Brevet FR2790409A1 — publié le 20000908

RACLEUR DE TUBAGE L'invention concerne un racleur de tubage servant à nettoyer les surfaces de paroi intérieure d'un élément tubulaire tel qu'un tubage ou une colonne de tubage dans un puits de pétrole ou un puits de gaz. L'invention n'est cependant pas limitée à cette application particulière. Pendant le forage d'un puits de pétrole, un tubage est placé dans le sol et différents processus de forage et de cémentation sont exécutés avant que le puits soit prêt pour la production. Avant la production, le tubage du puits doit être nettoyé afin d'éliminer des débris qui peuvent adhérer aux parois du tubage et qui résultent de certaines des opérations antérieures de préparation du puits. Il est connu de faire circuler un racleur de tubage le long du puits. Un tel racleur comporte des brosses ou des outils de raclage sollicités par des ressorts et qui nettoient la surface intérieure du tubage lorsque le racleur est soulevé et abaissé et tourne à l'intérieur du tubage. Des exemples de tels racleurs de tubage sont décrits par exemple dans le brevet US 4 479 538 et dans le brevet US 5 570 742. Conformément à la présente invention il est prévu un racleur de tubage servant à nettoyer la surface inté- rieure d'un tube ayant un diamètre intérieur prédéterminé, le racleur possédant un axe de rotation, une pluralité de surfaces de raclage distantes axialement et reliées rigide- ment et dont chacune possède une étendue angulaire infé- rieure à 180 et est décalée angulairement par rapport aux autres surfaces, et des parties formant tiges reliant rigi- dement les surfaces de raclage entre elles, caractérisé en ce qu'avant l'insertion du racleur dans le tube, des pre- mières distances entre l'axe de rotation et chaque surface de raclage sont supérieures au rayon de la circonférence intérieure du tube devant être raclé, des secondes distances entre l'axe de rotation et une surface diamétralement opposée à chaque surface de raclage sont inférieures au rayon du tube et la somme de la première distance et de la seconde distance pour chaque surface de raclage est inférieure au diamètre intérieur du tube de sorte que les parties formant tiges doivent fléchir pour permettre de loger le racleur dans la circonférence correspondant au diamètre intérieur du tube. La disposition excentrique des surfaces de raclage et l'espacement axial entre les surfaces ont pour effet d'amener les parties du racleur reliant les surfaces de raclage à fléchir lorsque le racleur est en place dans le tube. Le fléchissement ou la flexion des parties intermédiaires entre les surfaces de raclage produit une contrainte (énergie stockée) qui repousse les surfaces de raclage en contact avec la surface intérieure du tube. En raison de l'état centré du racleur, qui est garanti par son contact avec la paroi du tube au moins en trois positions espacées angulairement, toutes les surfaces de raclage sont repoussées efficacement contre la surface intérieure du tube, sans qu'il soit nécessaire d'utiliser de quelconques parties se déplaçant de façon relative. Les surfaces de raclage peuvent être séparées axialement par des tiges de liaison qui sont solidaires des surfaces de raclage, ou bien par des tiges de liaison (modifiées) d'un train de tiges, qui peuvent être réunies par vissage avant l'utilisation du racleur. Les surfaces de raclage peuvent comporter des rainures superficielles se présentant sous la forme d'un filet de vis hélicoïdal partiel, qui vient en contact avec la paroi du tube pour exécuter une action de raclage. Cependant d'autres configurations de surface ou d'autres outils de raclage comme par exemple des brosses montées sur le racleur, peuvent constituer les surfaces de raclage. Les surfaces de raclage, considérées conjointe- ment, s'étendent de préférence angulairement sur 360 . Ceci garantit que toutes les parties de la paroi du tube sont balayées, même si le racleur se déplace seulement axiale- ment et non en rotation, lorsqu'il se déplace dans le tube. Pour obtenir la force désirée ou la charge de paroi latérale pour l'application des surfaces de raclage contre la paroi du tube, la première distance peut être comprise entre 1,005 et 1,010 fois la seconde distance. Cette différence relativement faible entre le diamètre du racleur et le diamètre intérieur du tube est suffisante pour appliquer la force nécessaire pour l'obtention d'un bon raclage, tout en permettant au racleur de pénétrer dans le tube sans difficultés inutiles et sans faire apparaitre des charges intenses de frottement entre le racleur et les parois du tube, ce qui pourrait ralentir le raclage et aug- menter l'énergie requise pour le déplacement du racleur dans le tube. L'étendue angulaire de chaque surface de raclage peut correspondre à un arc compris entre 75 et 1250, et un arc particulièrement préféré est de 120 . Trois surfaces de raclage peuvent couvrir la totalité des 3600 de la circon- férence. Les surfaces de raclage peuvent être raccordées par des tiges de liaison, ou un train de tiges, formées sur la longueur requise et qui sont réunies par vissage à un corps de raclage monté sur chaque jonction vissée. Les corps du racleur peuvent être des corps cylindriques excentrés comportant des cannelures internes, et les tiges de liaison peuvent comporter des cannelures externes, sur lesquelles les corps sont montés en étant bloqués contre toute rotation. En assemblant le racleur de cette manière, il est possible de former un racleur pour différentes applications, à partir d'éléments constitutifs. Par exemple, les corps du racleur peuvent être remplacés par des corps de différents diamètres pour réaliser l'assemblage d'un racleur servant à racler un tube ayant un diamètre différent. On peut utiliser un nombre plus ou moins important de corps du racleur en fonction du diamètre du tube, de l'étendue du nettoyage probablement nécessaire et d'autres facteurs. Chaque jonction vissée peut comporter une surface de montage pour un corps du racleur, une partie de surface de montage possédant une cannelure externe sur sa circonfé- rence et une partie lisse sur toute sa circonférence. Chaque corps du racleur possède un trou central, dont une extrémité possède des cannelures internes et dont l'autre extrémité est lisse. Ceci permet de modifier l'orientation angulaire du corps du racleur après que les filetages des tiges de liaison sont venus réciproquement en prise, mais avant qu'ils soient complètement serrés entre eux. Le corps du racleur peut être monté sur la jonction avec n'importe quelle orientation angulaire et retenu dans cette orientation par engrènement entre les cannelures. La partie cannelée de la surface de montage au niveau de la jonction entre deux tiges de liaison peut être formée sur l'une des tiges et la partie lisse est formée sur l'autre tige. Selon un second aspect de l'invention, il est prévu un procédé de nettoyage de la surface intérieure d'un tube ayant un diamètre intérieur prédéterminé moyennant l'utilisation d'un racleur de tubage qui possède un axe de rotation, une pluralité de surfaces de raclage distantes axialement et reliées rigidement et dont chacune possède une étendue angulaire inférieure à 1800 et est décalée angulairement par rapport aux autres surfaces, et des par- ties formant tiges reliant rigidement les surfaces de raclage entre elles, et selon lequel, avant l'insertion du racleur dans le tube, des premières distances entre l'axe de rotation et chaque surface de raclage sont supérieures au rayon de la circonférence intérieure du tube devant être raclé, des secondes distances entre l'axe de rotation et une surface diamétralement opposée à chaque surface de raclage sont inférieures au rayon du tube et la somme de la première distance et de la seconde distance pour chaque surface de raclage est inférieure au diamètre intérieur du tube, caractérisé en ce que le procédé inclut l'étape consistant à faire fléchir les parties en forme de tiges lors de l'insertion du racleur dans le tube de telle sorte que, lorsque le racleur est inséré, l'énergie stockée dans les parties en forme de tiges fléchies repousse les surfaces de raclage contre la paroi intérieure du tube. D'autres caractéristiques et avantages de la pré- sente invention ressortiront de la description donnée ci- après prise en référence aux dessins annexés, sur les- quels: - la figure 1 est une vue en élévation latérale d'une première forme de réalisation d'un racleur de tubage selon l'invention; - la figure 2 est une vue schématique d'un racleur selon la figure 1 en position dans un tube de taille appropriée, la déformation du racleur étant repré- sentée d'une manière exagérée, pour l'explication; - la figure 3 représente une coupe transversale longitudinale du racleur des figures 1 et 2; - les figures 4, 5 et 6 représentent respective- ment des coupes transversales du racleur de la figure 1, prises respectivement suivant les lignes IV-IV, V-V et VI- VI; - la figure 7 est une vue en perspective d'une autre forme du racleur de tubage selon l'invention; - la figure 8 représente le racleur de la figure 7 à l'état démonté; - la figure 9 représente une vue en perspective d'un élément du racleur destiné à être utilisé dans la forme de réalisation des figures 7 et 8; - la figure 10 est une vue en élévation latérale de l'élément de racleur de la figure 9; - la figure 11 est une vue de bout de l'élément de racleur des figures 9 et 10; - la figure 12 est une coupe transversale longi- tudinale de l'élément de racleur des figures 9-11; - la figure 13 représente une première tige de liaison destinée à être utilisée dans le racleur des figures 7 et 8; - la figure 14 est une vue correspondant à la figure 14 et montrant une seconde forme d'une tige de liai- son; - la figure 15 est une vue correspondant à la figure 14 et montrant une troisième forme d'une tige de liaison; - la figure 16 est une coupe transversale d'un détail d'une partie d'extrémité, qui est commune aux seconde et troisième tiges de liaison des figures 14 et 15; et - la figure 17 est une vue en perspective d'un autre élément de racleur. La figure 1 représente un racleur de tubage mono- bloc désigné par le chiffre de référence 10. Le racleur possède un axe 18 et trois lobes 12, 14, 16 qui sont espa- cés sur la longueur de l'axe du racleur au moyen de parties en forme de tiges de liaison 20, 22. Chacun des lobes possède une surface de raclage 13 comme cela va être décrit. Le racleur possède, sur ses extrémités opposées 6, 7, un filetage (par exemple un filetage de forme rétrécie standard fréquemment utilisé dans des applications à des trains de tiges) ou d'autres raccords, à l'aide desquels il peut être raccordé à un train de tiges de sorte qu'il peut tourner autour de son axe et être tiré et repoussé axialement le long d'un tube qui doit être nettoyé. Les parties en forme de tiges 20 et 22 possèdent une surface en coupe transversale inférieure à celle des lobes 12, 14, 16. L'axe 18 du racleur est défini par les centres géométriques des parties en forme de tiges 20, 22. Le racleur possède également un perçage axial traversant 24 comme on peut le voir sur la figure 3. Les lobes 12, 14, 16 possèdent chacun une section transversale excentrée possédant une surface de raclage 13, 15, 16 sur une partie de leur circonférence, et des sur- faces 19, qui ne servent pas au raclage. Les surfaces de raclage sont positionnées en étant plus éloignées de l'axe 18 que la partie restante de la circonférence, qui forme les surfaces n'exécutant pas le raclage. Ceci est visible par exemple sur la figure 4, sur laquelle la distance radiale entre l'axe 18 et la surface de raclage 13 est net- tement supérieure à la distance radiale entre l'axe et la surface 19 qui n'exécute pas le raclage. Les surfaces de raclage comportent des gorges découpées 21 de forme hélicoïdale (voir notamment la figure ) et, lorsque la surface de raclage est repoussée contre la circonférence intérieure d'un tube et est entraînée en rotation, les flancs pentus de ce filetage éliminent par raclage toute matière étrangère qui adhère à la surface intérieure du tube. Cette matière étrangère est ensuite éliminée sur l'étendue en longueur du filetage. L'invention n'est pas limitée à ce type de sur- face de raclage. D'autres configurations peuvent être pré- vues pour former la surface de raclage, et/ou on peut uti- liser des balais ou d'autres caractéristiques ajoutées pour établir un contact avec la surface devant être nettoyée. Le terme "raclage" ne doit pas être considéré comme limitant d'une quelconque manière l'action du racleur au nettoyage du perçage intérieur du tube. Les dimensions des lobes 12, 14, 16, sur lesquels sont situées les surfaces de raclage 13, sont associées au diamètre du tube qui doit être raclé de telle sorte que le racleur doit être déformé de manière à être logé à l'intérieur du tube. On va expliquer ceci en référence à la figure 2, qui représente une déformation exagérée, pour permettre l'explication. Sur la figure 2 le tube, qui est soumis au raclage, est représenté en 26. L'axe central du tube 26 est représenté en 28. On voit que les parties en forme de tiges 20 et 22, qui relient les lobes 12, 14, 16, doivent être déformées afin de permettre à tous les lobes de pénétrer dans le tube simultanément, et l'élasticité des parties en forme de tiges, qui s'opposent à cette déforma- tionr a pour effet de repousser les surfaces de raclage 12, 14, 16 de chaque lobe contre des parties, qui sont espacées angulairement et axialement, de la surface intérieure du tube 26. Les surfaces 19, qui ne sont pas utilisées pour le raclage, des lobes ne sont pas en contact avec des parois intérieures du tube. Le fléchissement réel des parties en forme de tiges 20, 22 n'est pas conséquent. L'amplitude du fléchissement dépend naturellement de la différence entre le rayon intérieur du tube nettoyé et la distance entre chaque surface de raclage 13 et l'axe 18. Cette dernière distance est supérieure à la première et c'est la différence qui conduit à un fléchissement et au stockage d'une énergie dans les parties en forme de tiges 20, 22. Dans un exemple, dans le cas d'un diamètre inté- rieur du tube 26 de 21,43 cm, la distance radiale entre l'axe et la surface 13 est égale à 10,77 cm et la distance entre les lobes est égale à 132 cm. Ceci fournit une charge latérale d'environ 340 kg au niveau de chaque surface de raclage. Ainsi, d'une manière plus générale, la distance radiale entre l'axe 18 et la surface de raclage 13 est com- prise entre 1,002 et 1,010 fois le diamètre intérieur du tube devant être nettoyé, et la charge latérale appliquée à la paroi intérieure du tube, qui résulte des différentes distances, doit être comprise entre 227 kg et 454 kg pour garantir un nettoyage efficace. La longueur et les dimensions en coupe transver- sale des parties en forme de tiges sont également impor- tantes pour la différence de choix entre le rayon à l'inté- rieur du tube nettoyé et la distance entre l'axe 18 et chaque surface de raclage 13. Si les parties en forme de tiges sont relativement longues ou relativement flexibles, il est approprié de prévoir une différence plus importante qu'avec des parties en forme de tiges relativement rigides ou courtes. La figure 7 représente une forme modulaire du racleur de tubage. La forme de réalisation représentée sur la figure 7 comporte quatre sections de raclage 112 raccor- dées par des sections en forme de tiges 120 (qui peuvent être des tiges de forage modifiées de manière à comporter une section cannelée). Les sections 120 sont raccordées entre elles par des joints vissés, et les sections de raclage 112 sont formées par des corps séparés 64 du racleur, qui sont retenues captifs sur le racleur entre deux sections en forme de tiges 120. Il existe trois sections en forme de tiges diffé- rentes 120, 120a et 120b. Chaque ensemble formant racleur possède une section 120a à une extrémité, une section 120 entre les corps de chaque couple de corps 124 du racleur, et une section 120b à l'autre extrémité. La figure 8 représente l'ensemble de la figure 7 selon une vue éclatée. Les composants individuels sont représentés d'une manière plus détaillée sur les figures 9 à 14. La figure 9 représente un corps de racleur 124 comportant un perçage longitudinal 126 et une surface de raclage 113. La surface de raclage possède des gorges découpées de forme hélicoïdale 115 (voir notamment la figure 10), et lorsque la surface de raclage est repoussée contre la surface intérieure d'un tube et est entraînée en rotation, les flancs pentus de ce filetage peuvent éliminer toute matière étrangère qui adhère à la surface intérieure du tube, et cette matière étrangère peut être évacuée par balayage sur la longueur du filetage. Le perçage intérieur 126 est partiellement can- nelé (en 128) et partiellement lisse (en 130). Ceci est visible notamment sur la figure 12. La figure 17 représente un autre corps de racleur 224 comportant une surface de raclage 223 qui possède des dents 215 qui s'étendent essentiellement axialement. Cette surface de raclage est particulièrement appropriée pour être utilisée lorsque le tube est raclé et un trou dévié qui n'est pas vertical. Dans ce cas, il est nécessaire de soulever les débris dégagés du côté inférieur du tube de manière qu'il puisse être refoulé vers le haut et évacué par balayage dans l'écoulement du fluide de balayage circu- lant dans le tube. Les figures 13, 14 et 15 représentent des tiges de liaison 120, 120a et 120b. La tige 120b possède un file- tage extérieur de forme rétrécie 132, une partie de canne- lure parallèle en 134 et un second filetage externe de forme rétrécie 136. La tige 120 possède une partie d'extrémité de diamètre réduit 138 possédant un taraudage interne de forme rétrécie 140 (voir figure 16), une région cannelée paral- lèle 142 et un filetage externe de forme rétrécie 144. La tige 120a possède une partie d'extrémité de diamètre réduit 146 possédant un taraudage de forme rétré- cie 148 (voir figure 16) et un taraudage de forme rétrécie situé dans l'extrémité 150. Pour assembler le racleur, on monte un corps de racleur 124 sur la partie d'extrémité cannelée 134 de la tige 120b et on monte également des corps de racleur sur les extrémités cannelées 142 de chaque tige 120. On place les corps 124 sur les cannelures, avec la partie lisse 130 de leurs perçages internes tournée vers les cannelures, mais la longueur de cette partie lisse du perçage est telle qu'il existe une petite région centrale, dans laquelle les cannelures dans le perçage 128 engrènent avec les parties cannelées 134, 142 des tiges. On visse ensuite la tige 136 dans le filetage 140, chaque filet 144 étant vissé dans le filetage 140 de la tige suivante 120, et on visse le der- nier filet 144 dans le filetage 148 de la tige 120a. Avant le serrage final des filets, les corps 124 peuvent se déplacer axialement d'une manière suffisante pour dégager l'engrènement cannelé central. On peut faire tourner les corps pour les amener dans la position angu- laire correcte avant le serrage final, lorsque l'engrène- ment cannelé entre les corps et les tiges est à nouveau exécuté. Lorsque les raccordements ont tous été exécutés, chaque corps 124 est supporté sur une partie de sa lon- gueur, par la zone cannelée 134, 142 et est supporté, au niveau de l'autre partie de sa longueur, sur la zone de diamètre réduit 138, 146. Le corps est retenu axialement en position entre des épaulements 150 situés sur les tiges. Pour établir ces raccords vissés, il est très important de s'assurer que les surfaces de raclage 113 des corps de racleur sont correctement décalées angulairement les unes par rapport aux autres. Le corps sont bloqués angulairement une fois que les raccords vissés sont éta- blis, par l'intermédiaire de l'engrènement des cannelures 128 situées sur les corps avec les cannelures 134, 142 situées sur les tiges. De façon idéale, les corps sont positionnés de telle sorte que les surfaces de raclage de tous les corps prises conjointement couvrent un arc de 360 . Une fois assemblé, le racleur décrit ici ne comporte aucune partie se déplaçant par rapport à une autre partie pendant le fonctionnement du racleur. C'est un avantage important par rapport à des racleurs qui comportent des ressorts5 séparés ou solidaires ou d'autres mécanismes élastiques étant donné qu'il n'existe aucun élément pouvant se relâcher ou se séparer du corps principal du racleur au cours de l'utilisation. Le racleur est aisé à utiliser et est robuste. REVENDICATIONS 1. Racleur de tubage (10) servant à nettoyer la surface intérieure d'un tube (26) ayant un diamètre intérieur prédéterminé, le racleur (10) possédant un axe de rotation (18), une pluralité de surfaces de raclage (13,15,17;113) distantes axialement et reliées rigidement et dont chacune possède une étendue angulaire inférieure à 1800 et est décalée angulairement par rapport aux autres surfaces, et des parties formant tiges (20,22) reliant rigidement les surfaces de raclage entre elles, caractérisé en ce qu'avant l'insertion du racleur (10) dans le tube, des premières distances entre l'axe de rotation et chaque surface de raclage (13,15,17) sont supérieures au rayon de la circonférence intérieure du tube devant être raclé, des secondes distances entre l'axe de rotation et une surface diamétralement opposée à chaque surface de raclage sont inférieures au rayon du tube et la somme de la première distance et de la seconde distance pour chaque surface de raclage est inférieure au diamètre intérieur du tube de sorte que les parties formant tiges (20, 22;120) doivent fléchir pour permettre de loger le racleur dans la circonférence correspondant au diamètre intérieur du tube. 2. Racleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les surfaces de raclage (13,15,17;113) sont séparées axialement par des tiges de liaison (20,22;120) qui sont solidaires des surfaces de raclage. 3. Racleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les surfaces de raclage (13,15,17;113) comportent des gorges superficielles se présentant sous la forme de filets de vis hélicoïdaux partiels. 4. Racleur selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisé en ce que les surfaces de raclage (13,15,17; 113) considérées conjointement possèdent une étendue angulaire de 3600. 5. Racleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première distance est comprise entre 1,005 et 1,010 fois la seconde distance. 6. Racleur selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 5, caractérisé en ce que l'étendue angulaire de chaque surface de raclage (113) correspond à un arc compris entre 75 et 125 . 7. Racleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les surfaces de raclage (113) sont reliées par des tiges de liaison (120) qui sont réunies par vissage à un corps de raclage monté au niveau de chaque jonction vissée. 8. Racleur selon la revendication 7, caractérisé en ce que les corps (64) du racleur sont des corps cylindriques excentrés possédant des cannelures internes et que les tiges de liaison possèdent des cannelures externes, sur lesquelles les corps sont montés en étant bloqués contre toute rotation. 9. Racleur selon la revendication 8, caractérisé en ce que chaque jonction vissée comprend une surface de montage pour un corps (104) du racleur, une partie de surface de montage possédant une cannelure externe sur sa circonférence et une partie lisse sur toute sa circonfé- rence, que chaque corps du racleur possède un trou central (126), dont une extrémité (128) possède des cannelures internes et dont l'autre extrémité (130) est lisse, et que le corps (124) du racleur peut être monté sur la jonction avec n'importe quelle orientation angulaire et retenu dans cette orientation par engrènement entre les cannelures. 10. Racleur selon la revendication 9, caractérisé en ce que la partie cannelée de la surface de montage au niveau de la jonction entre deux tiges de liaison (120) est formée sur l'une des tiges et la partie lisse est formée sur l'autre tige. 11. Procédé de nettoyage de la surface intérieure d'un tube ayant un diamètre intérieur prédéterminé moyen- nant l'utilisation d'un racleur de tubage (10) qui possède un axe de rotation, une pluralité de surfaces de raclage (113) distantes axialement et reliées rigidement et dont chacune possède une étendue angulaire inférieure à 1800 et est décalée angulairement par rapport aux autres surfaces, et des parties formant tiges (120) reliant rigidement les surfaces de raclage entre elles, et selon lequel, avant l'insertion du racleur dans le tube, des premières distances entre l'axe de rotation et chaque surface de raclage (113) sont supérieures au rayon de la circonférence intérieure du tube devant être raclé, des secondes distances entre l'axe de rotation et une surface diamétralement opposée à chaque surface de raclage (113) sont inférieures au rayon du tube et la somme de la première distance et de la seconde distance pour chaque surface de raclage est inférieure au diamètre intérieur du tube, caractérisé en ce que le procédé inclut l'étape consistant à faire fléchir les parties en forme de tiges (120) lors de l'insertion du racleur dans le tube de telle sorte que, lorsque le racleur est inséré, l'énergie stockée dans les parties en forme de tiges (120) fléchies repousse les surfaces de raclage (113) contre la paroi intérieure du tube.