaucoup plus rapide qu'avec les filetages des barres de charge de l'art antérieur. Plus particulièrement, les moyens d'encliquetage peuvent comprendre une tête d'encliquetage aplatie agencée pour s'engager derrière au moins un épaulement dudit organe et pour être bloquée par ledit épaulement après une rotation de l'ordre d'un quart de tour, et des moyens de verrouillage pour bloquer ladite rotation. Bien entendu, I'agencement inverse peut être adopté, les moyens d'encliquetage comprenant alors au moins un épaulement agencé pour recevoir et bloquer une tête d'encliquetage dudit organe. On pourra, en pratique, adopter une solution mixte dans laquelle la barre de charge est munie d'une tête d'encliquetage à une de ses extrémités et d'un épaulement d'encliquetage à son autre extrémité. Toutes les barres seront alors identiques et pourront s'engager les unes à la suite des autres. Egalement dans un mode de réalisation particulier, lesdits moyens de liaison sont des moyens de liaison à rotule. Il n'est ainsi plus nécessaire de prévoir, comme dans l'art antérieur, d'adaptateur à rotule puisque les axes de deux barres de charge successives peuvent être légèrement décalés dans les puits déviés. 4 2769041 Plus particulièrement, les moyens de liaison peuvent comporter une surface sensiblement sphérique agencée pour coopérer avec une surface complémentaire dudit organe. Dans le cadre de l'utilisation de moyens de liaison encliquetables, les moyens d'encliquetage peuvent alors posséder un jeu permettant le fonctionnement de la liaison à rotule. L'invention a également pour objet une tête de câble pour appareil destiné à être utilisé dans un puits d'hydrocarbure, comprenant des moyens de fixation à une barre de charge, lesdits moyens se trouvant en partie haute io de la tête lorsque celle-ci est en position d'utilisation et étant agencés pour être traversés par le câble. On a vu en effet qu'avec l'invention, la tête de câble est disposée entre les barres de charge et l'appareil. Ses moyens de fixation à la barre de charge se trouvent donc en position supérieure et sont traversés par le câble dont l'extrémité est fixée au corps de la tête de câble. L'invention a également pour objet un procédé de montage d'une barre de charge pour appareil destiné à être utilisé dans un puits d'hydrocarbure, dans lequel on engage la barre latéralement sur le câble de manoeuvre de l'appareil, au-dessus de la tête de câble. On décrira maintenant, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation particulier de l'invention, en référence aux dessins schématiques annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective d'un ensemble constitué d'une tête de repêchage, d'une barre de charge, et d'une tête de câble; - la figure 2 est une vue en coupe selon la ligne 11-11 de la figure 3 de cet ensemble après assemblage; - la figure 3 est une vue en coupe selon la ligne 111- 111 de la figure 2; - la figure 4 est une vue en coupe selon la ligne IV- IV de la figure 2; - la figure 5 est une vue de dessus à plus grande échelle de la tête de repêchage de la figure 1; - la figure 6 est une vue en coupe selon la ligne Vl-VI de la figure 5; - la figure 7 est une vue de droite de la tête de repêchage de la figure 5; - la figure 8 en est une vue en perspective; - la figure 9 est une vue de dessus de la barre de charge de la figure 1; s 2769041 - la figure 10 est une vue en coupe selon la ligne X-X de la figure 9; - la figure 11 est une vue de droite de la barre de charge de la figure 9; - la figure 12 est une vue de gauche de cette barre de charge; la figure 13 est une vue en perspective de l'embout supérieur de la barre de charge de la figure 9; - la figure 14 est une vue en perspective de son embout inférieur; - la figure 15 est une vue en coupe axiale de la tête de câble de la figure 1; - la figure 16 est une vue en perspective de l'embout supérieur de l0 cette tête de câble; et - la figure 17 est une vue de gauche de la tête de câble de la figure 15. On voit à la figure 1 une tête de repêchage 1, une barre de charge 2 et une tête de câble 3. La barre de charge 2 comporte elle-même un embout supérieur 4, un corps 5 et un embout inférieur 6. De même, la tête de câble 3 1s comporte elle-même un embout supérieur 7 et un corps 8. En fonctionnement normal, la tête de repêchage 1, une ou plusieurs barres de charge 2 (ou aucune) et la tête de câble 3 sont assemblées comme représenté aux figures 2 à 4 et disposées sensiblement verticalement avec la tête de repêchage 1 vers le haut. On désignera désormais par "haut" la gauche des figures et par "bas" leur droite. Un appareil destiné a être utilisé dans un puits d'hydrocarbure, qui peut notamment être un appareil de perforation ou un appareil de mesure, est vissé au bas de cet ensemble dans le filetage 9 formé à l'intérieur du corps 8 de la tête de câble 3. Un câble de manoeuvre, non représenté, est fixé de façon connue à la tête de câble 3. Ce câble traverse la ou les barres de charge 2 puis la tête de repêchage 1 et il est, à son autre extrémité, monté sur un treuil à l'extérieur du puits dans lequel opère l'appareil. La tête de repêchage 1 est représentée en détail aux figures 5 à 7. La figure 8 illustre uniquement le corps 10 de cette tête de repêchage. Le corps 10 est sensiblement cylindrique de révolution avec un perçage axial 1 1 pour le passage du câble de manoeuvre de l'appareil. La partie supérieure 12 du corps 10 est conique avec un épaulement 13 orienté vers le bas. L'épaulement 13 permet de saisir l'ensemble constitué 6 2769041 par l'appareil, la tête de câble et les barres de charge pour l'extraire du puits en cas de nécessité. La partie inférieure 14 du corps 10 comporte une cavité 15 ouverte vers le bas pour recevoir la tête qui sera décrite ci-après d'une barre de charge ou de la tête de câble. La paroi de fond supérieure de la cavité 15 est sphérique pour former la partie femelle d'une liaison a rotule. Lors de la fabrication du corps 10 de la tête de repêchage 1, la paroi de la cavité 15 est percée de deux orifices 16 dans lesquels sont ultérieurement soudées des pièces de fermeture 17 qui font saillie a l'intérieur de la cavité 15 pour former des épaulements 18 orientés vers le haut. On verra ci-après que les épaulements 18 sont utilisés comme surface d'accrochage pour les têtes précitées des barres de charge ou de la tête de câble. Le corps 10 est percé d'un trou 19 d'axe sensiblement parallèle à celui du corps. Le trou 19 est ouvert à sa partie inférieure et débouche dans la cavité 15. Un doigt de verrouillage 20 est disposé dans le trou 19 pour pouvoir faire saillie à l'intérieur de la cavité 15 vers laquelle il est poussé par un ressort 21 en appui d'un côté sur le doigt 20 et de l'autre au fond du trou 19. Enfin, un ergot 22 solidaire du doigt 20 et sensiblement perpendiculaire à lI'axe de ce dernier dépasse à l'extérieur du corps 10 par une rainure longitudinale 23. On verra ci-après comment le doigt 20 permet de verrouiller la tête d'une barre de charge ou de la tête de câble dans la cavité 15. Une barre de charge telle que représentée aux figures 9 à 12 est constituée de trois tronçons soudés. Le tronçon central 24 forme la charge proprement dite et est constitué d'une barre 25 munie d'une rainure longitudinale 26. L'embout supérieur 27 de la barre de charge est un organe sensiblement de révolution comportant une rainure longitudinale 28 dans le prolongement de la rainure 26. A son extrémité, l'embout 27 forme une tête 29 munie de deux saillies latérales 30 formant des épaulements 31 orientés vers le bas. La tête 29 comporte par ailleurs une encoche 32 dont on verra ci- après qu'elle permet de recevoir l'extrémité d'un doigt de verrouillage 20. Enfin, la tête 29 a sa surface 33 dirigée vers le haut qui est sensiblement sphérique. 7 2769041 Le troisième élément d'une barre de charge est un embout inférieur 34. L'embout inférieur 34 est similaire au corps 14 de la tête de repêchage 1 et ne sera donc pas décrit. Toutefois, les mêmes références ont été indiquées pour les organes homologues sur les figures représentant la barre de charge et sur les figures représentant la tête de repêchage. La tête de câble 3 est, comme cela a déjà été mentionné, compose d'un embout 7 et d'un corps 8, ce dernier comportant le filetage 9 de liaison à l'appareil. Ces deux éléments sont soudés et comportent les moyens connus de réception et de fixation de l'extrémité du câble de manoeuvre. L'embout 7 est similaire à l'embout 27 de la barre de charge et les mêmes chiffres de référence pour les éléments homologues ont été portés sur les figures représentant la barre de charge et sur celles représentant l'embout de tête de câble. Toutefois, on observera qu'ici, I'embout supérieur 7 est non pas fendu comme l'embout 27 mais percé d'un trou axial 35 débouchant dans le corps tubulaire 8 de la tête de câble. On décrira maintenant le fonctionnement de l'invention. La tête de repêchage 1 est en premier lieu engagée sur le câble de manoeuvre et de liaison électrique, dont l'extrémité est ensuite fixée de façcon connue à la tête de câble 3. Eventuellement, la tête de repêchage est directement fixée à la tête de câble, comme cela sera décrit ci-après. On peut également mettre en place une ou plusieurs barres de charge. Cette mise en place s'effectue en remontant la tête de repêchage de manière à dégager une longueur convenable de câble puis en plaçant cette longueur de câble dans la rainure 26 de la barre de charge. On fixe ensuite la partie inférieure de cette barre à la tête de câble et enfin on fixe la tête de repêchage à la partie supérieure de la barre de charge. Ces deux opérations de fixation s'effectuant de la même manière, on décrira uniquement la fixation de la barre de charge à la tête de câble. A cet effet, la tête 29 de l'embout 3 est engagée entre les pièces 17 de la barre de charge jusqu'à ce que les épaulements 31 dépassent le niveau des épaulements 18. Au cours de cette opération, le doigt 20 est repousse dans le trou 19 de la barre de charge contre l'action du ressort 21. On fait alors effectuer une rotation d'un quart de tour à la barre de charge jusqu'à ce que le doigt 20 arrive au niveau de l'encoche 32 et s'y x8 2769041 engage, repoussé par le ressort 21. La barre de charge est ainsi verrouillée et maintenue en rotation par le doigt 20 engagé dans l'encoche 32, et en translation par l'appui des épaulements 31 sur les épaulements 18. On observera toutefois que cet appui n'est effectif qu'en cas d'une traction exercée sur la barre de charge. On prévoit en effet un jeu suffisant entre la barre de charge et l'embout de tête de câble pour permettre un léger débattement axial entre ces deux éléments par coopération des surfaces sphériques 33 de la tête de câble et 36 du fond de la cavité 15. Enfin, la tête de repêchage est fixée à la barre de charge de la même manière. Pour démonter la barre de charge, on repousse l'ergot 22 contre l'action du ressort 21 de manière à faire ressortir le doigt 20 de l'encoche 32. La rotation de la barre de charge est alors libérée de manière à permettre une rotation d'un quart de tour qui amène les épaulements 18 et 31 à être décalés et ainsi à permettre l'extraction de la barre de charge. 9 2769041 REVENDICATIONS 1 - Barre de charge pour appareil destiné à être utilisé dans un puits d'hydrocarbure caractérisée par le fait qu'elle est réalisée sous la forme d'une barre (25) munie d'une rainure longitudinale (26) et qu'elle comprend à une de ses extrémités des premiers moyens de liaison (34) à un organe (3) formant une tête de câble. 2 - Barre de charge selon la revendication 1, comportant à son autre extrémité des deuxièmes moyens de liaison (14) à un organe (1) formant une tête de repêchage. 3 - Barre de charge selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans laquelle au moins les premiers ou les deuxièmes moyens de liaison sont des moyens d'encliquetage agencés pour coopérer avec des moyens l s d'encliquetage complémentaires (7; 14) dudit organe. 4 - Barre de charge selon la revendication 3, dans laquelle lesdits moyens d'encliquetage comprennent une tête d'encliquetage aplatie (29) agencée pour s'engager derrière au moins un épaulement (18) dudit organe et pour être bloquée par ledit épaulement après une rotation de l'ordre d'un quart de tour, et des moyens de verrouillage (20,21) pour bloquer ladite rotation. - Barre de charge selon la revendication 3, dans laquelle lesdits moyens d'encliquetage comprennent au moins un épaulement (18) agencé pour recevoir et bloquer une tête d'encliquetage (29) dudit organe. 6 - Barre de charge selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 dans laquelle lesdits moyens de liaison sont des moyens de liaison à rotule. 7 - Barre de charge selon la revendication 6 dans laquelle lesdits moyens de liaison comportent une surface sensiblement sphérique (33) agencée pour coopérer avec une surface complémentaire (36) dudit organe. 8 - Barre de charge selon l'ensemble de la revendication 3 et d'au moins une quelconque des revendications 6 et 7 dans laquelle lesdits moyens d'encliquetage possèdent un jeu permettant le fonctionnement de la liaison à rotule. 9 - Tête de câble pour appareil destiné à être utilisé dans un puits d'hydrocarbures comprenant des moyens (7) de fixation à une barre de 2769041 charge, caractérisée par le fait que lesdits moyens de fixation se trouvent en partie haute de la tête lorsque celle-ci est en position d'utilisation et sont agencés pour être traversés par le câble. - Procédé de montage d'une barre de charge pour appareil destiné à être utilisé dans un puits d'hydrocarbure, caractérisé par le fait que l'on engage la barre (25) latéralement sur le câble de manoeuvre de l'appareil, au- dessus de la tête de câble(3).